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针对注气提高原油采收率过程中有可能出现的有机固相沉积问题，文章在提出改进多组分模型的补充假设条件之后，建立了三维四相（油相、气相、水相和有机固相）多组分数学模型；为完成油相、气相和有机固相的相平衡计算，还建立了考虑有机固相沉积、适合于地下油气藏烃类体系的三相相平衡热力学模型；运用计算机求解时，利用有限差分方法，按顺序求解法建立相应的隐式压力、显示组成及饱和度的数值模型；由此开发的数值模拟软件能够更好地进行实际油藏注气提高原油采收率方案设计研究，获得了具有生产实际指导意义的研究成果。     

三维四相多组分数学和数值模型

注气的目的是通过降低注入气与地层原油的界面张力,与原油达到混相(或部分混相)而开采地层剩余油。然而,由于向地层注入工作剂,使整个油气体系的热力学条件发生变化、体系的组分和组成的改变、以及体系的温度和压力的变化,从而有可能导致有机固相物质的沉积。从常规多组分模型的假设条件出发,补充完善考虑有机固相沉积的假设条件;应用达西定律并根据摩尔数守衡定理,建立三维四相(油相、气相、水相和有机固相)多组分数学模型;运用计算机求解时,利用有限差分方法,按顺序求解法建立相应的隐式压力,显示组成及饱和度的数值模型。     

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在油气藏渗流过程中，油相、气相和吸附相内各烃类组分将会发生相间传质现象，油、气的相态也会随之发生转变；对于这类流体在孔隙介质中渗流的力学特性和各种物理化学问题，可以归结为求解三维四相多组分数学模型。文章在提出考虑“吸附现象作用”的多组分模型假设条件之后，建立了相应的三维四相（油相、气相、水相和吸附相）多组分数学模型。为了完成油相、气相和吸附相的相平衡计算，建立了考虑“吸附现象作用”、适合于地下油气藏烃类体系的三相（气相、液相和吸附相）相平衡热力学模型，这为研究和确定低渗透凝析气藏和煤层气藏的开采动态提供了重要的理论基础。     

葡北油田石蜡沉积研究

注气提高原油采收率是目前国外的主流技术，近年来在国内也得到重视和应用。注气过程会改变原有体系的组成、温度等热力学条件，而诱发蜡质、沥青质等有机固相沉积问题，给生产带来严重的危害。激光测试方法能够测定高温、高压以及含气原油体系的固相沉积起始点温度、压力或组成，气—液—固三相相平衡热力学模型能够用于油气开采过程，以及注气过程中出现气—液—固三相相态转化时的固相沉积模拟研究，其结果能为最大限度地防止固相沉积对生产造成的危害提供依据和手段。     

三维四相多组分数学模型和数值模型的建立

提出考虑“吸附现象作用”的多组分模型假设条件之后，建立了相应的三维四相（油相、气相、水相和吸附相）多组分数学模型。为了完成油相、气相和吸附相的相平衡计算，建立了考虑“吸附现象作用”，适合于地下油气藏烃类体系的三相（气相、液相和吸附相）相平衡热力学模型，运用计算机求解时，利用有限差分析方法，按顺序求解法建立相应的隐式压力，显示组成及饱和度的数值模型，为研究和确定低渗凝析气藏和煤层气藏的开采动态，研制和完善相应的数值模拟软件提供了重要的理论基础。     

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油气开采过程中的蜡质和沥青质等固相沉积问题，是目前国内外研究的热点和难点。在油气生产的各个环节，随着温度、压力和轻质组分逸出等热力学条件的变化所产生的有机固相沉积问题，给油气田生产造成了严重的危害；特别是在注气提高采收率过程中，由于相间传质诱发的石蜡和沥青等固相沉积，将会改变油藏岩石的渗透性和润湿性，从而影响采收率的提高和注气开采效果。本采用状态方程描述气相和液相的相态，根据正规溶液理论校正固相混合物的非理想性；将以状态方程为基础的气—液平衡模型和以溶液理论为基础的液-因平衡模型有机地统一，建立了气下液-固三相相平衡热力学模型。将该气-液-固三相相平衡热力学模型应用于某一油气体系的蜡固相沉积模拟研究，模拟结果表明，在温度、压力改变过程中，出现了气液固三相相态转换；压力对石蜡沉积点温度和石蜡沉积量均有一定程度的影响；压力对蜡沉积点温度的影响在低于饱和压力下更为显。     

