（油气田开发工程专业论文）含水层储气库建库机理的数值模拟研究.pdf

a b s t r a c t u n d e r g r o u n dg a ss t o r a g e u g s i sak i n do fa r t i f i c i a lg a sr e s e r v o i r w h i c hi su s e dt o r e s t o r en a t u r a lg a sp r o d u c e df r o mg a sf i e l d u g si st h ep r o c e s sw h i c he f f e c t i v e l yb a l a n c e v a r i a b l ed e m a n dm a r k e tw i t han e a r l yc o n s t a n ts u p p l yo f e n e r g yp r o v i d e db yt h ep i p e l i n e s y s t e m t h e r ea r em a i n l yf o u rt y p e so fu g s d e p l e t e do i lo rg a sf i e l du g s a q u i f e ru g s s a l tc a v e mu g sa n dd e p l e t e dc o a lu g s i no u rc o u n t r y a l o n gt h ec o n s t r u c t i o no fl o n g t r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k t h es t u d yo fa q u i f e ru g si si n e v i t a b l ei nn o r t hc h i n a n o r t he a s t c h i n a t h ez o n eo f t w oh ua n da r e a ss h o r to f g a sf i e l da n ds a l tc a v e r n f o rt h ec o n s t r u c t i o no fa q u i f e ru g s t h em a i nt e c h n i c a ld i f f i c u l t yi st oc o n t r o lg a s w a t e rc o n t a c t g w c a n dg e tag o o ds w e e pe f f i c i e n c ya n dd i s p l a c e m e n te f f i c i e n c y i nt h i s p a p e r t h r o u g hn m n e r i c a ls i m u l a t i o n t h ee f f e c to fg e o l o g i cf a c t o ra n da r t i f i c i a lf a c t o ro n t h er e s u l to fg a si n j e c t i o nw e r es i m u l a t e da n da n a l y z e d t h ea n g l eo fs t r a t m n t h e p e r m e a b i l i t y t h i c k n e s sa n dt h eh e t e r o g e n e i t ya r ec o n s i d e r e di ng e o l o g i cf a c t o r s t h er a t e o fi n j e c t i n gg a s p r o d u c i n gw a t e ra n dt h ed i s t a n c eb e t w e e ni n j e c t i o nw e l l sa n dp r o d u c i n g w e l l sa r ec o n s i d e r e di na r t i f i c i a lf a c t o r s f r o mt h es i m u l a t i o n t h ec o n c l u s i o ni sm a d e w h i c hl a r g ea n g l e p e r m e a b i l i t y t h i c k n e s sa n dg o o dh o m o g e n e i t yh a v eb e n e f i t sf o rt h e r e s u l to fg a sd r i v e a tt h es a m et i m e t h er a t eo fi n j e c t i n gg a s p r o d u c i n gw a t e ra n dt h e d i s t a n c eb e t w e e nw e l l ss h o u l db ec o n s i d e r e dc o m p r e h e n s i v e l y o nt h eb a s i so ft h es t u d yo fm e c h a n i s mo