5油田开发动态分析与采收率预测

第五章油田开发动态分析与采收率预测油藏投入开采以后，地下流体（油、气、水）的分布及状态将发生激烈的变化。这些变化是遵循一定的规律进行的，并且是受到某些因素的控制和约束的。油田开发动态分析的主要任务就是：研究油藏投入开采以后的变化规律，寻找控制这些变化的因素，并且运用这些规律来调整和完善油藏的开发方案，使之取得最好的开发效果。油田开发动态分析一般由三个阶段组成：历史拟合阶段、动态预测阶段、校正和完善阶段。这三个阶段有机结合，可以完成油藏评价和方案制订工作。历史拟合阶段是充分利用油田已有的开发资料，针对油田开发过程的特点和规律，选取反映其特点和规律的方法来再现油田已开发的历程。动态预测阶段是将历史拟合阶段建立起来的描述油藏动态的方法，用于规划和预报油藏今后的生产，并为确定油藏必要的调整措施提供帮助。对预测期内理论方法提供的油藏动态指标的变化和实际油藏动态指标进行对比，可以发现这二者往往存在着差别，有些差别是由于偶然因素的影响，而相当多的情况下是因为历史拟合所确定的规律还不够完善，这就要求人们根据新的生产情况来校正和完善，即校正和完善阶段。所以，从认识论的角度来看，油田开发过程是一个不断认识并使之符合实际的过程。研究油田开发动态分析的方法有多种，包括以前学的渗流力学理论方法、数值模拟方法、物质平衡方法，这章主要是介绍经验方法，它要求直接地、系统地观察油田的生产动态，收集足够的生产数据，通过详细的分析和研究来发现油田生产规律，其中包括主要的生产指标变化规律，以及各指标间的相互关系等等。第五章油田开发动态分析与采收率预测第一节水驱特征曲线法第二节模型方法预测油田开发指标第三节原油可采储量和采收率的预测方法第五章油田开发动态分析与采收率预测第一节水驱特征曲线法一、水驱油田含水采油期的划分与含水上升规律表示水驱油田开发动态的一条基本曲线是含水与采出程度的关系曲线，如图5-1a所示，该曲线的形态及位置，综合反映了地层及油水性质、开发方式及工艺措施的水平。例如，不同油水粘度比的油田水驱特征有显著的差异：低粘度油田，油水粘度比小，开发初期含水上升缓慢，在含水率与采出程度的关系曲线上呈凹形曲线，主要储量在中低含水期采出；而中高粘度油田与此相反，关系曲线呈凸形，主要储量在高含水期采出。这是由水驱油非活塞性所决定的，储层的润湿性和非均质性更加剧了这种差异。我国主要油田原油属石蜡基原油，粘度普遍较高，因此高含水期是注水开发油田的一个重要阶段，在特高含水阶段仍有较多储量可供开采。油田含水期的划分无水采油期：含水率小于2%低含水采油期：含水率2%～20%中含水采油期：含水率20%～60%高含水采油期：含水率60%～90%特高含水采油期：含水率大于90%生产实践表明，一个天然水驱或人工注水开发的油田，当它已经全面开发并进入稳定生产以后，其含水达到一定程度并逐步上升时，在半对数坐标上以累积产水量为纵坐标，以累积产油量为横坐标，二者之间的关系为一条直线，该曲线我们称为水驱曲线。应用这一直线关系，不仅可以对油田的未来动态进行预测，还可以对油田可采储量和最终采收率做出有效的估计。图5-1b我国某油田注水开发的一条水驱曲线这条直线段一般从中含水期开始（含水率在20%左右）即可出现，而到高含水期仍保持不变。在油田的注采井网、注采强度保持不变时，直线也始终保持不变；当注采方式变化后，则出现拐点，但直线关系仍然成立。例如当含水达47%左右时，图中直线出现拐点，其原因在于此时采取了一定的调整措施。油水产量之间的这种单对数关系在国内外许多油田上都可以看到，具有相当广泛的普遍性，在我国的注水油田开发中，绝大部分都符合这种规律。因此，可以运用这一定量规律来描述和预测各油田在生产过程中的含水变化、产油水情况、最终采收率以及可采储量等。