CN106484930A - 用于确定非均质油藏复杂结构井产量的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定非均质油藏复杂结构井产量的方法及系统，该方法包括：对各分支水平井筒分别进行分段处理；根据不同的油藏边界条件建立各分段水平井筒的渗流方程；基于井筒摩阻建立各分段水平井筒的井筒压降方程；对各分段水平井筒的渗流方程和井筒压降方程耦合处理以计算各分段水平井筒的产量和压降；基于各分段水平井筒的产量和压降计算复杂结构井产量。本发明解决了复杂结构井在油田生产过程中的产量计算问题，获取了快捷实用的复杂结构井产量预测方法，从而提高了产量计算的精度，为油田井位优化设计提供依据。

Description

用于确定非均质油藏复杂结构井产量的方法及系统

技术领域

本发明涉及油田开发勘探技术领域，具体地说，涉及一种用于确定非均质油藏复杂结构井产量的方法及系统。

背景技术

现有的水平井产量计算方法有很多，包括Joshi模型、Fan Zifei模型、Furui模型以及国内很多学者在此基础上进一步推导衍生的一些改进公式。现有水平井产量计算方法把油藏内井段作为单一水平段或多分支水平段处理，并要求油藏的储层均质。现有的水平井产量计算方法在上世纪九十年为水平井技术在油田开发中的推广应用发挥了重要作用。但近十年来，水平井技术在非常规、深水、稠油等类型油气藏发展迅速，已经由原来单一轨迹水平段发展为复杂轨迹井段的复杂结构井，提高了井眼轨迹段与油藏的接触面积，使得单井产量大幅度提高，所需开发井数显著降低，使得原来一些无法开发动用的油田获得了很好的经济效益。

复杂结构井的特点是油藏内井段轨迹长，井身轨迹复杂，在油藏空间内呈曲线变化，同时穿过多段储层物性差异大的油层，井筒内流体流动摩阻造成的压降明显。现有的水平井产量计算公式难以满足复杂结构井产量计算的需要。

对此，国内外学者在复杂结构井产量计算方法方面进行了一些探索，但研究对象仅是结构简单的水平井(如多分支水平井)，影响因素考虑单一，且专注于理论模型的推导与建立。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种用于确定非均质油藏复杂结构井产量的方法及系统，用以解决复杂结构井在油田生产过程中的产量计算问题，从而提高产量计算的精度。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定非均质油藏复杂结构井产量的方法，包括：

对各分支水平井筒分别进行分段处理；

根据不同的油藏边界条件建立各分段水平井筒的渗流方程；

基于井筒摩阻建立各分段水平井筒的井筒压降方程；

对各分段水平井筒的所述渗流方程和所述井筒压降方程耦合处理以计算各分段水平井筒的产量和压降；

基于各分段水平井筒的产量和压降计算复杂结构井产量。

根据本发明的一个实施例，建立各分段水平井筒的渗流方程进一步包括：

获取油藏边界条件，并基于所述油藏边界条件，采用以格林函数为基础的源函数法建立所述渗流方程。

根据本发明的一个实施例，对各分支水平井筒分别进行分段处理进一步包括：

根据油藏的渗透率差异对油藏进行分段；

在油藏分段基础上，对应的水平井筒同样分段处理。

根据本发明的一个实施例，建立各分段水平井筒的井筒压降方程进一步包括：基于井筒条件采用不同压降计算方法，

对于射孔段井筒，井筒内流量从井筒的趾端到根端流量逐段增加，采用变流量累加方法计算摩阻压降；

对于非射孔段井筒采用定流量方法计算摩阻压降。

根据本发明的一个实施例，计算各分段水平井筒的产量和压降进一步包括：设定主井筒井底流压，联立所述渗流方程和所述井筒压降方程，以得到各分段水平井筒的产量和压降，

其中，确定所述井底流压进一步包括：

基于设定的所述井底流压和各分支水平井筒的井筒压降计算各水平井筒与主井筒的连接口压力；

基于所述连接口压力计算主井筒的井口压力；

基于计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力对所述井底流压进行修正，直到计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力相等。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于确定非均质油藏复杂结构井产量的系统，包括：

