CN105443093A - 用于注聚井的井口组合测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于注聚井的井口组合测试装置，其高精度压力监测仪和连续液面监测仪与三通阀门组合连接，每个注聚层的相应管路上均安装井口组合测试装置。本发明还涉及一种测试方法，其步骤按先后顺序如下：在每个注聚层的相应管路上分别安装井口组合测试装置；同时测试每个注聚层的井口压力和液面；分别根据每个注聚层的井口压力和液面的测试值计算相应注聚层的井底压力；分别根据每个注聚层的井底压力选择相应的压力监测试井模型；分别将每个注聚层的井底压力与相应的压力监测试井模型进行拟合，得到试井解释参数，并反求该注聚层的聚合物溶液地下粘度的分布情况。该技术方案解决了单独井口测压导致测压数据缺失的问题。

Description

用于注聚井的井口组合测试装置及其方法

技术领域

本发明属于油气藏开采技术领域，具体涉及一种用于注聚井的井口组合测试装置及其方法。

背景技术

试井分析是油气藏动态监测比较重要的手段，试井资料对于确定油气藏类型、进行油气藏描述、制定油田开发方案以及预测油田动态等具有非常重要的作用。目前普遍采用的测试方法是关井测压法，该测试方法需要在井底安装压力计，而安装压力计的花费巨大，且有时因管柱结构的影响无法将压力计下入井底，因此提出了通过测试井口压力再换算成井底压力的方法。但是对于一些高渗储层，井口测压又存在一个严重的问题，即关井后液面下降较快，这将导致在井口监测不到压力数据，从而造成测压数据不完整。

聚合物驱油藏试井可以监测驱替动态，但其试井分析方法与水驱油藏试井分析方法存在很大区别。这种区别主要体现在水是牛顿流体，在孔隙介质中渗流，其粘度不会发生变化，而聚合物是非牛顿流体，在地层中渗流时由于剪切、扩散、对流等物理化学作用的影响，使得聚合物的浓度和粘度在地层中不断发生变化。现有的聚合物驱油藏试井模型都是将聚合物溶液描述成幂律型流体，其幂指数恒定，聚合物粘度模型不能准确描述聚合物溶液在复杂地层中的渗流特征。此外聚合物驱油效果在很大程度上取决于聚合物溶液地下粘度分布情况，而聚合物驱地下情况复杂，因此对粘度分布规律的研究比较困难，且无法监测粘度的实际变化情况。

基于上述问题，急需开发一种用于注聚井的井口组合测试装置及其方法，以同时监测井口压力和液面，再通过压力监测试井模型解释，并利用解释结果反求聚合物溶液地下粘度分布情况。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于注聚井的井口组合测试装置，包括高精度压力监测仪、连续液面监测仪和三通阀门，所述高精度压力监测仪和所述连续液面监测仪与所述三通阀门组合连接；每一个注聚层的相应管路上均安装所述井口组合测试装置。

本发明的注入井有三个注聚层，分别为注聚层Ⅰ、注聚层Ⅱ和注聚层Ⅲ，每个注聚层的相应管路上分别安装一个井口组合测试装置，分别为井口组合测试装置Ⅰ、井口组合测试装置Ⅱ和井口组合测试装置Ⅲ。注入井自内向外设置油管Ⅰ、油管Ⅱ和套管，注聚层Ⅰ在油管Ⅰ内，注聚层Ⅱ在油管Ⅱ内，注聚层Ⅲ在套管内。注入井自下而上设置封隔器Ⅰ和封隔器Ⅱ，在两个封隔器之间设置配注阀。三个井口组合测试装置的连接丝扣分别与相应管路连接，相应管路上又分别安装压力表Ⅰ、压力表Ⅱ和压力表Ⅲ。一次性将聚合物溶液注入井中，聚合物溶液进入不同的注聚层，与不同注聚层对应的井口组合测试装置同时监测相应层的井口压力和液面深度。

优选的是，所述三通阀门的一个端口设置连接丝扣，另两个端口分别设置所述高精度压力监测仪和所述连续液面监测仪。高精度压力监测仪的精度高、密度大，用于精准地测试井口压力；连续液面监测仪用于监测液面的深度。压力表用于日常观测油井在工作时是否出现异常情况。

在上述任一方案中优选的是，所述连接丝扣与管路连接。

本发明还提供一种用于注聚井的井口组合测试方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：检查井口组合测试装置的密封性，并将其分别安装到每一个注聚层的相应管路上；

