CN107313759B - 低渗稠油油藏直井热采压力分布预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测方法及系统，该方法包括：变启动压力梯度模型建立步骤，根据直井井底不同位置温度分布建立低渗稠油油藏变启动压力梯度模型；渗流模型建立步骤，根据变启动压力梯度分布特征对直井热采渗流场分区以建立对应各分区的渗流方程；压力分布预测模型建立步骤，根据变启动压力梯度模型对各分区的渗流方程进行求解以得到各分区的压力分布预测模型。本发明为优化合理开发方式和井网井距提供理论依据。

Description

低渗稠油油藏直井热采压力分布预测方法及系统

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，具体地说，涉及一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测方法及系统。

背景技术

随着石油开采的不断进行及采油技术的进一步发展，低渗、特低渗稠油油藏等低品位油藏成为开发的重点。室内实验研究认为，流体在低渗透和稠油油藏中渗流时，必须有一个附加的压力梯度克服岩石表面吸附膜或水化膜引起的阻力才能流动。该附加的压力梯度被称为启动压力梯度，启动压力梯度在以上两类油藏中是普遍存在的。由于启动压力梯度的存在，常规的基于达西定律的线性渗流模型已经不能够描述以上油藏流体的渗流规律及压力分布特征。针对稠油油藏和低渗透油藏渗流规律及压力分布，前人开展了大量的研究工作。

针对低渗透油藏的渗流特征，有人认为针对低渗透油层的非线性流动，可在常规运动方程的基础上增加启动压力梯度项，通过计算认为当存在启动压力梯度时，单井产量减小，减小的幅度与渗透率、原油的极限剪切应力及井距有关。2012年，有人提出运用动边界模型求解低渗透非达西渗流压力及压力梯度分布，定义启动压力梯度为常数或分阶段的常数。

对于稠油油藏，有人认为稠油在多孔介质中的渗流为具有启动压力梯度的非达西渗流，且启动压力梯度受原油粘度、渗透率、温度以及原油组分等影响。这些因素最终通过流度来表征，并建立了启动压力梯度计算公式。但是所有稠油油藏渗流特征研究均没有考虑热采对启动压力梯度的影响。

对于低渗稠油油藏，当采用热采开发方式时，由于加热降低了原油粘度，启动压力梯度会随着温度场的变化而变化，不能再简单的用某一固定常数或分阶段常数表征。因此，常规的启动压力梯度的引入已经不能准确描述低渗稠油油藏热采后的渗流特征。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测方法及系统，用于确定直井热采的动用界限，为优化合理开发方式和井网井距提供理论依据。

根据本发明的一个方面，提供了一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测方法，包括：

变启动压力梯度模型建立步骤，根据直井井底不同位置温度分布建立低渗稠油油藏变启动压力梯度模型；

渗流模型建立步骤，根据变启动压力梯度分布特征对直井热采渗流场分区以建立对应各分区的渗流方程；

压力分布预测模型建立步骤，根据变启动压力梯度模型对各分区的渗流方程进行求解以得到各分区的压力分布预测模型。

根据本发明的一个实施例，变启动压力梯度模型建立步骤进一步包括：

根据地层温度剖面，建立温度-距直井轴径向距离关系式；

根据粘温坐标图，建立原油粘度-温度关系式；

由驱替实验建立启动压力梯度-粘度关系式；

根据所述启动压力梯度-粘度关系式、所述粘度-温度关系式和所述温度-距直井轴径向距离关系式得到变启动压力梯度模型。

根据本发明的一个实施例，渗流模型建立步骤进一步包括：

根据直井热采渗流场各分区的启动压力梯度、流体粘度和边界条件建立各分区的渗流方程。

根据本发明的一个实施例，根据变启动压力梯度分布特征将直井热采渗流场分为三个分区。

根据本发明的一个实施例，所述三个分区包括：

第一分区：r_w＜r＜r₀，G(r)＝0；

第二分区，r₀＜r＜r₁，G(r)＝Ae^Br+C；

第三分区，r₁＜r＜r_e，G(r)＝λ，

其中，r_w为井半径，r₀为近井改造半径，r₁为加热半径，r_e为边界半径，λ为常数形式的加热区半径外启动压力梯度，G(r)为启动压力梯度，r为距直井轴径向距离，A、B、C为拟合系数。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测系统，包括：

