油田注气物质平衡方程研究

油田注气物质平衡方程研究

传统物质平衡方程传统的物质平衡法没有考虑黑油或含油量的油藏之间的传输，而是考虑了气系统的相互传质作用。对于注入气和气的顶部气驱油，只考虑气体的扩散和驱油能力。从混相驱机理可知,气体注入油藏后油气体系要发生相间传质作用,气体溶解到原油中将引起原油体积膨胀。因此,传统的物质平衡方程在解决相影响很小的非挥发性油藏能取得令人满意的结果,而对相影响较大的油藏,比如挥发性油藏、注气开采油藏,其结果不十分满意。本文将注气过程中油藏流体划分为三个带,即自由气相、自由油相和过渡带,利用注气混相及非混相多次接触模拟细管试验从宏观角度研究过渡带的经验关系式,结合物质平衡原理和膨胀理论,建立起了注气混相及非混相驱替和气水交替注入过程物质平衡方程式。1确定某注气量应该形成的过渡带与注气量的关系利用注气混相及非混相多次接触模拟细管试验,根据多次接触过程中油气组成、粘度、密度、界面张力等诸多因素综合变化来确定某注气量应该形成的过渡带大小与注气量和注入压力之间关系,并回归出混相及非混相驱替过程中过渡带的经验关系式。混相驱替Vm=Qi(-3.3207p+177.44)(1)非混相驱替Vm=Qi(-3.9937p+203.28)(2)2注气混相及非混相驱替物质平衡方程考虑一个没有气顶、有边底水作用的封闭性未饱和油藏,注气方式为顶部连续注气。不考虑油藏岩石和流体的压缩性。该油藏有(k+j)口生产井,过渡带前缘突破的生产井为j口。假设气体突破过渡带前缘后,采出的油是过渡带中的油即为溶解了注入气的油,气体突破过渡带前缘后各油井采出油的体积系数Boj是气油比的函数:Boj=f(Rj),根据膨胀实验求得。根据地下体积平衡的原理:任一时刻,孔隙体积等于油藏中油相体积、气相体积、过渡带体积和水的体积之和,如图1所示。即{孔隙体积}={油的体积}+{气的体积}+{过渡带的体积}+{水的体积}(3){气的体积}=GfgBg=GiBg-Vmg(5){过渡带的体积}=Vm-∑j[Νpj-(Νpj)t]Boj(6)=Vm−∑j[Npj−(Npj)t]Boj(6){水的体积}=We(7)将方程(4)～(7)带入方程(3),得VΗC=ΝBo-∑kΝpkBo-∑jΝpjBoj-Vmo+GiBg-Vmg+Vm-∑j[Νpj-(Νpj)t]Boj+We(8)VHC=NBo−∑kNpkBo−∑jNpjBoj−Vmo+GiBg−Vmg+Vm−∑j[Npj−(Npj)t]Boj+We(8)原油注气后膨胀系数BsBs=Vm(Vm)pb(9)Bs=Vm(Vm)pb(9)原油恒质膨胀体积比VrVr=Vmo(Vmo)pb(10)Vr=Vmo(Vmo)pb(10)注入气体的摩尔分数xx=103Vmg24.056Bg103Vmg24.056Bg+ρoVmoΜ×103(11)x=103Vmg24.056Bg103Vmg24.056Bg+ρoVmoM×103(11)由方程(9)～(11)推出某注入压力下过渡带中油和气的地下体积分别为:过渡带中油的体积Vmo=VrBsVm(12)过渡带中气的体积Vmg=24.056ρoxVrBgΜ(1-x)BsVm(13)又VHC=NBoi(14)将方程(12)～(14)带入方程(8)中,得到注气混相及非混相驱替物质平衡方程式Ν=GiBg-∑kΝpkBo-∑j[2Νpj-(Νpj)t]BojBoi-Bo+1-VrBs-24.056ρoxVrBgΜ(1-x)BsVm+WeBoi-Bo(15)其中,混相驱替Vm=Qi(-3.3207p+177.44)非混相驱替Vm=Qi(-3.9937p+203.28)Boj=f(Rj)3水的压缩性井为了降低油田开采成本、提高波及效率和气驱效率,现场通常采用气水交替注入方式开采。