步骤二：关闭注入井，同时测试每一个注聚层的井口压力和液面；

步骤三：分别根据每一个注聚层的井口压力和液面的测试值计算相应注聚层的井底压力；

步骤四：分别根据每一个注聚层的井底压力选择相应的压力监测试井模型；

步骤五：分别将每一个注聚层的井底压力与相应的压力监测试井模型进行拟合，得到试井解释参数，并通过试井解释参数反求该注聚层的聚合物溶液地下粘度的分布情况。

优选的是，所述井口组合测试装置为上述任一种所述的用于注聚井的井口组合测试装置。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，井底压力的计算模型为

p_wf＝p_h+ρ_pg(H-h)

其中，p_wf——井底压力，Pa；

p_h——井口压力，Pa；

ρ_p——聚合物溶液的密度，kg/m³；

H——注入层中部的深度，m；

h——液面的深度，m。

在刚关井的那一刻，井口压力较大，液面也未下降，即h＝0，当液面下降以后，就测不到井口压力，即p_h＝0。若仅在井口测压，则导致压力数据缺失，若在井口测压的同时采用连续液面监测仪监测液面，则避免了压力数据缺失，进而通过计算得到相应注聚层的井底压力，使测压数据更完整，计算结果更符合实际情况。

需要注意的是，在刚关井的那一刻，井口压力较大，可能超过8MPa，该数据通过相应注聚层的压力表显示，而连续液面监测仪的最大量程为8MPa，因此在关井的同时，需关闭相应注聚层的连续液面监测仪的阀门。当相应注聚层的压力表读数低于8MPa时，便可打开阀门，此时连续液面监测仪开始工作。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤五中，聚合物溶液地下粘度的计算模型为

${\mathrm{\μ}}_p={\mathrm{\μ}}_w+\frac{{\mathrm{\μ}}_p^0-{\mathrm{\μ}}_w}{1+{(\mathrm{\γ}/{\mathrm{\γ}}_{1/2})}^{pa-1}}$

其中，μ_p——聚合物溶液地下粘度，mPa·s；

μ_w——水相粘度，mPa·s；

γ_1/2——粘度为时对应的剪切速率，s^-1；

——剪切速率为零时的聚合物溶液地下粘度，mPa·s；

pa——聚合物溶液的非牛顿幂律指数，1.0﹤pa﹤1.8。

式中， ${\mathrm{\μ}}_p^0={\mathrm{\μ}}_w\[1+(A_1{C}_p+A_2{C}_p^2+A_3{C}_p^3)c_{sep}^{sp}\]$

其中，A₁——聚合物溶液的参数，(g/l)^-1；

A₂——聚合物溶液的参数，(g/l)^-2；

A₃——聚合物溶液的参数，(g/l)^-3；

c_sep——水相中有效阳离子的浓度；

sp——实验资料确定的参数。

通过实验数据作出井底压力的变化曲线，处理后得到：

$pa=1.163{\left({\mathrm{\μ}}_p^0\right)}^{0.0311}$

${\mathrm{\γ}}_{1/2}=375.1{\left({\mathrm{\μ}}_p^0\right)}^{-1.378}+0.0356$

建立剪切速率关系式：

$\mathrm{\γ}=\frac{3n+1}{n+1}\frac{{10}^{4}v}{\sqrt{8C^{\′}{K}_p{\mathrm{\φ}}_p}}$

式中， $v=\frac{Q}{2\mathrm{\π}rh}$

φ_p＝φ(1-IPV)

其中，C′——与迂曲度有关的系数；

K_p——有效渗透率，μm²；

φ_p——有效孔隙度；

IPV——不可及孔隙体积；

φ——原始孔隙度；

Q——流量，m³/d；

h——注入层厚度，m；

r——注入井周围某一点到注入井中心的距离，m。

$C_p(r,t)=\frac{C_{p0}}{2}-\frac{C_{p0}}{2}erf\[\frac{r-Vt/\mathrm{\θ}}{\sqrt{Dt/\mathrm{\θ}}}\]$

其中，C_p——聚合物溶液的浓度，mg/l；

C_p0——聚合物溶液的初始浓度，mg/l；

V——渗流速率，m/s；

t——时间，s；

θ——吸附系数；

D——扩散系数，cm²/s。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤五中，得到的试井解释参数包括有效渗透率和驱替前缘。

