CN108229713B - 断块油藏多层合采方案优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种断块油藏多层合采方案优化设计方法，包括：计算目标井的可采储量；利用步骤1计算的射孔参数及含水规律数据，建立各小层独立生产时的模型，并获得产能矩阵Qm；根据各层单独生产时层位排列组合射孔组合方案获得层位矩阵；根据层位矩阵Li计算射孔成本及作业成本；计算层间的相互干扰抑制作用，产能系数矩阵C模拟强层抑制弱层作用；计算经济指标，比较各种合采方案的经济效益，得到最优方案。该断块油藏多层合采方案优化设计方法相比数值模拟计算速度更快，具备同时考虑多层生产的能力，研究的目标从井底变为油井，突破液量、油量、含水率、采收率等技术指标的限制，具备了考虑油井生命期内的各种事件对经济效益影响的能力。

Description

断块油藏多层合采方案优化设计方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种断块油藏多层合采方案优化设计方法。

背景技术

断块油藏通常纵向上具有多套含油层系，普遍采用多层合采方式开发，剩余油受构造及井网控制作用明显。在合采方案的设计中，“同时打开哪几个层？什么时候打开？”该类问题一直困扰着油藏管理人员。经验显示，单次射孔打开的层位越多，越有助于提高产量，但同时增加了层间相互干扰抑制作用的可能；而单次打开的层位越少，虽然有助于降低地质资料不全、不准的风险，但是增加了后续作业的频次和费用，长期来看经济效益越低。

目前所谓的多层合采优化方法都是针对层间物性差异矛盾的调节与缓解，如变密度射孔方法是通过改变孔数、孔径、孔深等射孔参数调节初期各层之间的产能平衡，然而这种非平衡矛盾是随时间改变的，后续缺乏有效的调节手段。多层合采的真正风险归根结底在于油藏物参数的不确定性及射孔施工的不可逆性，某层位一旦打开后续缺乏长效的补救措施，除了从工艺上发展多级多段可调控管柱来弥补缺陷外，还可以发挥老油田井数多、资料全的优势，通过周围井的数据类比描述目标新井或目标层位的生产规律，将各种拉低经济效益的因素考虑在内，从而获得最佳的多层合采方案。以上技术路线尚没有较系统的实现方法。为了解决这一难题，实现合采效益的最大化，发明了一种利用地质资料、周围井生产数据优化合采方案设计的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种油藏工程与数理统计相结合的预测方法，提出了一种适合油井从投产到报废整个生命周期的模拟预测方案。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：断块油藏多层合采方案优化设计方法，该断块油藏多层合采方案优化设计方法包括：步骤1，计算目标井的可采储量；步骤2，利用步骤1计算的射孔参数及含水规律数据，建立各小层独立生产时的模型，并获得产能矩阵Qm；步骤3，根据各层单独生产时层位排列组合射孔组合方案获得层位矩阵；步骤4，根据层位矩阵Li计算射孔成本及作业成本；步骤5，计算层间的相互干扰抑制作用，产能系数矩阵C模拟强层抑制弱层作用；步骤6，计算经济指标，比较各种合采方案的经济效益，得到最优方案。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该断块油藏多层合采方案优化设计方法还包括，在步骤1之前，确定目标井、周围井及目标层位，目标层位为纵向上层系细分重组后的某一套开发层系内的多个小层，当小层较少或物性差异较小时也可对全井整体优化；需要准备的参数包括：小层深度、有效厚度、渗透率、孔隙度、饱和度、泥质含量、单井控制储量、边水的距离、采收率、周围井的生产数据。

在步骤1中，根据公式(1)计算各小层合理的射孔方案，通过改变射孔参数来调节各层产量的平衡，并用周围井数据拟合得到含水率随时间的变化规律，

式中，q_mi——第i层的产液量(m^3/d)；K'——地层流体多相流平均渗透率(mD)；B’——体积系数(无量纲)；h——平均小层厚度(m)；p_e——供给边缘压力(MPa)；p_wf——井底压力(kg/m^3)；μ'——油水混合物平均粘度(mPa·s)；r_e——供给半径(m)；r_w——井半径(m)；α——油层垂向渗透率系数(无量纲)，垂向渗透率与水平渗透率比值；S——油井总表皮因子，机械表皮因子和打开不完善表皮因子组成；b——油井打开程度(小数)。