变启动压力梯度模型建立模块，根据直井井底不同位置温度分布建立低渗稠油油藏变启动压力梯度模型；

渗流模型建立模块，根据变启动压力梯度分布特征对直井热采渗流场分区以建立对应各分区的渗流方程；

压力分布预测模型模块，根据变启动压力梯度模型对各分区的渗流方程进行求解以得到各分区的压力分布预测模型。

根据本发明的一个实施例，变启动压力梯度模型建立模块进一步包括：

温度-距直井轴径向距离关系式建立子模块，根据地层温度剖面，建立温度-距直井轴径向距离关系式；

原油粘度-温度关系式建立子模块，根据粘温坐标图，建立原油粘度-温度关系式；

启动压力梯度-粘度关系式建立子模块，由驱替实验建立启动压力梯度-粘度关系式；

变启动压力梯度模型建立子模块，根据所述启动压力梯度-粘度关系式、所述粘度-温度关系式和所述温度-距直井轴径向距离关系式得到变启动压力梯度模型。

根据本发明的一个实施例，渗流模型建立模块通过以下方式建立渗流方程：

根据直井热采渗流场各分区的启动压力梯度、流体粘度和边界条件建立各分区的渗流方程。

根据本发明的一个实施例，所述渗流模型建立模块根据变启动压力梯度分布特征将直井热采渗流场分为三个分区。

根据本发明的一个实施例，所述三个分区包括：

第一分区：r_w＜r＜r₀，G(r)＝0；

第二分区，r₀＜r＜r₁，G(r)＝Ae^Br+C；

第三分区，r₁＜r＜r_e，G(r)＝λ，

其中，r_w为井半径，r₀为近井改造半径，r₁为加热半径，r_e为边界半径，λ为常数形式的加热区半径外启动压力梯度，G(r)为启动压力梯度，r为距直井轴径向距离，A、B、C为拟合系数。

本发明的有益效果：

本发明通过建立直井热采变温度场渗流模式，确定描述直井热采的启动压力梯度数学模型及压力分布预测模型，确定直井热采的动用界限，为优化合理开发方式和井网井距提供理论依据。

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2a是根据本发明的一个实施例的直井热采渗流场分布示意图；

图2b是对应图2a的各分区的流体粘度、启动压力梯度和渗透率分布示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的某油田的粘温关系曲线示意图；

图4是对应图3的流度与启动压力梯度关系示意图；以及

图5是对应图4的低渗稠油油藏直井热采渗流模式图。

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。

在低渗稠油油藏热采过程中，温度的变化影响原油粘度，进而影响启动压力梯度。受加热半径影响，沿井筒向外启动压力梯度逐渐增大。因此，本发明首次提出变启动压力梯度的概念，将变启动压力梯度模型引入压力分布预测中。

如图1所示为根据本发明的一个实施例的一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测方法，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

首先是步骤S110，变启动压力梯度模型建立步骤，根据直井井底不同位置温度分布建立低渗稠油油藏变启动压力梯度模型。

在直井热采开发条件下，启动压力梯度随距井底距离的变化而变化，因此提出了变启动压力梯度模型。变启动压力梯度模型的建立具体包括以下的几个步骤。

首先，根据地层温度剖面，建立温度-距直井轴径向距离关系式。具体的，由温度剖面得到开井生产时距直井井底不同位置处的温度分布。基于马克斯-兰根海姆模型，建立温度-距直井轴径向距离关系式：

其中，C表示通过积分关系来确定；Tr表示原始地层温度，℃；T(0,t_△t)表示开井生产△t时间后的井底温度，℃；r表示加热区内某一点距井轴的距离，m；T(r,t_△t)表示开井生产△t时间后距井筒距离为r处的温度。当△t＝0时，即可确定出焖井结束后、开井前地层温度分布情况。

接着，根据粘温坐标图，建立原油粘度-温度关系式。具体的，通过室内试验，根据原油粘度与温度的关系得到不同温度下的原油粘度。对于低渗稠油油藏，国际上推广采用ASTM(American Society of Testing Materials，美国材料实验协会)标准做粘温坐标图。该坐标图采用粘温公式Walther方程制出，图中粘度可采用原油运动粘度，但由于稠油密度较大，也可直接用动力粘度。在此坐标图中，几个温度下的粘度，必然在一条斜直线上，如果某个点不在斜直线，可能是测量错误。由于粘温曲线是斜直线，这样可以很容易地外推求出所需温度下的粘度。其中，Walther方程为：

log·log(0.8+μ_o ^*/ρ_o）＝-hlog(T^*/T)+log·log(0.8+μ_o/ρ_o) (2)

