CN106022626A - 一种水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，包括如下步骤：步骤一：建立针对注采井间层内矛盾的物理模型；步骤二：确定高渗层厚度和渗透率级差；步骤三：在确定调堵时机的前提下，计算低渗层和高渗层含水率，生成平均含水率曲线；步骤四：通过对平均含水率曲线求导，确定水驱拟前缘。本发明在贝克莱‑列维尔特两相驱油理论基础上实现了水驱拟前缘快速、准确计算，弥补了现有技术在确定水驱前缘时周期长、成本高的缺陷。本发明使用方便，矿场应用中可以实现调堵措施快速决策。

Description

一种水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法
技术领域
本发明涉及油田开发中水驱开发效果评价领域，特别是一种水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法。
背景技术
油水井堵水调剖是严重非均质油藏控水稳油、提高水驱效率的重要技术手段。我国油田多数进入高含水或特高含水开采后期，常规的堵水调剖技术已不能满足油田生产需求。深部调驱技术的研究及应用等取得了许多新进展，在改善高含水油藏水驱开发效果方面获得了显著效果。
定位调堵技术在判断油水前缘线位置的基础上，将调剖剂段塞精确定位到合适的位置，使后续驱替液段塞提高采收率效果达到最好。从技术上讲，只要调剖剂段塞位于油水前缘以后，就能实现最优的封堵效果，使后续驱替流体波及含油饱和度高的区域最大，这也是深部调剖比近井地带调剖更好的原因，但是调剖剂段塞放置的越深，所需后续段塞越大，成本越高，因此综合考虑技术与经济的因素，最理想的情况是将调剖剂段塞“定位”在油水前缘或者最佳位置，也即定位调剖的实质。
目前提出了定位封堵的概念，研究人员开展了部分实验研究工作，取得了初步的认识，确定了定位封堵的可行性，但是对于定位调堵的部分关键参数和设计方法研究不足，特别是缺少快速、准确量化水驱前缘的计算方法，导致调堵施工方案设计存在研究周期长、经济人力成本高、针对性弱。所以，建立一种计算方便、结果准确的水驱前缘计算方法，对提高水驱后期油藏开发效果具有重要意义。
发明内容
为了解决目前定位调堵施工中水驱拟前缘缺乏快速量化手段，导致定位调堵方案设计研究周期长、经济人力成本高、针对性弱的问题，本发明提供一种水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，包括如下步骤：
步骤一：建立针对注采井间层内矛盾的物理模型；
步骤二：确定高渗层厚度和渗透率级差；
步骤三：在确定调堵时机的前提下，计算低渗层和高渗层含水率，生成平均含水率曲线；
步骤四：通过对平均含水率曲线求导，确定水驱拟前缘；
其中，所述平均含水率指低渗层和高渗层各点含水率乘以地层系数的加权平均值；所述水驱拟前缘指平均含水率导数曲线极值位置与注入井的距离。
进一步地，所述步骤一中，所述物理模型的条件包括：注入井、采油井各一口，采油井以恒定产量生产；注采井间存在两条渗流通道：低渗层和高渗层；注采井间存在水相、油相的两相达西渗流。
进一步地，所述步骤二中，应用贝克莱-列维尔特两相驱油理论，通过拟合采油井含水率方法来确定高渗层厚度和渗透率级差。
进一步地，所述步骤二中，通过拟合单层出口端含水率方法来确定高渗层厚度和渗透率级差。
进一步地，确定高渗层厚度和渗透率级差的具体步骤为：根据采油井实际含水率函数的上升时间，来拟合得到渗透率级差；根据采油井实际含水率函数的最大值，来拟合得到高渗层横截面积或厚度。
进一步地，假设高渗层、低渗层宽度相同，采取的拟合公式为：
式中fw(t)——采油井实际含水率；
t——时间，单位s；
——渗透率级差；
Ac(r)——高渗层截面积，单位cm2；
A(r)——注采井间渗流通道截面积，单位cm2；
fwc(Sw2c)——高渗层出口端含水率；
Sw2c——高渗层出口端含水饱和度；
fw(Sw2)——低渗层出口端含水率；
Sw2——低渗层出口端含水饱和度。
进一步地，所述步骤三，依次包括调堵时机确定分步骤、单层含水饱和度分布计算分步骤、单层含水率分布计算分步骤和平均含水率分布计算分步骤；其中：
所述调堵时机确定分步骤，包括确定调堵措施前采油井含水率的最大值的步骤；
