关于童氏乙型水驱特征经验公式的探讨
2021-02-08
来源:步旅网
2013年第37卷 中国石油大学学报(自然科学版) Vol_37 No.1 第1期 Journal of China University of Petroleum Feb.2013 文章编号:1673-5005(2013)01-0099-05 doi:10.3969/j.issn.1673—5005.2013.01.016 关于童氏乙型水驱特征经验公式的探讨 郑 可 ,徐怀民 ,陈建文 (1.中国石油大学地球科学学院,北京102249;2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249; 3.中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心,西安710021) 摘要:对目前广泛运用的童宪章水驱经验公式进行推导,在此基础上研究水驱特征曲线在矿场应用中存在的问题, 对该经验公式进行修正。并提出计算水驱地质储量的新方法。根据中国3个油田共7个油藏的实际生产数据资料对 提出的方法进行验证。结果表明:利用童宪章水驱经验公式预测的油藏最终采收率结果偏大,计算的水驱地质储量 结果有误;利用修正后的方法计算的水驱地质储量更接近于用容积法计算的地质储量。 关键词:油藏;水驱特征曲线;含水饱和度;含水率;最终采收率;地质储量 中图分类号:TE 341 文献标志码:A Study on Tong。S B-type water drive characteristics empirical formula ZHENG Ke ,-.XU Huai.min .-.CHEN Jian.wen (1.School of Geosciences in China University of Petroleum,Beiifng 102249,China; 2.State Key Laboratory fo Petroleum Resources and Prospecting in China University fo Petroleum,Beijing 102249,China; 3.Research Center fo Ultra—low Permeability Reservoir,Changqing Oiifleld Company,PetroChina,Xi。an 710021,China) Abstract:The water drive empirical formula proposed by TONG Xian—zhang was derived firstly,which is widely used cur— rently.The problems in the field application of water drive curves were studied.A new method for calculating water drive ge・ ological reserves was developed.Actual production data of seven reservoirs in three oilifelds were used to verify the new method.The results show that the reservoir uhimate recovery predicted by TONG Xian—zhang water drive empirical formula is on the high side,and the calculated water drive geological reserves have error.The water drive geological reserves calculated by the revised method are close to that calculated by volumetric method. Key words:reservoir;water drive curve;water saturation;water cut;uhimate oil recovery efifciency;geological reserves 童宪章等[1 提出的水驱油藏特征曲线及经验 公式不但可以预测水驱油藏的可采储量和最终采收 率比值为惫 ,Kro(Sw)与K (s )均为含水饱和 率等重要指标,而且还可以研究累积产水量、累积产 油量、水油比、含水率以及含水上升率和采出程度等 度5 的函数,在半对数坐标系中做 与s 的 之间的相互关系。实用价值很高,成为一种重要的油 关系曲线,如图1所示。曲线中间的主体段是直线 藏工程方法l3引。