CN105003251A - 一种深层地下卤水单井可采资源量的预测计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深层地下卤水单井可采资源量的预测计算方法。对于自喷生产沉积盆地深层地下卤水的钻井，在地层压力下降的某一期间内，从储卤层中自喷采出的卤水资源量，应当等于储卤层中水和岩层的弹性膨胀量，二者存在物质平衡关系。由此可以建立钻井自喷开采的深层卤水累积产量与相应的平均地层压力降之间的线性关系，进而建立钻井自喷开采的卤水累积产量与相应的平均井口压力的线性关系。根据实测的钻井自喷卤水累积产量和井口压力数据，通过线性拟合先确定直线的斜率，然后外推到当压力降等于原始地层压力数值时，对应的卤水累积产量就是该钻井的最大卤水可采资源量。这一方法简便易行，可以用于深层地下卤水资源量的评价和开发利用。

Description

一种深层地下卤水单井可采资源量的预测计算方法

1.技术领域

本发明涉及一种深层地下卤水单井可采资源量的预测计算方法，该方法利用沉积盆地深层地下卤水单个钻井的开采量和压力资料，对沉积盆地深层地下卤水单个钻井的卤水可采资源量进行预测计算，属于沉积盆地水文地质技术领域。

2.背景技术

深层地下卤水资源量的评价，是研究深层地下卤水的核心内容，也是卤水生产实际急需解决的课题。一个沉积盆地、一个储卤构造以至一个钻井的卤水资源量，是国家重要的资源数据，是政府和企业制定卤水勘探、开发规划的重要依据。但是，深层地下卤水资源量评价的研究一直进展缓慢，在过去尚未建立起一套完整的、切实可行的并为人们所公认的评价方法。这主要是因为深层地下卤水埋藏深度大、勘探开发程度低，其勘探、试验及测试工作极为困难。此外，与石油、天然气资源相比，地下卤水资源的经济价值较小，在目前不可能投入巨大资金进行详细的勘探和试验工作，以获取足够的资源量评价所需的资料(李慈君等，1992)。深层地下卤水资源量评价工作难度大，致使一些重要的地下卤水分布区的卤水资源量不清。这从总体上直接影响到有关部门对地下卤水资源是否应该和值得进一步勘探开发的战略决策，而对一个具体的卤水生产基地或生产井而言，又影响到勘探开发工作的具体部置或远期生产规划的制定。

沉积盆地深层地下卤水只有天然储存资源量，可以将其分为可采资源量和非可采量。可采资源量分为已采的资源量和尚未开采的资源量(剩余可采量)。另一方面，天然储存资源量可以分为弹性的储存资源量和非弹性的储存资源量。可采量可以小于弹性储存资源量，也可能大于弹性储存资源量而包含一部分非弹性储存资源量。同时，由于深层地下卤水盆地分布、局部构造富集的特点，以及存在单个钻井揭露地下卤水的情况，又将深层地下卤水资源量分为盆地(区域)的、储卤构造(局部)的和单井的资源量3个层次(周训，2013)。

对于沉积盆地深层地下卤水的各类资源量，除了利用容积法等方法评价静态的天然(储存)资源量(李慈君等，1992；周游等，2013)和数值法评价可采资源量(Wirojanagud等，1986；李慈君等，1992；Huang等，2006；Zhou等，2006)以外，卤水可采(资源)量的评价对于地下卤水的开发利用尤为重要。在沉积盆地的一些区域内，或者局部储卤构造内，有时只有一个或若干单个钻井揭露地下卤水并加以开采利用。对于这种深层地下卤水钻井，需要评价单井的卤水可采资源量，作为制定卤水资源开发利用规划的依据。

深层地下卤水具有很高的测压水头，被钻井揭露后常能自喷出地表。利用单个钻井自喷生产卤水是十分方便的。随着自喷生产的继续，深层卤水将逐渐消耗，储卤层的地层压力(或水头)持续下降，钻井的自喷能力不断减小直至停喷，此后需要使用抽汲设备才能继续开采卤水。在实际的卤水开发中，除了估算一个储卤层或者整个储卤构造的卤水(储存)资源量和可采资源量外，还需要估算通过一个钻井能够开采出来的卤水资源量有多少，以便了解一个卤水生产井的开采潜力。如果一个钻井自喷生产卤水一段时间，有可能根据单个钻井的卤水生产记录资料预测单井的卤水可采资源量。在缺乏地下卤水勘查资料和储卤层有关水文地质参数的情况下，利用自喷阶段的开采动态资料预测计算钻井卤水可采资源量，具有重要的意义。