式中：μ_o、μ_o ^*分别为在温度T、T^*下的动力粘度，mPa·s；ρ_o为原油密度，g/cm3；T^*为绝对温度，T^*＝℃(室温)+273；T为粘度μ_o对应的开式温度，h为与油样有关的参数，由实验结果拟合可得。

接着，由驱替实验建立启动压力梯度-粘度关系式。目前，国内外启动压力梯度的测试方法均是由驱替实验测得：通过逐次降低实验流量，测定不同流量下岩心两端的压力差值，绘制流量一压力梯度实验曲线。拟合曲线在压力梯度坐标上的截距，以此拟合值为岩心的启动压力梯度值。试验过程中，通过测定不同渗透率岩心，不同原油粘度下的启动压力梯度，可以得启动压力梯度与粘度满足以下关系：

ln(G)＝m×ln(k/μ_o)+n (3)

其中，G为启动压力梯度，MPa/m，其为关于流度的函数，G＝△P₀/l，△P₀为流体压力差，l为流体沿流动方向的流动距离；k为油相渗透率，mD；μ_o为原油粘度，mPa·s；m为系数，由实验得到；n为系数，由实验得到。

最后，通过启动压力梯度-原油粘度关系式、粘度-温度的关系式以及温度-距直井轴径向距离关系式，计算得到针对不同条件的变启动压力梯度模型。

在具体计算得到变启动压力梯度模型时，根据相应数据绘制启动压力梯度与距直井轴径向距离的关系曲线，并对曲线进行拟合和综合分析，得到最终的变启动压力梯度模型为：

G(r)＝Ae^Br+C (4)

其中，G(r)为启动压力梯度，MPa/m；r为距直井井轴距离，m；A,B,C为系数，通过多次拟合试算可得。

步骤S120为渗流模型建立步骤，根据变启动压力梯度分布特征对直井热采渗流场分区以建立对应各分区的渗流方程。

由于低渗稠油储层注入蒸汽后，由于温度场的变化，储层中的流体粘度和启动压力梯度分布变得复杂，而热采的同时也会辅助进行一定的储层改造，因此要研究油藏流体的渗流规律，必须对注蒸汽后的储层系统进行简化，建立储层的理论模型。考虑到近井储层改造和热采地层温度分布，油藏中启动压力梯度呈三段式分布特征，如图2a和图2b所示。这三个区段为：

其中：r_w为直井半径，r₀为近井改造半径，r₁为加热半径，r_e为边界半径，λ为常数形式的加热区半径外启动压力梯度，G(r)为启动压力梯度。

其中，第一段(r_w＜r＜r₀)对应直井热采渗流的第一分区(近井达西流动区间)，启动压力梯度为0，采用达西渗流的驱替压力梯度分布，其压力由p₀表示；第二段(r₀＜r＜r₁)对应直井热采渗流的第二分区(加热区间)，启动压力梯度随温度降低不断增加，采用非达西渗流驱替压力梯度分布，其压力由p1表示；第三段(r₁＜r＜r_e)对应直井热采渗流的第三分区(非达西流动区间)，启动压力梯度为常数，采用冷采非达西的渗流驱替压力梯度分布，其压力由pe表示。Pw表示直井井筒内压力。

在对直井热采渗流场分区后，根据直井热采渗流场各分区的启动压力梯度、流体粘度和边界条件建立各分区的渗流方程。具体的，设定各区域半径分别为r0、r1、re，产量分别为Q0，Q1和Q2。由于储层中的流体粘度与启动压力梯度分布都受制于储层的温度，需要依据温度场的分布特征确定各区的原油粘度μ(r)和启动压力梯度G(r)。

基于以上步骤S110的温度场分析，变启动压力分区的渗流理论模型如下。

第一分区(r_w＜r＜r₀)内的流体粘度μ₀(r)是距井底距离r的函数，由于近井地带温度变化不大，在模型建立过程中取近井改造半径内流体的平均粘度启动压力梯度G₀为0，储层渗透率为进井改造范围内渗透率k₀，即该区服从线性流理论，外边界r₀为近井改造半径，大小取决于温度对启动压力梯度的影响情况。具体分区如图2a所示。该第一分区的渗流方程表示为：