但在长期的油藏开发实践中发现。 段 m ,这一直线段正好是矿场实际中常用的范围, 童氏水驱特征曲线也存在问题,预测的油藏最终采 在这一直线段范围内,油水两相的相对渗透率比值 收率和水驱地质储量一般偏大[6 ]。笔者对这些开 可以表示为 发指标偏大的原因进行探讨。提出宜于矿场实际运 = 用的修正方法并进行实例分析 K S ( ) k Sko(S ( )w)/k ko(Sw) /k ( )S ) …、… xp-( w).(1) 1 童宪章水驱特征经验公式推导 式中,k。(S )和k (S )分别为油相和水相有效渗透 率,10。Ixm ;k为绝对渗透率,10~ m。;m为直线 在油水两相渗流条件下,油水两相的相对渗透 的斜率: 为直线的截距 收稿日期:2012—05—09 基金项目:国家科技重大专项(2011Z05009—003) 作者简介:郑可(1984一),男,博士研究生,主要从事油气田开发地质及油藏研究。E-mail:zhengkelw@126.corn。 ・100・ 中国石油大学学报(自然科学版) m和 由岩石和流体的性质决定.岩石的渗透 率、孔隙分布、流体黏度、界面张力和润湿性等不同, m和n也有所不同。 图1中s 为含水饱和度最大值;s 为直线段末 端对应的含水饱和度。 \ 宙水饱和厦sI 图1油水相对渗透率比与含水饱和度关系 Fig.1 Relation between ratio of oil-water relative permeability and water saturation 根据油水两相渗流达西定律,油水两相体积水 油比F[“]为 二 4血 ‘go= = K丽,w(Sw)g。二 d K (s )‘. (2) “ 。 式中,q。和q 分别为油相和水相瞬时流量,m /s;A 为渗流断面截面积,m ; 为压力梯度,Pa/m; 。和 分别为油、水黏度,Pa・S。 将式(1)代入式(2)得 。K (S ) 。 1 K 。(S ) nexp(-mS ) (3) 由含水率定义并联立式(3)可得 fw(Sw)=Qw qwPw 1= v 十P q (4) 1+Po l l—+po/Xwnexp(-mSw) P ,P /.t。 式中,fw(S )为含水率;Q 和Q。分别为年产水量和 年产油量,t;p 和P。分别为水和原油的密度,k Ill3。 厂w(5 而dL(Sw) P at%nm exp( -mSw)・ w l¨—■ ■一/ 联立式(4)和式(5)得 : 川1 .fw(S ) (6) 如图2所示,根据Buckley.Leverett的线性驱替 理论计算非活塞式水驱油模型 。油水前缘出口 端的平均含水饱和度S 与出口端含水饱和度S 的 关系为 fw(s ): . (7) Sw-S 式中 (S )为图2中C点的切线的斜率。 奶。 v- 褥 篙 缸 含水饱和厦s- 图2水驱前缘出口端含水饱和度的确定 Fig.2 Determination of outlet water saturation of wateI1flOOd front 由式(7)求得 表达式为 E=sw+ . (8) 油藏任一时刻的采出程度R[ 可表示为 p。= = Po (s -S i)Sw-S i (1-S )一1-S 一 Sw-S 。S。。 (9) 式中, 为油藏孔隙总体积,m ;Np为任一时刻的 累积采油量,t;N。为地质储量,t;S 为油藏束缚水饱 和度;s。i为油藏原始含油饱和度。 将式(8)代入式(9)得 Sw_Sw ̄+专.[1-fw (Sw)]一一. (10) 依据式(10)并联立式(6)求得的含水饱和度 S 为 s =RSoi+Swi一 碱 。一丽1. (11) 第37卷第1期 郑 可。等:关于童氏乙型水驱特征经验公式的探讨 ・101・ 将式(11)代人式(3)得 F: exp(m RSoi+Swi一 1)/. 2) ’ 舞 棠 引进矿场实际中常用的质量水油比(R 。)并联 -or式(2)得 R 。= QwP wqwP w==. (13) 将式(12)代人式(13)得 P w ]2'o =exp(m RSoi-[-Swi一 )). (14) lgRwo=1g +m( i i一 1…)1ge.(15) 简化式(15)得 lgRwo=0.4343 也 Pd Z ̄ +0.4343mS . (16) 联立式(13)、(4)得 (Sw)=丽Rwo. (17) 将式(9)、(17)分别代人式(16)得 lgR 。=。.4343m NpSoi+lg Pd X ̄ +0.4343 i一 0.4343一 . (18) 令 A=1g Pw /Z ̄ +0.4343mSwi-O.4343,吉=0.4343m Soi, c= , 简化式(18)得 lgR 。 音+A—C, (19) 当质量水油比R 。相当大时,C=0,式(19)可简化为 lgR 。 