CN104963675B - 一种预测水平井暂堵酸化酸液推进距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预测水平井暂堵酸化酸液推进距离的方法，包括以下步骤：(1)、获取水平井段储层的岩心参数和水平井段储层的渗透率分布；(2)、建立酸液推进距离的计算模型，求取预测水平井暂堵酸化酸液推进距离所需的中间参数；(3)、根据步骤(1)和步骤(2)获得的参数，预测水平井暂堵酸化酸液推进距离。本发明能模拟施工过程中井筒酸液动态，可根据施工设计排量、暂堵剂用量与性质和储层参数准确预测水平井暂堵酸化酸液推进距离，填补了现有技术的空白。

Description

一种预测水平井暂堵酸化酸液推进距离的方法

技术领域

本发明属于油气田开发中的储层酸化领域，具体涉及一种预测水平井暂堵酸化酸液推进距离的方法，尤其适用于衬管或筛管完井方式的水平井。

背景技术

储层基质酸化(简称酸化)是油气井固井后通过向井筒中注入酸液，使其与残留于近井带储层孔隙中的钻完井液固相和储层岩石发生化学反应，溶解部分固体，改善近井地带储层孔渗特性以实现油气井增产的工程措施。

现今，水平井在油气开采中占据越来越大的份额，但其钻完井施工周期大，工作液长时间与地层接触，向地层侵入厉害，存在较大污染，投产前常常需要进行增产改造。

为尽可能使水平井在酸化后获得高的增产倍比，需保证酸液成功推进到水平井底以对储层全井段进行酸化改造。影响酸液在水平段中推进距离的主要因素有施工排量、储层渗透率大小与分布、酸岩反应速率和酸液水力摩阻等。酸化施工时，水平井筒中酸液推进前缘的位置是以上诸因素的动态作用结果。

水平井因具位于储层的较长水平段，酸液在水平井筒中推进时，所存在的沿程水力摩阻和滤失作用使得：一方面，跟端(水平井筒靠近井口端)储层因较先接触酸液发生反应而渗透率增大，使得跟部酸液滤失逐步增强；另一方面，酸液与水平井筒的沿程水力摩阻亦可逐步降低酸液的推进动力。该两方面因素会增加酸液在水平井筒中的推进难度，造成布酸不均，影响经济效益。此外，酸液推进距离亦受水平井筒轴向上的储层非均质性影响，一定情况下可导致布酸不全，最终使得酸化失败、带来经济损失。

该领域目前公开的文献大多针对水平井酸化均匀布酸工艺进行了研究和讨论，提出了一些有利于均匀布酸的工艺措施(郭富凤,赵力强,等.水平井酸化工艺技术综述[J].断块油气田,2008,15(1):117～120；王镇全,赵大庆,等.水平井均匀布酸工具的研究及应用[J].石油钻采工艺,2009,31(2):109～114；J.H.Hansen和N.Nederveen.ControlledAcidJet(CAJ)TechniqueforEffectiveSingleOperationStimulationof14000+ftLongReservoirSections[C].SPE78318,2002；曾毅,王兴文,等.海相裸眼水平井多级暂堵转向酸压技术[J].重庆科技学院学报,2015,17(2):69～72)。但缺少定量研究，目前仍没有可用于预测不同施工参数下水平井酸化酸液推进距离的方法。由于当前水平井酸化大多凭经验施工的做法具有较大的盲目性和风险性，常导致酸化效果不理想。本发明通过精细化的模型和算法，定量研究了酸化液在水平井筒中的推进行为，用于水平井暂堵酸化酸液推进距离的预测具有较高的可靠性和可操作性，可为油气田酸化施工参数的确定提供指导，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测水平井暂堵酸化酸液推进距离的方法，能模拟施工过程中井筒酸液动态，可根据施工设计排量、暂堵剂用量与性质和储层参数准确预测水平井暂堵酸化酸液推进距离，填补了现有技术的空白。

一种预测水平井暂堵酸化酸液推进距离的方法，包括以下步骤：

(1)、获取水平井段储层的岩心参数和水平井段储层的渗透率分布；

(2)、建立酸液推进距离的计算模型，求取预测水平井暂堵酸化酸液推进距离所需的中间参数；

(3)、根据步骤(1)和步骤(2)获得的参数，预测水平井暂堵酸化酸液推进距离。

所述步骤(1)中获取水平井段储层的岩心参数，包括以下内容：

1)制备水平井段储层标准岩心(简称岩心)：指按钻井取心标准SY/T5347-2005进行取样；

2)获取岩心中酸可溶矿物含量：指按X光衍射矿物分析标准SYT5163-2010确定酸化用酸的可溶矿物在岩心中含量；

3)获取岩心原始孔隙度φ⁰：指采用氦气孔隙度仪测量岩心的原始孔隙度(何更生,唐海.油层物理(第二版)[M].北京:石油工业出版社,2011)。

所述步骤(1)中获取水平井段储层的渗透率分布，可根据测井资料获得。

水平井筒中酸液的推进实质是酸液向地层滤失后井筒中剩余的酸液向前流动的过程，所述步骤(2)中建立酸液推进距离的计算模型，求取预测水平井暂堵酸化酸液推进距离所需的中间参数，包括以下内容：