3.发明内容

(1)钻井自喷开采深层地下卤水的物质平衡关系

在天然条件下，深层储卤层在地下深处处于封闭状态，地下卤水承受很高的压力，并与周围地层保持平衡。当钻井揭露储卤层自喷卤水后便破坏了这种平衡关系，使储卤层的地层压力降低。因此，钻井自喷开采卤水的过程主要是依靠地层压力下降引起储卤层中卤水和储集岩层的弹性膨胀的结果，具体表现为钻井卤水累积产量的逐渐增多和井口压力的逐渐下降。容易看出，在地层压力下降的某一期间内，从储卤层中自喷采出的卤水资源量，应当等于储卤层中水和岩层的弹性膨胀量(陈元千，1979)。即有以下物质平衡关系：

W_P/B_P＝A·M·n·S_w·C_w·ΔP+A·M·n·C_f·ΔP       (1) 

式中：W_P为钻井从自喷开始到某一时刻的一段时间内的卤水累积产量(m³)；B_P为卤水体积系数；A为储卤层面积(m²)；M为储卤层厚度(m)；n为储卤层有效孔隙度；s_w为储卤层原始含水饱和度；C_w为卤水弹性压 缩系数(1/MPa)；C_f为储卤层岩石的弹性压缩系数(1/MPa)；ΔP为同一时期内的平均地层压力降(MPa)。

(2)钻井自喷开采的卤水累积产量与相应的平均地层压力降之间的线性关系

式(1)左端为钻井卤水自喷累积产量，右端为平均地层压力下降ΔP后在储卤层范围内的卤水和岩石的弹性膨胀量之和。在式(1)中出现的参数A、M、B_p、S_w、C_w、C_f、n都是储卤层和卤水经过勘探和测试能够确定的，而且在一般情况下都是不可改变的常数。因而卤水累积产量与平均地层压力降呈线性关系：

W_p＝i·ΔP                   (2) 

其中斜率为i＝A·M·n·S_w·B_p(C_w+C_f/S_w)。

式(2)反映的只是卤水自喷开采过程中的某一时刻所处的状态，它与时间或空间坐标没有直接关系。对于某一时刻而言，从自喷开始到该时刻的卤水总产量与这一期间内的平均地层压力降具有式(2)所表示的关系。随着自喷开采的延续，地层压力不断下降，卤水累积产量逐渐增大，从自喷开始到不同时刻的卤水累积产量与相应的平均地层压力降之间具有式(2)的线性关系。

(3)钻井自喷开采的卤水累积产量与相应的平均井口压力降之间的线性关系

式(2)中卤水累积产量W_p是在卤水开采过程中容易收集到的实测数据，只需将日常的卤水产量数据按给定的时间间隔累加即可获得。平均地层压力降ΔP是储卤层的原始地层压力与某一时刻的地层压力差的平均值。原始地层压力可在自喷初期通过钻井测试或者直接测量而容易求得，但自喷过程中某一时刻的地层压力除了在钻井井底处以外实际上无法观测到。在自喷初期，地层压力降低不大，可用原始地层压力与井底压力之差近似作为平均地层压力降。实际上，日常观测到的压力数据为井口压力，而井口压力与井底压力只相差从井口到井底的一段水柱压力，因此井口压力降(最大井口压力与井口压力之差)与井底压力降(原始地层压力与井底压力之差)的数值相同。由此可知，不同时期卤水累积产量与相应的平均井口压力降亦近似地具有式(2)的线性关系(周训，1992)。

4.附图说明

附图是深层卤水钻井自喷开采的卤水累积产量与相应的平均井口压力的线性相关关系图。

附图中横坐标是平均井口压力(MPa)，纵坐标是深层卤水钻井自喷开采的卤水累积产量(m³)。由于钻井自喷开采卤水的过程中平均井口压力是降低的，所以拟合直线的斜率是负值。

5.具体实施方式

如前所述，如果一个钻井自喷生产一个封闭的储卤层卤水而没有受到其它因素的干扰，那么钻井在不同时期的卤水累积产量与相应的平均井口压力降近似地呈线性关系。利用这一关系可以预测该钻井的最大卤水可采资源量。可以根据卤水累积产量和井口压力降数据，先求出直线的斜率，然后外推到当压力降等于原始地层压力数值时，对应的卤水累积产量就是该钻井的最大卤水可采资源量。

为了直接利用卤水开采量和压力数据求出直线的斜率，可采用直线回归法。式(2)可以写成：

W_p＝i·ΔP＝i·(P₀-P)＝i·P₀-i·P          (3) 

其中P₀为最大井口压力，P为不同时刻的井口压力。因此，可以直接利用实测的井口压力和卤水累积产量数据求得直线的斜率i。由于P₀和i为常数，故在式(3)中可令y＝Wp，x＝P，a＝i·P₀，b＝-i，则有

y＝a+bx             (4) 