水平井筒分段处理模块，用于对各分支水平井筒分别进行分段处理；

渗流方程建立模块，根据不同的油藏边界条件建立各分段水平井筒的渗流方程；

井筒压降方程建立模块，基于井筒摩阻建立各分段水平井筒的井筒压降方程；

分段水平井筒计算模块，对各分段水平井筒的所述渗流方程和所述井筒压降方程耦合处理以计算各分段水平井筒的产量和压降；

复杂结构井产量计算模块，基于各分段水平井筒的产量和压降计算复杂结构井产量。

根据本发明的一个实施例，所述渗流方程建立模块建立各分段水平井筒的渗流方程包括：

获取油藏边界条件，基于所述油藏边界条件，采用以格林函数为基础的源函数法建立所述渗流方程。

根据本发明的一个实施例，所述水平井筒分段处理模块对各分支水平井筒分别进行分段处理进一步包括：

根据油藏的渗透率差异对油藏进行分段；

在油藏分段基础上，对应的水平井筒同样分段处理。

根据本发明的一个实施例，所述井筒压降方程建立模块建立各分段水平井筒的井筒压降方程进一步包括：基于井筒条件采用不同压降计算方法，对于射孔段井筒，井筒内流量从井筒的趾端到根端流量逐段增加，采用变流量累加方法计算摩阻压降；对于非射孔段井筒采用定流量方法计算摩阻压降。

根据本发明的一个实施例，所述分段水平井筒计算模块计算各分段水平井筒的产量和压降进一步包括：设定主井筒的井底流压，联立所述渗流方程和所述井筒压降方程，以得到各分段水平井筒的产量和压降，

其中，确定所述井底流压进一步包括：

基于设定的所述井底流压和各分支水平井筒的井筒压降计算各水平井筒与主井筒的连接口压力；

基于所述连接口压力计算主井筒的井口压力；

基于计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力对所述井底流压进行修正，直到计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力相等。

本发明同时考虑多边界组合条件、油藏非均质性、任意井轨迹、井筒摩阻、多分支等众多因素，解决复杂结构井在油田生产过程中的产量计算问题，获取快捷实用的复杂结构井产量预测方法，从而提高产量计算的精度，为油田井位优化设计提供依据。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的方法流程图；

图2是根据本发明的一个实施例的水平井产量与现有解析法模型的水平井产量对比示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的水平井产量与数模方法结果的的水平井产量对比示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的考虑井筒压力和不考虑井筒压力的分段流入量与累积流入量的分布示意图；以及

图5是根据本发明的一个实施例的分段井筒摩阻压降及累计压降分布示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

水平井技术在非常规、深水、稠油等类型油气藏发展迅速，已经由原来单一轨迹水平段发展为复杂轨迹井段的复杂结构井，提高了井眼轨迹段与油藏的接触面积，使得单井产量大幅度提高，所需开发井数显著降低，使得原来一些无法开发动用的油田获得了很好的经济效益。复杂结构井的主要特点是井身轨迹多变，轨迹段长度大，井筒内流体流动的摩阻效应对油藏流体的流入存在明显的干扰效应。

现有的水平井经典模型适用于水平段结构单一、水平段井筒内摩阻可忽略的水平井，且要求均质油藏。而对轨迹变化大的长井段复杂结构井难以满足其模型的应用条件，并且长井段井眼与油藏接触的往往是穿透多段物性差异大的储层，难以满足均质油藏的条件。另外，复杂结构井在油藏内的井身轨迹是曲线多变的，在水平井计算公式中作为单一水平段处理，计算出的产量与实际井会有很大差异。因此，本发明提供了一种综合多种影响因素的复杂结构井产量模型的求解方法，用以提高水平井的产量计算精度。

如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

首先，在步骤S110中，对各分支水平井筒分别进行分段处理。对于油藏非均质性、轨迹变化大的长井段复杂结构井往往穿透多段物性差异大的储层。在对这些井段进行处理时，首先根据渗透率差异对油藏进行分段，使得每一油藏段可近似作为均质段赋值。然后在油藏分段基础上，对应的井轨迹同样分段处理，使得区间内每一井段近似为直线。此处分段对应的为深入地层油藏中的水平井。对于引出水平井的主井筒，以水平井在主井筒的连接口分段。

接下来，在步骤S120中，根据不同的油藏边界条件建立对应的各分段水平井筒的渗流方程。

油藏边界属于地质边界，由于受地质构造、地质运动等因素的影响，其具有多种边界条件。不同的边界条件影响油藏流入井筒的渗流压力。油藏边界条件包括边水、底水、气顶、封闭。根据不同的油藏边界组合条件，建立对应的各分段水平井筒的渗流方程，也就是说，油藏边界组合条件不同，建立的渗流方程不同。

本发明采用输入参数较少、节省大量时间的源函数法建立渗流方程。源函数法是以格林函数为理论基础的复杂结构井产能快速评价半解析方法。它克服了传统解析模型对油藏非均质性、井轨迹等方面的限制，考虑多因素对产能的影响。

