石油開發(fā)聚合物分析研究能源工程管理專業(yè)

1、摘 要 隨著聚合物驅(qū)技術的不斷發(fā)展，及其在現(xiàn)場取得的良好驅(qū)油效果，未來一段時間內(nèi)聚合物驅(qū)將仍是提高采收率的主導技術,本文通過查閱大量數(shù)據(jù)，明確了聚合物驅(qū)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。由于聚合物驅(qū)是水驅(qū)后進一步提高原油采收率的三次采油技術，在不同類型油藏中均取得了較好的應用效果。聚合物驅(qū)開發(fā)過程中，油藏非均質(zhì)性對聚合物驅(qū)的驅(qū)替效果有較大影響。本文也對目前世界上最為先進和廣泛應用的數(shù)值模擬軟件ECLIPSE軟件，進行簡要研究和實際操作。針對影響聚合物驅(qū)效果的因素很多，不同因素對聚合物驅(qū)效果影響程度也有較大差異的情況，建立了單層和多層兩類地質(zhì)模型，應用數(shù)值模擬手段研究了聚合物性能、注采參數(shù)和大孔道等12

2、項參數(shù)對聚合物驅(qū)效果的影響，研究結果表明，同一模型在相同工作制度和不同注采方式下，初期產(chǎn)油量和累積產(chǎn)油量存在較大差別。對于儲層厚度平面非均質(zhì)性油藏，厚注薄采的聚合物驅(qū)開發(fā)效果優(yōu)于厚采薄注;對于滲透率平面非均質(zhì)性油藏，高注低采的聚合物驅(qū)開發(fā)效果優(yōu)于高采低注;對于幾何形態(tài)的非均質(zhì)性油藏，寬采窄注的聚合物驅(qū)開發(fā)效果優(yōu)于寬注窄采。因此，合理地部署注采井網(wǎng)能有效地提高油藏聚合物驅(qū)的開發(fā)效果。關鍵詞：聚合物驅(qū)；油藏非均質(zhì)性；數(shù)值模擬；影響因素目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc422837845 第1章 概述9 HYPERLINK l _Toc422837846 1.1

3、 研究目的與意義9 HYPERLINK l _Toc422837847 1.2 聚合物驅(qū)數(shù)值模擬技術研究國內(nèi)外現(xiàn)狀12 HYPERLINK l _Toc422837847 1.3 本文的研究內(nèi)容12 HYPERLINK l _Toc422837845 第2章 儲層非均質(zhì)性研究9 HYPERLINK l _Toc422837846 2.1 層內(nèi)非均質(zhì)性研究9 HYPERLINK l _Toc422837847 2.2 層間非均質(zhì)性研究12 HYPERLINK l _Toc422837847 2.3 平面非均質(zhì)性研究12 HYPERLINK l _Toc422837863 第3章 聚合物驅(qū)油機理及

4、數(shù)學模型16 HYPERLINK l _Toc422837864 3.1 聚合物驅(qū)油機理16 HYPERLINK l _Toc422837837 3.2 聚合物驅(qū)油數(shù)學模型20 HYPERLINK l _Toc422837865 3.3 聚合物驅(qū)主要物化機理及數(shù)學表示方法21 HYPERLINK l _Toc422837845 第4章 ECLIPSE軟件聚驅(qū)模塊簡介9 HYPERLINK l _Toc422837864 4.1 Eclipse各個模塊的主要功能16 HYPERLINK l _Toc422837837 4.2 初始數(shù)據(jù)流20 HYPERLINK l _Toc422837863 第

5、5章 對聚合物驅(qū)油效果的影響因素進行數(shù)值模擬16 HYPERLINK l _Toc422837864 5.1 地址模型的建立16 HYPERLINK l _Toc422837837 5.2 注入速度對聚合物驅(qū)油效果的影響20 HYPERLINK l _Toc422837865 5.3 聚合物注入量對聚合物去油效果的影響21 HYPERLINK l _Toc422837865 5.4 注入聚合物的濃度對聚合物驅(qū)油效果的影響21 HYPERLINK l _Toc422837865 5.5 油層非均質(zhì)性對聚合物驅(qū)油效果的影響21 HYPERLINK l _Toc422837866 結 論25 HYP

6、ERLINK l _Toc422837867 參考文獻26 HYPERLINK l _Toc422837868 致 謝27概述油田開發(fā)，就是策劃出合理的油藏開發(fā)方案，以必要的實驗生產(chǎn)資料和詳探成果為根據(jù)，按照石油市場的實際需求，從生產(chǎn)規(guī)律和油田實際的情況出發(fā)，為了達到提高最終采收率的目的，在綜合研究的基礎上對具有工業(yè)價值的油田進行勘探，隨后對油田進行投產(chǎn)和建設，使得油田按方案規(guī)劃的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)能力順利進行生產(chǎn)，直到油田開發(fā)的結束這個全部過程。油田開發(fā)的這個過程是極其復雜多變的，一個油藏開發(fā)方案從制定到開發(fā)過程是一個很長的周期，并且需要巨大的經(jīng)濟投入，而且一旦對地層進行了開發(fā)就變成了不可逆的過

7、程。油藏數(shù)值模擬正是這樣一門關鍵技術，可以將油田開發(fā)的重大決策全部納入到嚴格科學的軌道，通過模擬軟件對油田在從開始至結束在對應方案下有可能的開發(fā)變化過程進行數(shù)值模擬，找到提高最終采收率的方法和途徑，預測油藏未來動態(tài)。三次采油在1979年被列為我國石油開發(fā)的重要科學技術方法。所謂一次采油:油田開發(fā)初期，僅依靠天然能量進行原油開采的方法，其中天然能量包括:彈性水驅(qū)，天然水驅(qū)，溶解氣驅(qū)，彈性能量驅(qū)，氣驅(qū)及重力驅(qū)。一次采油的結果是很低的，具體的數(shù)值一直不能超過巧%。二次采油:天然能量不足之后廣泛應用的注水(注氣)方法，這就是最常用的二次采油，又稱壓力保持法，用注水(或注氣)的方法借以補償采油后地層中的