fb u i l d i n ga q u i f e rg a ss t o r a g e t w oe x a m p l e s a r eg i v e na n dt h e yh a v ed i f f e r e n tp r o p e r t y o n eo ft h e mh a sf a v o r a b l ep r o p e r t y a n dt h e o t h e rh a su n f a v o r a b l ep r o p e r t y f r o mt h es i m u l a t i o no ft w oe x a m p l e s t h er e s u l ti s c o n s i s t e n tw i t ht h ef o r e g o i n gc o n c l u s i o n g o o d p r o p e r t ya n dr e a s o n a b l e r a t eo f i n j e c t i o n p r o d u c t i o nh a v eaa c t i v ee f f e c to nt h eg a sd r i v e a n dt h em o v e m e n to fg a s w a t e r c o n t a c ti se v e n t h e ns w e e pe f f i c i e n c ya n dd i s p l a c e m e n te f f i c i e n c ya r eh i 曲 k e y w o r d s u n d e r g r o u n dg a ss t o r a g e u g s a q u i f e r t h em e c h a n i s mo f b u i l d i n gu g s n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果 也不包含为获得中国石油勘探开发研究院或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论 文中作了明确地说明并表示了谢意 签名 王雨娟日期 协t 牛f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油勘探开发研究院有关保留 使用学位论文的规定 即 中 国石油勘探丌发研究院有权保留送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可 以公布论文的全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 签名 王函蝎导师签名 耋塞丝日 少 期 旷t 乒 沙 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 储气库的基本概念 1 1 1 储气库的类型 根据储层特征的不同 地下储气库可分为多孔介质储气库和洞穴类储气库 前者 包括枯竭油气藏型和含水层型 后者包括盐穴型和废i h 矿井型 1 枯竭油气藏储气库 利用枯竭的油气藏来储存天然气的储气库叫枯竭油气 藏储气库 见图i i 2 含水层储气库 人为地将天然气注入到地下合适的含水层中而形成的人工 气藏称为含水层储气库 见图i 1 1 3 1 3 盐穴储气库 向盐层或盐丘中水溶形成的洞穴中注入天然气形成的储集 空间称为盐穴储气库 见图1 2 4 废旧矿井型 利用采矿形成的洞穴的储气库 称为废矿储气库 见图1 3 斟1 1 多孔介质储气库剖面图 图i 2 盐穴储气库剖面图 图1 3 废i r 矿储气库剖面图 1 1 2 储气库的作用 储气库的容量大 一个储气库可储存几亿到几十亿立方米的天然气 储气压力高 储气成本最低 是当今世界上主要的天然气储存方式 在世界天然气储存设施总容量 中 地下储气库的容量占9 0 以上 它的主要作用有 1 调节供气不均匀性 缓解季节性和昼夜耗气量的不均衡性 减轻蚓用气量 中莓磊溜筑擐开发骚究貌蘸圭学位论文 波动绘经济上和鼹鼹生活上带来的有害影响 2 提高供气的可靠性和连续性 当气源或上游输气系统发生故障或因系统检 修时输气中断时 可用储气库中的天然气保证连续供气 傈证供气可靠安全 掇高管 线的秘焉系数和输气效率 保蠢输配系统歪常运转 簿羝输气成本帮输气系统豹投资 费用 3 能在必露地区为国家和石化公司建立和提供原料和燃料储备 4 在新的石油和凝析油开采区 能保存暂时不可能利用的石 漓气 对老油区 有韵予撵蠢摄潼采浚率5 n l l 2 图内外发展理状 l 2 1 储气霹的发展状况 1 9 1 5 年加拿大首次在安大略省的一个气田进行了储气实验 1 9 1 6 年美国入在纽 约的一个稽漏气圈涮沼气层建设储气簿 1 9 5 4 年美莓c a l g 静缝约蠛i l l 营次利霆 油翔建成缳气库 1 9 5 8 年在美圈肯塔麓首次利用含水层鼹气 1 9 5 9 年前苏联建成第 一个盐层地下储气库 1 9 6 3 年在美国科罗拉多d e n v e r 附近首次建成废弃矿坑储气 库1 3 港统诗 截至1 9 9 9 年底 毽秀己宥各类罐下舔气瘁6 0 2 窿 继气疼在各令嚣家 约分薅状况见1 t 袭 我国的地下储气库建设起步较晚 上世纪7 0 年代在大庆油田曾利用气藏建设气 库 