以下对渗流方程的建立进行详细说明。基于步骤S110的方法，将某一分支水平井分为N段，假设第i个井段所在储层渗透率为K_i，井段长度为L_i，井筒流量为q_i，井筒压力为p_i。油藏流入井筒的流量等于所有井段流入量的累加之和。每一小段相当于一个独立的汇，压力节点位于小段中间，并且过节点的井筒横截面上压力均相等。因而节点压力代表了和油藏接触的井筒外表面的油藏压力。在进行空间上的压力叠加时，考虑各段间相互干扰，则第i个井段的压力降为：

其中，p_R为油藏初始压力，p_i代表第i个井段中心点压力，y_j,1、y_j,2代表第j个井段的两端点坐标，(x_i,y_i,z_i)和(x_j,y_j,z_j)代表第i个和第j个井段的节点坐标，τ为时间，N为井筒分段数，q_j为第j井筒流量，L_si为第i井段长度，B为体积系数，μ为粘度，a、b、h分别为油藏宽(水平井垂向)、长(水平井平行方向)、高，α＝157.952φμc_t(油田单位，φ为孔隙度，c_t为总压缩系数)。

式(1)中G[(x_i,y_i,z_i)；(x_j,y_j,z_j)；τ]为Green函数，其根据具体的油藏边界条件有不同的表达形式，例如，在上下封闭、四周边水的边界条件下，根据Newmann积原理可以表示为：

G[(x_i,y_i,z_i)；(x_j,y_j,z_j)；τ]＝S_x(x_i,x_s,τ)·S_y(y_i,y_s,τ)·S_z(z_i,z_s,τ) (2)

其中：x₀、y₀、z₀分别为油藏在x、y、z轴方向的坐标，K_x,j、K_y,j、K_z,j为各点的渗透率，S_x、S_y和S_z表示点(x_j、y_j、z_j)处的瞬间点变换函数。

当边界条件改变时，其中的(3)、(4)和(5)具有不同的表达形式，其通过Green函数确定。把Green函数代入(1)式，可得到一个关于各分段井筒流量和压降的渗流矩阵方程组。

接下来，在步骤S130中，基于井筒摩阻建立各分段水平井筒的井筒压降方程。井筒内流体流动存在摩阻，考虑重力、粘滞摩阻和加速度摩阻的影响，本发明采用Ouyang模型计算由重力、摩擦、加速度三部分构成的压降。

分段计算不同段井筒内的压降分布。处于不同钻井阶段的井筒条件采用不同的计算方法，对于射孔段井筒，井筒内流量从井筒的趾端到根端流量逐段增加，采用变流量累加方法计算摩阻压降；对于非射孔段井筒采用定流量方法计算摩阻压降。

接下来，在步骤S140中，对各分段水平井筒的渗流方程和井筒压降方程耦合处理以计算各分段水平井筒的产量和压降。此处的耦合处理即为对各分段水平井筒的渗流方程和井筒压降方程进行联立求解，从而得到各分段水平井筒的产量和压降。

具体的，在步骤S120中得到的渗流方程包括待求解的N段流量q₁……q_N，和压降p₁……p_N，在设定趾端或跟端流压的条件下，该渗流方程为包含2N-1个未知量的N个方程的方程组。在步骤S130中得到的井筒压降方程包括待求解的N段流量q₁……q_N，和压降p₁……p_N，设定井底流压的条件下，该压降方程为包含2N-1个未知量的N-1个方程的方程组。将这两组方程联立即可计算得到以井底流压表示的N段流量q₁……q_N，和压降p₁……p_N。

通过各分段水平井筒的流量累积得到各分支水平井筒的产量，通过各分段的水平井筒压降可计算得到各水平分支从趾端到跟端的井筒压降。

最后，在步骤S150中，基于各分段水平井筒的产量和压降计算复杂结构井产量。具体的，以连接口压力为函数，确定在主井眼间的压力降，确定最末接入口到地面在主井筒内的流量和压力降。对此步骤进行循环迭代，直到计算得到的连接口压力和设定的压力值吻合。

具体的，在该步骤中，设定主井筒最远端水平井的跟端(或趾端)流压p₀，基于该井底流压和该水平井筒压降确定该水平井连接口压力。然后基于Beggs-Brill关联式计算该连接口与与其相邻最近的上一连接口之间的压降，进而确定该上一连接口压力，以此类推，直到得到最末接入口的压力。通过该最末接入口的压力计算主井口压力，并将该主井口压力与实际测量的主井口压力对比，并基于实际主井口压力对井底流压p₀调整，直到计算得到的主井口压力与实际井口压力相等，从而确定井底流压p₀，进而基于该井底流压p₀，确定各分支井筒的产量和各分支井筒压降，进而得到复杂结构井产量。