二、常用的水驱特征曲线类型及基本关系式1、甲型水驱曲线前苏联学者马克西莫夫1959年以经验公式提出了累积产水量与累积产油量的半对数直线关系式；1978年由我国著名专家、已故中科院院士童宪章先生命名为甲型水驱曲线；理论上完整系统的推导由陈元千先生完成，该水驱曲线法在我国得到了广泛的应用。它既可以预测经济极限含水率条件下的可采储量，又能对水驱油田的地质储量做出评价。甲型水驱曲线的基本关系式为：1PPogWABN（5-1）式中pW——累积产水量，104m3；pN——累积产油量，104m3；A——与岩石、流体性质有关的常数，无量纲；B——与地质条件、井网布置、油田管理措施有关或与水驱动态储量有关的常数，无量纲；C——常数。童宪章先生曾将国内外23个水驱砂岩油田甲型水驱曲线直线斜率的倒数与其相应油田的原始地质储量绘在双对数坐标纸上得到了可用于预测油田原始地质储量的如下相关经验公式：17.57.5TNBB陈元千利用同样的方法，将135个水驱油田（其中包括7个碳酸盐岩油田）甲型水驱曲线直线斜率的倒数与其相应的原始地质储量绘在双对数坐标纸上（图5-1c），得到了相关系数为0.9869、标准差为10.7%的如下相关经验公式：0.9690.9697.54227.5422TNBB图5-1c135个水驱油田的N与BT关系图由（5-1）式对时间t求导，并考虑wpqdWdt和opqdNdt，经整理后得：2.303pWORWBwoqWORq将上两式代入公式（5-1）得：log12.303pWORAogBNB（5-2a）根据定义油田综合含水率表示为：111wwo将上代入（5-2a）得到甲型水驱曲线的累积产油量与含水率的关系为：log12.3031wwpfAogBfNB（5-2b）将公式（5-2b）变形可得到预测油田含水率的关系式为：(12.303)100110PwAogBBNf（5-2c）当含水率98%wf时，由式（5-2b）得到预测可采储量RN的关系式如下：1.690212.303RAogBNB（5-3）由式（5-2b）除以式（5-3）可得含水率wf与DR的关系式：11(1.6902)1110DwccRf（5-4）式中DR——可采储量的采出程度，PDRNRN，无量纲；1lg2.303cAB给定不同的特征参数1c值，由式（5-4）可得到甲型水驱曲线法wf与DR的关系曲线，如图5-2所示。图5-2甲型水驱曲线fw与RD的关系推荐用于中粘度（3~30mPa•s）层状油藏。2、乙型水驱曲线童宪章先生和谢尔盖夫等人分别于1978年和1982年以经验公式的形式提出了累积产液量与累积产油量的半对数直线关系。1993年由陈元千完成了系统的理论推导，该关系称为乙型水驱曲线，其表达式为：logppLABN其中pL——累积产液量，104m3。乙型水驱曲线预测油田含水率的关系式为：2(12.303)10010PAogBBNwf累积产油量与含水率关系式为：1log12.3031AogBfwNpB预测油田可采储量的关系式为：1.69912.303RAogBNB推荐用于高粘（大于30mPa•s）层状油藏。3、丙型水驱曲线丙型水驱曲线的基本关系式为：PPPLABLN（5-4）其中1omBN；omN——可动油储量，104m3，()poioromoiVSSNB；pV——有效孔隙体积，104m3；oiS——原始含油饱和度，f；orS——残余油饱和度，f。从公式（5-4）可以看出，丙型水驱曲线的累积液油比与累积产液量之间存在着简单的直线关系，由直线斜率的倒数可以确定出水驱油田的可动油储量。累积产油量与含水率关系式为：1[1(1)]pwNAfB预测油田含水率关系式为：2(1)1001PwBNfA预测油田可采储量关系式为：1(1)wLRAfNB不同含水率和经济极限含水率条件下的水驱波及体积系数分别为：1(1)vwEAf1(1)vawLEAf推荐用于中粘（3~30mPa•s）层状油藏。