第二分区(r₀≤r≤r₁)内的流体粘度μ₁(r)与启动压力梯度G(r)均是距井底距离的函数，为简化运算，获取解析解，在模型建立过程中取流体粘度为加热区域内的平均粘度储层渗透率为k，该区服从非达西渗流理论，外边界r₁大小等于加热半径。该第二分区的渗流方程表示为：

在第三分区(r₁≤r＜r_e)内，由于处在加热区域之外，加热半径外的流体粘度μ和启动压力梯度λ为原始地层状态下的值，等于非零常数。储层渗透率为k，该区服从冷采非达西渗流理论，外边界re即为流体能够流动的边界。该第三分区的渗流方程为：

其中，p(r)表示距井轴距离为r处的压力；p₀表示近井改造半径处的压力，MPa；p_wf表示油井井底流压，MPa；p₁为加热半径处的压力，MPa；v表示渗流速度；p_e为原始地层压力，MPa。

此外，以上三个渗流方程还必须满足下列连接条件：

在r＝r₀处压力相等，p₀(r₀)＝p₁(r₀)；

在r＝r₀处渗流速度相等：

在r＝r₁处压力相等，p₁(r₁)＝p₂(r₁)；

在r＝r₁处渗流速度相等：

最后是步骤S130压力分布预测模型建立步骤，根据变启动压力梯度模型对各分区的渗流方程进行求解以得到各分区的压力分布预测模型。

通过对三个分区的渗流方程进行求解，可得三个区域的压力分布方程及压力梯度分布方程。具体结果如下：

对应第一分区(0＜r≤r₀)，求解方程组，得到压力分布为：

从而得到压力梯度分布为：

对应第二分区(r₀≤r≤r₁)，求解方程组，得到压力分布为：

从而得到压力梯度分布为：

对应第三分区(r₁≤r＜r_e)，求解方程组，得到压力分布为：

从而得到压力梯度分布为：

本发明通过建立直井热采变温度场渗流模式，确定描述直井热采的启动压力梯度数学模型及压力分布预测模型，确定直井热采的动用界限，为优化合理开发方式和井网井距提供理论依据。

以下通过一个具体的中东某油田为研究对象来对本发明进行验证说明。油田地下平均原油粘度为60cp，平均渗透率25mD，原油粘温关系曲线如图3所示，流度与启动压力梯度关系曲线如图4所示。通过编制该方法的数值模拟程序，利用该方法进行模拟获得了中东某油田直井热采过程中，温度和压力梯度沿距井底井底距离的变化，最终得到低渗稠油油藏直井热采渗流模式图版(图5)。通过该图版可得出该油田热采加热半径在5m±，泄油半径为50m，进而在井网部署过程中，考虑后续转热采，确定直井冷采合理井距为75m。利用该模板指导编写的油田开发方案实施后取得了很好的开发效果。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测系统，包括变启动压力梯度模型建立模块、渗流模型建立模块和压力分布预测模型建立模块。

其中，变启动压力梯度模型建立模块，根据直井井底不同位置温度分布建立低渗稠油油藏变启动压力梯度模型；渗流模型建立模块，根据变启动压力梯度分布特征对直井热采渗流场分区以建立对应各分区的渗流方程；压力分布预测模型模块，根据变启动压力梯度模型对各分区的渗流方程进行求解以得到各分区的压力分布预测模型。

根据本发明的一个实施例，变启动压力梯度模型建立模块进一步包括温度-距直井轴径向距离关系式建立子模块、原油粘度-温度关系式建立子模块、启动压力梯度-粘度关系式建立子模块、变启动压力梯度模型建立子模块。

其中，温度-距直井轴径向距离关系式建立子模块根据地层温度剖面，建立温度-距直井轴径向距离关系式；原油粘度-温度关系式建立子模块根据粘温坐标图，建立原油粘度-温度关系式；启动压力梯度-粘度关系式建立子模块由驱替实验建立启动压力梯度-粘度关系式；变启动压力梯度模型建立子模块根据启动压力梯度-粘度关系式、粘度-温度关系式和温度-距直井轴径向距离关系式得到变启动压力梯度模型。