以下通过一个具体的实施例来对本发明的可行性进行说明。应用本发明所述的方法计算四周定压、上下封闭油藏内一口水平井的产量，计算结果与Joshi、Furui、Fan Zifei模型这三种模型进行比较。比较结果如图2所示，当水平井对油藏穿透率较低时，计算结果与Joshi模型结果更接近；当穿透率较高情况下，与范子菲模型更接近。计算结果符合这两个模型建立要求的假设条件，Joshi模型更适用于水平井低穿透比油藏，范子菲模型更适用于水平井高穿透比油藏。而Furui模型仅在全穿透条件下适用。该发明方法计算的水平井产量是可行的，而且消除了现有解析模型使用条件的局限性。

对渗透率各向异性的非均质油藏，油藏上、下边界封闭，四周为定压边界，压力值为16.55MPa，油藏原始地层压力同样为16.55MPa。油藏长度1524m，宽度为610m，有效厚度为61m。复杂结构井裸眼段井筒长1219m，跟端井底流压为13.79MPa，沿井身方向储层渗透率分布如表2所示，井筒粗糙度0.0006，其他参数见表1。

表1 油藏与井筒基本参数取值表

采用相同油藏、流体和水平井参数，对比了本发明计算结果和Eclipse软件计算结果，由图3可知，本文计算结果与Eclipse软件计算结果基本一致，各节点的流量与渗透率值呈现正相关性，表明本文所用模型和数值计算方法适用于水平井产能计算。

与数值模拟相比，源函数法的优势就在于避免了数值模拟中数值弥散情况的发生，数值模拟中的数值发散弥散是由于网格过于粗糙造成的，但采用精细的网格进行数值模拟会耗费大量的计算量。在实际应用中，源函数法的优势还在于需要较少的输入参数并且可以快速产能评价，给予油田早期开发准确和快速的指导。而对于数模方法，则需要完备的输入参数并且需要大量时间建模和模拟，而且结果也不保证准确。

图4和图5分别为流量和压力沿井筒的分布，可以看出，复杂结构井井筒内的流量从趾端到跟段逐渐增大。由于储层的非均质性，各段流量分布并不均匀，渗透率高的部位流量也高。井筒压降从指端到跟段同样逐渐增大，由于流量分布不均匀，因此井筒压降在各段也不相等。结果显示跟端压力13.79MPa，指端压力14.53MPa，跟端压降为2.76MPa，指端压降为2.02MPa，井筒内压降为0.74MPa。井筒内压降约为跟端压差的1/4，指段压差的2/5，因此井筒内压降不可忽略，如果忽略井筒压降可导致过高地估计井的产量。

表2 各段长度和渗透率值

对于长井段复杂结构井，考虑渗透率差异性，分段赋值计算从油藏流入井筒的流量，并沿程计算井筒摩阻压降对产量的影响是必要的。该计算方法能够更准确地计算复杂结构井的产量，更好地考虑工程和地质的需要。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于确定非均质油藏复杂结构井产量的系统，该系统包括水平井筒分段处理模块、渗流方程建立模块、井筒压降方程建立模块、分段水平井筒计算模块和复杂结构井产量计算模块。

其中，水平井筒分段处理模块用于对各分支水平井筒分别进行分段处理；渗流方程建立模块根据不同的油藏边界条件建立各分段水平井筒的渗流方程；井筒压降方程建立模块基于井筒摩阻建立各分段水平井筒的井筒压降方程；分段水平井筒计算模块对各分段水平井筒的渗流方程和井筒压降方程耦合处理以计算各分段水平井筒的产量和压降；复杂结构井产量计算模块用于各分段水平井筒的产量和压降计算复杂结构井产量。

根据本发明的一个实施例，渗流方程建立模块建立各分段水平井筒的渗流方程包括获取油藏边界条件，基于该油藏边界条件，采用以格林函数为基础的源函数法建立渗流方程。

根据本发明的一个实施例，水平井筒分段处理模块对各分支水平井筒分别进行分段处理进一步包括：根据油藏的渗透率差异对油藏进行分段；在油藏分段基础上，对应的水平井筒同样分段处理。