8、虧空體積、增加補充地層的能量進行采油。在我國，為了保持壓力，多數(shù)是將二次采油方法與第一次采油共同進行。二次采油平均采收率也很低，不超過50%能達到70%-80%是個別現(xiàn)象。三次采油:針對一次采油后未能采出的剩余油和殘余油，采用向地層引入其他功能或注入其他驅(qū)油工作劑的方法，一般在壓力保持法之后要馬上進行三次采油，如化學驅(qū)油及某些混相驅(qū)油等。由于我國陸上老油田已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的氣源很少，油藏混相壓力很大，經(jīng)過各機構與各國家的大量研究交流結果表明我國油田大部分無法使用混相的方法進行油藏開發(fā)，所以化學驅(qū)開發(fā)方法在我國三次采油過程中迅速的發(fā)展并成為核心開發(fā)方式，是保證各大油公司產(chǎn)量安全的重要技術。所謂的化學驅(qū)方

9、法，又叫做改型水驅(qū)法，為了改善水的波及率和驅(qū)油性能，在注入的水中添加化學劑混合物，從而達到提高采收率的目的。聚合物驅(qū)油方法就是采用含有大分子化合物的各種聚合物溶液注入進行油藏驅(qū)油的方法，作為主要的化學驅(qū)油方法對比原來簡單的水驅(qū)方法，由于增大了水溶液的粘度，使得注入溶液在進入地層之后的波及體積增大，并且降低了原水相與地層中有機物之間的界面張力，達到提高最終采收率增大驅(qū)油效率的目的。 油藏數(shù)值模擬是利用油藏數(shù)學模型動態(tài)的表示或者求解真實的油藏動態(tài)過程，是通過建立對應地質(zhì)部分的數(shù)學模型表示物理化學性質(zhì)，再運用計算機程序的高速準確的特點進行烴類油藏預測開采的油田模擬實用方法。利用油藏數(shù)值模擬技術，工作

10、人員以及管理人員都可以在油藏還未正式開始開發(fā)之前，模擬出油藏的全部開發(fā)過程，從而可以比較各種預訂的開發(fā)方案，根據(jù)模擬的計算結果，來選出最佳的開發(fā)方案以便正式投產(chǎn)實施，最后達到最優(yōu)開發(fā)的效果，減少了開采的風險性，并且節(jié)約了資金的流出，大大降低了成本。在油田投入開發(fā)一段時間之后，由于油藏內(nèi)部壓力溫度能量在發(fā)生變化，會造成油藏中流體重新分布問題的產(chǎn)生，這時就可以借助數(shù)值模擬技術模擬出具體油藏的這種流體再分布情況，然后輔助尋找到原油富集區(qū)，對開發(fā)方案采收率預測結果進行指導改進和再確定，就可以為油田的開發(fā)提供具體嚴格的實驗數(shù)據(jù)支持并且節(jié)省了巨大的經(jīng)濟成本，從油田投產(chǎn)開始，無論是單井動態(tài)，還是整個油田動態(tài)

11、，都可以進行監(jiān)測與控制，油藏數(shù)值模擬是油田開發(fā)最優(yōu)決策的有效工具。 聚合物驅(qū)油這種方法比常規(guī)開發(fā)的方法更加高風險、高技術和高成本，就意味著更加需要數(shù)值模擬技術的輔助管理，我們利用數(shù)值模擬的方法來進行化學驅(qū)方案的優(yōu)選，驅(qū)油效果的預測，為驅(qū)油方案的經(jīng)濟評價和可行性論證提供了嚴謹可靠的理論依據(jù);還可以利用數(shù)值模擬技術對正在實施中的一些化學驅(qū)方案進行動態(tài)跟蹤監(jiān)測，然后根據(jù)擬合和預測結果對實施方案進行科學的調(diào)整。計算機硬件和聚合物驅(qū)油方法的不斷進步導致產(chǎn)生了很多優(yōu)秀的油藏數(shù)值模擬模型和效果良好的聚合物驅(qū)運算方法，但是還是無法滿足大慶油田日益增長的大規(guī)模實踐投產(chǎn)需要。1.1 研究目的與意義 大慶油田作為我

12、國最大的陸上老油田已經(jīng)進入高含水采油期，注水的效率很低，產(chǎn)油量也逐年遞減，但對于億噸級的油藏地質(zhì)儲量，聚合物驅(qū)油的作用越發(fā)的顯著，但是以前的聚合物驅(qū)油模擬軟件已經(jīng)無法滿足油田科研生產(chǎn)的實際需要。目前大慶油田實際生產(chǎn)中的分質(zhì)分注挖水挖潛技術在廣泛的運用中，并且近年來聚合物粘彈性可以用來增加微觀驅(qū)油效率的說法也在進步之中。這些技術的可行性研究以及實施方案效果預測都需要數(shù)值模擬方法來進行，但是以前的數(shù)值模擬模型無法滿足當前的需要，從生產(chǎn)和實際的需求出發(fā)迫切的要求具有齊全模擬功能的聚合物調(diào)剖驅(qū)油軟件的研制，滿足不斷進步的生產(chǎn)實踐需要，并且對科學的開發(fā)油田提供正確的指導理論，最后達到提高油田開發(fā)經(jīng)濟效益

13、的目的。 (1)開發(fā)更加完善的數(shù)值模擬軟件來滿足大慶油田聚合物驅(qū)方法的新發(fā)展。 大慶油田聚合物驅(qū)油技術已經(jīng)在二類油藏開始逐漸推廣應用，二類油藏物性比一類油藏差得多，表現(xiàn)為不僅非均質(zhì)性增強，而且平面連通性變差，多數(shù)油層表現(xiàn)為大面積不連通出現(xiàn)尖滅的情況，現(xiàn)有的數(shù)值模擬模型很難較好地描述二類油層的真實情況。 (2)在未來依托聚合物驅(qū)技術開拓國內(nèi)外市場過程中，需要驅(qū)油機理描述正確、模擬功能完善的數(shù)值模擬軟件作為必要的技術支撐。 從企業(yè)發(fā)展的角度出發(fā)，大慶油田的聚合物驅(qū)油技術已經(jīng)居于世界領先地位，必然會走出去，進入國際競爭市場。將來所面臨的是利用聚合物驅(qū)油方法開發(fā)各種各樣的復雜類型的油藏。數(shù)值模擬技術是