1)沿水平井筒轴向和径向划分网格单元，通过以下两式求取轴向第i微段长度Δl_i和对应的径向第j步步长Δr_i,j：

Δl_i＝v_iΔt(1)

${\mathrm{\Δr}}_{i,j}=\frac{{\mathrm{\Δq}}_i\mathrm{\Δ}t}{2{\mathrm{\πr}}_{i,j}{\mathrm{\φ}}_{i,j}}---\left(2\right)$

式中：各变量下标第一、第二位分别表示轴向和径向网格序号，变量值为下标对应位置处的参数值，如r_i,j指(i,j)处微元与水平井筒轴线的距离，下同；

v_i—轴向第i微段推进速度，m/s；

Δt—时间步长，s；

Δq_i—轴向第i微段的滤失流量，m³/s；

r_i,j—(i,j)处微元与水平井筒轴线的距离，m；

φ_i,j—(i,j)位置的孔隙度，小数，由酸岩反应模型(李颖川.采油工程(第二版)[M].北

京:石油工业出版社,2009)求解确定。

2)建立储层渗透率动态模型，通过下式(何更生,唐海.油层物理(第二版)[M].北京:石油工业出版社,2011)求取储层动态渗透率k_i，j：

$k_{i,j}=k_i^0{\left(\frac{{\mathrm{\φ}}_{i,j}}{{\mathrm{\φ}}^0}\right)}^x---\left(3\right)$

式中：k_i,j—(i,j)处微元的渗透率，m²；

k_i ⁰—轴向第i段储层的初始渗透率，m²，由测井曲线读取；

x—指数，无量纲，根据地区储层孔渗关系实验拟合得出。

3)建立水平井筒酸液滤失—推进耦合模型，酸液在水平井筒中推进时，同时存在向地层的滤失和沿井筒的推进，因此确定酸液推进距离还应建立酸液滤失—推进耦合模型，以求取各时步内轴向第i微段的酸液滤失流量Δq_i和推进距离Δl_i。

轴向上第i微段的酸液滤失流量Δq_i通过下式得到：

${\mathrm{\Δq}}_i=\frac{2{\mathrm{\π\Δl}}_i(p_i-p_r)}{{\mathrm{\μ}}_{acid}}\[\frac{1}{k_{i,0}}\ln (1+\frac{{\mathrm{\Δr}}_{i,1}}{r_w})+\underset{j=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{k_{i,0}}\ln \frac{r_{i,j+1}}{r_{i,j}}\right)\]---\left(4\right)$

式中：p_i—井筒轴向第i微段处的酸液压力，Pa；

p_r—储层外边界压力，Pa；

μ_acid—酸液黏度，Pa·s；

r_w—井筒半径，m；

N—径向网格总数；

k_i,0—附着于井壁第i微段上暂堵剂滤饼的渗透率，m²；

k_i,0和p_i分别由式(5)和式(7)确定。

$k_{i,0}==\left\{\begin{array}{cc}{k}_i^0,& t_{ireact}=0\\ h(c_{pa},t_{ireact}),& t_{ireact}>0\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中未知参数由下式确定，

$\left\{\begin{array}{c}{t}_{ireact}=t-t_{ci}\\ c_{pa}=\frac{m_0}{2{\mathrm{\πr}}_{w}L}\\ t_{ci}=t_1+\frac{1}{Q}\underset{\mathrm{\τ}=t_1}{\overset{t-\mathrm{\Δ}t}{\Σ}}\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}{\mathrm{\Δq}}_k^t\mathrm{\Δ}t\\ t_1=\frac{1}{Q}({\mathrm{\πr}}_v^2{l}_v+{\mathrm{\πr}}_w^2\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}{\mathrm{\Δl}}_k)\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中：t_ireact—轴向第i微段井壁处暂堵剂与酸液的反应时间，s；

h—酸化施工中暂堵效果变化函数，由暂堵剂类型、浓度及其与酸反应的时间决定；

t和t_ci—分别为酸化施工持续时间和施工开始后酸液到达轴向i微段所需的时间，s；

m₀—施工所用暂堵剂总质量，kg；

L—水平井筒长度，m；

Δq_i ^t—t时刻轴向第i微段的滤失流量，m³/s；

Q—注酸排量，m³/s；

r_v—水平井垂直段的流道等效半径，m；

l_v—水平井垂直段长度，m；

c_pa—暂堵剂铺置密度，即所用暂堵剂质量与附着面面积之比，kg/m²。

$p_i=p_0-\underset{k=1}{\overset{i-1}{\Σ}}\mathrm{\λ}\frac{{\mathrm{\Δl}}_k{{\mathrm{\ρv}}_k}^2}{2r_w}---\left(7\right)$

