CN107480383A - 一种通过测压数据监测注水动态裂缝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，包括以下步骤：通过下入压力计，选取压力点测试井底压力随时间变化数据；在传统垂直压力井模型的基础上，综合考虑关井后裂缝属性参数的变化和因纯井筒存储和因裂缝闭合引起的“裂缝存储”特征的影响，建立方程；对建立的方程进行数值求解，建立注水井井底压力分析图版；利用得到的注水井井底压力分析图版对测得的井底压力数据进行拟合分析，得到相应的裂缝及储层参数。本发明简单易懂，易于操作，由于考虑了注水井关井过程中裂缝属性参数的变化，因此，采用该方法进行注水井监测压力解释更符合实际情况，提高了压力监测解释的精准度。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采领域，尤其涉及监测注水采油过程中注水动态裂缝的方法的领域。
背景技术
注水作为二次采油的重要方式之一，为防止注水的过程压裂地层而导致油井的暴性水淹，一般要求注水井井底压力不能超过地层的破裂压力。但是对于低渗透油藏来说，为了满足注入量的要求，必须加大注入压力。这会引起注水井近井地带憋压，激活原先呈闭合状的微细缝，当井底压力超过裂缝延伸压力(一般小于地层破裂压力)时，撑开的微细缝间相互沟通并延伸，形成有效的裂缝通道。
关井测压后，由于没有加支撑剂，随着井底压力的下降，裂缝将逐渐闭合。虽然很多注水井已经表现出裂缝的特征，现有的注水井压力分析方法没有考虑关井后裂缝的闭合导致裂缝属性参数的变化，不能准确描述注水井井底压力动态特征。
申请号为CN201310085039.3的中国专利为井筒的实时监测以及裂缝贡献的分析提供了用于计算多个裂缝区间(或裂缝)中的每个裂缝区间(或裂缝)的产量以及监测裂缝贡献随时间的变化的方法和设备。可以通过结合温度分布(和压力)测量值、实时表面多相流测量和每个裂缝区间(或裂缝)的入流模型来执行这样的实时监测和分析。以此方式，工业可以能够了解裂缝的行为，并且进而对级段(即，裂缝区间)的数目、裂缝的数目和裂缝与级段之间的间距进行优化。该专利局限于对较大裂缝的监测，而无法实现对微裂缝的有效监测。
申请号为CN201610289003.0的中国专利公开了一种低渗透油藏注水诱导裂缝的预测与评价方法，包括以下步骤：识别单井诱导裂缝；注水诱导裂缝形成机制及主控因素的确定；以单井诱导裂缝的识别和所确定的注水诱导裂缝形成机制及主控因素为依据，预测注水诱导裂缝；最后根据预测结果进行评价。评价注水诱导裂缝对低渗透油藏渗流场及注水开发的影响，能够预测在低渗透油藏开发过程中形成的注水诱导裂缝三维空间展布规律，并能够评价注水诱导裂缝对低渗透油藏注水开发的影响，但是存在操作复杂，成本较高的问题。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本发明考虑裂缝闭合效应及闭合过程中裂缝属性参数的变化，建立了一种新型的通过井底测压数据监测动态裂缝的方法，通过对低渗油藏注水井进行压力检测，以实现对储层及注水诱发微裂缝的精确表征，对于分析注水井压力动态、监测动态裂缝，具有重要的意义。
本发明解决前述技术问题所采用的技术方案是：一种通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，包括以下步骤：
①通过下入压力计，选取压力点测试井底压力随时间变化数据；
②在传统垂直压力井模型的基础上，综合考虑关井后裂缝属性参数的变化和因纯井筒存储和因裂缝闭合引起的“裂缝存储”特征的影响，建立方程；
③对建立的方程进行数值求解，建立注水井井底压力分析图版；
④利用得到的注水井井底压力分析图版对测得的井底压力数据进行拟合分析，得到相应的裂缝及储层参数。
优选的是，步骤①中，所述测试井底压力随时间变化数据方法包括井底压力测试、井口压力测试或不关井压力测试，将测得(或折算)的井底压力差与时间以及井底压力差与时间的导数曲线绘制在双对数坐标系下。