本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法，其装置结构简单，操作方法便捷，实用性强，解决了因关井下入井下压力计耗资过大的难题。通过同时监测井口压力和液面深度计算井底压力，避免了因液面下降导致压力数据缺失的问题。该技术方案一方面可以解决单独井口测压导致测压数据缺失的问题，另一方面可以通过压力监测试井模型得到试井解释参数，并利用试井解释参数反求聚合物溶液地下粘度的分布情况，同时对储层进行评价。

附图说明

图1为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的一优选实施例的井口组合测试装置的结构示意图；

图2为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的图1所示实施例的井口组合测试装置的应用示意图；

图3为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的图1所示实施例的测试方法的工艺流程图；

图4为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的图1所示实施例的注聚层Ⅰ的井底压力与相应的压力监测试井模型的拟合曲线；

图5为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的图1所示实施例的注聚层Ⅱ的井底压力与相应的压力监测试井模型的拟合曲线；

图6为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的图1所示实施例的注聚层Ⅲ的井底压力与相应的压力监测试井模型的拟合曲线；

图7为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的图1所示实施例的注聚层Ⅰ的聚合物溶液地下粘度的分布情况；

图8为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的图1所示实施例的注聚层Ⅱ的聚合物溶液地下粘度的分布情况；

图9为按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法的图1所示实施例的注聚层Ⅲ的聚合物溶液地下粘度的分布情况。

图中标注说明：

1-井口组合测试装置，11-高精度压力监测仪，12-连续液面监测仪，13-三通阀门，14-连接丝扣；

2-注入井，21-注聚层Ⅰ，22-注聚层Ⅱ，23-注聚层Ⅲ，24-油管Ⅰ，25-油管Ⅱ，26-套管，27-封隔器Ⅰ，28-封隔器Ⅱ，29-配注阀；

3-井口组合测试装置Ⅰ，4-井口组合测试装置Ⅱ，5-井口组合测试装置Ⅲ，6-压力表Ⅰ，7压力表Ⅱ，8-压力表Ⅲ。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

本实施例取自某油田的一口注入井，2009年12月开始注入水，2011年4月开始注入聚合物溶液，注入的聚合物溶液的浓度为2000mg/l，从下至上各层厚度分别为8m、8m和10m。2012年4月22日停注，并测压力降落，测压时间2.5天。

如图1所示，按照本发明的用于注聚井的井口组合测试装置1的一实施例，包括高精度压力监测仪11、连续液面监测仪12和三通阀门13，所述高精度压力监测仪11和所述连续液面监测仪12与所述三通阀门13组合连接；每一个注聚层的相应管路上均安装所述井口组合测试装置1。

如图2所示，本实施例的注入井2有三个注聚层，分别为注聚层Ⅰ21、注聚层Ⅱ22和注聚层Ⅲ23，每个注聚层的相应管路上分别安装一个井口组合测试装置1，分别为井口组合测试装置Ⅰ3、井口组合测试装置Ⅱ4和井口组合测试装置Ⅲ5。注入井2自内向外设置油管Ⅰ24、油管Ⅱ25和套管26，注聚层Ⅰ21在油管Ⅰ24内，注聚层Ⅱ22在油管Ⅱ25内，注聚层Ⅲ23在套管26内。注入井2自下而上设置封隔器Ⅰ27和封隔器Ⅱ28，在两个封隔器之间设置配注阀29。三个井口组合测试装置的连接丝扣14分别与相应管路连接，相应管路上又分别安装压力表Ⅰ6、压力表Ⅱ7和压力表Ⅲ8。一次性将聚合物溶液注入井中，聚合物溶液进入不同的注聚层，与不同注聚层对应的井口组合测试装置同时监测相应层的井口压力和液面深度。

所述三通阀门13的一个端口设置连接丝扣14，另两个端口分别设置所述高精度压力监测仪11和所述连续液面监测仪12。高精度压力监测仪的精度高、密度大，用于精准地测试井口压力；连续液面监测仪用于监测液面的深度。所述连接丝扣与相应管路连接。

如图3所示，按照本发明的用于注聚井的井口组合测试方法的一实施例，使用了本实施例的井口组合测试装置，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：检查井口组合测试装置的密封性，并将其分别安装到每一个注聚层的相应管路上；