14、油藏開發(fā)方法評價和實施科學油藏管理的重要手段，必需建立自己的功能完善的數(shù)值模擬模型，以滿足企業(yè)發(fā)展的需要。(3)改進完善現(xiàn)有的聚合物驅(qū)數(shù)值模擬軟件，也為將來大慶油田自主研發(fā)化學驅(qū)數(shù)值模擬軟件奠定堅實的基礎。國內(nèi)外現(xiàn)有的商業(yè)化化學驅(qū)數(shù)值模擬軟件，用來模擬大慶油田所實施的化學驅(qū)油過程，普遍存在缺點，滿足不了大慶油田的實際應用。為了使數(shù)值模擬技術更好地為化學驅(qū)油提供科學的理論指導，需要依托大慶油田己發(fā)展起來的化學驅(qū)油理論，開發(fā)出滿足大慶油田自身特點的油田開發(fā)輔助軟件。因此，進完善，驅(qū)功能，使其模擬機理和油藏描述功能更加完善，有必要對現(xiàn)有的聚合物驅(qū)模型進行改然后以此為基礎軟件，增加各種化學從而為自主研

15、發(fā)更加適合大慶油田特點的化學驅(qū)模擬軟件奠定堅實的基礎。1.2 聚合物驅(qū)數(shù)值模擬技術研究國內(nèi)外現(xiàn)狀 聚合物驅(qū)數(shù)值模擬技術就是結合了物理、油藏工程、計算機程序以及數(shù)學來預測聚合物驅(qū)油方式下烴類油藏的變化和動態(tài)的有效工具。從20世紀50年代產(chǎn)生發(fā)展至今數(shù)值模擬技術已經(jīng)被開發(fā)成為一種比較成熟的方法。 一直以來有實驗、類比和數(shù)學三種傳統(tǒng)角度可以進行油田數(shù)值模擬的計算，發(fā)展到現(xiàn)在大多數(shù)的油田公司都采用擁有動態(tài)模擬能力的數(shù)值方式來進行油藏開發(fā)生產(chǎn)方案制定模擬的主要手段。高速電子計算機的普及和發(fā)展促進了這種油藏模擬方法的進步，通過對物理化學過程的數(shù)學模型進行求解方式得到油田開發(fā)動態(tài)預測結果。組分模型、氣體模型

16、以及黑油模型作為主要的典型方式配合化學驅(qū)油、熱力采油和常規(guī)方式來進行生產(chǎn)開發(fā)。數(shù)值模擬研究的主要步驟有:先找出問題所在，確定研究的對象;取得整理和校正全部油藏數(shù)據(jù);建立油藏數(shù)學模型;對油藏模型進行歷史擬合;進行動態(tài)預測;形成完整的模擬報告。使用偏微分方程組以及相關的輔助方程作為聚合物驅(qū)油模擬系統(tǒng)的基本數(shù)學模型，可以充分描繪表示出整個開發(fā)周期中涉及到的理性變化，相關的流體和地質(zhì)物理化學變化有:流體流動、相間質(zhì)量轉(zhuǎn)移和物質(zhì)間化學變化。想要建立能夠反映油藏中所發(fā)生的化學變化數(shù)學模型一般需要按照以下的化學物理原理f9_lll:質(zhì)量守恒定律、流體狀態(tài)方程組(流體的狀態(tài)方程和空隙狀態(tài)方程)、能量守恒原理、

17、各種輔助方程(反映油藏中的物理化學變化)和運動方程中流體滲流方式滿足達西定律 油藏數(shù)值模擬的一般過程就是根據(jù)這些化學物理原理建立反映實際油藏開發(fā)的油藏數(shù)學模型，接著對數(shù)學模型離散化變成油藏數(shù)值模型，然后將此數(shù)值模型編寫成計算機程序，產(chǎn)生計算模型，隨后一步就是求解計算這些計算機模型，最后得到油藏開發(fā)實際過程中所需的各類狀態(tài)結果和參數(shù)。由于數(shù)值模擬方法是可以用來進行油藏開發(fā)方案優(yōu)選、可行性研究以及效果評價的有效方式。所以世界各三次采油主要技術國即使油藏開發(fā)規(guī)模很小也會投入大量人力物力來進行三次采油數(shù)值模擬軟件的研發(fā)，因此，在這個領域已經(jīng)開發(fā)研制出了很多三次采油數(shù)值模擬功能軟件。 就數(shù)值模擬自身來說

18、，要考慮聚合物驅(qū)油機理和描述物理化學現(xiàn)象，其中運用的數(shù)值模擬算法和用戶界面都是重點要考慮的問題，另外并行化解法，網(wǎng)格處理，通用數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡等技術的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)值模擬概念已經(jīng)發(fā)生了很大的改變。顯式方法和隱式方法作為常用的方式被大部分數(shù)值模擬軟件所采用，其中的全隱式計算模式需要同時求解飽和度和壓力方程;另外一種被大量應用的!MP S順序求解相應的飽和度 AIM方法使用自調(diào)整方法，對變量和節(jié)點進行判斷是否進行隱式還是顯示的方法，用最小的計算量實現(xiàn)算法的穩(wěn)定性。目前被各大油田規(guī)模廣商業(yè)化程度高的數(shù)值模擬軟件有:VIP-Polymer, ECLIPSE, STARS和UTCHEM。1.3 本文的研

19、究內(nèi)容 本文以大慶油田作為研究對象，主要針對聚合物去機理進行研究。在調(diào)研國內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎上，預期完成的主要研究內(nèi)容如下： (1)研究油層非均質(zhì)性分析聚合物驅(qū)油原理，構建聚合物驅(qū)油的數(shù)學模型； (2)對ECLIPSE軟件，進行研究和實際操作 (3)影響聚合物驅(qū)油效果的因素進行系統(tǒng)分析儲層非均質(zhì)性研究儲層非均質(zhì)性指油氣儲層由于在形成過程中受沉積環(huán)境、 成巖作用和構造作用的影響， 在空間分布及內(nèi)部各種屬性上都存在的不均勻的變化這種不均勻變化具體地表現(xiàn)在儲層巖性、 物性、 含油性及微觀孔隙結構等內(nèi)部屬性特征和儲層空間分布等方面的不均一性儲層的均質(zhì)性是相對的， 而其非均質(zhì)性則是絕對的。2.1 層內(nèi)非均質(zhì)