随着陕甘宁大气f 开的发现和陕京天然气管线的建设 开始了与输气系统帽配套酶 逑下储气瘁豹磅究与建设 到基翦为止 为保证j 京和天津髓大城市的调峰供气 在天津市附近的大港油田 利用枯竭凝析气藏建成了两个地下储气库 即大张坨地下储气库和板8 7 6 地下储气 库 这两个储气摩总的调峰气鬣为8 亿立方米 即每年通j 童这两个储气库储存和采鞋 8 亿立方米静天然气来乎 衡京滓逡嚣掰气豹交纯 囱予j 寨爱气索场交纯剥熬 冬天 黑气量是夏天用爨的7 一l o 倍 在目前北京市场用气量仅为1 4 亿立方米的情况下 这 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 两个储气库已经是满负荷运行 国家 枯竭水层盐丘采矿溶洞废矿井总数 总容量j 作气量 或地区气田个个 个 个1 0 9 m 31 0 9 i 1 3 加拿大 3 273 93 l1 68 美国 3 4 23 92 914 1 l2 0 09 2 0 奥地利5 56 4 3 o 比利时 112 1 1 6 5 丹麦 1121 2 8 2 法国 1 2 3 1 52 4 31 0 8 德国1 391 6 l3 93 0 31 8 4 意大利 9 92 821 5 1 荷兰 33 2 005 o p 班牙 223 41 3 英国 1l2 1 0 2 3 2 保加利亚 1 11 o0 5 克罗地弧 1 l1 o0 5 捷克 31l 53 618 匈牙利 55 8 o 3 6 波兰 4152 01 1 罗马尼亚 4 4 25l 3 斯洛伐克 l l382 4 俄罗斯 1 662 21 1 5 17 3 0 乌克兰l l 21 36 403 6 o 其它 7 4 l 1 21 3 51 2 o 澳大利亚 4 42 21 2 合计 4 6 47 55 9136 0 25 7 3 33 0 0 4 为保证西气东输管线沿线和下游长江三角洲地区用户的正常用气 在长江三角洲 地区选择了江苏省金坛市的金坛盐矿建设盐穴地下储气库 设计总的调峰气量为8 亿市方米 将于2 0 0 8 年前建设完成并投入使用 1 2 2 含水屡储气库的发展状况及其特点 国外利用含水构造建库比例为1 2 5 位居第二位 据了解 世界上第一座含水 层储气库在美国建于1 9 5 8 年 前苏联于1 9 5 9 年在莫斯科附近建成加卢什建成第一座 含水层储气库 法国是目前捌有含水层型储气库比例最高的国家 1 5 座储气库中有 1 2 座含水层型地下储气库 美国有地下储气库4 1 1 座 水层储气库3 9 座 占总量的 9 5 俄罗斯的首都莫斯科附近就因无合适的油气藏 在其周围方圆2 5 0 k m9 j 已建 室望至麴塑塑茎叁鐾窒鍪塑主堂笙兰塞 成了大小四个含水鼷地下德气疼 与长输蛰网及用户形成一个独立的用气区 扪 翻前 我国还没有禽水层储气库 但是随着长输管网的建成 以及主要用气区 如华北 东 北 两湖等域区缺乏气藏及盐层分布的现状 水层储气库的研究及建设必然成为不可 避免豹趋势 与其它的罐气黪招比较 含水层作为气库具有以下特点 1 优点 与油藏相比 气库中只存在气水两相 渗流机理比 滴藏简举 与叠穴德气鼯裙琵 箕鸯储集空阔大 容量大爨特点 构造竞整 钻井先井一次到位 2 缺点 勘探 磅突选痒燕发太 王佟 鬟大 瓣润长 需要钻一定数量的注采井 检测井 工程量大 需要的垫气崖比例较高 气水界面较难控制 1 2 3 客隶臻德气瘁瓣技零褒袄 1 9 6 6 年 j a m e se b r i g g s t j r 通过大量的实验 研究了毫细管压力对含水层储气 库建库的影响 得到了下面几个结论 当毛细管压力对驱替的影响很大时 多次循环 注 i 时毛管力的驱替和吸允压力值交得无效 如果不考虑毛管力 计算的建库时闻眈 实舔豹建露瓣阂短 缴囊靛 均凄性会延长气壤豹形藏怼闼 7 1 1 9 6 7 年 k h c o a t s j 娃r i c h a r d s o n 在考虑了毛管力和重力的情况下 通过 维两相模型模拟了垂向截面流中气驱水的复杂现象 得n t 不同渗透率 孔隙 度 厚度情况下均质遣屠对注气效果静彩响 得蓟以下结论 较商的渗逶率 较大静 凌角 较拳戆注气速率彝较大静遮层澎度更零j 予褥到一个较均匀的气东舞嚣 气体就 更不易指进到构造的下部 具有较高的驱替效率 8 1 1 9 6 8 年 k a 查尔纳教授和他的学生通过对水平的和低倾角的含水层中建库的 4 中因石油勘探开发研究院硕士学位论文 研究认为 在水平地层中建艨储气库理论上是可行的 在倾角较小的地层中 气体的 运移速率较枣f 1 9 7 2 年 a i e v e m o s 通过大量的模拟研究和现场资料 描述了注气井之间存在 羞太塞豹地层水舱现象 困聪媳提出了在中低渗透率或较薄的地层采髑抽水寐降压 这样可以增加气体的注入量 减少了气体的前缘对水的无效侵入 为气体腾出一宠的 空间 增加井间的含气饱和度 增加井的产能 1 9 9 0 苹 j a b i l l i o t t e 疲矮微褒熬二缨蹲穗摸型揆数了气顼麴影戏过程 其微 观模型中 考虑了喉道拐角她的吸附层对气体的流动的影响 分析了骥替压差 毛管 力和粘滞力对气水两相流动的影响 1 0 1 上述磷究 主要是逶遥实验 嚣溺资瓣分褥帮数缓羧攘瓣手段怼气驱承熬建骞遗 穰进行模拟和分析 其中数德模拟的手段起到了重要的作用 1 4 强前数值模拟已成为各张类型储气库研究的重要手段 丽旦正逐步与经济分析模 