📝 摘要
出砂冷采（CHOPS）是加拿大西部和南美洲部分薄层稠油油藏广泛使用的一次非热开采技术。据报道，超过85%的原始地质储量仍滞留在地下，需要实施后续（即CHOPS后）提高采收率策略。溶剂辅助工艺（如循环溶剂注入CSI）因油层薄而成为常用选择，热采方法在经济上不可行。虫孔网络（出砂形成的高渗透通道）和泡沫油流被认为是这些工艺的关键特征，对整体成功起着重要作用。现场尺度流动模拟常用于近似油藏响应和优化操作策略。然而，现场尺度模型的网格尺寸通常远大于虫孔尺度，数值分析常通过人为调整弥散度进行。本论文提出了一种实用的工作流程，用于在多尺度虫孔网络中将溶剂传输机理粗化到现场尺度模拟。
首先，构建了一系列高分辨率精细尺度模拟模型，其中基质和高渗透虫孔（建模为分形网络）在计算域中明确表示，以模拟溶剂如何从虫孔传播到绕过的基质中。其次，采用双渗透率方法促进粗化分析。在等效粗尺度双渗透率系统中，通过形状因子和有效弥散度等参数可以捕获溶剂在虫孔网络中的传输和额外混合。通过最小化详细模型与等效双渗透率连续体模型在采收响应（产气/产油曲线）上的差异，构建了有效纵向/横向弥散度与虫孔强度的双变量分布。
最后，利用CHOPS结束时常遇到的典型平均岩石物理性质和初始条件（流体饱和度、压力分布和虫孔发育）构建了现场尺度模拟。模拟并分析了多种现场注入方案（不同循环次数和焖井时间）。结果表明，延长焖井时间对最终采收率更有利（产油量下降更慢），但也会降低早期产油速率。当设定经济极限（最低产油速率）时，最优焖井时间不一定是最长的，取决于后期额外采油与早期高产之间的权衡。分析还表明，在多个连续循环中，前两个循环对最终采收率贡献最大。因此，建议在第一和/或第二循环中注入更大溶剂体积并延长焖井时间。此外，当可用溶剂量有限时，结果支持将所有溶剂集中在一个循环中注入并延长焖井时间，而不是执行较短的连续循环。
🔍 关键词
出砂冷采（CHOPS）；循环溶剂注入（CSI）；虫孔网络；粗化；双渗透率；弥散度；泡沫油
🖥️ CMG软件应用情况总结
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 所用软件 | CMG GEM（组分模拟器）；WinProp（流体相态模拟）；CMOST（优化分析工具，致谢中提及） |
| 网格类型 | 笛卡尔网格（精细尺度：0.25 m；粗尺度：1.25 m） |
| 模拟对象 | 含虫孔网络的稠油油藏（CHOPS后） |
| 虫孔建模 | 分形网络（扩散受限聚集算法），精细尺度中明确表示 |
| 粗化方法 | 双渗透率系统（基质+裂缝/虫孔）；形状因子；纵向/横向弥散度 |
| 主要输出 | 累积产油量、累积产气量、采收率、溶剂利用率、溶剂分布、含油饱和度 |
文中明确指出：CMG GEM被用于组分模拟（第3章），WinProp用于相态计算（第3.2节），CMOST在致谢中提及（第1章）。
📊 研究方法与流程
| 步骤 | 内容 |
|---|---|
| 1 | 流体相态建模：使用Peng-Robinson状态方程，通过回归拟合实验数据（饱和压力、粘度） |
| 2 | 泡沫油建模：采用修正分流量法，注入/焖井与生产阶段使用不同的相对渗透率曲线（生产阶段气体相对渗透率端点降低、残余气饱和度升高） |
| 3 | 精细尺度模型构建：30×30×1 m，网格120×120×5（Δx=Δy=0.25 m），虫孔层Δz=0.25 m，上下层对数加密 |
| 4 | 虫孔网络生成：扩散受限聚集算法生成分形模式，二进制表示（1=虫孔，0=基质），围绕井筒（几何中心）生长 |
| 5 | 粗化：粗网格24×24×1（Δx=Δy=1.25 m），通过体积加权平均计算裂缝和基质孔隙度，根据基质-虫孔接触面积计算形状因子 |
| 6 | 弥散度校准：针对高/中/低虫孔强度三个区间，调整纵向/横向弥散度以最小化累计产油/产气曲线差异 |
| 7 | 现场尺度应用：注入阶段提高压力至初始水平（约4000 kPa），分析焖井时间、循环次数、有限溶剂量等策略 |
模型关键参数：
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深度：750 m，温度：20°C，初始压力：2000 kPa（CHOPS结束时降至1000-2000 kPa）
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基质：孔隙度0.30，渗透率3 Darcy；虫孔：孔隙度0.60，渗透率60 Darcy
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溶剂：60% CH₄ + 40% C₃H₈；注入速率：25 m³/day（精细）或300 m³/day（现场）
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扩散系数：0.001 cm²/s；生产BHP：1 MPa
虫孔强度（WI）定义：WI = 虫孔体积 / 粗网格块总体积（高：≥60%，中：30-60%，低：≤30%）
🧪 主要结果与结论
| 参数/策略 | 结论 |
|---|---|
| 虫孔强度与弥散度关系 | 虫孔强度越高，裂缝弥散度越高（反映虫孔内流动路径变化引起的额外混合）；基质弥散度越低（剩余基质体积减少） |
| 粗化效果 | 采用提出工作流的粗模型与高分辨率精细模型结果高度吻合，计算时间减少>90% |
| 焖井时间 | 延长焖井时间可增加最终采收率（30天焖井采收率10.01% vs 10天9.24%），但降低早期产量；最优焖井时间取决于经济极限（22天在2 m³/day经济极限下最优） |
| 循环次数 | 前两个循环贡献最大（增量采收率分别为6.88%和6.62%），后续循环递减 |
| 溶剂利用率 | 第一循环溶剂利用率0.038 m³油/m³溶剂，第六循环降至0.017 |
| 有限溶剂 | 同等总溶剂量下，单次集中注入比多次分散注入采收率更高（22.70% vs 22.19% for 18,000 m³；29.61% vs 28.37% for 27,000 m³） |
关键结论：
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提出了一种系统性的粗化工作流，能够保留精细尺度虫孔特征的空间变异性
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双渗透率模型中形状因子基于实际基质-虫孔接触面积计算，而非均匀假设
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延长焖井时间的利弊取决于经济极限，需在晚期额外采油与早期高产量之间权衡
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建议在CHOPS后CSI工艺中，将溶剂集中在前两个循环注入，并采用较长焖井时间
✅ 主要结论
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本研究提出的粗化工作流能够系统性地将精细尺度虫孔特征（弥散度、形状因子等）映射到现场尺度双渗透率模型中。
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相比于任意调整弥散度的传统做法，该工作流提供了更可靠、可重复的参数赋值方法。
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粗模型与精细模型在产油/产气曲线上高度吻合，计算时间减少90%以上。
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延长焖井时间可提高最终采收率，但降低早期产量；最优焖井时间由经济极限决定。
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前两个循环对总采收率贡献最大，建议在早期循环中注入更多溶剂并延长焖井时间。
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有限溶剂量下，单次集中注入优于多次分散注入。
🏛️ 作者及单位信息
| 作者 | 单位 |
|---|---|
| Juan Jose Martinez Gamboa | 阿尔伯塔大学（University of Alberta），土木与环境工程系，石油工程专业 |