音 ・ (20) 式(2O)即为童宪章提出的乙型水驱特征曲线 关系式,从该式可以看出,在实际质量水油比R 。值 比较小时,R 。与累积产油量Np在半对数坐标轴上 并不呈直线关系,当油田生产一段时间后,在R 。值 比较大时,R 。与N 在半对数坐标轴上才呈直线关 系,以此来研究含水率与采出程度的关系,如图3是 根据大庆油田南二区葡I组矿场生产数据所绘制的 R 。和N 的关系曲线,具有典型乙型水驱特征曲线 的特征 删 蟋 图3大庆油田葡I开发区乙型水驱特征曲线 Fig.3 B-type water drive characteristic curve of Pu I development area,Daqing Oilfield 2矿场应用及存在问题 水驱特征曲线广泛运用于矿场实际生产中,这 类曲线虽然是经验公式,但都有理论依据,因此能较 准确地反映水驱油藏的开发指标变化规律。 一般来说,如果注采井网能完全控制地质储量, 则水驱地质储量应接近按容积法计算的地质储量, 否则应小于容积法计算的地质储量。在前面的推导 过程中有令古=0・434 3m Ooi,由此得 Ⅳn=O.4343roBS (21) 值得注意的是中国各油田通常都用N :7.5日 来计算水驱地质储量.系数7.5是童宪章[1 ]根据国 内外25个油藏的大量资料统计而来的。从统计的角 度看,这个值是很有价值的。 当Ⅳ =7.5B时,由式(20)可得 lgRwo- :7.5R+A. (22) 联立式(4)、(13)得 = = . 将式(23)代入式(22)可得 g g[ ]= =7.5R+A. (24) 可以设想,对于一个实际的水驱油藏而言,当油 藏的含水率达到0.98时,质量水油比R 。值为49, 此时的采出程度R可以看作最终采收率 ,代人式 (24)可得 A=1849-7.5R =1.69-7.5R . (25) 将式(25)代人式(24)可得 lgL1L (S(Jws )]=7.5( )“69.(26) 依据式(26),当R 及 取不同的值时计算含 ・102・ 中国石油大学学报(自然科学版) 水率 (S )的值,得到水驱油藏含水率 (S )和采 出程度尺的理论图版 ” ,图4即为童氏水驱特征曲 线(油藏采出程度和含水率关系)理论图版。 l・0 0.8 0.6 如O.2 =}{:~ O 0 0.2 20.4 3 4 ¨ 0.6 5 6 7 ¨ 0.8 1.0 采出程度R 图4童氏水驱特征曲线的采出程度与 含水率关系图版 Fig.4 Relation between recovery degree and water cut of Tong。s water drive characteristics curves 2.1预测最终采收率的不合理性 当尺 。趋于无穷大( 。一∞)时,由式(17)得含 水率等于1,分析式(20)能得出任一时刻的累积采 油量Ⅳ。趋于无穷大(Ⅳ 一∞),这一结论显然不合 理[1 。首先,因为式(20)是由式(1)推导而来的, 当含水饱和度S =S 时,由式(1)可以得出 。 (S )/K (S )>0,说明当含水饱和度达到最大值 时,仍然有油产出;只有当S 趋于无穷大(S 一∞) 时,K (S )/Kr (S ):0,说明地层中有无穷多的油 可以被驱替出来,即为任一时刻的累积采油量Ⅳ 趋于无穷大(Ⅳ 一∞),这是因为由式(1)表示的理 论曲线在首尾端歪曲了实际曲线(图1),实际曲线 不会有这样的不合理结论,从图1的实际曲线可以 看出,当S =S 时实际曲线斜率m趋于无穷大(m 一∞),此时K (S )/K (S )=0,即Ⅳ 为一个有限 值。 由上述分析,根据式(17)、(20)可知,含水率为 1时,累积产油量Ⅳ 趋于无穷大(Ⅳ 一∞),即采出 程度趋于无穷大(R一∞)。在矿场实际运用中,以 此来预测的油藏最终采收率(通常以含水率达到 0.98时的采出程度为最终采收率)有偏大的可能。 如何鉴别预测的最终采收率是否偏大很有必要。 在不考虑水驱地质储量准确性的情况下.可以 利用式(1 1)来进行估算和判断,若式(11)计算的5 小于图1中的5 值,则预测的最终采收率不会偏大, 反之。则会偏大 现以长庆油田塞5区长2油藏为 例,计算参数可根据该油藏的实际生产数据求得,其 中参数尺为预测的最终采收率R ,可由式(24)线 性回归和式(25)联立计算求得,为0.5;5 和s 可 根据归一化后的相渗曲线求得.分别为0.79和 0.21;m可Fh式(1)线性回归求得,为16.35; (S ) 为0.98;S 可根据图1线性回归计算求得,为0.55 将这些参数代人式(11)得S =0.5426<S 0.55,故 长2油藏在含水率达到0.98时,所预测的最终采收 率(R =0.5)不会偏大。 2.2预测水驱地质储量的不合理性 尽管用N 7.5B来计算水驱地质储量从统计 的角度看具有一定的价值,但具体到各个性质不同 的油藏,会得出不合理的结论。 