步骤二：关闭注入井，同时测试每一个注聚层的井口压力和液面；

步骤三：分别根据每一个注聚层的井口压力和液面的测试值计算相应注聚层的井底压力；

步骤四：分别根据每一个注聚层的井底压力选择相应的压力监测试井模型；

步骤五：分别将每一个注聚层的井底压力与相应的压力监测试井模型进行拟合，得到试井解释参数，并通过试井解释参数反求该注聚层的聚合物溶液地下粘度的分布情况。

相关基本参数如表1所示，三个注聚层的试井解释参数如表2-4所示。

表1基本参数

基本参数	单位	数值
			流量	m3/d	100
孔隙度	-	0.3
			水相粘度	mPa·s	1
原油粘度	mPa·s	53.8
			总压缩系数	1/MPa	0.0014
体积系数	-	1.1
			聚合物驱前的注聚层Ⅰ的渗透率	μm2	1.72
聚合物驱前的注聚层Ⅱ的渗透率	μm2	1.32
			聚合物驱前的注聚层Ⅲ的渗透率	μm2	1.23
聚合物驱前的表皮	-	0.23
			注入井半径	m	0.1

表2注聚层Ⅰ的试井解释参数

试井解释参数	单位	数值
			地层平均压力	MPa	18.58
一区渗透率	μm2	1.68
			二区渗透率	μm2	1.43
内区半径	m	133.94
			表皮	-	2.02
井筒储集系数	m3/MPa	2.71

表3注聚层Ⅱ的试井解释参数

试井解释参数	单位	数值
			地层平均压力	MPa	17.78
一区渗透率	μm2	1.15
			二区渗透率	μm2	0.98
内区半径	m	99.23
			表皮	-	8.18
井筒储集系数	m3/MPa	0.1

表4注聚层Ⅲ的试井解释参数

试井解释参数	单位	数值
			地层平均压力	MPa	17.58
一区渗透率	μm2	1.03
			二区渗透率	μm2	1.35
三区渗透率	μm2	1.21
			一区半径	m	65.51
二区半径	m	109.66
			表皮	-	3.79
井筒储集系数	m3/MPa	1.73

所述步骤三中，井底压力的计算模型为

p_wf＝p_h+ρ_pg(H-h)

其中，p_wf——井底压力，Pa；

p_h——井口压力，Pa；

ρ_p——聚合物溶液的密度，kg/m³；

H——注入层中部的深度，m；

h——液面的深度，m。

需要注意的是，在刚关井的那一刻，井口压力较大，可能超过8MPa，该数据通过相应注聚层的压力表显示，而连续液面监测仪的最大量程为8MPa，因此在关井的同时，需关闭相应注聚层的连续液面监测仪的阀门。当相应注聚层的压力表读数低于8MPa时，便可打开阀门，此时连续液面监测仪开始工作。

所述步骤五中，聚合物溶液地下粘度的计算模型为

${\mathrm{\μ}}_p={\mathrm{\μ}}_w+\frac{{\mathrm{\μ}}_p^0-{\mathrm{\μ}}_w}{1+{(\mathrm{\γ}/{\mathrm{\γ}}_{1/2})}^{pa-1}}$

其中，μ_p——聚合物溶液地下粘度，mPa·s；

μ_w——水相粘度，mPa·s；

γ_1/2——粘度为时对应的剪切速率，s^-1；

——剪切速率为零时的聚合物溶液地下粘度，mPa·s；

pa——聚合物溶液的非牛顿幂律指数，1.0﹤pa﹤1.8。

式中， ${\mathrm{\μ}}_p^0={\mathrm{\μ}}_w\[1+(A_1{C}_p+A_2{C}_p^2+A_3{C}_p^3)c_{sep}^{sp}\]$

其中，A₁——聚合物溶液的参数，(g/l)^-1；

A₂——聚合物溶液的参数，(g/l)^-2；

A₃——聚合物溶液的参数，(g/l)^-3；

c_sep——水相中有效阳离子的浓度；

sp——实验资料确定的参数。

通过实验数据作出井底压力的变化曲线，处理后得到：

$pa=1.163{\left({\mathrm{\μ}}_p^0\right)}^{0.0311}$

${\mathrm{\γ}}_{1/2}=375.1{\left({\mathrm{\μ}}_p^0\right)}^{-1.378}+0.0356$

建立剪切速率关系式：

$\mathrm{\γ}=\frac{3n+1}{n+1}\frac{{10}^{4}v}{\sqrt{8C^{\′}{K}_p{\mathrm{\φ}}_p}}$

式中， $v=\frac{Q}{2\mathrm{\π}rh}$

φ_p＝φ(1-IPV)