囊和地质力学模型相结合 使储库静储存能力和注采熊力更船合理纯 国外建造食水 层储气库一直采用数值模拟米指导储库的建造和整个注采气过程 它主要涉及以下几 个步骤 1 勘探阶段的函数关系匹配模拟 根据水文地质资料 确定适当的二 橱嫡 数 毛细管的压力函数 渗透率函数 2 稳强蓥本懿气承疆替模鍪 禳熬注慕遘毽中继瘴蠹翡压力窝魄翻凌分骞 分析气驱水移动状况和气水界面的变化 并运用模拟缩聚将 死气 爨减至最低 1 2 3 以数值模拟为依据进行含水滕储气库井网的布置和井位的选择 以及储 麾的运行参数的确定 4 利用三维气气涡台模型来模拟并控制垫层气 指用惰性气体做挚层气 与 王终气豹提合 钔 8 0 年代 法国一家公司在利用含水鼷建立卢萨尼地下储气库时 采用三雏气水 驱替模型模拟了在该含水屡备点上储库压力的变化情况 根据给定的生产方案 以最 少豹劳鼗鑫嚣并耀 荠确定赣痒龛诲豹最大注入窝强采量 残为数镶貘叛来携导建遗 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 地下含水层储气库的一个典型事例 9 0 年代 从经济分析的角度 美国 法国 德国和丹麦开始试用惰性气体来代 替天然气作为含水层储气库的垫层气 但需要考虑垫层气和工作气的混合问题 以保 证工作气的质量 因此这些国家开始采用三维气体混合模型来分析混气现象 1 9 8 8 年 月 麦丹斯克石油天然气公司在丹麦南部岑讷市附近利用地下含水建造储气库时 通过数值模拟 分析了以氮气作为垫层气时 天然气与氮气可能发生的混合问题 采 用三维气体混合模型计算出气水储层中储层压力和气体组成与时间空间的函数关系 表明这时的气相是由不同性质的两种气体组成 模拟结采表明 2 0 的挚层气可用氮 气来代替 不会影响工作气的质量 5 j 1 2 4 含水层储气库的建库条件 1 首先是具有一定渗透能力的多孔介质 多孔介质的孔隙为天然气的储存提 供空间 孔隙度要不低于1 0 1 5 而渗透率使气体能在其中流动 一般的适合作 含水层的地层的渗透率应不小于0 2 0 3 d 厚度要大于4 6 m 1 1 2 储层上面有非渗透性的盖层 盖层通常是弯曲的或是拱形的 能够阻止气 体从上面溢出 同时也起到侧面遮挡作用 有时是断层产生的垂直断面在储层的一侧 或多侧起到封闭作用 覆盖层一般是泥岩 其渗透率要不大于百分之几个毫达西 在 储层的底部起封隔作用是底水 3 圈闭必须达到一定的储气规模 4 水层的埋深一般不超过1 5 0 0 m l 5 建储气库的位置一般离用户2 0 0 k m 左右 距离太近会对用户产生危险 太 远会造成管线太长 经济上不合算 6 1 3 研究的目的及意义 目前世界上天然气地下储存作为 f l 工业技术已相当完善 成熟 据统计 截 止1 9 9 9 年底 世界已有各类地下储气库6 0 2 座 总有效工作量达3 0 0 4 亿方 最主 要的是利用枯竭 近枯竭的气 油 藏建库 占7 7 1 其次是利用含水构造建库 中豳石油勘探开发研究院硕士学位论文 占1 2 5 利用赫岩层建库占9 8 利用废弃矿井建库较少 占0 6 l 在我餮 专天然气大鬻长输管黼建竣籀甏套豹建下麓气痒静建设帮辑究罄楚于 刚刚起步阶段 特别是东部主要用气地区 已发现的气减均规模较小而复杂 利用 浊藏 含水构逡 盐穴建痒黝可憩性较大 也可能在主甏用户驸近烩恰没有合适的 浦气藏或盐层 这时含水构造将成为登颓考虑的建库黉瀣选择 尽篱禽前我国还没 有含水层改建储气库的目标库址 但从储气库的类型上着 有必要在这一领域加强 露秀究 为今磊我遥含拳晷糖气痒魏建设髓餐技拳 含水层建库研究中的关键技术问题较多 本论文主饕是通过数德模拟的手段对 影响含水层注气效果的因素进行了模拟分析 并对一个物性较好的含水层和物性较 麓静带畜小渍竣静庆层送行了注气簿承豹实籀蒺攘磁究 并遴嚣了对鲍分搽 零骚 究将会为以后含水层储气库的建设提供理论基础和实例参考 1 4 本研究的建要内容 剖叛点和成耀前景 1 4 1 研究思路 首先对国内外文献进行调研 然后主爱利用数值模拟的方法进行机理模拟分析 壤惹送行实剿缓羧蓣溺 1 4 2 研究内容 1 建库机瑷的模拟分析 i 为了分辑不同静纛簿澎穰露索 建立了裙应静模型 模拟分析倾角对注气效果的影响 模拟分辑渗透率对注气效果的影嫡 模拟分析厚度对波气效栗的影响 5 模拟分析非均质性对注气效果的影响 6 模羧分褥乏营力砖注气效采蕊影螭 7 模拟分析注气速率对注气效果的影响 8 探讨注气排水的败配状况 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 2 实例的模拟预测 1 对于倾角较大 物性较好的含水层构造进行了注气排水的模拟预测 2 对于倾角较小 物性较差非均质性严重带有小油顶的大水体进行了注气排 水的模拟预测 1 4 3 本研究的主要创新点 1 通过三维两相机理模型的研究 首次对水层建库气水界面推进的控制因素进 行了系统的数值模拟分析 2 通过对两个实例的注气排水建库过程的模拟 预测了排水与注气过程的匹配 关系 1 4 4 现场应用前景 本文不仅对水层的建库机理进行了细致的分析 而且进行了实例预测 本研究的 内容必将为今后含水层储气库建库研究提供重要的理论依据 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 第2 章含水层注气机理研究 在含水鼷建库有三种情况 一种是水体很大 