上述任一方案优选的是，所述井底压力测试为关井压力测试，压力计下入位置为油层正上方，注水井从关井开始测压到第4～10天。
上述任一方案优选的是，所述井口压力测试为关井压力测试，压力计下入位置为井口，需将井口压力折算成井底压力。
上述任一方案优选的是，所述不关井测试，压力计下入位置为井口，需将井口压力折算成井底压力。
上述任一方案优选的是，步骤②中，所述裂缝属性参数包括裂缝导流系数和裂缝半长。
上述任一方案优选的是，步骤②中，传统垂直压裂井模型是针对加支撑剂的垂直压裂井的，其假设条件为：
1)只压开一条裂缝，并贯穿整个储层，且与井筒对称；
2)裂缝具有一定的长度和导流能力，并在关井测压过程中不随时间变化；
3)裂缝宽度不为0。
而对于注水诱发裂缝来说，其裂缝内没有支撑剂，关井后随着井底压力降低裂缝会闭合，本发明的优势之处在于：考虑了裂缝导流系数和裂缝半长的变化。
上述任一方案优选的是，步骤②中，建立方程的过程为：考虑注水井周围一条诱导裂缝，将注采系统分为井筒-裂缝、裂缝-储层两部分，井筒-裂缝之间由井筒表皮连接；裂缝-储层之间由裂缝表皮连接；
A.流态满足双线性流，在不考虑井储、表皮情况下，垂直压裂井的井底压力响应解为：
其中，
wf为裂缝宽度，m；
Lf0为关井时刻裂缝半长；
m，μ为流体粘度，mPa·s；
B.考虑裂缝面表皮效应的影响，井底压力为：
pD2(tD)＝pD1(tD)+Sfs
其中，Sfs为裂缝面表皮系数；
C.裂缝闭合过程中，会将原先充满裂缝中的水挤入地层，形成类似于井筒存储效应的现象，有：
其中，CfD为无因次存储系数，
q为井底流量，m3/s；
Cf为裂缝存储系数，m3/Pa；
根据杜哈美原理，考虑裂缝闭合引起流量的变化，得到井底压力响应解为：
D.考虑井筒表皮引起的压力降，可得无因次压力为：
pD4(tD)＝pD3(tD)+Schoke
其中，Schoke为井筒表皮系数；
无因次压力的定义为：
pshut-in为关井时刻井底压力，Pa；
B为水的体积系数；
E.考虑井筒存储的影响，有：
其中，
Cw为井筒存储系数，m3/Pa；
pw为井底压力，Pa；
F.再次利用杜哈美原理，可得最终的井底压力响应解为：
上述任一方案优选的是，关井后裂缝半长变化满足以下规律：
其中，为裂缝半长开始减小时的无因次井底压力；
delpat为裂缝半长变化因子，用来衡量裂缝闭合的快慢。
上述任一方案优选的是，随着井底压力的降低，裂缝导流系数也逐渐减小，假设其
变化规律满足：
其中：CFD为无因次裂缝导流系数；
CFD0关井时刻无因次裂缝导流系数；
α为裂缝导流系数变化因子，用来衡量裂缝导流系数变化的快慢。
建立模型的过程中，将整个系统分为井筒、裂缝和储层三个部分：井筒与裂缝间，裂缝与储层间均利用表皮系数来刻画其压力损失，考虑裂缝闭合过程中导致的“存储”特征和井筒存储效应，同时考虑裂缝闭合过程中裂缝半长及裂缝导流系数的变化，建立数学模型。在实际操作中，表皮系数是先预设的，利用本发明中提出的模型计算，与实测压力对比，直到两者在误差范围之内，最终确定表皮系数是多少。
上述任一方案优选的是，步骤③中，对建立的方程进行数值求解，需先设置方程模型的初始参数，所述初始参数包括储层渗透率裂缝导流系数、裂缝半长、表皮系数、井筒存储系数。
上述任一方案优选的是，步骤④进一步包括，比较和判断实测井底压力与时间的变化与步骤③中的计算理论值是否相等，若实测井底压力差与时间的变化关系与计算理论值相等，则将初始参数所对应的参数作为注水井的实际拟合参数；若不等，则修正待拟合参数，直至两者在可接受的误差范围之内，得到注水井实际裂缝与储层参数。
上述任一方案优选的是，所述裂缝与储层参数包括储层渗透率、裂缝导流系数、裂缝半长、表皮系数、井筒存储系数。