石蜡沉积实验与模拟研究

油气开采过程以及石油化工生产过程的蜡质、沥青质等有机固相沉积，验油田生产带来的危害是极为严重的。开展有机固相沉积 实验研究和模拟研究，能够为油气开采、输运和加工设计提供基础参数，以最大限度地减轻它对生产造成的危害。激光法适合于高温、高压以及含气原油体系的固相沉积点的测定。气-液-固三相相平衡热力学模型能够用于油气开采过程，以及注气过程中出现气、液、固三相相态转化时的固相沉积模拟研究。     

氮气泡沫热水驱物理模拟及数值模拟研究

针对强非均质油藏提高采收率的需要,开展了泡沫驱油技术研究。利用油田现场提供的起泡剂和原油等资料,通过室内物理模拟和数值模拟,对氮气泡沫热水驱提高采收率的机理进行了研究。建立了三维、三相、多组分数学模型,编制了氮气泡沫热水驱油藏数值模拟软件。模型考虑了相平衡以及温度、界面张力对油、气、水三相渗流的影响以及起泡剂损失的各种机理,较全面地反映了氮气泡沫热水驱的作用机理。实验和数值模拟的结果均表明,氮气泡沫热水驱能大幅度地提高驱油效率,降低残余油饱和度。在非均质油层(模型)中泡沫的驱油效果比在均质油层(模型)中更好,残余油饱和度降低了21.1%,采收率提高了31.2%。     

泡沫油WINPROP相态研究

针对某些注气油藏,在降压过程中形成"非天生"的泡沫油,利用数值模拟研究泡沫油机理及后期参数优化及开发效果预测方面与其他泡沫油的数值模拟有很大区别。本文应用CMG中WINPROP相态模拟软件包,结合室内实验结果,对鲁克沁深层稠油油藏地层原油PVT实验数据进行拟合计算,主要包括地层流体和天然气组分合并、脱气油和含气油相态拟合、饱和压力、气-液相平衡计算等,最终得到能反应实际地层流体的性质变化的流体参数场,为下一步泡沫油数值模拟研究提供理论基础。     

注气对固溶物沉淀影响的研究与应用

注气采油是提高原油采收率的主要方式之一,在此过程中准确描述含有沥青质等高分子有机固相物质的油气体系相平衡十分必要。为此,将沉淀的沥青质视为固相,假设标准状态下必须有沥青质沉淀,将标准状态压力和温度引入沥青质固相逸度计算,并同时考虑了标准状态压力和温度对沥青质固相逸度的影响,建立了能模拟沥青质沉淀的气、液、固三相相平衡热力学模型。据该模型计算的结果表明:①能通过比较液相沥青质逸度和固相沥青质逸度大小来判断固相沥青质沉淀的出现。②当注入某油的气体为烃类混合气体时,烃类混合气体的添加使得含沥青质原油的组分发生变化;温度相同时,注气浓度越高,沉淀的压力越大;浓度相同时,温度越低,沉淀的压力越大;当沉淀量一定时,随着注气浓度增加,油品的饱和压力随之增大;相同注气浓度下,当压力高于饱和压力时,随着压力增大,沉淀量减少。③在温度不变的情况下,注入某油的气体为CO2时,其沥青质沉淀量是注CO2浓度的函数且随着CO2浓度的增加,固相(沥青质)的沉淀量不断增大。④在注气驱油过程中,气体的注入极易引发含沥青质原油中沥青质等重质有机物的沉积。     