所述单层含水饱和度分布计算分步骤，包括根据贝克莱-列维尔特两相驱油理论，分别计算低渗层、高渗层中含水饱和度分布的步骤；
所述单层含水率分布计算分步骤，包括根据单层含水饱和度分布，来计算单层含水率分布的步骤。
进一步地，所述单层含水饱和度分布计算分步骤中，采用低渗层、高渗层的含水饱和度分布的计算公式为：
式中x——两相区任一点与注入井中心线的距离，单位cm；
x0——两相区初始位置与注入井中心线的距离，单位cm；
f'w(Sw)——含水率对含水饱和度的导数，定义式为
Sw——x点处含水饱和度；
q(t)——采油井采液速度，单位cm3/s；
φ——孔隙度；
A——渗流通道截面积，单位cm2。
进一步地，所述单层含水率分布计算分步骤中，采用单层含水率分布的计算公式为：
式中fw(Sw)——单层含水率；
μw——水相地下粘度，单位mPa.s；
μo——油相地下粘度，单位mPa.s；
Kro(1-Sw)——含油饱和度为1-Sw时对应油相相对渗透率，无因次；
Krw(Sw)——含水饱和度为Sw时对应水相相对渗透率，无因次。
进一步地，所述平均含水率分布计算分步骤，采用平均含水率分布的计算公式为：
式中——注采井间平均含水率分布；
Kshs——低渗层地层系数，单位μm2.cm；
fw1——低渗层含水率分布；
Kchc——高渗层地层系数，单位μm2.cm；
fw2——高渗层含水率分布。
本发明具有的优点和积极效果是：在贝克莱-列维尔特两相驱油理论基础上实现了水驱拟前缘快速、准确计算，弥补了现有数值模拟、井间微地震等技术在确定水驱前缘时周期长、成本高的缺陷。本发明使用方便，矿场应用中可以实现调堵措施快速决策。
附图说明
图1为本发明的工作流程示意图；
图2为实施例采油井P1含水率变化曲线；
图3为实施例采油井P1含水率拟合情况；
图4为实施例采油井P1水驱拟前缘变化曲线；
图5为实施例采油井P1实际井含水率拟合情况；
图6为实施例采油井P1平均含水率分布和平均含水率导数。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，包括如下步骤：
步骤一：建立针对注采井间层内矛盾的物理模型；
步骤二：确定高渗层厚度和渗透率级差；
步骤三：在确定调堵时机的前提下，计算低渗层和高渗层含水率，生成平均含水率曲线；
步骤四：通过对平均含水率曲线求导，确定水驱拟前缘；
其中，所述平均含水率指低渗层和高渗层各点含水率乘以地层系数的加权平均值；所述水驱拟前缘指平均含水率导数曲线极值位置与注入井的距离。
进一步地，所述步骤一中，所述物理模型的条件可包括：注入井、采油井各一口，采油井以恒定产量生产；注采井间存在两条渗流通道：低渗层和高渗层；注采井间存在水相、油相的两相达西渗流。
进一步地，所述步骤二中，可应用贝克莱-列维尔特两相驱油理论，通过拟合采油井含水率方法来确定高渗层厚度和渗透率级差。
进一步地，所述步骤二中，可通过拟合单层出口端含水率方法来确定高渗层厚度和渗透率级差。
进一步地，确定高渗层厚度和渗透率级差的具体步骤可为：根据采油井实际含水率函数的上升时间，来拟合得到渗透率级差；根据采油井实际含水率函数的最大值，来拟合得到高渗层横截面积或厚度。
进一步地，可假设高渗层、低渗层宽度相同，所述采油井实际含水率函数的表达式可为：
式中fw(t)——采油井实际含水率，f；
t——时间，单位s；
——渗透率级差，通过拟合得到；
Ac(r)——高渗层截面积，单位cm2，通过拟合得到；
A(r)——注采井间渗流通道截面积，单位cm2，等于注采井射孔厚度算数平均值；
fwc(Sw2c)——高渗层出口端含水率，f，利用贝克莱-列维尔特两相驱油理论计算；
Sw2c——高渗层出口端含水饱和度，f，利用贝克莱-列维尔特两相驱油理论计算；
fw(Sw2)——低渗层出口端含水率，f，利用贝克莱-列维尔特两相驱油理论计算；
Sw2——低渗层出口端含水饱和度，f，利用贝克莱-列维尔特两相驱油理论计算。
根据采油井实际含水率fw(t)的上升时间，可以拟合得到渗透率级差；根据采油井实际含水率fw(t)的最大值，可以拟合得到高渗层截面积或厚度。一般地，从便于使用的角度出发，假设高渗层、低渗层宽度相同，则得到高渗层厚度。
所述步骤三，可依次包括调堵时机确定分步骤、单层含水饱和度分布计算分步骤、单层含水率分布计算分步骤和平均含水率分布计算分步骤；其中：