本发明的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，简单易懂，易于操作，提高了生产效率。由于考虑了注水井关井过程中裂缝属性参数的变化，因此，采用该方法进行注水井监测压力解释更符合实际情况，提高了压力监测解释的精准度，为注水井及其周边采油井工作制度的调整提供了理论基础。本发明提出的通过井底测压数据监测注水动态裂缝的方法，考虑了关井后裂缝长度和导流系数的变化，更符合实际；解释了现有方法拟合得到的“井筒系数”过大的问题；本发明能拟合现有模型与方法无法拟合的注水井压力动态。
附图说明
图1为本发明的一种通过测压数据监测注水动态裂缝的方法的一优选实施例的流程图。
图2为本发明的一种通过测压数据监测注水动态裂缝的方法的一优选实施例的现有技术中模型的拟合解释结果图。
图3为图2所示实施例的按照本发明方法中的模型拟合解释结果图。
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对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，包括以下步骤：
①通过下入压力计，选取压力点测试井底压力随时间变化数据；
②在传统垂直压力井模型的基础上，综合考虑关井后裂缝属性参数的变化和因纯井筒存储和因裂缝闭合引起的“裂缝存储”特征的影响，建立方程；
③对建立的方程进行数值求解，建立注水井井底压力分析图版；
④利用得到的注水井井底压力分析图版对测得的井底压力数据进行拟合分析，得到相应的裂缝及储层参数。
在本实施例中，所述井底压力测试为关井压力测试，压力计下入位置为油层正上方，测量注水井在关井一段时间内的压力随时间的变化数据。
在本实施例中，步骤②中，所述裂缝属性参数包括裂缝导流系数和裂缝半长。
在本实施例中，步骤②中，传统垂直压裂井模型是针对加支撑剂的垂直压裂井的，其假设条件为：
1)只压开一条裂缝，并贯穿整个储层，且与井筒对称；
2)裂缝具有一定的长度和导流能力，并在关井测压过程中不随时间变化；
3)裂缝宽度不为0。
而对于注水诱发裂缝来说，其裂缝内没有支撑剂，关井后随着井底压力降低裂缝会闭合，本发明的优势之处在于：考虑了裂缝导流系数和裂缝半长的变化。
在本实施例中，步骤②中，建立方程的过程为：考虑注水井周围一条诱导裂缝，将注采系统分为井筒-裂缝、裂缝-储层两部分，井筒-裂缝之间由井筒表皮连接；裂缝-储层之间由裂缝表皮连接；
A.流态满足双线性流，在不考虑井储、表皮情况下，垂直压裂井的井底压力响应解为：
其中，
wf为裂缝宽度，m；
Lf0为关井时刻裂缝半长；
m，μ为流体粘度，mPa·s；
B.考虑裂缝面表皮效应的影响，井底压力为：
pD2(tD)＝pD1(tD)+Sfs
其中，Sfs为裂缝面表皮系数；
C.裂缝闭合过程中，会将原先充满裂缝中的水挤入地层，形成类似于井筒存储效应的现象，有：
其中，CfD为无因次存储系数，
q为井底流量，m3/s；
Cf为裂缝存储系数，m3/Pa；
根据杜哈美原理，考虑裂缝闭合引起流量的变化，得到井底压力响应解为：
D.考虑井筒表皮引起的压力降，可得无因次压力为：
pD4(tD)＝pD3(tD)+Schoke
其中，Schoke为井筒表皮系数；
无因次压力的定义为：
pshut-in为关井时刻井底压力，Pa；
B为水的体积系数；
E.考虑井筒存储的影响，有：
其中，
Cw为井筒存储系数，m3/Pa；
pw为井底压力，Pa；
F.再次利用杜哈美原理，可得最终的井底压力响应解为：
在本实施例中，关井后裂缝半长变化满足以下规律：
其中，为裂缝半长开始减小时的无因次井底压力；
delpat为裂缝半长变化因子，用来衡量裂缝闭合的快慢。
在本实施例中，随着井底压力的降低，裂缝导流系数也逐渐减小，假设其变化规律满足：
其中：CFD为无因次裂缝导流系数；
CFD0关井时刻无因次裂缝导流系数；
α为裂缝导流系数变化因子，用来衡量裂缝导流系数变化的快慢。
建立模型的过程中，将整个系统分为井筒、裂缝和储层三个部分：井筒与裂缝间，裂缝与储层间均利用表皮系数来刻画其压力损失，考虑裂缝闭合过程中导致的“存储”特征和井筒存储效应，同时考虑裂缝闭合过程中裂缝半长及裂缝导流系数的变化，建立数学模型。
在本实施例中，步骤③中，对建立的方程进行数值求解，需先设置方程模型的初始参数，所述初始参数包括储层渗透率裂缝导流系数、裂缝半长、表皮系数、井筒存储系数。