20、性研究 研究中根據(jù)目的層低孔、低滲，且儲層主要為孔隙性儲層，裂縫的儲集性能可以忽略(與一般碎屑巖類似)的地質(zhì)實際，參考碎屑巖研究中主要通過滲透率變異系數(shù)、突進系數(shù)和極差等參數(shù)定量數(shù)學統(tǒng)計分析儲層非均質(zhì)性的方法，來實現(xiàn)火山巖儲層層內(nèi)非均質(zhì)性的定量評價.本文所用的滲透率是指儲層總的滲透率，其中包含了裂縫滲透率，充分考慮到了裂縫對儲層非均質(zhì)性的影響作用，在統(tǒng)計不同系數(shù)評價非均質(zhì)性強弱時，嘗試參考了碎屑巖非均質(zhì)性強弱的劃分指標。 (1)巖心分析層內(nèi)非均質(zhì)性特征研究中求取56塊巖心分析樣品的垂直滲透率與水平滲透率的比值(Kv/Kh )(表1)，來獲取火山巖儲層層內(nèi)滲透率非均質(zhì)性信息.其中Kv/Kh1和K

21、v/Kh2分別為垂直滲透率與不同方向的水平滲透率的比值.從表1中看到，垂向滲透率與水平滲透的比值明顯，從0到4.33，最大平均值達到1. 19 ,這既說明在層內(nèi)儲層非均質(zhì)性在層內(nèi)縱向上和橫向上都很強烈.雖然分析測試的資料比較有限，但層內(nèi)非均質(zhì)性的變化趨勢是不變的.主力層YC111在垂向上滲透率基本達到橫向上的1/2到1倍多.受火山巖體和火山巖相在側向上展布范圍的限制，同時受火山噴發(fā)作用在不同相帶火山巖巖性變化所引起的成巖作用在側向上的變化共同影響，儲層滲透率在橫向上的變化要遠大于垂向上。 (2)測井解釋層內(nèi)非均質(zhì)性特征 研究中根據(jù)32口井的精細測井解釋結果，計算了層內(nèi)滲透率變異系數(shù)、突進系數(shù)和

22、級差(表2)。從表中可以看出，4個不同的小層，滲透率變異系數(shù)的均值基本分布在0.74到1.00的范圍之內(nèi)，突進系數(shù)的均值在1. 934到3. 106之間，而級差的均值范圍從48.455到144.203。參考砂巖層內(nèi)非均質(zhì)性參數(shù)的評價標準川，滲透率變異系數(shù)大于0.7時，反映非均質(zhì)性強，滲透率突進系數(shù)反映的非均質(zhì)性屬于中到強，從滲透率級差來看，研究區(qū)目的層儲層層內(nèi)非均質(zhì)性也屬于強烈。以層內(nèi)變異系數(shù)為例，說明儲層層內(nèi)非均質(zhì)性在不同小層平而上的變化.研究中繪制了小層YC1I1, YC1I2 , YC1II1和YC1II2的滲透率變異系數(shù)平而圖，分別對應于圖2a2d.在小層YC1I1，滲透率變異系數(shù)的高

23、值主要集中在XS3 , XS17 , XS21-4等井附近，其余區(qū)域的滲透率變異系數(shù)取值基本屬于漸變.小層YC1I2中滲透率變異系數(shù)取值較大的區(qū)域主要集中在XS14-1, XS21-2 , XS21-3 , XS21-1和XS21-5等井處，靠近上述區(qū)域滲透率變異系數(shù)的取值在很短的距離內(nèi)變化至U.小層YC1II1中滲透率變異系數(shù)取值較大的區(qū)域主要集中在XS302 ,XS21-2等井處，而靠近XS21-2等井的區(qū)域滲透率變異系數(shù)的取值很快變化至。，而且。值的分布區(qū)域較廣，這說明該小層層內(nèi)非均質(zhì)性在平而上變化快，差異大.小層YC1II2延續(xù)了小層YC1II1的變化規(guī)律，滲透率變異系數(shù)取值較大的區(qū)域

24、主要集中在XS14-1, XS21-2和XS23等井處，而在相鄰的區(qū)域，該取值迅速減小至U，該小層層內(nèi)非均質(zhì)性在平而上變化更加明顯，差異更大.自上而下，從小層YC1I1到小層YC1II2，儲層層內(nèi)非均質(zhì)性呈逐漸增強的趨勢.滲透率突進系數(shù)和級差等在4個小層中也有類似的變化規(guī)律。對比4個小層，小層YC1I1中雖然也有滲透率變異系數(shù)在平而上的變化，但這種變化并不是突變，也沒有局部區(qū)域的取值突變，這是因為小層YC1I1屬于營城組一段第3個火山噴發(fā)旋回的晚期，火山作用整體上減弱，火山活動趨于穩(wěn)定.這說明在上述4個小層中，該小層的非均質(zhì)性強烈程度最差，這也是該小層能成為目的層的主力層位的一個十分重要的原因

25、.對比火山口與滲透率變異系數(shù)取值的關系，一般靠近火山口的部位，滲透率變異系數(shù)的取值較大，非均質(zhì)性強烈(圖2)。這是受火山噴發(fā)活動自身的特點決定的.在靠近火山口的部位，主要發(fā)育火山通道相、爆發(fā)相和侵出相，其對應的巖性主要為火山角礫巖、角礫熔巖等，相變快，儲層物性變化較大，儲層非均質(zhì)性相對較強.而遠離火山口的部位，主要發(fā)育溢流相和火山沉積相，對應的巖性主要是流紋巖和凝灰?guī)r等，巖相延伸范圍大，物性較差，變化慢。儲層物性變化不甚劇烈，非均質(zhì)性相對較弱.因此，儲層非均質(zhì)性的強弱與火山噴發(fā)作用關系密切，在很大程度上受火山口位置的影響。(3)層內(nèi)非均質(zhì)性的影響因素儲層層內(nèi)非均質(zhì)性的影響因素眾多，大致包括構造

