文摘

在这项工作中,我们为改善注水管理实现新软件结合经典有限体积储层模拟与流线追踪和相应的井间通量评估优化注水性能。在这里我们引入了两个基本模块:一个商业油藏模拟器和自己的流线追踪和注水管理项目。注水模拟仿真之前进行一定时间跨度停顿了一下,和流线跟踪程序叫做井间通量计算和调整注水性能更好的新井率。仿真之后继续直到到达下一个跟踪和调整点。两个模块迭代工作。流线跟踪程序的目的是跟踪流线在可压缩速度场和一般的角点网格系统nonneighboring连接。新注入利率调整根据各井的注入效率从井间多阶段通量计算。流线跟踪执行成功不仅简单几何角点网格情况下,也在严重指责现实下储层注水。调整注射后利率多次模拟中,我们通常观察减少现场含水高达5%和采油的增加在我们的测试用例。井间通量信息作为有效的诊断工具来确定注采井对水量很大的自行车。 All simulations conducted here are rigorously finite volume based, which takes into account the full physics of nonadvective processes such as gravity and capillary effects. In conclusion, we have implemented a streamline‐based waterflood management program which works iteratively and cooperatively with a commercial reservoir simulator, without switching to streamline simulation. It provides an effective solution for improving oil recovery in brown fields by combining the rigorous mathematical nature of finite volume simulation and the power of streamline-based flood management.

1。介绍

简化仿真,特别有效解决大,地质复杂,地下多孔介质多相流问题,作为一个有效的和互补的技术传统的欧拉有限基于卷的仿真(1]。传统上,它是适合于流的情况下是由利率和立场,储层结构、异质性和流体流动,也就是说,平流主导流。利用算子分裂的数值方法,简化模拟已经扩展到包括毛细管和重力的影响2,3]。尽管最初设计为不可压缩的多相流问题,简化模拟也被升级到模型可压缩系统近年来(4- - - - - -6]。现代流线模拟不仅可以解决黑油或第一次接触混相问题[1),但也复杂储层恢复过程,如聚合物驱(7,8),成分注气(9),和热回收5,6,10]。复苏裂缝储层可以使用的简化建模方法通过双孔隙度和渗透率的方法(11- - - - - -14]。

简化模拟也带来除了油藏工程信息注水模式的识别,以及对连接,和洪水地区的低效率超出标准的监测技术15,16]。通过计算井间多相流量使用流线喷油器和生产者之间的连接,简化模拟可以确定有多少石油产量来自于压力一定喷射器的支持,而定量生成每个注射器/生产者对注水效率。与这个重要的信息,调整注入/生产速度,目标是减少水的循环,增加采油和改善洪水管理(15,16]。这种技术已经成功地部署到油田在注水油藏模型(17),断裂的低渗透性储层(18),甚至聚合物洪水管理(7]。最近,一系列先进的优化算法也已发展到严格搜索最优注入/生产速度使用streamline-based对洪水效率(19]。

简化模拟,当然,并不是所有油藏工程问题的灵丹妙药。简化模拟本身并不能保证质量平衡,因为流体传输计算沿流线原始网格而不是静止的。映射错误(质量平衡误差来源)发生在从原始网格映射饱和度与全球时间步内的流线。病例nonadvective强劲的影响,即重力偏析和毛细管,我们看到的情况下频繁变化的控制,系统与压缩性大,历史上也继承了有限体积模拟模型,相对使用简化仿真的好处可能是有限的(1,6]。事实上,对于流程nonadvective强劲的力量,简化仿真通过算子分裂可能引入大型数值错误,平流和nonadvective部队解耦。因此,有必要结合的优点和力量streamline-based井间连通性和注水管理,与更广泛的适用范围及严谨的数学处理nonadvective部队,压缩性,经常变化的控制在经典有限体积储层模拟。如果这种组合是实现成功,它还将保存这个工作负载的仿真模型有限体积和简化模拟器之间的数据传输,这在实践中往往是乏味的。