本实施例优选一低渗油田的储层厚度h为12m，孔隙度φ为8％，平均渗透率为0.35×10-3μm2，综合压缩系数为4.5×10-4MPa-1，地层油粘度为4.56mPa·s，注入水粘度为0.55mPa·s。
本实施例中优选的油田中的注水井井底压力动态如图2和图3中的散点图所示。首先用现有技术中的“裂缝-无限导流”，变井储模型进行拟合，拟合结果如图2和表1所示，结果显示拟合出的“井储系数”为12.6m3/MPa，结果过大，不符合实际情况。
然后，利用本实施例中步骤②提出的模型进行拟合。拟合过程包括，比较和判断实测井底压力与时间的变化与步骤③中的计算理论值是否相等，若实测井底压力差与时间的变化关系与计算理论值相等，则将初始参数所对应的参数作为注水井的实际拟合参数；若不等，则修正待拟合参数，直至两者在可接受的误差范围之内，得到注水井实际裂缝与储层参数。应用步骤②方程模型拟合的结果如图3和表1所示。结果显示，“存储系数”由0.0693m3/MPa(纯井筒存储)增加到3.8247m3/MPa(裂缝存储)，拟合出的关井时刻裂缝半长为97m。
表1注水井现有模型与本专利模型解释结果对比
本发明的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，简单易懂，易于操作，提高了生产效率。由于考虑了注水井关井过程中裂缝属性参数的变化，因此，采用该方法进行注水井监测压力解释更符合实际情况，提高了压力监测解释的精准度，为注水井及其周边采油井工作制度的调整提供了理论基础。本发明提出的通过井底测压数据监测注水动态裂缝的方法，考虑了关井后裂缝长度和导流系数的变化，更符合实际；解释了现有方法拟合得到的“井筒系数”过大的问题；本发明能拟合现有模型与方法无法拟合的注水井压力动态。
实施例2
实施例2与实施例1相似，所不同的是，在步骤①中，本实施例采用井口压力测试的方法测量井底压力，将压力计置于井口，实时监测关井后井底压力变化值。
利用井口测压时需注意，需要考虑井筒磨阻、液面高度将井口压力折算成井底压力后进行后续的拟合计算。折算方法为：
其中，pwh为井口压力，Pa；
vwh为井口流速，m/s；
vwf为井底流速，m/s；
ρ为密度，kg/m3；
g为重力加速度，m/s2；
H为管柱高度，m；
h’为沿程摩阻损失，m；
hj为局部水头损失，m。
将折算的井底压力差与时间以及井底压力差与时间的导数曲线绘制在双对数坐标系下。
实施例3
实施例3与实施例1相似，所不同的是，在步骤①中，本实施例采用不关井测试的方法测量井底压力，即不关井测试井口压力变化值，将其折算至井底压力。折算方法与实施例2中的折算方法相同。在步骤②之后，需采用变流量试井原理，对压力值进行叠加处理。
尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，包括以下步骤：
①通过下入压力计，选取压力点测试井底压力随时间变化数据；
②在传统垂直压力井模型的基础上，综合考虑关井后裂缝属性参数的变化和因纯井筒存储和因裂缝闭合引起的“裂缝存储”特征的影响，建立方程；
③对建立的方程进行数值求解，建立注水井井底压力分析图版；
④利用得到的注水井井底压力分析图版对测得的井底压力数据进行拟合分析，得到相应的裂缝及储层参数。
2.根据权利要求1所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：步骤①中，所述测试井底压力随时间变化数据方法包括井底压力测试、井口压力测试或不关井压力测试，将测得或折算的井底压力差与时间以及井底压力差与时间的导数曲线绘制在双对数坐标系下。
3.根据权利要求2所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：所述井底压力测试为关井压力测试，压力计下入位置为油层正上方，注水井从关井开始测压到第4～10天。