26、、火山噴發(fā)特征、火山巖性、火山巖相以及成巖作用等多種。構造作用對于儲層層內(nèi)非均質(zhì)性的影響主要通過斷裂來體現(xiàn)，主要是規(guī)模大小不一的斷層和裂縫將一些原本不連通，無效的儲集空間連接起來，進而影響到儲層滲透率(圖3)。這些區(qū)域和層位與斷裂不發(fā)育的區(qū)域和層位儲層性質(zhì)差異很大，從而表現(xiàn)為強烈的非均質(zhì)性的差異.同時，斷裂的規(guī)模和分布的疏密程度也造成了非均質(zhì)性特征在空間上的巨大差異.以XS27井區(qū)為例(圖4)，在很小的范圍內(nèi)，斷裂的發(fā)育程度就有很大的變化，反映在非均質(zhì)方而，非均質(zhì)的區(qū)域差異性十分2.2 層間非均質(zhì)性 同一油田在不同的部位的石油儲層是不同的，我們就從縱向上來看，石油可以分為不同的儲集層，不同的儲

27、集層之間的性質(zhì)又是不同的，一些典型的儲油層有陸相油氣藏、復合油氣藏儲層等，這些儲油層的非均質(zhì)性更加明顯，所以我們在研究的時候要特別注意，我們在開采石油的時候遇到這些油層的時候更要小心，這些油層很容易出現(xiàn)問題，一旦出現(xiàn)問題，輕則會造成一定程度的財產(chǎn)損失，重則可能會對人們的生命安全造成威脅，所以我們要謹慎小心，深入研究，這樣才能保證我們的石油開采更加的合理、安全。 (1)儲油層巖性之間的差異 我們的大地在形成的時候分成了不同的巖層，而石油的儲存就是在這些巖層之間，儲油層的巖石種類是多種多樣的，而沉積巖是最容易形成儲油層的，沉積巖儲油層也是分為很多種，有砂巖儲油層、礫巖儲油層等，在一定的情況下，變質(zhì)

28、巖和火成巖也都可以成為儲油層，我們在開采石油的過程中遇到這方面的問題時就要考慮巖層的問題了。(2)儲油空問與油氣運移通道小同儲油空問和油漆運移通道主要是空隙、裂縫和空洞，這三種情況也并小是同時出現(xiàn)的，他們在出現(xiàn)的時候可能是一個單獨出現(xiàn)，可能是其中的兩個出現(xiàn)，也可能是三個一起出現(xiàn)，這樣我們在研究的時候就要看情況了。儲油空問的儲油層和滲流孔道、油水運動規(guī)律、空隙內(nèi)的油都是小同的，我們在研究的過程中就要注意這方面的特點了。(3)層問滲透率的小同層問滲透率是從縱向上來說的，由于小同的層問的很多顆粒的數(shù)量和分布的情況都是小同的，所以層問的滲透率也是小同的。針對于巖層來說，油層問的滲透率的小同是油層非均質(zhì)

29、性的重要特點。油層問的滲透率的小同會使得油層的一些地方造成突進，這樣小利于我們對石油進行開采。2.3 平面非均質(zhì)性研究平面非均質(zhì)性是從橫向上來說的，同一個平面上因為一些因素的小同或者是儲油量大小的小同使得整個平面形成非均質(zhì)性，而且非均質(zhì)性程度大。實踐證明，油田儲量大的地方一般都是厚度很大，整個平面上的局部油層連續(xù)性好，流動性大，有利于對油田的開發(fā)，這樣的部位我們在開采的時候難度較小，剩余油的量也很小。相對來說，石油儲量小的地方的特點就比較的小好了，這些部位小利于我們對石油進行開采，這種地方的厚度比較小，流動性較差，非均質(zhì)性強，我們在進行石油開采的過程中遇到的問題也會比較多，開采的難度會很大，剩

30、余油的量也很大。2.3.1 油層非均質(zhì)在開發(fā)過程中的現(xiàn)象我們在開采石油的過程中總會遇到很多問題，也會出現(xiàn)很多矛盾，下面我們就來談談層問矛盾，層問矛盾主要是分為兩個方面，一是層問突進，二是單層突進。層問矛盾的出現(xiàn)主要是由于內(nèi)因和外因兩部分組成，內(nèi)因是層問的非均質(zhì)性，外因則是由于人們的小合理注水或者是小合理開采石油，當我們對油田注水的時候，滲透率相差懸殊的地方因為吸水能力的差異就會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象。在對砂體格架和遮擋條件進行研究之后，對砂體滲透率和孔隙度平面分布研究則是平面非均質(zhì)性研究的重點，特別是滲透率平面非均質(zhì)性，因為其方向性及大小差異直接影響流體流動的方向性、流動能力。注入劑平面波及范圍和平面

31、驅(qū)油效果。滲透率平面非均質(zhì)性可分為如下三方面：(1) 宏觀滲透率方向性 是指砂體內(nèi)由巖性變化引起的宏觀滲透率方向性，其主要受沉積作用影響，如沉積時高能帶與低能帶差異，主題帶與邊緣帶差異，砂體幾何形態(tài)引起的方向性等?？捎脻B透等值圖表示。(2) 微觀滲透率方向性 是指砂體內(nèi)沉積構造和結構因素引起的滲透率方向性，一般以各向滲透率之間比值來表示。 (3) 裂縫引起的滲透率方向性 是指儲層存在裂縫時，它會導致嚴重的滲透率方向性。應研究各種裂縫的產(chǎn)狀，尤其死裂縫走向。常見的裂縫有構造縫和層面縫。聚合物驅(qū)油機理及數(shù)學模型聚合物驅(qū)是一種提高采收率的方法，在宏觀上，它主要靠增加驅(qū)替液粘度，降低驅(qū)替液和被驅(qū)替液的

32、流度比，從而擴大波及體積；在微觀上，聚合物由于其固有的粘彈性，在流動過程中產(chǎn)生對油膜或油滴的拉伸作用，增加了攜帶力，提高了微觀洗油效率。數(shù)學模擬作為研究油藏的主要方法之一，其原理就是通過求解描述某一物理過程的數(shù)學方程式 (組)來研究這個物理變化規(guī)律的方法11。自然界的物理現(xiàn)象，常常可以用某一數(shù)學方程式或方程組來加以描述，這種方程式或方程組就稱為原現(xiàn)象的數(shù)學模型。因此，所謂數(shù)學模型并不是一個實體模型，而是從物理現(xiàn)象中抽象出來，能夠描述該現(xiàn)象物理本質(zhì)的一個數(shù)學方程式。3.1 聚合物驅(qū)油機理 早期的聚合物驅(qū)油機理認為，聚合物驅(qū)只是通過增加注入水的粘度，降低水油流度比，擴大注入水在油層中的波及體積來提