其中：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\λ}=f(R_e,\frac{\mathrm{\δ}}{2r_w})\\ R_e=\frac{{\mathrm{\ρv}}_i{r}_w}{{\mathrm{\μ}}_{acid}}\end{array}\right.---\left(8\right)$

式中：p₀—井筒跟端压力，MPa；

λ—沿程水力摩阻系数，无量纲；

ρ—酸液密度，kg/m³；

p_i—井筒轴向第i微段处的酸液压力，Pa；

R_e—雷诺数，无量纲；

δ—水平井筒内壁面等效绝对粗糙度，m。

按我国输油部门经验办法，由R_e的取值范围选取λ计算公式(见表1，袁恩熙.工程流体力学[M].石油工业出版社,2012.7)。

表1计算水力摩阻的常用经验公式及其使用范围

第i微段的推进距离，即轴向第i微段长度Δl_i，通过下式得到：

Δl_i＝v_iΔt(1)

其中，轴向第i微段流速v_i为该处剩余流量与井筒截面积的比值：

$v_i=\frac{Q-\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}{\mathrm{\Δq}}_k}{2{\mathrm{\πr}}_w^2}---\left(9\right)$

所述步骤(3)预测水平井暂堵酸化酸液推进距离，是指通过迭代法计算同时满足以下两式条件时：

$\left|\frac{Q-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\Δq}}_i}{Q}\right|\≤w---\left(10\right)$

$\left|\frac{p_0-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δp}}_i-p_r}{p_0}\right|\≤w---\left(11\right)$

水平井暂堵酸化酸液推进距离s，由下式预测：

$s=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\Δl}}_i---\left(12\right)$

式中：p₀—井筒跟端压力，MPa；

Δp_i—井筒轴向第i微段摩阻压降，Pa；

n—轴向微元的段数，无量纲；

w—允许误差上限，一般取0～10％。

本发明所预测的酸液推进距离是油气井酸化作业所需的重要参数，其有益效果在于：用于水平井暂堵酸化，可根据酸化施工排量和材料(酸液、暂堵剂等)的性能参数计算暂堵酸化施工过程中酸液在水平井筒中的推进距离，为油气井酸化优化设计提供重要参数；采用本发明辅助酸化设计可有效增加酸化成功率并提高酸化作业效果，具有一定实用价值。

附图说明

图1是本发明中水平井暂堵酸化井筒酸液—储层耦合算法程序框图。

图2是本发明中实施例中某-4H井水平段测井渗透率分布。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。应当指出，阐述本实施例旨在对本发明作进一步解释说明，而并不用于限定本发明。

实施例1

某-2H井和某-4H井位于同一区块，两井目的层物性近似，属同一压力系统，储层厚度37～41m，某-2H井储层垂深6937m，水平段长1603m，某-4H井储层钻遇目的层深度6914m，水平段长1548m，水平井筒半径0.065m。某-2H井为前期酸化井，所用酸液浓度28kg/m³，泵注排量4m³/min，暂堵剂用量1425kg，施工后产量有一定程度增长，但效果不十分理想。采用本方法分析计算得出其酸液推进距离为1287m，小于水平段长度。总结经验教训后，采用本发明对某-4H井进行酸化设计：设计暂堵剂用量1472kg，酸液泵注排量q＝5.2m³/min。酸化后该井试产产量为42.8×10⁴m³/d，约为某-2H井同期的1.38倍，高于某-2H井11.8×10⁴m³/d，增产效果很理想。对比认为本发明具有较好的可靠性，接下来详细说明本发明用于预测某-4H井暂堵酸化酸液推进距离的实施方式。

1、根据技术方案获取模型计算所需参数

已知某-4H井水平井垂直段长度l_v＝7028m、垂直段流道等效半径r_v＝0.0734m，流体黏度为5×10^-2Pa·s。

(1)获取某-4H井水平储层段渗透率分布如图1所示、标准岩心中酸可溶矿物含量为31.8％、岩心孔隙度21.3％，岩心孔隙度—渗透率关系模型的指数x为3.553。

(2)所用暂堵剂在施工开始后暂堵效果变化函数为：

$h(c_{pa},t_{ireact})=\frac{1.72\×{10}^{-15}}{c_{pa}{e}^{7.5\×{10}^{-4}{t}_{ireact}}}---\left(13\right)$