所述调堵时机确定分步骤，可包括确定调堵措施前采油井含水率的最大值的步骤；可由油气田开发管理人员根据油藏管理需要确定；
所述单层含水饱和度分布计算分步骤，可包括根据贝克莱-列维尔特两相驱油理论，分别计算低渗层、高渗层中含水饱和度分布的步骤；
所述单层含水率分布计算分步骤，可包括根据单层含水饱和度分布，来计算单层含水率分布的步骤。
所述单层含水饱和度分布计算分步骤中，可采用的低渗层、高渗层的含水饱和度分布的计算公式为：
式中x——两相区任一点与注入井中心线的距离，单位cm；
x0——两相区初始位置与注入井中心线的距离，单位cm；
f'w(Sw)——含水率对含水饱和度的导数，定义式为
Sw——x点处含水饱和度；
q(t)——采油井采液速度，单位cm3/s；
φ——孔隙度；
A——渗流通道截面积，单位cm2。
所述单层含水率分布计算分步骤中，可采用的单层含水率分布的计算公式为：
式中fw(Sw)---单层含水率；
μw——水相地下粘度，单位mPa.s；
μo——油相地下粘度，单位mPa.s；
Kro(1-Sw)——含油饱和度为1-Sw时对应油相相对渗透率，无因次；
Krw(Sw)——含水饱和度为Sw时对应水相相对渗透率，无因次。
所述平均含水率分布计算分步骤，可采用的平均含水率分布的计算公式为：
式中——注采井间平均含水率分布；
Kshs——低渗层地层系数，单位μm2.cm；
fw1——低渗层含水率分布；
Kchc——高渗层地层系数，单位μm2.cm；
fw2——高渗层含水率分布。
经过上述计算后，得到平均含水率曲线，再通过对平均含水率曲线求导，确定水驱拟前缘。
式中——平均含水率对与注入井中心线的距离的导数；
令求解公式(5)得到的xf，即平均含水率导数曲线极值位置与注入井中心线的距离，即得到水驱拟前缘。
下面就不同的注采井物理模型，说明水驱拟前缘的计算方法。可利用理论模型验证水驱油藏水驱拟前缘方法有效性。
可建立理论模型，其地质模型平面大小可为1020m×1020m，网格维数可为51×51×6＝15606，网格大小可为20m×20m×5m。模型可为五点井网，采油井P1、P3，P2、P4井与注入井P0间存在低渗层和高渗层，孔隙度皆可为0.3，渗透率分别可为1500、22500×10-3μm2。
①对高渗层厚度和渗透率级差进行拟合：
请参见图2，可根据采油井实际含水率fw(t)的上升时间，拟合得到渗透率级差(表1)；采油井实际含水率fw(t)的最大值，拟合得到高渗层厚度，请参见下表1。含水率拟合结果如图3所示，高渗层厚度参数如表1所示。实际值和拟合值十分接近，验证了拟合方法的正确性。
②计算水驱拟前缘：
随着水驱开发，采油井P1含水率不断上升。不同调堵时机(含水率)时，计算得到的水驱拟前缘变化，请参见图4。与实际值对比，二者趋势相同，数值接近。
与数值模拟技术得到的“实际水驱拟前缘”对比，验证了新计算方法得到的水驱拟前缘的合理性。
利用理论模型验证了水驱油藏水驱拟前缘计算方法的有效性后，将本发明专利的方法应用于中国某海上水驱油藏的水驱拟前缘计算。
①高渗层厚度和渗透率级差拟合
请参考图5，根据采油井实际含水率fw(t)的上升时间，拟合得到渗透率级差为20；采油井实际含水率fw(t)的最大值，拟合得到高渗层截厚度为2m。其中，对注采井射孔厚度取算术平均值得到注采井间渗流通厚度为42m。
②水驱拟前缘计算
考虑油藏、流体、工艺参数如表2所示，当产出端含水率为90％时计算得到的平均含水率和含水率导数如图6所示。含水率导数极大值出现在30m左右，显示产出端含水率为90％时水驱拟前缘深度约30m。
其中上述中的表1和表2如下所示：
表1为高渗层厚度和渗透率级差参数对比
参数 高渗层厚度/cm 渗透率级差
实际值 200 15
拟合值 180 25
表2高渗层厚度和渗透率级差参数对比
参数 参数取值
低渗层、高渗层渗透率/10-3μm2 500、10000
低渗层、高渗层厚度/m 40、2
注采井距/m 500
采油井采液速度/t/d 200
射孔有效厚度/m 42
束缚水饱和度/f 0.26
孔隙度/f 0.3
调堵时机(含水率)/f 0.90
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：建立针对注采井间层内矛盾的物理模型；