若用(x_j，y_i)(j＝1，2，...，n)表示n组实测的井口压力和卤水累积产量数据，则式(4)中的回归系数由下列式子确定：

$a=\stackrel{\‾}{y}-b\stackrel{\‾}{x}---\left(5\right)$

$b=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_j-\stackrel{\‾}{x})(y_j-\stackrel{\‾}{y})}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_j-\stackrel{\‾}{x})}^2}---\left(6\right)$

其中：

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j,\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_j$

以及相关系数：

$r=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_j-\stackrel{\‾}{x})(y_j-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_j-\stackrel{\‾}{x})}^2\·\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_j-\stackrel{\‾}{y})}^2}}---\left(7\right)$

由此可求得直线的斜率i＝-b。

作为这种预测计算方法的应用实例，选择位于四川盆地中部的一口深层卤水钻井。该井在井深2222m处钻至三叠系上统须家河组(T₃xj⁴)砂岩储卤层上部时自喷卤水，是自喷生产T₃xj⁴储卤层卤水的唯一钻井。该钻井在1957年完井时曾测得最大自喷畅流量10520m³/d，最大井口压力12.7MPa，原始地层压力37.46MPa。该井是该地区内最主要的卤水生产井，自1959年11月开始生产卤水，于1988年2月停喷，共自喷生产卤水355×10⁴m³。此后经抽吸，至1990年12月生产卤水349278.47m³，至2009年共采卤水768×10⁴m³(邓洪林等，2012)。该井缺乏前期的自喷生产资料，自喷后期由于频繁改变油嘴直径，致使井口流量和压力波动较大。只有1967年4月至1977年12月的卤水生产记录比较完整，虽然井口流量和压力仍然有微小的波动，但是总体上井口卤水累积产量呈增加趋势，井口压力呈下降趋势，两者的关系见附图。

选用该井这段时间按季度统计的井口累积产量和井口压力，共47组数据，根据前述的计算原理，利用自主编制的计算软件，可以求得回归系数a＝2355312.25，b＝-515939.78，相关系数r＝-0.9813。由此求得直线段的斜率i＝515939.78m³/MPa，外推至压力降相当于原始地层压力(37.46MPa)时，得到该井卤水最大可采量为1932.71×10⁴m³。

钻井自喷阶段的开采动态数据综合反映了深层储卤层的特性，实际动态数据之间存在着一定的统计规律。对于自喷生产深层卤水的钻井，可以根据卤水累积产量与压力降之间的线性关系预测单个钻井的最大可采资源量。这种方法适用于深埋封闭状态和原始地层压力很高、只有单个钻井开采卤水的储卤层。其优点是在不能可靠地确定储卤层有效厚度、有效孔隙度、渗透系数等参数的情况下，能够估算钻井最大可采资源量。计算中所需数据比较容易获得，计算过程也十分简便。利用这种方法的基本要求是在钻井自喷过程中不能有较长时间的关井停喷，钻井具有一定的累积产量和明显的地层压力降。此外，在卤水开采过程中，所取得的产量、压力数据越多、越准确，计算结果就越可靠。

参考文献

陈元千.油、气藏的物质平衡方程式及其应用.北京：石油工业出版社，1979

邓洪林，于旭东，杨建彬，等.川东天然卤水资源开发及综合利用工艺研究方向及重点.中国盐矿井，2012，43(2)：14-17

李慈君，杨立中，周训，陈明.深层卤水资源量评价的研究.北京：地质出版社，1992

周训.1992.深层卤水单井可采资源量的预测.地球科学，1992，17(5)：581-584

周训.深层地下卤水的基本特征与资源量分类.水文地质工程地质，2013，40(5)：4-10

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Claims (5)

1.一种深层地下卤水单井可采资源量的预测计算方法，其特征是：对于自喷生产沉积盆地深层地下卤水的钻井，可以根据钻井卤水累积产量与压力降之间的线性关系预测单个钻井的最大可采资源量。

2.根据权利要求1所述的卤水单井可采资源量的预测计算方法，其特征是：在地层压力下降的某一期间内，从储卤层中自喷采出的卤水资源量，应当等于储卤层中水和岩层的弹性膨胀量，二者存在物质平衡关系。

3.根据权利要求1所述的卤水单井可采资源量的预测计算方法，其特征是：钻井自喷开采的深层卤水累积产量与相应的平均地层压力降之间存在线性关系。

4.根据权利要求1所述的预测计算方法，其特征是：钻井自喷开采的卤水累积产量与相应的平均井口压力存在线性关系。

5.根据权利要求1所述的预测计算方法，其特征是：根据实测的钻井卤水累积产量和井口压力数据，通过线性拟合先确定直线的斜率，然后外推到当压力降等于原始地层压力数值时，对应的卤水累积产量就是该钻井的最大卤水可采资源量。