剩余油分布影響因素及數(shù)值模擬方法的應(yīng)用

崔嘉禎，劉人銅

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

油藏中的原油，經(jīng)過多次不同方式的開采之后，仍然保存在油藏之中的原油即為剩余油。剩余油開采難度較大，但作為中后期油田提高產(chǎn)能的可靠途徑[1]，是不少油田企業(yè)必須面臨的問題之一。本文簡要討論了剩余油研究的現(xiàn)狀，希望可供研究人員參考。

1 剩余油分布的影響因素

1.1 地質(zhì)因素

沉積微相的展布是控制油水平面運(yùn)動(dòng)的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)，剩余油分布因素主要為以下幾點(diǎn):1）空間中的砂體幾何展布形態(tài)。砂體頂--底界面的起伏形態(tài)、油層的構(gòu)造控制著剩余油的形成分布，除此之外，還影響著油井的生產(chǎn)。2）存在著不同的微相物性。不同的微相物性之間存在差異，此種差異會(huì)影響油井的生產(chǎn)能力。3）砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出向上的韻律性。研究發(fā)現(xiàn)，在正韻律的油層頂部易形成剩余油富集，在反韻律油層的底部易形成剩余油富集，在復(fù)合韻律層垂直向上會(huì)出現(xiàn)滲透段，易形成剩余油富集。

1.2 開發(fā)因素

1）井網(wǎng)分布不均勻。對(duì)于整個(gè)開采區(qū)沒有分層系開采，而是采用一個(gè)井網(wǎng)，這種情況會(huì)引起層位井網(wǎng)的不均勻，容易形成剩余油。當(dāng)井網(wǎng)分布不均勻時(shí)，一些油藏區(qū)域中分布有井網(wǎng)，一些油藏區(qū)域無分布井網(wǎng)，則這些無井網(wǎng)油藏區(qū)域會(huì)存在較多的剩余油。

2）開采區(qū)域各地層段的滲透率。在多層開采的前提下，地層各段的滲透率不同，則會(huì)影響啟動(dòng)壓差。若在同一個(gè)啟動(dòng)壓差下工作，低滲透層會(huì)出現(xiàn)不動(dòng)用現(xiàn)象，形成剩余油富集。

3）相帶與注采井之間的配置關(guān)系。在進(jìn)行注水層選擇時(shí)，要考慮沉積微相展布。注水層是由不同相帶的砂體組成，因此各層的滲透率不盡相同，各層之間的吸水能力也有所差異。

4）有采油井無注水井的區(qū)域。油藏中的原油經(jīng)過一段時(shí)間的開采后，地層壓力下降，若無注水井進(jìn)行增壓，則剩余油無法開采出來，因此會(huì)形成剩余油富集的死油區(qū)。有注水井無開采井的區(qū)域，由于沒有生產(chǎn)，該區(qū)域的地層壓力將會(huì)維持不變，但注水井的吸水能力較低。對(duì)于無注水井無開采井的情況，由于儲(chǔ)層沒有被使用，剩余油的飽和度不會(huì)發(fā)生變化。

2 數(shù)值模擬方法在剩余油分布研究中的應(yīng)用

對(duì)于油田企業(yè)來講，開展剩余油研究的目的就是為了更好地開發(fā)資源，而其中的關(guān)鍵一步就是要掌握剩余油在空間上的分布情況。就目前來看，進(jìn)行剩余油研究的方法有多種，主要包括地質(zhì)方法、油藏工程、試井以及數(shù)值模擬方法、室內(nèi)試驗(yàn)等。而油藏的數(shù)值模擬方法是剩余油研究中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。相比于其他研究方法，該方法具備操作簡便，節(jié)省資源等優(yōu)點(diǎn)，因此在剩余油研究方面有著多重優(yōu)勢(shì)。學(xué)者們也使用該方法進(jìn)行過多次剩余油分布研究，郭鳴黎[2]利用數(shù)值模擬方法對(duì)復(fù)雜斷塊油田進(jìn)行剩余油分布特性研究，研究成果在該區(qū)塊的開發(fā)中取得了不錯(cuò)的效果。張彥輝等[3]使用該方法對(duì)大慶油田三類油層聚合物進(jìn)行了模擬研究，獲得了剩余油在不同時(shí)間段內(nèi)的分布情況，為日后的開采提供了便利。該方法的最大特點(diǎn)為可以定量預(yù)測(cè)剩余油的分布特性，具有強(qiáng)大的功能，但仍然存在著些弱點(diǎn)，除了受制于研究者的經(jīng)驗(yàn)和水平之外，研究結(jié)果還容易受到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。