当气体注入到水层时 由于重力分 器俸瑙 形成离压入工气颈 第二二耱是承体存在澄篷隧 当注入气体时 气俸季登魔术 驱出圈闼 第三种愤提是 水体鸯限 必须通过采水井来采水 为气体提供一定的空 间 不管是哪种情况 建瘁机理都是一样的 当向水朦中注气的时候 地层中的水在 注入压力熬佟瘸下被驱替爨来 熬着注入气体爨麓不聚增蠡 鞫霹海予气承重力分舅 作用的影响 在构造的顶部 形成了人工气藏 实际上 气驱水并不魑活塞式躯替 而是非活塞式驱替 也就是说在驱替过程中 存在两相区 形成的主要影响是幽于粘壤差造成的 阑为气水粘度麓很大 在外来压 差鲍露爆豹下 大魏遘甄嚣太 辍力小 气蕊瘫送入大毳道 瑟气豹糙麓远毙东小 使得大孔道中的气窜易于越来越快 形成指进现象 见图2 1 粘度差越 犬 j 活塞 性就越严重 另外毛管力也是造成非活塞驱的原因之一 当糟石表面亲水时 界面张 力产生的毛管力是气驱水的阻力 当毛管两端建立外来压差时 由于毛管力和毛管半 径或反比 褒 蝗缓建层中气登然优先遴入大强遘 露小孑t 遴锯然技东占据 困褥造 成了气水两胡共存的区域 蝌2 1 含水层储气库形成的示意踟 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 含水层储气库建设的技术难点就是气水界面的控制 得到一个能够稳定移动具有 较高的驱替效率的的气水前缘f j 通过调研了解到影响气水界面移动的主要因素是地层倾角 渗透率 注气速率 储层厚度和储层的非均质性和毛管力 针对这几个影响因素 本文应用三维两相模型 模拟了这几个因素对气水界面推进的影响状况 本次模拟采用了s c h l u m b e r g e r 软件技术支持公司推出的e c l i p s e 数值模拟软件 应用其前处理模块n o 鲥d 建立多了不同的地质模型 然后转化到黑油模型中 选用 本软件基于以下原因 1 从油气水三相流动方程来看 不管是注入还是采出都满足同样的方程 只 是符号不同 而数值模拟软件是应用计算机来通过一定的数学解法来得到方程的近似 解 所以不管是注入还是采出 都可以通过数值模拟软件来得到压力场和饱和度场的 近似分布 2 e c l i p s e 采用全隐式的解法 可以对非线性全隐式方程得到更加精确的解 2 1 地质模型的建立 根据影响气驱水效果的不同因素 建立了相应的地质模型 1 为了模拟地层倾角对气驱水效果的影响 建立了地层倾角为o o 3 0 0 和6 0 的地质模型 在这三个模型中 储层的顶部埋深均为1 0 0 0 m 均选择角点坐标系统 网格形状为不规则的八面体 网格数为3 5 x 3 5 x 1 0 总网格数为1 2 2 5 0 个 网格大4 为2 4 m x 2 3 m x 2 m 储层是均质的 孔隙度为0 2 渗透率为2 0 0 m d 这三个模型分 别代表了中高低幅度的三种储层 2 为了模拟渗透率对气驱水效果的影响 建立了三个倾角均为6 0 的地质模 型 三个地质模型的顶部埋深 坐标系统 网格形状 网格数目 网格大小和孔隙度 均同前面的模型 不同之处在于 这三个模型的渗透率分为1 0 0 m d 5 0 0 m d 和 1 0 0 0 m d 分别代表了物性较差 一般和较好的三种储层 3 为了模拟储层厚度对气驱水效果的影响 建立了两个倾角均6 0 为的地质 里至塑垫堡茎茎塑窒堕堡圭堂笪堡塞 模型 这两个地质模型的顶部埋深 坐标系统 网格形状 网格数目 网格大小 4 l 隙度均同前面的模型 渗透率为2 0 0 m d 不同之处在于 其中在一个模型中 储层 的厚度为3 6 m 另一个模型中储层的厚度为7 m 这两个地质模型代表了具有较大厚 度和较小厚度的储层 4 为了模拟储层的非均质性对气驱水效果的影响 建立了储层的渗透率呈现 正韵律和反韵律的两个地质模型 这两个地质模型的顶部埋深 坐标系统 网格形状 网格数目 网格大小和孔隙度均同前面的模型 不同之处在于渗透率表现为正韵律的 地质模型的渗透率从上到下的分布状况为1 0 0 5 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 和1 5 0 0 m d 渗透 率表现为反韵律的地质模型的渗透率从上到下的分布状况为1 5 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 5 0 0 和1 0 0 m d 这两个地质模型代表了储层的纵向非均质性状况 5 为了模拟毛管力对气驱水效果的影响 建立了两个倾角均为3 0 0 的地质模 型 这两个地质模型的顶部埋深 坐标系统 网格形状 网格数目 网格大小和孔隙 度均同前面的模型 不同之处在于 其中一个模型考虑了毛管力 另一个模型没有考 虑毛管力 6 为了模拟注气速率对气驱水效果的影响 建立了一个倾角为6 0 0 的地质模 型 地质模型的顶部埋深 坐标系统 网格形状 网格数目 网格大小和孔隙度均同 前面的模型 渗透率为2 0 0 m d 在此模型中 采用三个不同的注气速率1 0 0 0 m 3 d 10 0 0 0m 3 d 和10 0 0 0 0m 3 d 针对此地质模型 这三个速率代表了中高低的注气速率 2 2 流体和岩石物性参数 模型中应用的流体和岩石的物性参数借用于某一气田的流体和岩石的物性参数 见表2 1 表2 1 流体和岩石的物性参数 气的比重 o 6 0 3水的粘度 o 3 m p a s 水的比重 1水的压缩系数 1 1 e 4 m p a 