研究水驱曲线理论图版(图4),可得出以下结 论:当最终采收率尺 分别为0.25、0.35、0.45时,含 水率由0.5上升到0.98后采出程度变化似乎都是 一个定值。即任何水驱油藏含水率由0.5上升到 0.98后的阶段采出程度的变化值是一个确定的常 数,这显然是不合理的 由式(24)求得采出程度R.可得 l gR woR:~ . (27) I.D|.j 当含水率 (S )=0.5时,质量水油比R .,=l, 采出程度R.=一 ;当含水率fw(S )=0.98时,质 量水油比R 。=49,采出程度R =0.225一 ;则R:一 R =0.225,由此得证。这充分说明,只要水驱特征 曲线出现直线段后,含水率由0.5上升到0.98,在 该含水阶段内,任何水驱油藏的采出程度变化都是 0.225。或者说,任何不同性质的水驱油藏,只要水 驱特征曲线出现直线段后,在各相同含水阶段内,每 采出1%的地质储量其含水率上升都相同,这个结 论显然不合理。 以上分析认为用N =7.5B来计算水驱地质储 量不合理。如果仍然利用式(21)来计算水驱地质 储量就不会存在这样的不合理结论。由式(21)求 得B值: 曰 0—4—3—4 3一ms‘ (28) .oi将式(28)代入式(20)并简化,求得采出程度R 的表达式为 Npl gRw 。尺= A = 一 . (29) 当含水率 (S )=0.5时,质量水油比R 。=1, 采出程度R!=-- A ;当含水率 (s )=。.98 第37卷 第1期 郑 可,等:关于童氏乙型水驱特征经验公式的探讨 ・103・ 时,质量水油比R 。=49,采出程度 := 一 0.434 3mBS i这种方法计算的水驱地质储量的合 理性。以下运用新方法来计算长庆油田(延长组)2 个油藏、大港油田(明化镇组、馆陶组、沙河街组)3 A ;贝JJ R2-R = 。这说明,水驱特征 曲线出现直线段后,含水率由0.5上升到0.98,在 该含水阶段里任何油田的采出程度由该油藏的岩石 物性和流体物性决定(m值由油水相对渗透率确 定,如图1,油水两相渗流是由油藏岩石物性和流体 物性决定的,S i也是如此),以此来推算的水驱地质 储量比较符合矿场实际。 个复杂断块油藏及大庆油田(葡一组)2个油藏的水 驱地质储量,并对其进行比较,计算参数及计算结果 见表1。其中B值可根据实际生产数据由式(20)线 性回归求得。 表1的计算结果表明,用No=0.4343mBS。i比用 Ⅳ =7.5B估算的水驱地质储量更接近于用容积法 计算的地质储量。 以上利用理论推导的方法对J7v =7.5B计算 的水驱地质储量进行了分析,并说明了用N = 表1两种不同方法计算水驱地质储量的比较 Table 1 Comparison of water drive geological reserves calculated by two diferent methods 1j 1j]j 3 结束语 对目前矿场广泛应用的童宪章乙型水驱特征曲 线进行了推导,对利用此类特征曲线预测的油藏最 俞启泰.俞启泰油田开发论文集[C].北京:石油工业 出版社,1999:29.37. 童宪章.应用童氏水驱曲线分析方法解决国内外一些 油田动态分析问题[J].新疆石油地质,1989,10(3): 4149. 终采收率进行了不合理性分析,提出了鉴别最终采 收率是否偏大的方法。分析了用Ⅳ =7.5B来计算 水驱地质储量时得到不合理的结论。即任何不同性 质的水驱油藏.只要水驱特征曲线出现直线段后,在 各相同含水阶段内,每采出1%的地质储量其含水 TONG Xian—zhang.Application of Tong’S water drive per— formance curve analysis method to analysis some reservoir performance problems in the world[J].Xinjiang Petolre— um Geology,1989,10(3):4149. 林志芳,俞启泰,李文兴.水驱特征曲线计算可采储量 方法[J].石油勘探与开发,1990,17(6):64-71. LIN Zhi—fang,YU Qi—tai,LI Wen—xing.A method for es— timating recoverable reserves of an oilifeld by using the 率上升都相同。提出了用N。=0.434 3mBS ;计算水 驱地质储量的新方法。利用3个油田共7个油藏的 实际生产数据进行验证,表明利用新方法计算的水 驱地质储量更接近于用容积法计算的地质储量。 参考文献: [1]俞启泰,靳红伟.关于广义水驱特征曲线[J].