在这项工作中,我们引入一种新颖的软件实现,它使用多相从古典有限体积水库模拟器速度场流线追踪和井间通量计算。每个注射器/制作人对洪水的效率是然后用于进一步确定未来注入/生产的每一个为了达到改善注水性能。我们展示提高采油和注水管理结合的优势streamline-based通量信息优化注水和更严格的和通用的有限体积模拟。

2。实现

一个新的内部软件包是设计和实现的工作。Eclipse软件调用商业有限基于卷的模拟器进行油藏模拟。与此同时,我们跟踪简化基于Eclipse的多相速度场输出,在某些调整点在整个模拟。根据井间连通性和注入效率从流线跟踪计算,我们让利率相应调整改善注水,之后有限基于卷的模拟仍在继续。整体进度和控制模块用于管理Eclipse的暂停油藏模拟、数据传输、流线的跟踪,调整利率,仿真的延续。图1显示了streamline-based注水管理和有限体积模拟工作流相结合,与四个不同的模块。

流线跟踪模块中实现这项工作使用标准波洛克的跟踪方法(20.),与等参的映射进行简化跟踪一般曲线结构化网格,也就是说,角点网格(21]。我们使用Eclipse的格式和关键词的输入角点几何。模块还能够处理nonneighboring断层在Eclipse的角点网格几何nonneighbor连接,使用提出的跟踪算法在以前的工作22]。图2演示了流线追踪通过邻国和nonneighboring缺点。跟踪流线时一个不可压缩的速度场,速度场的散度等于零,流线可以开始在一个喷射器,结束于一个生产商,或形成一个循环。当跟踪在一个可压缩速度场,我们还有一个可能性,流线或开始在水库中间由于压缩性。不同的流线跟踪可能的结果在不可压缩和可压缩速度场图所示3。流线跟踪模块可以处理所有这些不同的跟踪场景为Eclipse的一般领域仿真模型。数据传输从Eclipse的流线跟踪模块,如多相速度场,通过阅读重新启动Eclipse的执行文件,通过激活在Eclipse中某些关键词的输入文件。

井间流量来自流线给的快照水库喷油器和生产商之间的连接。流线作为流体通路通过水库旅游,如果稳态速度场举行。我们假设每个简化携带某些多相通量从一端到另一端。通量的总和为所有流线连接执行某些喷射器和生产者之间的井间多相通量计算这两个井。在计算这些通量,我们只考虑流线的标准方案是从一个穿孔网格块的注射器和结束在一块穿孔的生产商。图4显示了井间通量的计算方法。所有流线开始从相同的穿孔网格块的注射器,他们将携带相同数量的变化。的总和所有通量由这些流线就等于流出通量的总量,面对穿孔网格块,这可以很容易地来自于有限体积模拟结果。流线开始或结束以来面临的穿孔网格块,这种简化跟踪模块可以处理任何的一般形状威尔斯:垂直或水平水井、连续或不连续的穿孔。

获得井间通量的流线跟踪后,我们可能会进一步计算分配因子(WAF)和每个喷油器的喷射效率(IE)为了进一步利率调整改善注水性能(15- - - - - -17]。喷射器的WAF被定义为通量的数量从一个注射器生产商,除以总通量从注射器所有生产商,反之亦然WAF制片人。喷射器是抵消石油总产量的IE支持这个注射器除以注水(15]。它等于每单位体积的水注入一个注射器和生产多少石油连接抵消生产商在那一瞬间。图5演示的例子即计算喷射器,压力支持和简化连接4其他生产商。