3 研究結(jié)果不確定性探討

油藏?cái)?shù)值模擬方法是在研究過程中通過計(jì)算機(jī)協(xié)助，依托油藏地質(zhì)模型、數(shù)值模型以及滲流數(shù)學(xué)物理方程來表征油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律和剩余油分布特性的一種方法[4]。由于該方法在各個(gè)環(huán)節(jié)都有可能存在不確定性，所以需要進(jìn)一步探討。

3.1 數(shù)據(jù)收集過程中的不確定性

在進(jìn)行地質(zhì)建立模型和油藏的數(shù)值模擬過程中，需要收集該油藏的完整實(shí)際的井位數(shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、地質(zhì)研究數(shù)據(jù)、油藏物性化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)、井措施、生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，從而更加精確的進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。但這些數(shù)據(jù)存在著先天性的誤差，比如，設(shè)備的測(cè)量誤差和人為的測(cè)量誤差等。除此之外，還存在著多解性的可能，將會(huì)從根本上導(dǎo)致原始油水分布數(shù)據(jù)的不確定性，從而導(dǎo)致數(shù)值模擬方法針對(duì)剩余油分布特性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

3.2 地質(zhì)模型的不確定性

完全隨機(jī)模擬技術(shù)是傳統(tǒng)的三維建模中常見的方法之一。隨著對(duì)精確度提出了更高的要求，得益于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)在常用的建模方法會(huì)以前期多收集的數(shù)據(jù)為主約束，例如，沉積相、地震、巖相、砂體的展布形態(tài)等，之后利用軟件中自帶的隨機(jī)算法進(jìn)行“半確定性”建模方法。由此看出，“半確定性”建模方法對(duì)前期數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求更高。除此之外，油藏構(gòu)造的不同會(huì)嚴(yán)重影響建立模型的精度，構(gòu)造比較復(fù)雜的地層建模的復(fù)雜性與特殊性，都會(huì)使三維地質(zhì)建模的不確定性大大增加，會(huì)給之后的研究工作帶來難題。

3.3 建模及數(shù)值模擬軟件的不確定性

在將地質(zhì)三維模型搭建后，需要利用專業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。進(jìn)行數(shù)值模擬的中心思想便是將實(shí)際的油藏抽象化，并通過網(wǎng)格劃分，求解計(jì)算來動(dòng)態(tài)模擬油藏中油水的滲流過程。在模擬過程中，每個(gè)網(wǎng)格被賦予一套油藏?cái)?shù)據(jù)值，每個(gè)網(wǎng)格可被視為一個(gè)均質(zhì)體。之后通過微分均勻模型來實(shí)現(xiàn)宏觀上的油藏非均勻性。但是在實(shí)際中，油藏模型是一個(gè)絕對(duì)的非均質(zhì)模型，因此通過上述方法來進(jìn)行數(shù)值模擬大大減弱了油藏的非均質(zhì)性，降低了數(shù)值模擬的精度。

該過程中的數(shù)值模型是利用差分，將數(shù)學(xué)物理模型轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)參數(shù)關(guān)系的代數(shù)方程組，使本來在時(shí)間與空間上連續(xù)的數(shù)學(xué)模型變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)學(xué)模型，這樣一來，可能會(huì)造成數(shù)值彌散，且數(shù)值模型的近似程度與差分格式等有關(guān)，這些都是客觀上無法避免的誤差。因此以上因素均會(huì)影響油藏?cái)?shù)值模擬的精確度。

3.4 數(shù)值模擬歷史擬合精度的不確定性

除了以上三個(gè)不確定因素外，油藏?cái)?shù)值模歷史擬合也是影響精度的一大因素。歷史擬合需要對(duì)整個(gè)油藏儲(chǔ)量、地層數(shù)據(jù)、產(chǎn)油量、產(chǎn)水量以及單井產(chǎn)量等進(jìn)行擬合，擬合精度會(huì)影響剩余油分布特性研究的精確度。

4 結(jié)語

剩余油分布特性一直是研究者在油田中后期開發(fā)過程中的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。經(jīng)過多年發(fā)展，油藏?cái)?shù)值模擬方法逐漸成為被廣泛應(yīng)用的方法之一。該法與其他方法相比具備多重優(yōu)勢(shì)，但仍存在些不足，主要體現(xiàn)在數(shù)值模擬的精度方面。因此在使用該法進(jìn)行研究時(shí)，要注意建模的合理性以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少不確定性，從而降低剩余油開采中的風(fēng)險(xiǎn)。