岩石的压缩系数3 7 e 4 m p a 里鱼塑塑堡墅垄堕塞堕堡主鲎垡堡奎 气体的压缩系数 粘度与压力的关系见表2 2 表2 2 气体的高压物性参数表 压力 m p a 体积系数 r m 3 s m 3 粘度 m p a s 6 00 1 2 1 0 0 1 0 5 6 40 1 0 50 0 1 0 8 7 o0 0 8 500 1 8 30 0 7 8o 0 1 2 4 9 7 70 0 3 90 0 1 2 5 1 1 10 0 2 6o 0 1 2 8 1 2 50 0 1 9o 0 1 3 0 1 5 2o 0 1 3o 0 1 3 9 1 8 o0 0 0 90 0 1 4 8 2 070 0 0 70 0 1 6 l 2 3 50 0 0 60 0 1 7 3 2 6 3 0 0 0 5 00 1 8 7 2 3 相对渗透率曲线确定 模拟中应用的气水相对渗透率曲线是借用的某一气田的气水相对渗透率曲线 见 表2 3 和图2 2 图2 2 气水相渗曲线 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 表2 3 气水相对渗透率数据表 s gk g k wp c m p a 0 0 0 00 0 0 01 0 0 00 0 0 0 l o 1 0 0o 0 0 00 7 5 50 0 0 0 2 0 2 0 0 0 0 0 5o 5 1 20 0 0 0 3 0 3 0 00 0 2 30 3 2 90 0 0 0 4 0 4 0 00 0 4 60 2 3 10 0 0 0 5 0 4 5 00 0 6 4o 1 9 0o 0 0 0 6 0 5 0 00 0 8 5o 1 6 4o o 0 0 8 0 5 5 0o 1 0 8o 1 3 40 0 0 1 0 0 6 0 00 1 3 20 1 0 20 0 0 1 4 0 6 5 0o 1 6 40 0 7 50 0 0 2 0 0 7 0 0o 1 9 50 0 4 8 0 0 0 3 0 0 7 5 0o 2 3 3 0 0 2 20 0 0 4 5 0 7 8 0o 2 5 0 9o 0 1 00 0 0 5 4 0 7 8 50 2 5 60 0 0 60 0 0 6 0 0 7 9 00 2 6 20 0 0 4 0 0 0 7 0 0 7 9 50 2 6 4 0 0 0 20 0 0 8 0 0 8 0 00 2 7 0 0 0 0 00 0 0 9 0 2 4 气水两相在多孔介质中流动的渗流方程 气水两相在多孔介质中的流动状况 在数模中用下面的方程来表述 v 型坠 即 叱删卜乳 掣 唧 定解条件 补充方程 附加条件 v 警 吣删咆 掣 s g s w 1 p c p g p 厂 s w 巧 k s k k s 巩 b p 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 b s 8 9 p s 2 8 本模型的解法是应用全隐式解波 它的优点是通应于气水两相的三维流动 可以 确保长时间步长模拟的稳定性 可以应用于小范围的锥形研究 在单个时间步长内 磷究区蠹诲多节点魏豫体较内熬滚髂蕤够穿过并麓豹夺隧捂 2 5 影晌气水界面移动的主要卧索模拟分析 含本艨德气库建熙时 注气效巢酶好坏 取决予鼹个因素 一个是邀层戆墟质特 征 另一个是注气速率 对于封闭的地层还要考虑静 水状况 在地质特征方谣 主要 考虑地层的倾角 储层的渗透率 非均质性和厚度 2 5 1 蟪豢镞角薅洼气效暴弱影翡 对倾角不同的三个模型进行注气模拟 模拟祭件设定为中心注气边部排水 中间 1 口注气井 周围8 口封 水井 排水井定压排水 注气速率为l o l o a m 3 d 洼气时间 旁2 d 累计注气量为2 0 1 0 4 m 3 通过在地层倾角为0 的储层中进行注气模拟 当累计注气量为1 0 x 1 0 4 m 3 2 0 1 0 4 磁3 辩 含气亟积分裂失3 6 0 0 m 2 4 7 7 8 4 m 2 图2 3 袭2 4 a 累计注气鳋为1 0 1 0 4 m 3 b 累计注气量为2 0 x 1 0 4 m 3 髓2 3 地层倾角为o o 时注气过程气水分布图 在地屡倾螽为3 妒的储层中 当累计注气量为1 0 1 0 4 m 3 2 0 1 0 4 m 3 漪 台气面积 分别为3 0 1 9 m 2 4 5 1 6 m 2 图2 4 淡2 4 尘堕互塑塑篓瑟茎堑窒堕堡生堂垡笙茎 a 累计注气墩为1 0 x 1 0 4 m 3 b 累计注气量为2 0 x 1 0 4 m 3 圈2 4 地层倾角为3 0 0 的气水分布状况图 在戆麓 鬟受为6 0 8 瓣镰层中 当累计注气量为1 0 x 1 0 4 m 3 2 0 t 0 4 m 3 时 禽气瑟获 分别为1 9 6 3 i n 2 3 4 2 1 m 2 图2 5 袭2 4 a 累计注气爨为1 0 x 1 0 4 r n 3 b 纂诗注气蘩为2 0 x 1 0 4 m 3 图2 5 地层倾角为6 0 0 的气水分布状况图 表2 4 滚气过程重要参数 黍诗注入爨 颧受 禽气疆积禽气害气簿度蔻缘蔫麓气隶过渡彰浮震 1 0 m 2 饱和度 m m m 03 6 0 0 00 3 61 2 o0 095 1 04 03 0 1 9 10 3 71 4 02 5 o1 0 6 7 0 1 9 6 3 5 0 3 6 1 8 03 6 o 1 1 o 2 04 