其中，C′——与迂曲度有关的系数；

K_p——有效渗透率，μm²；

φ_p——有效孔隙度；

IPV——不可及孔隙体积；

φ——原始孔隙度；

Q——流量，m³/d；

h——注入层厚度，m；

r——注入井周围某一点到注入井中心的距离，m。

$C_p(r,t)=\frac{C_{p0}}{2}-\frac{C_{p0}}{2}erf\[\frac{r-Vt/\mathrm{\θ}}{\sqrt{Dt/\mathrm{\θ}}}\]$

其中，C_p——聚合物溶液的浓度，mg/l；

C_p0——聚合物溶液的初始浓度，mg/l；

V——渗流速率，m/s；

t——时间，s；

θ——吸附系数；

D——扩散系数，cm²/s。

所述步骤五中，得到的试井解释参数包括有效渗透率和驱替前缘。

本实施例注聚层Ⅰ、注聚层Ⅱ和注聚层Ⅲ的井底压力与相应的压力监测试井模型的拟合曲线以及相应的聚合物溶液地下粘度的分布情况分别如图4-6和图7-9所示。图4-6中，横坐标为无因次时间与无因次井筒储集系数比值的对数，纵坐标为无因次压力和无因次压力导数的对数。图7-9中，横坐标为注入井周围某一点到注入井中心的距离，纵坐标为聚合物溶液地下粘度。

本实施例的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法，其装置结构简单，操作方法便捷，实用性强，解决了因关井下入井下压力计耗资过大的难题。通过同时监测井口压力和液面深度计算井底压力，避免了因液面下降导致压力数据缺失的问题。该技术方案一方面可以解决单独井口测压导致测压数据缺失的问题，另一方面可以通过压力监测试井模型得到试井解释参数，并利用试井解释参数反求聚合物溶液地下粘度的分布情况，同时对储层进行评价。

本领域技术人员不难理解，本发明的用于注聚井的井口组合测试装置及其方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于注聚井的井口组合测试装置，包括高精度压力监测仪、连续液面监测仪和三通阀门，其特征在于：所述高精度压力监测仪和所述连续液面监测仪与所述三通阀门组合连接；每一个注聚层的相应管路上均安装所述井口组合测试装置。

2.如权利要求1所述的注聚井的井口组合测试装置，其特征在于：所述三通阀门的一个端口设置连接丝扣，另两个端口分别设置所述高精度压力监测仪和所述连续液面监测仪。

3.如权利要求2所述的注聚井的井口组合测试装置，其特征在于：所述连接丝扣与管路连接。

4.一种用于注聚井的井口组合测试方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：检查井口组合测试装置的密封性，并将其分别安装到每一个注聚层的相应管路上；

步骤二：关闭注入井，同时测试每一个注聚层的井口压力和液面；

步骤三：分别根据每一个注聚层的井口压力和液面的测试值计算相应注聚层的井底压力；

步骤四：分别根据每一个注聚层的井底压力选择相应的压力监测试井模型；

步骤五：分别将每一个注聚层的井底压力与相应的压力监测试井模型进行拟合，得到试井解释参数，并通过试井解释参数反求该注聚层的聚合物溶液地下粘度的分布情况。

5.如权利要求4所述的用于注聚井的井口组合测试方法，其特征在于：所述井口组合测试装置为权利要求1-3中任一项所述的用于注聚井的井口组合测试装置。

6.如权利要求4所述的用于注聚井的井口组合测试方法，其特征在于：所述步骤三中，井底压力的计算模型为

p_wf＝p_h+ρ_pg(H-h)

其中，p_wf——井底压力，Pa；

p_h——井口压力，Pa；

ρ_p——聚合物溶液的密度，kg/m³；

H——注入层中部的深度，m；

h——液面的深度，m。

7.如权利要求4所述的用于注聚井的井口组合测试方法，其特征在于：所述步骤五中，聚合物溶液地下粘度的计算模型为

${\mathrm{\μ}}_p={\mathrm{\μ}}_w+\frac{{\mathrm{\μ}}_p^0-{\mathrm{\μ}}_w}{1+{(\mathrm{\γ}/{\mathrm{\γ}}_{1/2})}^{pa-1}}$

其中，μ_p——聚合物溶液地下粘度，mPa·s；

μ_w——水相粘度，mPa·s；

γ_1/2——粘度为时对应的剪切速率，s^-1；

——剪切速率为零时的聚合物溶液地下粘度，mPa·s；

pa——聚合物溶液的非牛顿幂律指数，1.0﹤pa﹤1.8。

8.如权利要求4所述的用于注聚井的井口组合测试方法，其特征在于：所述步骤五中，得到的试井解释参数包括有效渗透率和驱替前缘。