IEs的喷油器计算后,重新分配的注水可以进行直接更多的水这样的注射器注入效率更高,所以在接下来的仿真时间可以生产更多的石油和更少的水会对注采井之间的循环。我们实现了类似的经验分析方程来计算新的注射速率分配权重的水源,由, 在哪里领域平均注入效率,的注入效率吗我th注射器,是注射分配重量,是注入效率上限注入分配注射器,是注射的注射效率下限分配注射器,是一个常数,和最大和最小分配体重吗和注入效率。图6演示了这种再分配的注射速率根据每个井的注入效率实现洪水效率提高,被注射的重量分配。

正如前面提到的,上面的注水重新分配方案实施经验。注入分配控制参数的最佳选择 , , ,和应该决定案件的。使用不当参数注水管理实践中可能导致少削弱了注水性能改进减少水注采井之间的循环。详细的讨论这些控制参数提出了在前面的工作(15,16]。

3所示。结果

在这一章,我们证明我们的实际表现streamline-based注水管理软件包和水库恢复案例研究使用这些工具。

我们从一个简单的测试例子来展示我们的软件包的功能流线跟踪最困难nonneighbor连接故障在油藏模拟模型(22]。图7显示了流线追踪在这样的测试问题。我们考虑单相不可压缩稳态流体在接近长方形的水库主要断层在中间。一个注射器和一个制片人介绍了水库的两个角落与恒定井底压力控制。通过侧面,我们清楚地看到nonneighbor连接故障。流线跟踪模块的全部追踪能力,简化出口一侧的断层和找到简化条目在另一边的错,形成跨断层等流线轨迹的平滑过渡。

我们进一步展示一个真实的案例研究为严重断层油气藏注水与多个对使用我们streamline-based注水管理软件。这个案例研究包括两相(油和水)在Eclipse中注水模拟问题。的仿真网格通用角点网格定义为Eclipse的COORD ZCORN关键词,20××29日12的尺寸。图8显示石油地层体积系数和粘度在不同压力测试注水的问题。表1在这种模拟的情况下给出了水属性。油水相对渗透率曲线如图9。解决气油比Rs值设置为常数0.8686 Mscf /机顶盒。岩石压缩系数是8.10 e-6 1 / psi,参照5000 psi的压力。

图10显示在这个有限的基于卷的储层孔隙度分布仿真模型z设在夸大了。渗透率分布如图11,也z设在夸大了。图12,这是储层的结构侧视图,显示所有地质断层。水库是最初平衡在5560英尺深度基准面,与5000 psi基准面的压力。油水界面设置为6755英尺深。图13进一步证明了每个网格块的深度在仿真模型中。

这个水库4水喷射器和12个石油生产国。喷油器在初始速率控制rb 22500 /天(可在后期的仿真streamline-based注水管理)。现场总注水率是90000 rb相应地/天。生产者在储层流体体积率控制在7500 rb /天。这给储层注采比为1,没有重要的储层压力损耗的。喷油器的最大和最小井底压力和生产者将20000 psi和450 psi,分别。

我们开始正常油藏模拟没有任何简化追踪和利率调整。注水是热源持续了15年。图14显示了储层的含油饱和度分布在15年。看到,水库的大面积被水,我们预计高含水在某些生产商。然而,注水波及效率不是很高,留下大量未扫过的石油。这种情况下作为一个理想的候选人实现streamline-based注水调整。

在下一阶段,我们使用井间通量进行注水管理信息从流线跟踪。我们把整个15年仿真时间跨度分为几个时期。在每个时期,Eclipse储层模拟持续了3年,为简化跟踪仿真前停了下来。流线追踪在共相速度场(求和的油、水、气相速度)输出从Eclipse作为建议在以前的文献1]。通过跟踪井间通量计算,这进一步收益率WAF和IE等注水效率指标。我们假设总现场注水速率保持恒定在90000机顶盒/天,也就是说,从特定水源注入。生产者仍在储层流体体积率控制7500 rb /天。使用先前的经验分配权重方程(1)和(2),我们确定新的注水率为每个喷油器在接下来的三年时间。然后,我们进入下一个阶段,与Eclipse模拟持续3年的调整注入率。这样结束迭代过程仍在继续,直到我们达到15年。注意整个模拟时间和周期长度之间的相邻流线跟踪操作都可在我们的程序中,在处理所有的仿真案例。