深层稠油油藏天然气吞吐优化方案设计

随着天然气源的大量发现与注天然气提高采收率技术的不断完善,注天然气开发稠油油藏已成为提高稠油采收率的重要技术手段。针对某油田深层稠油油藏的地质及开发特点,在室内实验和相态拟合的基础上,建立了油藏数值模拟模型。利用历史拟合调整后的组分模型对注天然气吞吐提高深层稠油采收率方案参数进行了优化。根据参数优化方案,使注天然气吞吐开发深层稠油油藏取得了较好的增油降水效果。     

马36长岩心气水交替驱替试验数值模拟研究

马36井区长岩心气（氮）水交替非混相驱替试验主要用于对比和确定注水、注气（氮）交替驱替方式下的驱油效率和驱油效果。在完成油藏流体相态拟合之后，利用多组分模型软件^[1-3]，对马36井区的2组长岩心气水交替驱替试验数据进行了数值模拟研究，取得了良好的拟合效果。数值模拟研究的主要目的是根据试验数据，对相对渗透曲线和毛管压力曲线^[4]等参数进行修正，并为油藏数值模拟研究提供符合实际的基本渗流特征数据。     

注天然气吞吐提高采收率技术在轻质油藏中的应用

随着注天然气提高采收率技术的不断完善,注气混相驱已成为提高采收率的重要技术手段。针对S油藏的地质及开发特点,在室内实验和流体相态拟合的基础上,提出近混相驱替方式,进行了注气混相驱提高采收率技术研究,设计出用于现场实施的推荐方案。为S油藏及同类轻质油藏实施天然气吞吐强化采油的可行性方案设计提供了一定的技术支持。     

任11井山头注氮气可行性研究

碳酸盐岩潜山油藏是华北油区的主要油藏类型,其动用地质储量占全油区的60%左右,目前已进入高含水开发期,如何挖潜剩余油潜力,进一步提高采收率,是目前的主要工作方向。针对任11井山头块状底水潜山油藏的地质及生产特点,分析了注氮气提高采收率的机理及有利地质条件;在数值模拟的基础上,论证了任11井山头注氮气提高采收率的可行性,对注气井数、油气水平衡时间、采液速度、注气采油方式、注气速度、注气时机和开发井网等技术政策界限进行了优化研究。研究结果表明,任11井山头在一定工艺技术保障下,注氮气提高采收率是可行的,预计注气形成的富集油带厚度约200m,采收率提高4%左右。     

OPTIMIZING OIL RECOVERY IN A CARBONATE RESERVOIR THROUGH INTEGRATED RESERVOIR SIMULATION STUDIES

A three-dimensional finite-difference reservoir simulator, integrated in an EOR expert system, has been used to determine the reservoir management and production strategies to optimize the oil recovery from a carbonate reservoir. The reservoir is a candidate for an EOR process or otherwise subject to abandonment. After screening the reservoir for an appropriate EOR process on the basis of its properties, it was determined that miscible carbon-dioxide injection is the most suitable process. The management strategies involved studying different design parameters to maximize the project profitability. The injection techniques that were tested in this study include: (1) water-alternating-gas (WAG), (2) simultaneous water-alternating-gas (SWAG) injection, and (3) gas injection in the bottom of the reservoir with water injection in the reservoir top. All simulation runs were conducted using permeability fields that have been conditioned with core data taken from wells in the field. Specific strategy that was used includes the use of horizontal injectors in conjunction with vertical producers. This well configuration has been shown to yield the best oil recovery compared to other well configurations. Simulation results show that the most economical method to produce this reservoir was to simultaneously inject water at the reservoir top and gas at the reservoir bottom. This production strategy has resulted in better sweep efficiency and therefore high oil recovery and good economics.     