4.根据权利要求2所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：所述井口压力测试为关井压力测试，压力计下入位置为井口，需将井口压力折算成井底压力。
5.根据权利要求2所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：所述不关井测试，压力计下入位置为井口，需将井口压力折算成井底压力。
6.根据权利要求1所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：步骤②中，所述裂缝属性参数包括裂缝导流系数和裂缝半长。
7.根据权利要求1所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：步骤②中，建立方程的过程为：考虑注水井周围一条诱导裂缝，将注采系统分为井筒-裂缝、裂缝-储层两部分，井筒-裂缝之间由井筒表皮连接；裂缝-储层之间由裂缝表皮连接；
A.流态满足双线性流，在不考虑井储、表皮情况下，垂直压裂井的井底压力响应解为：
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其中，
wf为裂缝宽度，m；
Lf0为关井时刻裂缝半长；
m，μ为流体粘度，mPa·s；
B.考虑裂缝面表皮效应的影响，井底压力为：
pD2(tD)＝pD1(tD)+Sfs
其中，Sfs为裂缝面表皮系数；
C.裂缝闭合过程中，会将原先充满裂缝中的水挤入地层，形成类似于井筒存储效应的现象，有：
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q为井底流量，m3/s；
Cf为裂缝存储系数，m3/Pa；
根据杜哈美原理，考虑裂缝闭合引起流量的变化，得到井底压力响应解为：
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D.考虑井筒表皮引起的压力降，可得无因次压力为：
pD4(tD)＝pD3(tD)+Schoke
其中，Schoke为井筒表皮系数；
无因次压力的定义为：
<mrow>
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B为水的体积系数；
E.考虑井筒存储的影响，有：
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Cw为井筒存储系数，m3/Pa；
pw为井底压力，Pa；
F.再次利用杜哈美原理，可得最终的井底压力响应解为：
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8.根据权利要求7所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：关井后裂缝半长变化满足以下规律：
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其中，为裂缝半长开始减小时的无因次井底压力；
delpat为裂缝半长变化因子，用来衡量裂缝闭合的快慢。
9.根据权利要求7所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：随着井底压力的降低，裂缝导流系数也逐渐减小，假设其变化规律满足：
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其中：CFD为无因次裂缝导流系数；
CFD0关井时刻无因次裂缝导流系数；
α为裂缝导流系数变化因子，用来衡量裂缝导流系数变化的快慢。
10.根据权利要求1所述的通过测压数据监测注水动态裂缝的方法，其特征在于：步骤③中，对建立的方程进行数值求解，需先设置方程模型的初始参数，所述初始参数包括储层渗透率裂缝导流系数、裂缝半长、表皮系数、井筒存储系数。
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