图15显示了流线追踪使用流线跟踪程序15年,年底x,y,z轴是每个单元的I, J, K指数。看到,我们的项目跟踪的完整功能流线基于共相速度场输出从Eclipse严重断层油气藏。的简化为一个图形表示此类储层流体流场的快照。它也作为诊断工具来识别对喷射器和生产商之间的连接,也就是说,是否一个注射器连接或断开与另一个生产商如果速度场一段时间保持不变。再加上3 d可视化技术,简化为油藏工程师提供这样生动的工具进行分析和解释。

假设每个简化携带某些多相通量,井间通量。表2是注采井的井间共相通量计算双3年年底。如果速度场随着时间的推移,变化不明显,接近准稳态条件下,这对大多数水库恢复过程是有效的,井间通量从流线跟踪将产生非常类似值的分配因素的计算使用示踪剂选项在油藏模拟19]。表3进一步显示了所有喷油器的喷射效率计算的3年。我们看到一些差异即为不同喷油器的早期注水由于储层非均质性和相应的扫描不均匀。更多的水将被转移到注射器注入效率更高的下一阶段的模拟。

与这种“simulate-pause /跟踪/ adjust-simulate”方法实现在我们的案例研究和使用前面描述的经验方程确定注水模拟利率在未来时期(方程(1)和(2)),我们将展示改进油回收达到了在这种情况下,通过使用streamline-based注水管理。图16展示了该油藏模型,改进油回收与使用和不使用streamline-based洪水管理的比较。连续3流线追踪和注射后调整操作,现场产油量12年年底增加6.9%,当与“什么都不做的情况下进行比较。“无效注采井之间的调整减少了水的循环双。更多的石油已经被注入水的同一个来源进行注射速率基于理论的重新分配。此外,整个领域的比较在12年年底生产性能的情况下,没有streamline-based洪水管理表所示4。石油已从23.1%上升到25.0%,与油田石油产量从17910机顶盒/天增加到19200机顶盒/天,比上年增长7.2%。水产量减少了从59651年机顶盒/天57700机顶盒/天,减少3.3%。

最后,我们进一步展示另一个理由外围水驱用我们streamline-based注水管理方法。这个案例研究三相(石油、天然气和水)在Eclipse中注水的问题。再一次,我们在Eclipse中定义一般的角点网格模拟的维度50×50×6。图17显示在这个有限的基于卷的储层渗透率分布仿真模型。孔隙度分布如图18。我们可以看到这些数据的地质断层。这个外围水驱油藏有4个喷油器和6石油生产国。喷油器在300000 rm的初始速率控制³/天(可调的后期模拟streamline-based注水管理)。生产者在储层流体体积率控制,与垂直生产商操作50000 rm³每天和水平生产商在500000 rm³/天。储层注采比是1,没有压力损耗。

我们第一次进行有限体积储层模拟没有流线追踪和洪水管理。图19显示了储层的含油饱和度分布的30年。水库的大面积被水入侵后30年。Streamline-based注水管理可用于下一阶段提高洪水效率。我们把整个30年仿真时间跨度分为10个单独的时间。在每一个时期,我们首先运行Eclipse油藏模拟,在我们暂停仿真之前,流线跟踪,调整注入量为每个单独的好,并继续到下一个时期。再一次,我们跟踪共相速度场输出从Eclipse。我们获得井间通量和注水效率指标(WAF和IE)。我们进一步进行注水调整使用简化的井间通量信息跟踪。我们假设一个常数总现场注水率1200000 rm³/天。油井控制生产商仍然相同,50000 rm³对垂直生产者和500000 rm /天³/天水平生产商。使用注水分配方程(1)和(2),我们确定新的注水率为每个喷油器在接下来的时期。Eclipse储层模拟然后一直持续到下一个时期。