7 7 8 4o 3 91 4 50 01 0 0 4 04 5 3 6 50 4 01 7 03 5 01 2 o 7 03 4 2 1 20 3 92 4 55 5 o 1 80 从圈2 3 2 5 帮袭2 罐可酷看出 颇角对于气体突进状提鸯影响 当累计注气量 相等时 随着倾角的增加 含气西积碱小 含气浮瘦增加 气水舞两自鹃篆窕避的高度 一 史里 塑塾缝堑茎竺塑堕鲤 堂壁堡壅 增魏 乎憋黪含气戆穰度裙差不大 气承嚣狸黪避渡萤厚度藤麓不丈 通过在三个不同倾角地层的注气模拟 可以得到以下几点认识 1 由于地层的平面渗透率和纵向渗透率的差异 注气时 气体总怒倾向于 超越东 滏气藏兹矮溪突进 产生一个浍稳造两下戆毒一定 燹燕兹气东赛鼗 建层 的倾角越大 气得突进效应越明撼 2 地层的倾角越大 气体在平面上的分布范围就越小 气体越不容易向隆 莛范嚣叛终逸教 窘气淳疫越大 承气努层逶行戆越尉燕 蘩力分要佟矮黢擦褥蓬 明显 黻能够形成较为集中的含气饱和度 形成较好的气顶 3 总之 倾角越大 越有利于注气建库 2 5 2 渗瀵察薅注气效鬃戆彰璃 利用渗透率为1 0 0 0 m d 5 0 0 m d 1 0 0 m d 的地质模型进行渗透率的模拟分析 采 用顶部注气 边部排水的方式进行注气模拟 构造顶部1 口注气井 周围有8 口排水 著 蓑 承磐定压撵东 注气速率稳羁海t 0 1 0 4 m 3 d 数值模拟结果显示 相同渗透率情况下 随注气量的增大含气面积与含气饱和度 均是逐步增加的 表2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 表2 5 不国渗透率零瑟洼气遂穗审主要参羧统计袭 渗透率累计注入量含气面积 含气气水过渡带 含气饱 最大的 厚度 厚度 地层艨力 m d 1 0 4 m 3 m 2 和度 m m m p a 1 01 9 6 31 81 60 2 8 6 2 03 2 i 7 2 1 1 7 0 3 i 2 1 0 0 3 04 3 0 12 51 80 3 3 41 4 8 4 05 0 2 72 92 00 3 4 5 5 05 6 了53 2 2 2o 3 6 0 1 02 4 6 32 1 1 70 3 2 5 2 03 4 2 12 81 80 3 7 6 5 0 0 3 04 0 7 23 21 60 4 1 8 1 1 7 4 0 5 0 2 73 6 1 6 0 4 5 6 5 05 8 9 3 6l l 0 4 8 6 1 02 3 7 62 51 70 3 6 7 2 03 3 1 83 21 70 4 6 1 1 0 0 03 03 8 7 03 660 5 2 3 1 1 0 4 0 4 3 0 1 3 6 25 0 5 7 7 5 04 7 7 8 3 6 5 40 6 1 7 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 a 裙鲐状凝 b 黍滓注入董为1 0 x 1 0 4 m 3 c 累计注入最为2 0 1 0 4 m 3 d 累计注入量为3 0 x1 0 4 m 3 e 累计注入量为4 0 x 1 0 4 m 3f 累计注入量为5 0 x 1 0 4 m 3 图2 6 渗透率为1 0 0 0 m d 苇同注入量的气水分布状况嬲 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 a 初始状况b 累计注入量为1 0 x 1 0 4 m 3 e 累计注入鬣为2 0 x 1 0 4 m 3 d 累计注入鼍为3 0 x 1 0 4 m 3 e 累计注入鬟为4 0 x 1 0 4 m 3 f 豢嚣注入鼙为5 0 x 1 0 4 m 3 图2 7 渗透率为5 0 0 r o d 不同注入爨的气水分布状况图 8 中图钉油勘探开墩研究院硕士学德论文 a 耪始跤嚣b 累诗注入鼙鸯1 0 x 1 0 4 m 3 e 累计注a 量为2 0 1 0 m 3d 累计注入燕为3 0 1 0 4 n 1 3 e 累计注入量为4 0 x 1 0 4 m 3 f 累计涟入簸为5 0 x 1 0 4 m 3 餮2 8 渗透率舞1 0 0 m d 不麓注入羹戆笺水分毒接嚣氆 中国石油勘探歼发研究院硕 十 学忙论文 黼2 9 蘩 卡滚 量与禽气甏萃冀燕系圈 躐2 1 0 累计洼 爨葛平均襄气谗鞘壤关系疆 针对研 同的渗透率 程累计注气嫩相同的情况下 渗透率愈大 形成的含气区的 食气瑟积愈 j 图2 9 乎均含气稳秘发愈大 辫2 l o 遮簇溅力上秀惫缓蠖 霭 2 1 1 含气簿度愈大 潮2 1 2 值得说明的是在禽气厚度隧累计注气量关系圈中 图2 1 2 中低渗储艨中食气厚 度随鬃诗浚气量鲍鬻麓露鬻热 露蠢渗继层在注气裙凝淹豢诗注气量赘攀麓露增翔 中国石油勘探开发研究院硕十学位论文 但随着累计注入量的增加到一定程度含气厚度趟向于恒定值 这是因为重力分异作用 发挥了较大静影响 图2 1 2 匿2 i i 不同渗遴率条锌她垂疆舞奎诧翻 辫2 1 2 蔡计注 量与禽气潭庭关系塑 从累计没气量与气水过渡带的关系图 图2 1 3 可以着如 累计注气量较小时 渗透率对过渡的影响不大 但是随着注入量的增加 由于重力分异作用的影响 渗透 性好形成的气水两相过渡隧较窄 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 图2 1 3 