步骤二：确定高渗层厚度和渗透率级差；
步骤三：在确定调堵时机的前提下，计算低渗层和高渗层含水率，生成平均含水率曲线；
步骤四：通过对平均含水率曲线求导，确定水驱拟前缘；
其中，所述平均含水率指低渗层和高渗层各点含水率乘以地层系数的加权平均值；所述水驱拟前缘指平均含水率导数曲线极值位置与注入井的距离。
2.根据权利要求1所述的水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，所述步骤一中，所述物理模型的条件包括：注入井、采油井各一口，采油井以恒定产量生产；注采井间存在两条渗流通道：低渗层和高渗层；注采井间存在水相、油相的两相达西渗流。
3.根据权利要求1所述的水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，所述步骤二中，应用贝克莱-列维尔特两相驱油理论，通过拟合采油井含水率方法来确定高渗层厚度和渗透率级差。
4.根据权利要求3所述的水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，确定高渗层厚度和渗透率级差的具体步骤为：根据采油井实际含水率函数的上升时间，来拟合得到渗透率级差；根据采油井实际含水率函数的最大值，来拟合得到高渗层横截面积或厚度。
5.根据权利要求4所述的水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，假设高渗层、低渗层宽度相同，采取的拟合公式为：
式中fw(t)——采油井实际含水率；
t——时间，单位s；
——渗透率级差；
Ac(r)——高渗层截面积，单位cm2；
A(r)——注采井间渗流通道截面积，单位cm2；
fwc(Sw2c)——高渗层出口端含水率；
Sw2c——高渗层出口端含水饱和度；
fw(Sw2)——低渗层出口端含水率；
Sw2——低渗层出口端含水饱和度。
6.根据权利要求1所述的水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，所述步骤三，依次包括调堵时机确定分步骤、单层含水饱和度分布计算分步骤、单层含水率分布计算分步骤和平均含水率分布计算分步骤；其中：
所述调堵时机确定分步骤，包括确定调堵措施前采油井含水率的最大值的步骤；
所述单层含水饱和度分布计算分步骤，包括根据贝克莱-列维尔特两相驱油理论，分别计算低渗层、高渗层中含水饱和度分布的步骤；
所述单层含水率分布计算分步骤，包括根据单层含水饱和度分布，来计算单层含水率分布的步骤。
7.根据权利要求6所述的水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，所述单层含水饱和度分布计算分步骤中，采用低渗层、高渗层的含水饱和度分布的计算公式为：
式中x——两相区任一点与注入井中心线的距离，单位cm；
x0——两相区初始位置与注入井中心线的距离，单位cm；
f'w(Sw)——含水率对含水饱和度的导数，定义式为
Sw——x点处含水饱和度；
q(t)——采油井采液速度，单位cm3/s；
φ——孔隙度；
A——渗流通道截面积，单位cm2。
8.根据权利要求6所述的水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，所述单层含水率分布计算分步骤中，采用单层含水率分布的计算公式为：
式中fw(Sw)——单层含水率；
μw——水相地下粘度，单位mPa.s；
μo——油相地下粘度，单位mPa.s；
Kro(1-Sw)——含油饱和度为1-Sw时对应油相相对渗透率，无因次；
Krw(Sw)——含水饱和度为Sw时对应水相相对渗透率，无因次。
9.根据权利要求6所述的水驱油藏定位调堵水驱拟前缘的计算方法，其特征在于，所述平均含水率分布计算分步骤，采用平均含水率分布的计算公式为：
式中——注采井间平均含水率分布；
Kshs——低渗层地层系数，单位μm2.cm；
fw1——低渗层含水率分布；
Kchc——高渗层地层系数，单位μm2.cm；
fw2——高渗层含水率分布。
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