根据本发明的一个实施例，井筒压降方程建立模块建立各分段水平井筒的井筒压降方程进一步包括基于井筒条件采用不同压降计算方法，对于射孔段井筒，井筒内流量从井筒的趾端到根端流量逐段增加，采用变流量累加方法计算摩阻压降；对于非射孔段井筒采用定流量方法计算摩阻压降。

根据本发明的一个实施例，分段水平井筒计算模块计算各分段水平井筒的产量和压降进一步包括设定主井筒的井底流压，联立渗流方程和井筒压降方程，以得到各分段水平井筒的产量和压降。其中，确定井底流压进一步包括：基于设定的井底流压和各分支水平井筒的井筒压降计算各水平井筒与主井筒的连接口压力；基于连接口压力计算主井筒的井口压力；基于计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力对井底流压进行修正，直到计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力相等。

本发明同时考虑多边界组合、油藏非均质性、任意井轨迹、井筒摩阻、多分支等众多因素，解决复杂结构井在油田生产过程中的产量计算问题，获取快捷实用的复杂结构井产量预测方法，从而提高产量计算的精度，为油田井位优化设计提供依据。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于确定非均质油藏复杂结构井产量的方法，包括：

对各分支水平井筒分别进行分段处理；

根据不同的油藏边界条件建立各分段水平井筒的渗流方程；

基于井筒摩阻建立各分段水平井筒的井筒压降方程；

对各分段水平井筒的所述渗流方程和所述井筒压降方程耦合处理以计算各分段水平井筒的产量和压降；

基于各分段水平井筒的产量和压降计算复杂结构井产量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立各分段水平井筒的渗流方程进一步包括：

获取油藏边界条件，并基于所述油藏边界条件，采用以格林函数为基础的源函数法建立所述渗流方程。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对各分支水平井筒分别进行分段处理进一步包括：

根据油藏的渗透率差异对油藏进行分段；

在油藏分段基础上，对应的水平井筒同样分段处理。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，建立各分段水平井筒的井筒压降方程进一步包括：基于井筒条件采用不同压降计算方法，

对于射孔段井筒，井筒内流量从井筒的趾端到根端流量逐段增加，采用变流量累加方法计算摩阻压降；

对于非射孔段井筒采用定流量方法计算摩阻压降。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，计算各分段水平井筒的产量和压降进一步包括：设定主井筒井底流压，联立所述渗流方程和所述井筒压降方程，以得到各分段水平井筒的产量和压降，

其中，确定所述井底流压进一步包括：

基于设定的所述井底流压和各分支水平井筒的井筒压降计算各水平井筒与主井筒的连接口压力；

基于所述连接口压力计算主井筒的井口压力；

基于计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力对所述井底流压进行修正，直到计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力相等。

6.一种用于确定非均质油藏复杂结构井产量的系统，包括：

水平井筒分段处理模块，用于对各分支水平井筒分别进行分段处理；

渗流方程建立模块，根据不同的油藏边界条件建立各分段水平井筒的渗流方程；

井筒压降方程建立模块，基于井筒摩阻建立各分段水平井筒的井筒压降方程；

分段水平井筒计算模块，对各分段水平井筒的所述渗流方程和所述井筒压降方程耦合处理以计算各分段水平井筒的产量和压降；

复杂结构井产量计算模块，基于各分段水平井筒的产量和压降计算复杂结构井产量。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述渗流方程建立模块建立各分段水平井筒的渗流方程包括：

获取油藏边界条件，基于所述油藏边界条件，采用以格林函数为基础的源函数法建立所述渗流方程。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述水平井筒分段处理模块对各分支水平井筒分别进行分段处理进一步包括：

根据油藏的渗透率差异对油藏进行分段；

在油藏分段基础上，对应的水平井筒同样分段处理。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的系统，其特征在于，所述井筒压降方程建立模块建立各分段水平井筒的井筒压降方程进一步包括：基于井筒条件采用不同压降计算方法，对于射孔段井筒，井筒内流量从井筒的趾端到根端流量逐段增加，采用变流量累加方法计算摩阻压降；对于非射孔段井筒采用定流量方法计算摩阻压降。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述分段水平井筒计算模块计算各分段水平井筒的产量和压降进一步包括：设定主井筒的井底流压，联立所述渗流方程和所述井筒压降方程，以得到各分段水平井筒的产量和压降，

其中，确定所述井底流压进一步包括：

基于设定的所述井底流压和各分支水平井筒的井筒压降计算各水平井筒与主井筒的连接口压力；

基于所述连接口压力计算主井筒的井口压力；

基于计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力对所述井底流压进行修正，直到计算得到的主井筒的井口压力和主井筒的实际井口压力相等。