33、高原油采收率，聚合物驅(qū)后殘留在孔隙介質(zhì)中的油的體積和水驅(qū)之后相同，即聚合物驅(qū)不能增加巖石微觀掃油效率經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)，由于聚合物的非牛頓粘彈性，聚合物驅(qū)不僅能夠擴大波及體積，而且能夠增加油藏巖石的微觀驅(qū)油效率從而提高原油采收率聚合物驅(qū)可有效地驅(qū)替簇狀、柱狀、孤島擾膜(環(huán))擾盲狀等以各種形態(tài)滯留在孔隙介質(zhì)中的殘余油。室內(nèi)實驗還表明，具有粘彈性的聚合物溶液與具有相同粘度但不具備粘彈性的驅(qū)替液相比，多提高采收率3- 5個百分點。:聚合物驅(qū)油機理主要可以歸納為一下幾個方面:（1）降低油冰粘度比 研究結果表明，降低油冰粘度比可以提高驅(qū)油效率因此，設法降低地層原油的粘度和提高驅(qū)油劑的粘度就可以達到提高驅(qū)

34、油效率的目吮顯然，大面積的降低地層原油粘度的做法是不現(xiàn)實的，通過再注入水中添加高相對分子品質(zhì)聚合物，提高驅(qū)替相粘度的方法是很容易做到的。 （2）降低水袖流度比 降低水袖流度比的直接結果是減少注入水單層突進現(xiàn)象降低水袖流度比可以提高注水波及體積系數(shù)和驅(qū)油效率水袖流度比的降低擴大了注水波及體積系數(shù)，使得原來需要大量注水才能采出的的原油，僅用少量的稠化水便可采出。從這一意義上來講，聚合物驅(qū)的正真意義在于改善驅(qū)替效果，縮短開發(fā)周期（3）降低注水地層滲透率注水油藏的流度比M等于驅(qū)替相(水)的流度，和被驅(qū)替相(油)的流度之比： 從水油流度比的概念可以看到，降低水油流度比的方法是降低注入水的流度或提高地層油

35、的流度顯然大面積提高地層原油流度的做法是不現(xiàn)實的，而設法降低注入水的流度是很容易實現(xiàn)吮根據(jù)式，降低注入水流度的途徑:一是降低地層的有效滲透率;二是提高驅(qū)替相的粘度這兩種途徑都是可以通過人工方法實現(xiàn)的。例如，通過機械的或是化學的方法對地層中的高滲透層段進行封堵作業(yè)(調(diào)整注水地層吸水剖面)可以降低地層的有效滲透率;通過在注入水中添加聚合物增稠劑可以提高驅(qū)替相的粘度（4）產(chǎn)生流體轉(zhuǎn)向效應聚合物溶液在非均質(zhì)油層中優(yōu)先進入高滲透帶，由于注入流體粘度的增大和高滲透帶滲透率的下降使得進入的驅(qū)替流體轉(zhuǎn)入未曾被注入水波及的含剩余油部位，提高了采收率（5）提高油相分流系數(shù) 根據(jù)達西定律，油、水相的粘度KQ KW和

36、油、水相的有效滲透率KQ KW決定了油、水兩相同時流經(jīng)孔隙介質(zhì)時油相的分流系數(shù)fa聚合物溶液水相粘度拜W增大，同時又降低了水的相對滲透率KW，因此，提高了油的分流系數(shù)f0從而提高原油采收率。3.2 聚合物驅(qū)數(shù)學模型聚合物的運移性質(zhì)、與巖石的相互作用和可能存在的化學反應以及非牛頓流變性，使得聚合物在多孔介質(zhì)中的滲流特征非常復雜。因此，無論進行室內(nèi)實驗還是用數(shù)值模擬軟件進行數(shù)值模擬，通常都希望知道聚合物驅(qū)油的如下物理特征及其指標值。(1)聚合物在多孔介質(zhì)中流動時的表觀粘度，這主要取決于聚合物在多孔介質(zhì)中流動期間的聚合物濃度及其流動速度。(2)聚合物的吸附、滯留、滲透率降低，這是影響聚合物驅(qū)油效果的

37、重要量化值。(3)運移性質(zhì)，聚合物在多孔介質(zhì)中流動時聚合物高分子具有擴散、不可進和不可及孔隙體積效應，這取決于聚丙烯酰胺的高分子量。(4)化學反應，聚合物在油藏環(huán)境下可能會發(fā)生一些化學反應引起聚合物的化學降解，由此導致聚合物粘度損失，或者油藏中的高價陽離子如三價鐵離子發(fā)生交聯(lián)反應生成凝膠物質(zhì)。(5)熱效應，聚合物的某些性質(zhì)如降粘速率與溫度有關(6)敏感性，聚合物溶液對油藏環(huán)境里的礦化度、pH值等比較敏感。如果同時考慮各種因素對聚合物驅(qū)油效果的影響，建立的數(shù)學模型勢必非常復雜，因此這里首先考慮在一維空間中建立聚合物驅(qū)油的數(shù)學模型以揭示聚合物驅(qū)油機理，并將結論應用于聚合物驅(qū)油方案設計或了解聚合物驅(qū)

38、未來動態(tài)。3.2.1 基本假設：流體為油水兩相，水相中含水和聚合物兩種組分；水與聚合物完全混溶，而油與水、油與聚合物完全非混溶；油、水、聚合物溶液在油藏內(nèi)按達西定律流動；聚合物在孔隙表面上的吸附作用是瞬時完成的，忽略吸附作用對孔隙度的影響；流體和巖石不可壓縮，并考慮重力和毛管力的影響；考慮擴散、吸附等作用；忽略聚合物溶質(zhì)對含水相密度的影響。從物質(zhì)守恒原理、壓力變化機理、濃度變化過程三方面來描述聚合物驅(qū)數(shù)學模型。整個聚合物驅(qū)基本數(shù)學模型是基于注入溶液的相和組分可壓縮帶吸附混溶和非混榕混合驅(qū)動的數(shù)學模型。（2）物質(zhì)守恒方程應用Darcy定律給出以第i種物質(zhì)組分總體積分數(shù)C，形式表達的L種物質(zhì)組分的