其中用式(6)第二式计算得：

$c_{pa}=\frac{m_0}{2{\mathrm{\πr}}_{w}L}=2.33$

2、计算酸液推进距离

已知酸液泵注排量Q＝5.2m³/min，并设定：计算时间步长Δt＝20s、允许误差上限w＝1％。通过按图2步骤迭代计算得到某-4H井酸液在水平井筒中的推进到达井底。

某-2H井和某-4H井互为同区块邻井，两井地质和油井参数十分接近，且均采用了暂堵酸化增产工艺，可用于对比分析。对比某-2H井和某-4H井酸化后产量，后者明显高于前者，由于两井具有很高的相似性，故可认为产量差异是由酸液推进距离的不同引起，即某-4H井酸液能推进至井底而某-2H井不能，这正好与本发明方法的预测结果一致，这证明本发明具有较高的可靠性。

Claims (2)

1.一种预测水平井暂堵酸化酸液推进距离的方法，包括以下步骤：

(1)、获取水平井段储层的岩心参数和水平井段储层的渗透率分布；

(2)、建立酸液推进距离的计算模型，求取预测水平井暂堵酸化酸液推进距离所需的中间参数，包括以下内容：

1)沿水平井筒轴向和径向划分网格单元，通过下式求取轴向第i微段长度Δl_i和对应的径向第j步步长Δr_i,j：

Δl_i＝v_iΔt

${\mathrm{\Δr}}_{i,j}=\frac{{\mathrm{\Δq}}_i\mathrm{\Δ}t}{2{\mathrm{\πr}}_{i,j}{\mathrm{\φ}}_{i,j}}$

式中：v_i—轴向第i微段推进速度，m/s，

Δt—时间步长，s，

Δq_i—轴向第i微段的滤失流量，m³/s，

r_i,j—(i,j)处微元与水平井筒轴线的距离，m，

φ_i,j—(i,j)位置的孔隙度；

2)建立储层渗透率动态模型，通过下式求取储层动态渗透率k_i，j：

$k_{i,j}=k_i^0{\left(\frac{{\mathrm{\φ}}_{i,j}}{{\mathrm{\φ}}^0}\right)}^x$

式中：k_i,j—(i,j)处微元的渗透率，m²，

k_i ⁰—轴向第i段储层的初始渗透率，m²，由测井曲线读取，

x—指数，无量纲，根据地区储层孔渗关系实验拟合得出；

3)建立水平井筒酸液滤失—推进耦合模型，求取各时步内轴向第i微段的酸液滤失流量Δq_i和推进距离Δl_i：

${\mathrm{\Δq}}_i=\frac{2{\mathrm{\π\Δl}}_i(p_i-p_r)}{{\mathrm{\μ}}_{acid}}\[\frac{1}{k_{i,0}}\ln (1+\frac{{\mathrm{\Δr}}_{i,1}}{r_w})+\underset{j=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{k_{i,j}}\ln \frac{r_{i,j+1}}{r_{i,j}}\right)\]$

式中：p_i—井筒轴向第i微段处的酸液压力，Pa，

p_r—储层外边界压力，Pa，

μ_acid—酸液黏度，Pa·s，

r_w—井筒半径，m，

N—径向网格总数，

k_i,0—附着于井壁第i微段上暂堵剂滤饼的渗透率，m²，

第i微段的推进距离，即轴向第i微段长度Δl_i，通过下式得到：

Δl_i＝v_iΔt

$v_i=\frac{Q-\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}{\mathrm{\Δq}}_k}{2{\mathrm{\πr}}_w^2}$

式中：Q—注酸排量，m³/s；

(3)、根据步骤(1)和步骤(2)获得的参数，预测水平井暂堵酸化酸液推进距离：

同时满足以下两式条件时：

$\left|\frac{Q-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\Δq}}_i}{Q}\right|\≤w$

$\left|\frac{p_0-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δp}}_i-p_r}{p_0}\right|\≤w,$

水平井暂堵酸化酸液推进距离s，由下式预测：

$s=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\Δl}}_i$

式中：p₀—井筒跟端压力，MPa，

Δp_i—井筒轴向第i微段摩阻压降，Pa，

p_r—储层外边界压力，Pa，

n—轴向微元的段数，无量纲，

w—允许误差上限，一般取0～10％。

2.如权利要求1所述的预测水平井暂堵酸化酸液推进距离的方法，其特征在于，所述步骤(1)中获取水平井段储层的岩心参数，包括以下内容：制备水平井段储层标准岩心、获取岩心中酸可溶矿物含量、获取岩心原始孔隙度φ⁰；所述步骤(1)中获取水平井段储层的渗透率分布，根据测井资料获得。