一种新型气驱特征曲线在气驱油藏开发中的研究和应用
摘要： 可采储量预测及开发效果评价是气驱油藏开发的重要工作之一，目前仅有一种气驱特征曲线能够应用，而存在不确定参数多的问题，研究手段的匮乏制约着该类型油田的开发。本文从油气两相渗流规律出发，基于气油相渗的指数函数关系，通过物质平衡方程和达西定律，推导建立了气驱开发油田稳定渗流条件下的气油比与累产油间的新型气驱特征曲线关系，减少了不确定参数的使用，为气驱油田开发中后期可采储量计算提供了一种可靠的油藏工程方法；进一步地通过气驱特征曲线推导绘制了气驱油藏开发效果评价图版，该图版直观地描述了气油比、采出程度和采收率之间的内在联系，为油田措施、综合调整等效果的评价提供了依据。新型气驱特征曲线已在渤海JZ天然气驱油藏中得到应用，评价油藏可采储量与数值模拟方法基本一致，验证了该方法的有效性；同时应用新型气驱特征曲线，对JZ气驱油藏开发效果进行了评价，提出了进一步扩油嘴提产增加气驱波及的提高采收率措施，效果良好。
关键词： 气驱油藏；气驱特征曲线；可采储量；开发效果；评价方法
1 引言
水驱特征曲线是水驱油藏可采储量预测及开发效果评价的重要方法之一，经过70多年来的研究，目前水驱特征曲线多达30多种形式 [1-4] ，其中甲、乙、丙、丁4种最为有效的特征曲线已纳入行业标准。这4种水驱曲线由于其适用的流体黏度范围不同，因此其在油田工作中均具有独特的应用价值 [5-7] 。在气驱油藏中，杨国绪 [8] （1995）首次通过统计提出了累计产气量与累计产油量为半对数线性关系的气驱特征曲线，类似于甲型水驱曲线形式，童凯军 [9] （2015）首次通过油气两相渗流规律从理论上进行了较为完整的理论推导，提出 G p - DN p + C 与 N p 在一定范围内为严格半对数线性关系的气驱特征曲线，当 G p 在开发后期远大于 DN p + C 时，可以简化为 G p 与 N p 的半对数线性关系，从而对杨国绪提出的气驱特征曲线赋予了物理意义。然而相比水驱曲线来说，目前气驱特征曲线的数量远远不足，而且已有气驱特征曲线在使用过程中，仍旧需要计算 DN p + C 的大小，该参数与油气黏度、体积系数、束缚水饱和度、原油地质储量等相关，静动态数据结合复杂。另一方面，目前针对气驱油藏建立的类似于童宪章图版的无因次化气体分流量与采出程度关系的图版，由于无因次化气体分流量并非如童宪章图版中含水率一样易于理解和接受，其应用受局限，较难进行推广。综上所述，目前用于气驱油藏动态预测及评价的气驱曲线仅有一种，而该方法仍有诸多局限性，因此，进一步研究气驱油藏气驱特征曲线，充分利用油田长期开发过程中所积累的丰富动态生产数据资料，建立一套更为简洁实用的气驱油藏评价方法，对于高效开发气驱油田具有十分重要的意义。
2 理论推导基础
2.1 k rg / k ro - S g 表征关系
通过混相注气驱与非混相注气驱的室内油气相对渗透率实验表明，在含气饱和度处于中高含气阶段一定范围内时， k rg / k ro - S g 满足指数函数关系。
其中， k rg 为气相相对渗透率， k ro 为油相相对渗透率， S g 为含气饱和度， m、n 为拟合系数。
2.2 物质平衡方程
对于一个实际气驱油藏，设油藏不产水，水相仅以束缚水形式存在于地层中，且气驱过程中原油体积系数的变化忽略不计；由于气驱油藏任意时刻含油饱和度为油藏中剩余油体积与油藏孔隙体积之比；根据物质平衡理论，气驱油过程中油藏含气饱和度可以表示为：
其中， N p 为累积产油量，万m 3 ； N 为原油原始地质储量，万m 3 ； S wi 为束缚水饱和度。
3 气驱特征曲线推导和可采储量确定
构建气驱特征曲线的数学模型时，其基本假设为：①油藏均质；②忽略毛细管力及重力作用存在；③流体不可压缩，渗流介质微可压缩；④油藏压力补充及时，忽略流体性质及流体参数变化；⑤仅考虑油-气两相流动，水相以束缚水形式存在。
将公式（1）、公式（2）代入油相与气相达西定律，可得气驱稳定渗流条件下油气两相渗流方程：
其中， q g 为地面条件下气相流量，m 3 /d； q o 为地面条件下油相流量，m 3 /d； R si 为原始溶解气油比，m 3 /m 3 ； B g 为天然气体积系数； B o 为原油体积系数， μ g 为地层天然气黏度，mPa·s； μ o 为地层原油黏度，mPa·s；
将公式（3）左边约去 q o 并移项、取对数可得：
其中，
GOR
为生产气油比，m
3
/m
3
；
，
；
公式（4）即是能够反映气驱开发油田稳定渗流条件下的气驱特征曲线；截距 A 值和斜率 B 值能够利用气驱油藏长期积累的生产动态数据求得。
当气驱油藏达到废弃产油量时，记该时刻的生产气油比为经济极限气油比 GOR max ，将 GOR m a x 代入式（4）可得油田的可采储量 N R 及标定采收率 E R ，其预测关系式分别为公式（5）、公式（6）：