OPTIMIZING OIL RECOVERY IN A CARBONATE RESERVOIR THROUGH INTEGRATED RESERVOIR SIMULATION STUDIES

ABSTRACT

A three-dimensional finite-difference reservoir simulator, integrated in an EOR expert system, has been used to determine the reservoir management and production strategies to optimize the oil recovery from a carbonate reservoir. The reservoir is a candidate for an EOR process or otherwise subject to abandonment. After screening the reservoir for an appropriate EOR process on the basis of its properties, it was determined that miscible carbon-dioxide injection is the most suitable process. The management strategies involved studying different design parameters to maximize the project profitability. The injection techniques that were tested in this study include: (1) water-alternating-gas (WAG), (2) simultaneous water-alternating-gas (SWAG) injection, and (3) gas injection in the bottom of the reservoir with water injection in the reservoir top. All simulation runs were conducted using permeability fields that have been conditioned with core data taken from wells in the field. Specific strategy that was used includes the use of horizontal injectors in conjunction with vertical producers. This well configuration has been shown to yield the best oil recovery compared to other well configurations. Simulation results show that the most economical method to produce this reservoir was to simultaneously inject water at the reservoir top and gas at the reservoir bottom. This production strategy has resulted in better sweep efficiency and therefore high oil recovery and good economics.     

胜利油田注空气提高采收率数模研究

根据胜利油田轻质油样的室内氧化实验,通过拟合动态氧化实验产出的O2与CO2含量,建立其低温氧化(LTO)动力学模型,并结合组分模型、PVT模型及相渗模型,研究低渗透油藏注空气低温氧化工艺的数值模拟方法;以胜利渤南油田罗36块为例,初步评价了油藏参数、开发参数及工艺参数等因素对注空气驱油效果的影响,同时分析了注空气提高采收率机理,并对比注空气与氮气工艺的驱油效果及经济可行性,对注空气开发矿场试验具有一定指导作用。结果表明,实验模拟与实际气体含量拟合较好,从而确定动力学参数;油藏初始温度、初始含油饱和度等是影响注空气效果的重要参数,而油藏倾角、网格大小、射孔位置等对采收率也有影响;注空气相对于氮气而言成本低,驱油效果好。     

Black Oil and Compositional Reservoir Simulation for Increasing the Recovery Performance of an Iranian Fractured Carbonate Reservoir

Abstract

Naturally fractured reservoirs contain a significant amount of world oil reserves. Accurate and efficient reservoir simulation of naturally fractured reservoirs is one of the most important, challenging, and computationally intensive problems in reservoir engineering. Black oil and compositional reservoir simulators have been used to determine the reservoir management and production strategies to increase the oil recovery from a low-porosity, low-permeability fractured carbonate reservoir, with an average matrix permeability of 0.8 md, average fracture permeability of 500 md, and an average matrix porosity of 10%. This reservoir is a candidate for an enhanced oil recovery (EOR) process, because the reservoir production rate has been declined due to increasing the water cut as a result of rising the water oil contact. The injection techniques that have been considered in this study for black oil model include (a) gas injection, (b) water injection, and (c) simultaneous water alternating gas injection and for the compositional model include (a) dry gas injection, (b) CO₂ injection, and (c) N₂ injection. Simulation results show that CO₂ injection has the maximum oil recovery between the EOR scenarios.     

高含硫气藏气-固两相多组分数值模型

高含硫气藏属于一类特殊高危性气藏,在开发过程中,伴有元素硫的析出、沉积、气相组成变化和沉积硫堆积在孔隙喉道污染地层等特殊现象。一般气藏数值模型没有考虑这些因素的影响,使得基于一般气藏数值模型的数模软件在模拟中不能反映高含硫气藏的开发特性。因此,文章在综合考虑这些因素的基础上,假设析出的固态硫不随气流运移,建立三维气-固两相多组分数学模型,利用Carman Kozeny沉积伤害模型描述硫沉积对地层孔隙度和渗透率的伤害;使用Roberts所提出的硫溶解关系式描述硫在酸气中溶解度变化;应用IMPES方法将数学模型转换为隐式求解压力、显式求解饱和度的数值模型。在模型中,元素硫的质量守恒关系是从“组分”角度来分析的,因为元素硫在单一的气相或固相中不满足质量守恒。该模型能反映高含硫气藏中元素硫的沉积、气藏流体组分随开发的变化以及沉积硫对储层的伤害等