水油或水气体系之间不存在相间传质作用,故建立水气交替注入过程中的物质平衡方程式时,水相同以前的物质平衡法的处理方法一样,油、气两相按注气驱替过程的物质平衡法处理。不考虑油藏岩石和流体的压缩性。该油藏有(k+j)口生产井,过渡带前缘突破的生产井为j口。在(3)～(6)式基础上考虑水的影响。{水的体积}={Wi+We-Wp}Bw(16)将方程(4)～(6),(16)带入方程(3),得VΗC=ΝBo-∑kΝpkBo-∑jΝpjBoj-Vmo+GiBg-Vmg+Vm-∑j[Νpj-(Νpj)t]Boj+{Wi+We-Wp}Bw(17)将方程(12)～(14)带入方程(17)中,得到气水交替注入混相及非混相驱替物质平衡方程式Ν=GiBg-∑kΝpkBo-∑j[2Νpj-(Νpj)t]BojBoi-Bo+(1-VrBs-24.056ρoxVrBgΜ(1-x)Bs)VmBoi-Bo+{Wi+We-Wp}BwBoi-Bo(18)其中,混相驱替Vm=Qi(-3.3207p+177.44)非混相驱替Vm=Qi(-3.9937p+203.28)Boj=f(Rj)4采出程度计算由于实际资料不全,并且葡北油田气体还没有突破,所以本例子计算基于气体突破之前。采用PB20井的原油和注入气进行最小混相压力测试,测得其最小混相压力为33MPa,地层压力保持在35MPa以上,生产井底压力不低于33MPa。将原油及注入气的物性参数和生产数据代入方程(22)计算累积采出量,进而计算采出程度,计算的采出程度和实际采出程度的对比见图2。从图2可知,用物质平衡方程计算的采出程度和实际的采出程度很接近,后期计算值比实验值明显高,其原因可能是由于某些生产井的注入气体已经突破过渡带前缘,但在计算的时候由于资料不全没有考虑突破的井。5将相似传质作用作为注气开采油藏的实验结果考察(1)本文利用柯克亚挥发性油藏注气混相及非混相驱替细管模拟实验,根据多次接触过程中油气组成、粘度、密度、界面张力等诸多因素综合变化来确定过渡带大小与注气量和注入压力之间的经验关系式,能够较好的描述注气过程中油气体系相间传质作用的影响。但是文中所述的细管试验的局限性较大,因此所得的经验式的应用范围较窄,使用中应注意,对于具体的油田应根据实验结果进行关联才能应用。(2)本文所建立的考虑相间传质作用的注气过程中物质平衡方程式能够反映注气开采油藏的特殊性,为研究注气开采油藏的开发动态提供了一种分析手段。(3)实例计算表明本文所建立的物质平衡方程的计算结果和实际数据基本吻合。(4)使用本文物质平衡方程时要求动态生产数据准确可靠,PVT实验、膨胀实验、细管实验作为基础,因此,对具体油田应根据这些实验结果数据分析。(5)注气驱物质平衡机理多变,描述困难,本方法是对注气物质平衡方程的初步探讨,对以前的物质平衡方程有所改进,但检验较少,尤其是对注气突破后的情况。油体积系数3a3Vm—注入气应该形成的过渡带体积,m3;Qi—气体注入的孔隙体积倍数;p—注气压力,MPa;Boi—原油在地层条件下的体积系数,m3/m3;Boj—第j口井原油在目前压力p下的体积系数,m3/m3;Bo—原油在目前压力p下的体积系数,m3/m3;Bw—目前压力p下水的体积系数,m3/m3;Bg—气体在目前压力p下的体积系数,m3/m3;Gi—注入气在地面标准条件下的体积,m3;Gfg—目前压力p下自由气在地面标准条件下的体积,m3;M—地层原油的分子量,kg/kmol;N—原油地质储量在地面标准条件下的体积,m3;Np—累积产油量,m3;Npk—气体未突破的第k口井的累积产油量,m3;Npj—气体突破的第j口井的累积产油量,m3;Nfo—目前压力p下自由油相在地面标准条件下的体积,m3;Rj—第j口井气体突破后的生产气油比,m3/m3;Vmo—过渡带