39、物質(zhì)守恒方程為式中:Ci為第i種物質(zhì)組分的總體積分數(shù);Ci1為l相中第i種物質(zhì)組分的體積分數(shù);i為i組分的密度;Dil為Fick彌散項;l表示第l相;小為孔隙度;Q為源匯項;np為相數(shù);相流量ui滿足Darcy定律，即 （3）飽和度方程 設S,-和S。分別是水相和油相的飽和度，滿足S,-So-1，則由物質(zhì)守恒方程式(1)可得到油相飽和度方程為 (4)組分濃度方程 由于所有化學組分聚合物和各種離子全部存在于水相中，相間不發(fā)生物質(zhì)傳遞，則有 將式(1-4)代入式(1-1)得到組分濃度方程為：其中，A（Ciw）為與吸附有關的函數(shù)。3.3 聚合物驅(qū)主要物化機理及數(shù)學表示方法聚合物驅(qū)物化參數(shù)確定由于用于

40、勝二區(qū)1-2單元高溫高鹽聚合物為新型產(chǎn)品，數(shù)值模擬所需物化參數(shù)需要在巖心驅(qū)替試驗擬合基礎上獲得?？紤]高溫高鹽聚合物的特點，在室內(nèi)驅(qū)替試驗基礎上，利用微機版聚合物驅(qū)機理模擬器進行室內(nèi)參數(shù)的確定。 實驗條件: 驅(qū)替所用巖芯長度為30 cm，直徑為2. 5cm，滲透率為293 410一3林m z,m，孔隙體積為58. 7 cm;，含油飽和度為88.5%;注人水的礦化度為17 402 mg/L，鈣鎂總量為428 mg / L;飽和原油的赫度為35 mPa. s;巖芯溫度保持在80;聚合物:聚合物溶液的濃度為1 800 mg/L,采用清水配、污水注，含水在94%一%轉(zhuǎn)注; 注人速度為0.23 cm3/m

41、inx通過巖芯驅(qū)替實驗可以得到注人倍數(shù)與含水率的關系曲線。在巖心驅(qū)替試驗擬合的基礎上，利用驅(qū)油效果等效關系，得到聚合物驅(qū)數(shù)值模擬軟件VIP-OLY-MER所需的聚合物的物化性質(zhì)參數(shù)，如表5所示?？杉翱紫扼w積EPHZP0.8（2）數(shù)學模型建立聚合物驅(qū)數(shù)學模型，進行了如下的假設:忽略氣相的存在，流體為油、水兩相，聚合物僅溶于水中;考慮三種組分:水、油、聚合物，各組分間沒有化學反應產(chǎn)生，但考慮聚合物溶液中存在的化學降解;相平衡瞬間建立;流體和巖石均為不可壓縮，流體的流動符合達西定律;模型忽略重力、毛管力的影響，但考慮擴散、吸附等作用;平面均質(zhì)、層間非均質(zhì)的擬三維油藏。對于具有N，相N組分系統(tǒng)，其物質(zhì)

42、平衡系統(tǒng)可表達為:由于聚合物驅(qū)過程中具有某些特殊的物理化學現(xiàn)象，本文就主要的物化參數(shù)的選取做了以下的考慮:聚合物溶液粘度滲透率下降系數(shù)）式（3）中為最大滲透率下降系數(shù)，無因次；為待定常數(shù)。（mg/cm3）-1。（3）不可及孔隙體積模擬過程中定義聚合物可及孔隙度或聚合物可及孔隙體積，他們通常被看做常數(shù)。擴散系數(shù) 擴散系數(shù)為張量形式，對于三位系統(tǒng)可表示為 (5) 吸附聚合物在油層孔隙表面吸附是聚合物驅(qū)油過程中發(fā)生的重要物化現(xiàn)象之一。模型采用Langmuir吸附等溫線對其描述，即 式(5)中，a為表征離子交換與吸附量大小的參數(shù)，(g/cm3)-1；b為吸附常數(shù)，(mg/cm3)-1。第4章 ECLI

43、PSE軟件聚驅(qū)模塊簡介4.1 Eclipse各個模塊的主要功能Eclipse軟件主要包括3部分，分別是FIoGid, Schedule和Office。主要功能主要在FloGid, Schedule和Office三個模塊中體現(xiàn)。 Eclipse軟件中可以導出離散點數(shù)據(jù)，但導出的數(shù)據(jù)是整個區(qū)塊的所有層的數(shù)據(jù)而不是單層的數(shù)據(jù)，Surfer可以讀取離散點數(shù)據(jù)，首先通過編程的方式實現(xiàn)將Eclipse所有層的數(shù)據(jù)體拆解為單層的數(shù)據(jù)。由于Eclipse導出數(shù)據(jù)是正向輸出的，即由上向下輸出數(shù)據(jù)，而Surfer讀入數(shù)據(jù)的方式是由下向上讀入，如果直接繪圖則繪出的圖件在Y方向上是倒置的，所以要使Surfe:讀入和E

44、clipse相同方向的圖件，則需要將拆解后的單層數(shù)據(jù)在Y方向上進行倒轉(zhuǎn)，然后通過修改表頭文件即能轉(zhuǎn)化為Surfer數(shù)據(jù)，增強原有Eclipse數(shù)據(jù)的插值功能和繪制圖件能力。從Eclipse數(shù)模模型中導出剩余油儲量(即地下原油體積)、剩余油飽和度、目前地層壓力等參數(shù)，然后利用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為Surfer格式的數(shù)據(jù)，并在Surfer中進行運算，得到剩余油儲量(地面原油的質(zhì)量)，根據(jù)原始儲量豐度，計算動用程度等并繪圖。Eclipse數(shù)據(jù)格式向Surfer數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的具體實現(xiàn)過程如圖數(shù)據(jù)操作的基本流程圖4.2 初始數(shù)據(jù)流Surfer提供的一種格網(wǎng)文件格式是GS BinaryC（*.gr)的ASCII版