根据本发明的一个实施例，渗流模型建立模块通过以下方式建立渗流方程：根据直井热采渗流场各分区的启动压力梯度、流体粘度和边界条件建立各分区的渗流方程。

根据本发明的一个实施例，渗流模型建立模块根据变启动压力梯度分布特征将直井热采渗流场分为三个分区。这三个分区包括：

第一分区：r_w＜r＜r₀，G(r)＝0；第二分区，r₀＜r＜r₁，G(r)＝Ae^Br+C；第三分区，r₁＜r＜r_e，G(r)＝λ，其中，rw为井半径，r0为近井改造半径，r1为加热半径，re为边界半径，λ为常数形式的加热区半径外启动压力梯度，G(r)为启动压力梯度，r为距直井轴径向距离，A、B、C为拟合系数。

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 (8)

1.一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测方法，包括：

变启动压力梯度模型建立步骤，根据直井井底不同位置温度分布建立低渗稠油油藏变启动压力梯度模型，变启动压力梯度模型建立步骤进一步包括，

根据地层温度剖面，建立温度-距直井轴径向距离关系式；

根据粘温坐标图，建立原油粘度-温度关系式；

由驱替实验建立启动压力梯度-粘度关系式；

根据所述启动压力梯度-粘度关系式、所述原油粘度-温度关系式和所述温度-距水平井轴径向距离关系式得到变启动压力梯度模型；

渗流模型建立步骤，根据变启动压力梯度分布特征对直井热采渗流场分区以建立对应各分区的渗流方程；

压力分布预测模型建立步骤，根据变启动压力梯度模型对各分区的渗流方程进行求解以得到各分区的压力分布预测模型。

2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，渗流模型建立步骤进一步包括：

根据直井热采渗流场各分区的启动压力梯度、流体粘度和边界条件建立各分区的渗流方程。

3.根据权利要求2所述的预测方法，其特征在于，根据变启动压力梯度分布特征将直井热采渗流场分为三个分区。

4.根据权利要求3所述的预测方法，其特征在于，所述三个分区包括：

第一分区：r_w＜r＜r₀，G(r)＝0；

第二分区，r₀＜r＜r₁，G(r)＝Ae^Br+C；

第三分区，r₁＜r＜r_e，G(r)＝λ，

其中，r_w为井半径，r₀为近井改造半径，r₁为加热半径，r_e为边界半径，λ为常数形式的加热区半径外启动压力梯度，G(r)为启动压力梯度，r为距直井轴径向距离，A、B、C为拟合系数。

5.一种低渗稠油油藏直井热采压力分布预测系统，包括：

变启动压力梯度模型建立模块，根据直井井底不同位置温度分布建立低渗稠油油藏变启动压力梯度模型，变启动压力梯度模型建立模块进一步包括以下子模块，

温度-距直井轴径向距离关系式建立子模块，根据地层温度剖面，建立温度-距直井轴径向距离关系式；

原油粘度-温度关系式建立子模块，根据粘温坐标图，建立原油粘度-温度关系式；

启动压力梯度-粘度关系式建立子模块，由驱替实验建立启动压力梯度-粘度关系式；

变启动压力梯度模型建立子模块，根据所述启动压力梯度-粘度关系式、所述原油粘度-温度关系式和所述温度-距水平井轴径向距离关系式得到变启动压力梯度模型；

渗流模型建立模块，根据变启动压力梯度分布特征对直井热采渗流场分区以建立对应各分区的渗流方程；

压力分布预测模型模块，根据变启动压力梯度模型对各分区的渗流方程进行求解以得到各分区的压力分布预测模型。

6.根据权利要求5所述的预测系统，其特征在于，渗流模型建立模块通过以下方式建立渗流方程：

根据直井热采渗流场各分区的启动压力梯度、流体粘度和边界条件建立各分区的渗流方程。

7.根据权利要求6所述的预测系统，其特征在于，所述渗流模型建立模块根据变启动压力梯度分布特征将直井热采渗流场分为三个分区。

8.根据权利要求7所述的预测系统，其特征在于，所述三个分区包括：

第一分区：r_w＜r＜r₀，G(r)＝0；

第二分区，r₀＜r＜r₁，G(r)＝Ae^Br+C；

第三分区，r₁＜r＜r_e，G(r)＝λ，

其中，r_w为井半径，r₀为近井改造半径，r₁为加热半径，r_e为边界半径，λ为常数形式的加热区半径外启动压力梯度，G(r)为启动压力梯度，r为距直井轴径向距离，A、B、C为拟合系数。