4 气驱油藏开发效果评价图版建立
当取生产气油比为经济极限气油比 GOR max 时，油田累积产油量为可采储量 N R ，如式（7）所示：
将式（4）与式（7）相减，并移项整理可得：
由于各个油藏计算的气驱特征曲线斜率
B
值大小与油藏地质储量
N
存在关系，即
，因此式（8）又可化为：
公式（9）是能够反映气驱开发油田开发效果变化的气油比、采出程度和采收率关系，通过公式（9）即可绘制气驱油田气油比、采出程度和采收率关系图版，投影实际点，通过实际点的趋势能够判断油田开发效果的变化。
5 应用实例
为了进一步说明本文建立气驱特征曲线的有效性和实用性，对渤海海域JZ油田6I油藏的生产动态数据进行了拟合，预测其可采储量，并评价开发效果。
JZ油田位于渤海辽东湾海域，油田古近系沙河街组发育了一系列受构造控制的短轴背斜气顶油藏，其中6I油藏是一个以带大气顶、窄油环、弱边水为典型特征的砂岩油藏，主要受天然气顶能量开发，其气顶指数为2.2、水体倍数为5倍、油环平面宽度小于600m，油藏具体物理参数及流体参数见表1。该油藏2010年6月投入开发，经历了上产期、快速递减期、生产稳定期、缓慢递减期4个阶段，高峰日产油1500m 3 ，目前日产油240m 3 ，含水20.0%，气油比1091m 3 /m 3 。
表1 JZ油田6I油藏参数表
以JZ油田实际生产数据为基础，如表2所示，绘制 lg （ GOR - R si ）- N p 之间的气驱特征曲线，如图1所示。取中后期出现直线段的生产动态数据，对气驱特征关系曲线进行拟合，得到 A、B 参数的值，具体关系式如式（10）所示。
图1 JZ油田6I油藏气驱特征曲线lg（ GOR - R si ）- N p 关系图
表2 JZ油田6I油藏生产数据表
续表
从气驱特征曲线看出，lg（ GOR - R si ）- N p 在生产中后期表现出较好的线性关系，因此该特征曲线反映了气驱油藏气油比和累产油间的动态规律。
气驱油藏经济极限气油比受储层类型、开发方式、驱动能量、工艺成本及开发成本等制约，根据前人研究，油田气油比和原油产量之间符合如下经验关系式，如式（11）所示。
根据JZ油田6I油藏的生产动态数据，绘制lg GOR - q o 之间的关系，以气驱特征曲线中后期出现直线段的时间为起点选取 GOR - q o 关系拟合数据点，并进行拟合，得出 α 和 β 的值，如图2所示。取海上油田油井经济极限产量为5m 3 /d之后，得出JZ油田6I油藏经济极限气油比为2106m 3 /m 3 。将该经济极限气油比的值和气驱特征曲线拟合得出的 A、B 值代入式（7）可得出该油藏的可采储量为211.24万方m 3 。为验证本方法的计算结果，利用数值模拟法预测经济可采储量为209.38万m 3 ，与本方法的气驱特征曲线计算结果吻合较好，印证了本方法的有效性。
图2 JZ油田6I油藏气油比与产量关系图
进一步地，为了更加直观地评价气驱油藏开发效果，按式（9）绘制气油比与采出程度图版，并将JZ油田6I油藏实际生产数据投影到该图版，如图3所示。一般的，单位采出程度下气油比的变化趋势是判断气驱油藏开发效果最为有效的指标，而该图版融合了气油比、采出程度、采收率，能够直观判断6I油藏措施、井网调整的开发效果变化。从图3可以看出，JZ油田6I油藏在采出程度20%左右开发效果明显转好，采收率由30%线转至35%线，主要由于2015年油田综合调整过程中，通过井间加密改善了原有井网储量动用不充分的情况，提高了油藏采收率，开发效果向好。
图3 JZ油田6I油藏气油比与采出程度关系对比图
总体来说，本方法从油气相渗规律出发，通过数学和理论推导，得出了注气驱或者天然气顶能量开发油藏最为关键的指标气油比和累产油之间的线性规律，揭示了油田开发动态中的客观规律；进一步利用该气驱特征曲线线性规律，结合经济极限气油比的概念，能够计算出气驱油藏的经济可采储量，为油田开发中后期可采储量标定提供了一种便捷的油藏工程方法；最后，本方法在气驱特征曲线斜率 B 值大小与油藏地质储量 N 的乘积为5.2的统计规律基础上，推导绘制了评价气驱油藏开发效果理论图版，进一步直观地描述了气油比、采出程度和采收率之间的内在联系，为油田措施、综合调整等开发效果的评价提供了依据。
6 结论
①通过气油比与累产油间的关系建立的新型气驱特征曲线，减少了不确定参数的使用，为气驱油田开发中后期可采储量计算提供了一种油藏工程方法。
②气驱油藏开发效果评价图版直观地描述了气油比、采出程度和采收率之间的内在联系，能够直观地评价油田措施、综合调整等的开发效果。
③应用实例表明，新方法能够快速有效地预测出目前井网条件下油田的经济可采储量及经济采收率。更为重要的是，与数值模拟法相比，该方法具有更加简便实用的优点。
参考文献
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