45、本。它使用單精度值，具體格式如下表： Surfer ASCII 格式以華北留西油田為例，從留西油田部分區(qū)塊的Eclipse數(shù)模模型中導出該區(qū)塊目前儲量、剩余油飽和度及目前壓力等參數(shù)的ASCII碼數(shù)據(jù)，用所編軟件進行處理，轉(zhuǎn)化為Surfer格式的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，在Surfer中進行運算，得到剩余油儲量(地面原油的質(zhì)量)，根據(jù)原始儲量豐度，并計算出動用程度進行繪圖。以下以留西油田17區(qū)塊剩余油飽和度為例。首先，由Eclipse導出剩余油飽和度數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù))(圖2)，然后從導出數(shù)據(jù)中提取出我們所需的參數(shù)數(shù)據(jù)，修改頭文件，以Eclipse及網(wǎng)格大小為關鍵字，處理結果如圖3將以上數(shù)據(jù)用所編軟件進行處理，將一

46、個數(shù)據(jù)拆解為多個數(shù)據(jù)文件，文件數(shù)目為小層數(shù)，見圖4至圖7 Eclipse導出剩余油飽和度數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù)) The remaining oil saturation data export from Eclipse(initial data) 修改頭文件后的數(shù)據(jù) Modify the data after the header file 拆解后的多個*.grid文件 *.grid files after dismantling 留17斷塊5321層含油飽和度原始與目前對比圖(由Eclipse繪出Correlation of the original and current oil saturat

47、ion of S321 sublayer, Liu 17 Block (drawn by the Eclipse) 留17斷塊S321層含油飽和度原始與目前對比圖(由Surfer繪出) Correlation of the original and current oil saturation of S321 sublayer, Liu 17 Block (drawn by the Surfer)留17斷塊s321層含油飽和度原始與目前對比圖(由Core1DRAV、繪出)Correlation of the original and current oil saturation of S321

48、 sublayer, Liu 17 Block (drawn by the Core1DRAW) 由以上圖件，通過對縱向和平面剩余油分布分析，可知留17斷塊主力層目前動用程度較高，整體都達到17%以上，而且相對均勻，但是主力層剩余可動儲量仍然較多，主力層仍然是下一步開發(fā)的重點;平面上仍然以剩余油儲量豐度較高的邊角區(qū)、小斷塊等為主。對聚合物驅(qū)油效果影響因素進行數(shù)值模擬 5.1 地質(zhì)模型的建立建立的地址模型為兩種：一種是三圍非均質(zhì)地質(zhì)模型，模型的非均質(zhì)性考慮了滲流能力非均質(zhì),即考慮了滲透率k在縱向上的變化。三維模型的網(wǎng)絡劃分為Nx=10,Ny=10,Nz=3,網(wǎng)格大小為30m30m1m,為1注1采

49、五點法井網(wǎng)，注入井的坐標位置為（1,1）,生產(chǎn)井的坐標位置（10，10，1）。油層深度為1000m；孔隙度為0.2。假設地層中只有油水兩相，考慮了毛管力的影響。巖石的物性為：巖石參考壓力為0.2082MPa，壓縮系數(shù)為0.004MPa-1，巖石密度為1000Kg/m3，巖石的殘余阻力系數(shù)為1，吸附指數(shù)為2，最大吸附濃度為0.00005Kg/m3。水的物性參數(shù)為：水的密度為1028.02Kg/m3，體積系數(shù)為1m3/m3，水的壓縮系數(shù)為為0.0004MPa-1，水的粘度為0.610-3mpa.s ；油的密度為845Kg/m3。注入聚合物的數(shù)據(jù)參數(shù)為：當不考慮聚合物濃度影響時恒定注入濃度為0.5K

50、g/m3,當不考慮注入速度影響時恒定注入速度為100m3/d；考慮聚合物的粘度特性和剪切變稀特性。另一種為均質(zhì)模型假設各層滲透率值都為10010-3m2。5.2 注入速度對聚合物驅(qū)油效果的影響聚合物驅(qū)過程中，由于增加了注入水的粘度以及聚合物在油層中的滯留作用，使油水流度比降低，油層滲透率下降，流體的滲流阻力增加。因而在與水驅(qū)相同的注入速度下，注入壓力將會升高。注聚合物初期，由于注入井周圍油層滲透率下降較快，而導致注入壓力上升快，當近井地帶油層對聚合物的吸附捕集達到平衡后，滲流阻力趨于穩(wěn)定，注入壓力亦趨穩(wěn)定或上升緩慢。當降低注入濃度或轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)階段時，注入壓力又開始逐漸下降。由于各個推廣區(qū)塊的

51、地質(zhì)條件和其它因素影響，導致各個區(qū)塊的聚合物溶液的注入速度不盡相同，結合工業(yè)化推廣區(qū)塊的實際情況，應用數(shù)值模擬方法研究了注入速度對聚合物驅(qū)開采指標的影響，并取得了如下認識:注入速度對最終采收率影響不大(圖1);注入速度越低，相應的開采時間越長;注入速度越高，開采時間越短(圖2 );注入速度的高低對聚合物驅(qū)生產(chǎn)井的最低含水值影響不大，只是影響最低含水值出現(xiàn)時間的早晚，并影響“鍋底”的形狀(圖3 );注入速度對階段采油量影響較大，不同的注入速度對區(qū)塊產(chǎn)量高峰期影響較大，注入速度相對較低時，相應產(chǎn)量高峰較低，但高峰期延續(xù)較長，有利于區(qū)塊的穩(wěn)產(chǎn)(圖4)。5.3 聚合物注入量對聚合物驅(qū)油效果的影響下表是相同分子量聚合物在不同用量條件下的驅(qū)油實驗結果。從中可以看出，聚合物用量愈大驅(qū)油效果愈好，這主要是因為聚合物用量增大引起注入壓力增加，進而導致聚合物溶液波及體積增大。當然，隨著聚合物用量的增加，噸聚合物的增油量將下降。一般來說，聚合物用量多少受油價高低和國家經(jīng)濟政策等因素影響。 不同聚合物用f的驅(qū)油效果5.4 注入聚合物的濃度對聚合物驅(qū)油效果的影響 數(shù)值模擬研究結果表明，當注入聚合物溶液井口粘度從31. 25mPas降低到25. 00mPas時，采收率提高值從14. 37%下降到12.90%，采收率提高值損失1. 47個白分點;單井累積增油量降低3 58