📝 摘要
气体辅助重力驱替工艺已成为二次和三次采收阶段以及非混相和混相模式中最重要的提高采收率工艺之一。与连续注气和水气交替注入等常规注气方法相比，其优势在于能够提供重力稳定的驱替以提高原油采收率。CO₂垂直注入井位于油藏顶部，形成驱动原油向下移动的气顶，水平生产井位于油水界面之上。GAGD工艺在垂直井中得到开发和测试，用于提高具有底水驱和强水锥倾向的油藏的采收率。在常温和油藏条件下研究了多个GAGD性能的物理和模拟模型，以考察该方法提高采收率的效果并检查控制GAGD过程的最有效参数。基于缩比物理模型构建了二维原型模拟模型，用于不同情景下的CO₂辅助重力驱替。研究了注气速率、注气压力和采油速率对非混相CO₂辅助重力驱替提高采收率性能的影响。结果表明，最终采收率随采油速率的增加而显著提高。增加注气速率可改善工艺性能，而高压注气则导致重力驱替效果降低。
关键词：重力驱替；提高采收率；CO₂注入；非混相驱替
🖥️ CMG软件应用情况总结
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 所用软件 | CMG IMEX（黑油模拟器） |
| 模型类型 | 黑油模型，2D笛卡尔网格（3×1×12） |
| 模拟对象 | 实验室缩比物理模型的CO₂辅助重力驱替 |
| 网格尺寸 | 10×3×5 cm，总厚度35 cm（12层） |
| 油藏参数 | 温度25°C，初始压力130 kPa，饱和压力101.3 kPa |
| 流体 | 储层流体：正癸烷（sp.gr. 0.76）；注入气体：CO₂（sp.gr. 1.5189） |
| 孔隙度 | 层1-7：24.5%；层8-12：30% |
| 渗透率 | 水平渗透率20,000 mD，Kv/Kh=0.1 |
| 原始储量 | 油651 cc，水768.29 cc |
| 相对渗透率 | 油-水系统：从实际油藏数据缩比；气-油系统：Corey模型（指数2） |
| 三相相对渗透率 | Stone II模型 |
| 毛管压力 | 忽略 |
| 底水模拟 | Carter-Tracy无限作用模型 |
| 井型 | 注入井：垂直井（层1-2射孔）；生产井：水平井（层7全段射孔） |
| 模拟时长 | 24小时（预测期） |
| 研究参数 | 注气速率、注气压力、采油速率 |
| 评价指标 | 采收率、产油速率、气油比、平均压力 |
文中明确指出：使用CMG IMEX模拟器构建黑油模型，基于缩比物理模型进行CO₂辅助重力驱替模拟（第3节）。
📊 模拟方案与约束条件（九种情景，表2）
| 情景 | 注气井MAXBGH (m³/d) | 注气井MAXBHP (kPa) | 生产井MAXSTO (m³/d) | 生产井MINBHP (kPa) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.00144 | 101.3 | 0.00144 | 101.3 |
| 2 | 0.00144 | 106.8 | 0.00144 | 101.3 |
| 3 | 0.00432 | 106.8 | 0.00144 | 101.3 |
| 4 | 0.00432 | 130.0 | 0.00144 | 101.3 |
| 5 | 0.00864 | 130.0 | 0.00144 | 101.3 |
| 6 | 0.00432 | 130.0 | 0.00216 | 101.3 |
| 7 | 0.01880 | 130.0 | 0.00144 | 101.3 |
| 8 | 0.00432 | 130.0 | 0.00432 | 101.3 |
| 9 | 0.00432 | 130.0 | 0.00864 | 101.3 |
情景分组：
-
注气速率影响分析：情景2/3（低压组）、4/5/7（高压组）
-
采油速率影响分析：情景4/6/8/9
-
注气压力影响分析：情景1/2（低注气速率）、3/4（高注气速率）
🧪 主要模拟结果
注气速率对采收率的影响（表3、图3-5）：
| 情景 | 注气速率 (m³/d) | 注气压力 (kPa) | 突破时间 (hr) | 突破时采收率 | 最终采收率 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 0.00144 | 106.8 | ~8 | ~80% | 86.5% |
| 3 | 0.00432 | 106.8 | ~6 | ~78% | 84.3% |
| 4 | 0.00432 | 130.0 | 7.5 | 73.8% | 80.0% |
| 5 | 0.00864 | 130.0 | ~6 | ~78% | 83.2% |
| 7 | 0.01880 | 130.0 | ~6 | ~78% | 77.8% |
关键观察：
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高压组（130 kPa）中，情景5（注气速率0.00864）比情景4（0.00432）采收率提高约3%