图20.显示了流线追踪30年,年底x,y,z轴是每个单元的I, J, K指数。我们的项目跟踪的功能流线三相外围水驱问题。精简是一个诊断工具来识别对喷射器和生产商之间的连接。表5显示了井的井间共相通量计算对年底的30年。表6进一步显示了所有喷油器的喷射效率计算的30年。我们看清楚区别不同的注射器,在IE中值显示不同洪水效率。我们将更多的水转移到较高的注射器注入效率的过程。

最后,我们将展示这个外围水驱提高原油采收率达到图21,通过比较获得的结果,没有streamline-based洪水管理。15年后,含水率从24.4%减少到22.8%,当与“什么都不做的情况下进行比较。“27年之后,总含水减少从44.7%降至43.1%。我们已经成功地减轻高含水生产效率低下的注采井之间对。此外,表7显示了含水为每个单独的和没有streamline-based洪水管理的外围水驱。我们实现含水减少15 - 27年后大部分的生产商。

总的来说,我们的方法取得了这样的经济效益没有任何额外的昂贵的措施。这里唯一的变化是动态确定注入率根据streamline-based井间流量信息。这种方法为布朗领域带来巨大的经济效益在突破注水后储层石油生产国发展,因为通过这样做几乎没有投资需要有一些增加他们的石油产量(通常在5 - 10%左右的订单相比,“什么也不做”在大多数情况下,我们已经测试了)。注意在进行所有的工作,严格的有限基于卷的油藏模拟用于生产预测,完全捕捉nonadvective物理引力被分类和毛细管效应等。我们简化追踪和注水管理项目工作与商业合作有限体积水库模拟器Eclipse。

4所示。总结

总之,我们实现了一个小说streamline-based注水管理软件来提高原油采收率。我们达成以下结论。(1)软件结合的优势商业油藏模拟器的功能流线追踪和相应的注水改善。(2)基于流线模拟与以前的方法相比,我们留在古典通用有限基于卷的模拟,以确保更广泛的适用范围,严格的这种模拟的性质,和最小改变现有原始模拟病例。(3)这样的注水调整后,我们观察到典型的油藏含水高达5%的减少。井间通量有助于诊断和发现对水量很大的自行车。(4)软件提供一个有效的方法减少水的循环,提高采油注水领域没有进行任何其他措施,也就是说,提高原油采收率(IOR),提高原油采收率(采油),以及刺激疗法等等。

数据可用性

计算机程序的源代码和可执行数据用于支持本研究的发现尚未提供,因为它是自主知识产权的中国石油大学(北京)和中石油。储层模拟设置数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

信息披露

这项工作的一部分曾作为2018石油工程学会会刊沙特阿拉伯王国部分(SPE-KSA)年度技术研讨会和展览(ATS&E), 4月23日,2018年。作者感谢中石油的许可,现在。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家科技重大项目中国科技部(2017 zx05013 - 002)方法和关键技术,扩大注水波及体积为低渗透和额外的低渗透储层和“中国石油天然气集团公司重大科技项目2016 b - 1302”研究洪水控制技术和低渗透油藏动态模拟方法和额外的低渗透储层。也是科学基金会资助的中国石油大学、北京(2462016 yjrc016)和“中国石油天然气集团公司重大科技项目2016年e-05”关键技术研究和应用高效稳定在长庆油田年产量5000万吨。作者还要感谢从Streamsim inc .)和马可·蒂埃尔玛戈特Gerritsen从斯坦福大学的深刻讨论简化仿真技术。作者感谢燕彭来自中国石油大学(北京)为他的贡献也在形成的主要研究思想和建筑流线可视化程序。作者感谢Xiankang鑫来自中国石油大学(北京)为构建油藏模拟模型,后处理仿真数据,建立简化的程序。