4、丁型水驱曲线丁型水驱曲线的基本关系式为：PPPLABWN（5-5）其中1omBN，与丙型曲线的斜率含义相同。累积产油量与含水率关系式为：1[1(1)(1)/]pwwNAffB预测油田含水率关系式为：2100(1)(1)1wPAfBNA预测油田可采储量关系式为：1[1(1)(1)/]RwLwLNAffB不同含水率和经济极限含水率条件下的水驱波及体积系数分别为：1(1)vwEAf1(1)vawLEAf推荐用于低粘（小于3mPa•s）层状油藏和碳酸盐岩底水驱油藏。5、无量纲水驱特征公式对于甲型水驱特征公式中各项均除以原始地质储量，则可得到如下无量纲公式：(lglg)PPNaWb无量纲累积产油量变为采出程度，无量纲累积产水量/PPWWN，无量纲参数是,ab。这种表达式的好处是，无论水驱油田大小，都可以用同样的无量纲参变量表达，这些参变量大小相近，而且数值可以对比，数值大小不同反映出开发效果不一样。例如，对于一个较标准的水驱油田，a一般为0.135,稠油油田的a值偏小，稀油油田的a值偏大，但一般不会超过±0.2。四、水驱特征曲线的校正水驱特征曲线广泛应用于水驱油田开发，它不仅可以预测油田地质储量、可采储量和采收率，还可以预测油田开发的未来动态。我国大量水驱开发油田的经验表明，对于绝大多数注水开发油田和具有活跃边水的油田，其累积产水量的对数与累积产油量呈较好的直线关系，这一规律是普遍适用的。但在有的地区，还会遇到另一类油藏，它只局部地依靠注水开发，例如有的油田饱和压力较高，而注水较迟，因此在油藏出水以前或出水以后很长一段时间，还存在一定的溶解气驱特征。在这种驱动方式下，累积产水量Wp与累积产油量Np在半对数坐标纸上并不是直线关系，而有代表性的水驱曲线直线段出现的时间一般要在含水率达50%~60%以后。为了扩大水驱曲线的应用范围，需要对水驱曲线进行校正，使其成为直线。当泡点压力较高，注水晚，存在溶解气驱时，水驱规律必须校正后才能使用。通常这种校正方法适用于早期生产数据的处理。校正方法如下：在Wp项中添加系数C,使lg()PPWCN成直线关系。校正公式为：lg()PPWCBNA（5-10）计算步骤如下：（1）在lgpPWN曲线上，取1、3两点求2131()2PPPNNN；（2）查出2PN对应的2lgPW，由该三点确定C值，这三点满足：112233lg()lg()lg()PPPPPPWCBNAWCBNAWCBNA由上式可以解出C值：23121232PPPPPP例题：表5-1是某油田的开发数据，试确定其校正水驱规律的公式，并确定其可采储量。表5-1某油田开发数据时间/年累积产水量/万吨累积产油量/万吨累积产水量/百万吨累积产油量/百万吨WP+C1966129.62080.81.29620.8083.7531967269.22206.81.69222.0684.1491968255.62329.22.55623.2925.0131969349.22455.23.49224.5525.9491970464.42584.84.64425.8487.1011971604.82728.86.04427.2888.5011972774.02876.47.7428.76410.1971973954.02995.29.5429.95211.99719741144.83114.011.44831.1413.905解：（1）先计算校正系数C为此在水驱规律曲线上取首尾两点1和3，其纵横坐标分别为：11332080.8129.63114.01144.8PPPPNWNW（万吨，万吨）；（万吨，万吨）则2PN可由下式计算：21312PPPNNN2597.4（+）=万吨再由水驱规律曲线查出2476.7PW万吨，由此将三个点的产水量数据代入公式22312123129.61144.8476.