-
情景7（注气速率0.0188）因超过临界注气速率导致驱替效率降低，采收率降至77.8%
-
低压组（106.8 kPa）中，注气速率从0.00144增至0.00432时，采收率从86.5%降至84.3%
-
原因：注气速率必须与注气压力匹配，以满足Cardwell和Parsons重力驱替准则
采油速率对采收率的影响（表4、图7-9）：
| 情景 | 采油速率 (m³/d) | 突破时间 (hr) | 突破时采收率 | 最终采收率 |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 0.00144 | 7.5 | 73.8% | 80.0% |
| 6 | 0.00216 | ~6 | ~64% | 82.3% |
| 8 | 0.00432 | ~6 | ~65% | 86.5% |
| 9 | 0.00864 | ~5 | ~60% | 86.5% |
-
采油速率越高，最终采收率越高（0.00144→80.0%，0.00864→86.5%）
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但突破时间更早，突破时采收率更低
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高采油速率下GOR和WOR显著升高（图9）
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建议：突破后可降低采油速率以控制高GOR和WOR
注气压力对采收率的影响（图10-12）：
| 比较 | 注气速率 (m³/d) | 注气压力变化 | 采收率变化 |
|---|---|---|---|
| 情景1→2 | 0.00144 | 101.3→106.8 kPa | 87.53%→86.5% |
| 情景3→4 | 0.00432 | 106.8→130.0 kPa | 84.3%→80.0% |
-
高压注气降低油气密度差，导致采收率降低
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原因：高压减小了CO₂与油之间的密度差，削弱重力驱替效果
平均压力行为（图6）：
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GAGD工艺能够维持油藏压力
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控制采油速率、注气速率和注气压力可保持气油界面后的压力近似恒定
✅ 主要结论
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通过CO₂辅助重力驱替的采收率对注气压力、注气速率和采油速率敏感。
-
在给定的高注气压力和采油速率下，注气速率越高，采收率越高；但在低注气压力下，高注气速率反而降低采收率。
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恒定注入参数下，增加采油速率提高最终采收率，但降低突破时的采收率并导致更早突破。
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恒定注气速率和采油速率下，增加注气压力会降低采收率（因密度差减小）。
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CO₂突破后，采油速率急剧下降，增加采油速率会导致突破后WOR和GOR升高。
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GAGD工艺能够维持油藏压力，满足重力驱替的稳定条件。
🏛️ 作者及单位信息
| 作者 | 单位 |
|---|---|
| Dahlia Abdulhadi Al-Obaidi | 巴格达大学（University of Baghdad），工程学院石油系 |
| Mohammed Saleh Al-Jawad | 巴格达大学，工程学院石油系 |
通讯作者邮箱：dahliaalobedi@coeng.uobaghdad.edu.iq
收稿日期：2019年10月20日
录用日期：2019年11月30日
期刊：Iraqi Journal of Science, Vol. 61, No. 8, pp. 2004-2016, 2020
致谢：
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感谢巴士拉石油公司（Basra Oil Company, BOC）提供数据
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感谢Dr. Wathiq J. Al-Mudhafar对GAGD过程的学术支持和经验分享