石油学 报,1995,16(1):61.69. displacement characteristic curves[J].Petroleum Explo— ration and Development,1990,17(6):64-71. 『6] 凡哲元,任玉林,姜瑞忠.对童氏“7.5B”计算及乙型水 驱法的改进[J].西南石油学院学报,2006,28(3):17— 19. FAN Zhe—yuan,REN Yu—lin,JIANG Rui—zhong.A new YU Qi—tai,JIN Hong—wei.Generalized water displace— ment curve[J].Aeta Petrolei Siniea,1995,16(1):61— 69. understanding to”7.5B”in MR.Tong。S formula[J]. Journal of Southwest Petroleum Institute,2006,28(3): 17.19. [2] 童宪章.油井产状和油藏动态分析[M].北京:石油工 业出版社.1981:37-60. (下转第108页) ・108- 中国石油大学学报(自然科学版) 2013年2月 (上接第103页) [7] 林志芳,俞启泰,赵明.水驱特征曲线应用中的问题研 究[J].石油勘探与开发,1986(5):37—44. LIN Zhi—fang,YU Qi—tai,ZHAO Ming.A study on the buckley・leverett lfow in a heterogeneous medium[J]. Transport in Porous Media,1992,9:165—185. [14] 张建国,雷光伦,张艳玉.油气层渗流力学[M].东 营:中国石油大学出版社,2006:148.156. [15] 陈元千.油气藏工程实践[M].北京:石油工业出版 社.2005:357—368. application of water drive characteristics curves[J].Pe— troleum Exploration and Development,1986(5):37 . [8] 赵永胜,张四平,黄伏生.校正水驱曲线方法的改进及 实例[J].石油勘探与开发,1993,20(3):49—53. ZHAO Yong—sheng,ZHANG Si・ping,HUANG Fu- sheng.Improvement of the method of rectifying water [16] 童宪章.天然水驱和人工注水油藏的统计规律探讨 [J].石油勘探与开发,1978(6):38.79. TONG Xian—zhang.Study on statistical regularity of wa— ter looded and arftiifcial water flooded oil reservoirs『J]. drive characteristics curves f J].Petroleum Exploration Petroleum Exploration and Development,1978(6):38— 79. and Development,1993,20(3):49-53. [9]杨胜来,魏俊之.油层物理学[M].北京:石油工业出 版社.2004:260-267. 『1O] IRAJ E,OSAZUWA O.A method for extrapolation of cut vs recovery curves f J].Journal of Petroleum Tech— nology,1978,30(2):203-204. [17] 姜汉桥,姚军,姜瑞忠.油藏工程原理与方法[M].东 营:中国石油大学出版社,2006:236—245. [18] CRAFT B C,HAWKINS M F.Applied petroleum reser— voir engineeirng[M].New Jersey:Prentice Hall Inc, 1991:362-364. [11]葛家理.现代油藏渗流力学原理[M].北京:石油工 业出版社.2003:175-212. 『12] BUCKLEY S E,EVERET M C.Mechanism offluid dis。 石油工业出版社,2012: [19] 喻高明.油藏工程[M].北京:174.175. LLIAM D,MCAIN JR.Petroleum fluids[M].Okla— [2O] WIhoma:Pennwell Publishing Company,1990:280—292. placements in sands[J].AIME,1942,146:107—1 16. 『13]HANS P L,ASLAK T,RAGNAR W.Instability of (编辑李志芬)