在步骤2中，获得的产能矩阵Q_m为：

Q_m＝[q_m1 q_m2 … q_mi]

式中，qm代表各层单独生产时的产量，计算方法是将公式(1)计算的产能作为基础液量，通过调节供给边缘的压力和层间干扰作用控制实际的液量，含水上升的规律通过统计周围井数据获得含水率f_w与时间t的关系，同时根据各小层水线的远近、周围井的水淹情况进行调整，通过插值方法计算月度含水数据。

在步骤3中，假设有N个层的优化问题，用如下的N×N的层位矩阵L表示，当有3个小层的优化问题时，层位矩阵为：

矩阵L中的行代表层位，列代表射孔阶段，1表示层位打开，0表示关闭；假设有三个层，从下向上依次为1、2、3层，L₁表示从下向上分三次射孔，每次单独开采一个小层，L₂表示分两次射孔，3层单采，1和2层合采，L₄表示一次射孔完全打开，1、2、3层合采，3个层的优化问题一共4种组合，即N个层的优化问题共有2^N-1种组合；层位组合的实际顺序要根据物性、含水情况判断各种组合中每个阶段即列向量排列的情况；由此可以根据打开层的情况计算无层间干扰条件下多层合采的产量。

在步骤5中，层间干扰作用的计算是通过产能比值与相应的产量系数来实现的，多层合采时一定井底压力条件下只有物性较好的层才能发挥较大的产能，其它层均处于抑制状态；建立各种抑制模型来计算产量系c_i，其物理意义是相同压力条件下，合采时的产量q_i与单采时产量q_{i_max}的比值，这里使用的计算方法为多段线性模型或阶段模型，最终可以组装成如下的产量系数矩阵C：

矩阵C代表某种射孔方案对应的抑制作用量，行代表层位，列代表射孔阶段，数值最大为1代表产能完全发挥不受抑制，合采时一般只有物性最好的一个层值为1，数值越小代表干扰程度越强，最小值为0代表完全抑制；

产液量Q_l等于产能矩阵Q_m乘以产量系数矩阵C，即Q_l＝Q_mC，逐月计算产液量、产油量，当达到一定经济技术约束条件时，该层的生产周期结束，开始打开新的层位，直到所有层均已打开。

本发明中的断块油藏多层合采方案优化设计方法，解决断块油藏新井投产及老井调整多层合采方案设计中射孔层位与射孔时机的选择难题，提供了一种油藏工程与数理统计相结合的预测方法，利用老油田井数多、资料全的优势，通过类比方法建立产量和含水率随时间变化模型、层间干扰模型、维护作业模型等各种影响方案最终经济效益的定量计算方法，从而实现了油井从投产到报废整个生命周期的模拟预测。该方法的技术优势在于，第一，相比数值模拟计算速度更快，因为不需要对压力和饱和度进行计算，而只需要统计周围井生产规律，该方法对于面积较小、地质情况复杂的断块油藏的开发非常具有价值，因为周围井数据更能够抓住油藏的局部特征；第二，具备同时考虑多层生产的能力；第三，研究的目标从井底变为油井，如此将突破液量、油量、含水率、采收率等技术指标的限制，具备了考虑油井生命期内的各种事件(射孔、打塞、卡堵、换层、检管、起下作业)，以及该类事件发生对经济效益影响的能力。

附图说明

图1为本发明的断块油藏多层合采方案优化设计方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中层间干扰作用计算模型示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的断块油藏多层合采方案优化设计方法的流程图。

步骤101，确定目标井、周围井及目标层位，目标层位一般为纵向上层系细分重组后的某一套开发层系内的多个小层，当小层较少或物性差异较小时也可对全井整体优化。需要准备的参数包括：小层深度、有效厚度、渗透率、孔隙度、饱和度、泥质含量、单井控制储量、边水的距离、采收率、周围井的生产数据。