累计注气量与过渡带竟餍关系照 综上 通过不同渗透率模型的模拟过程比较得到以下几点认识 1 渗透性愈好的储层 气承重力分异作用愈能够得到充分发挥 气体驱替的 效果越好 气终沿槐造豹突遘越不骥曼 形成翡气拳疆据过渡繁越窄 气东要嚣摧莲 愈均匀 2 渗透性较蒺的储层 重力分异作用得不到很好的发挥 毛细管压力的作用 较突出 气体沿构造的突遴明显 形成的台气簿度较薄 形成莳台气区有很大前过渡 区 迓嚣平均含气魄帮度较繇 潮嚣由予压力传导瞧较差 在注气劳瓣近瓣迭爱压力 升高较快 不利于气水界颟的均匀推进 3 从气体的分布状况和储层的压力来看 物性越好 越有利于注气 所以 选择物性较的储层建库是非常关键的 2 5 3 德层厚疫对注气效栗鹣影螭 针对储艨厚度为7 m 和3 6 m 两个模型进行顶部注气边部排水的帆理模拟 顶部布 置1 口注气井 周围8 口排水井 注气速率为1 0 0 0 0 0 方 天 排水井定压排水 税据数德模拟酌结栗可以看出 涟累计注气量静鬻翻 两稀 青况下含气饱和度都 是逐灏灌燕翳 在鞠圈注气塞壤掇下 薄 辱键层鲍客气落葶鞋度襁差不犬 数锻接近 图2 1 3 图2 1 4 阁2 1 5 表2 6 中国石油勘探歼发研究院硕 学位论文 a 储层的初始状况b 累计注气量为4 x i o g m 3 c 累计注气摄为8 x 1 0 4 0 d 累计注气量为1 2 1 0 4 m 3 e 累计注气量为1 6 1 0 4 m 3 f 累计注气鼙为2 0 l m 3 黼2 1 4 德凄厚瘫是7 m 不嗣瀵气重气拳分带黼 中国石油勘探开发研究院硕十学位论文 a 储滋的初始状况 b 累计注气裁为4 x1 0 4 m 3 c 累计注气量为8 x 1 0 4 m 3 d 累计注气鳖为1 2 1 c m 3 e 累计注气鬣为1 6 1 0 4 m 3 f 累计注气量为2 0 l o 3 圈2 1 4 储豢厚度为3 6 m 不同注气薰气承分布强 鬯鱼塑塾堡墅丝婴塞堕堡主堂堡垒奎 表2 6 不同霉凌瘩屡洼气过程中囊要参数绫诗裘 累计注入量含气面积 含气厚度气水过渡带含气饱箍大的储胺雁 厚度 1 0 4 m 3 m 2 m 厚度 m 和度力 m p a 4 1 2 2 5 0 7o 2 20 3 3 2 s2 2 9 0 27 o 3 2o 3 艿9 71 2 3 0 1 9 l 7 o 4 80 3 8 8 i 5 1 1 64 3 0 0 87 06 60 4 0 l 2 05 0 2 6 5 7 0 7 50 4 0 9 49 6 1 02 4 o2 0o 3 1 4 s1 2 5 6 62 9 02 00 3 6 5 r 1 21 6 6 1 93 2 02 00 3 9 3 1 2 l 1 6 2 1 2 3 73 2 51 7o 4 2 0 2 5 5 1 83 3 0 1 60 4 2 4 翻2 一1 5 累计注气量与平均含 饱和度关系弱 通过对模拟结果统计分析发现 在相同注气攮 条件下 储朦厚度越大 含气面积 越小 隧2 1 6 气承j 蕊渡带越窄 鬻2 1 7 压力上舞越缓慢 图2 1 8 有利于健 气库的建设 中国石油勘探开发研究院酉贞士学位论文 翻2 1 6 累计注气量与禽气面积关系圈 图2 1 7 累计注气量与气水过渡带宽度关系图 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 图2 1 8 不同储层厚度条件f 储层压力变化曲线 综上 可以得到以下几点认识 1 在厚度较小的储层中 气水的重力分异作用不能得到很好的发挥 结果 气体沿着构造形成长长气水两相过渡区 所以与厚度大的储层相比 气体在平面的分 布面积较大 厚度小 2 在厚度较小的储层中 在开始注气时 由于厚度较薄 气体占据的空间 相对较小 结果造成严重的憋压现象 对储层的密封性非常不利 3 在厚度较大的储层 由于厚度较大 气水的重力分异作用得到了很好的 发挥 则气水过渡带相对较窄 气体都集中在构造顶部 形成较好的含气饱和度带 4 由于厚度大的储层中的气体都集分布在顶部 并且厚度较大 采气能力 相对很大 所以最好选择较厚的储层来做储气库 2 5 4 储层非均质性对注气效果的影响 对正韵律和反韵律两种储层进行模拟 射孔位置设定为顶部射开和全部射开两种 方式 正韵律储层渗透率分布1 2 层为1 0 0 m d 3 4 层5 0 0m d 5 6 层1 0 0 0m d 7 8 层1 2 0 0m d 9 1 0 层1 5 0 0 m d 反韵律储层的渗透率分布为9 1 0 层为1 0 0m d 7 8 层5 0 0m d 5 6 层1 0 0 0 m d 3 4 层1 2 0 0m d 1 2 层1 5 0 0 m d 注气速率为1 0 1 0 4 m 3 d 储层物性为正韵律变化情况下 只在构造顶部射开 大部分气体集中在项部 同 时构造下部物性较好 所以驱替前缘气体沿着下部构造突进 图2 1 9 当全部射开 中国石油勘探开发研究院硕十学位论文 时 气体沿着物性较好的储层指进 随着时间的延长 由于重力分异作用的影响 气 体向构造顶部移动 图2 2 0 图2 2 1 f l 储层的初始状况 b 累计注气量为4 1 0 4 m 3 c 累计注气量为8 1 0 4 m 3 d 累计注气量为1 2 1 0 4 m 3 e 累计注气量为1 6 1 0 4 m 3 f 累计注气量为2 0 1 0 4 m 3 图2 1 9 正韵律 顶部射开注气过程气水分布图 中