步骤102，计算目标井的可采储量，根据公式(1)计算各小层合理的射孔方案，通过改变射孔参数来调节各层产量的平衡，并用周围井数据拟合得到含水率随时间的变化规律。

式中，q_mi——第i层的产液量(m^3/d)；K'——地层流体多相流平均渗透率(mD)；h——平均小层厚度(m)；p_e——供给边缘压力(MPa)；p_wf——井底压力(kg/m^3)；μ'——油水混合物平均粘度(mPa·s)；B’——体积系数(无量纲)；r_e——供给半径(m)；r_w——井半径(m)；α——油层垂向渗透率系数(无量纲)，垂向渗透率与水平渗透率比值；S——油井总表皮因子，机械表皮因子和打开不完善表皮因子组成；b——油井打开程度(小数)。

步骤103，利用上一步计算的射孔参数及含水规律数据，建立各小层单独生产时的模型，并获得产能矩阵Q_m。

Q_m＝[q_m1 q_m2 … q_mi]

式中，qm代表各层单独生产时的产量，计算方法是将公式(1)计算的产能作为基础液量，通过调节供给边缘的压力和层间干扰作用控制实际的液量。含水上升的规律通过统计周围井数据获得含水率f_w与时间t的关系，同时根据各小层水线的远近、周围井的水淹情况进行调整，通过插值方法计算月度含水数据。

步骤104，根据各层单独生产时层位排列组合射孔组合方案获得层位矩阵。假设有N个层的优化问题，可用如下的N×N的层位矩阵L表示，以3个小层的优化问题为例。

矩阵L中的行代表层位，列代表射孔阶段，1表示层位打开，0表示关闭。假设有三个层(从下向上依次为1、2、3层)，L₁表示从下向上分三次射孔，每次单独开采一个小层，L₂表示分两次射孔(3层单采，1和2层合采)，L₄表示一次射孔完全打开(1、2、3层合采)，3个层的优化问题一共4种组合，即N个层的优化问题共有2^N-1种组合。层位组合的实际顺序要根据物性、含水情况判断各种组合中每个阶段(即列向量)排列的情况。由此可以根据打开层的情况计算无层间干扰条件下多层合采的产量。

步骤105，根据层位矩阵L_i计算射孔成本及作业成本。

射孔及作业费用计算是根据射孔方案来确定的，例如，方案1需要3次射孔、5次起下管作业、2次封堵作业；方案2需要2次射孔和3次起下管作业、1次封堵作业；方案3需要3次射孔和1次作业。此外，生产时间越长维护事件发生的概率越大，需要增加相应的费用。

步骤106，层间的相互干扰抑制作用的计算，产能系数矩阵C模拟强层抑制弱层作用。

层间干扰作用的计算是通过产能比值与相应的产量系数来实现的，多层合采时一定井底压力条件下只有物性较好的层才能发挥较大的产能，其它层均处于抑制状态。如图2，建立各种抑制模型来计算产量系c_i，即合采时的产量(q_i)与单采时产量(q_{i_max})的比值，可以是图中所示的多段线性模型，也可以是阶段模型，最终可以组装成如下的产量系数矩阵C。

产液量等于产能矩阵乘以产量系数矩阵，即Q_l＝Q_mC，逐月计算产液量、产油量，当达到一定经济技术约束条件时(例如产液量低于3m³，油量低于0.5m³)，该层的生产周期结束，开始打开新的层位，直到所有层均已打开。

步骤107，计算经济指标，比较各种合采方案的经济效益，得到最优方案。

本发明的断块油藏多层合采方案优化设计方法，利用地质资料、周围井生产数据预测断块油藏多层合采时不同射孔组合条件下的产量及经济效益的方法，主要针对具有多套含油地层的新井及老井调整的方案设计，在追求产量最大化的前提下，尽量减少射孔及后续维护作业的频次和费用，减弱层间干扰作用，提高油井从投产到报废整个周期内的经济效益。

Claims (2)

1.断块油藏多层合采方案优化设计方法，其特征在于，该断块油藏多层合采方案优化设计方法包括：

步骤1，计算目标井的可采储量；

步骤2，利用步骤1计算的射孔参数及含水规律数据，建立各小层独立生产时的模型，并获得产能矩阵Qm；

步骤3，根据各层单独生产时层位排列组合射孔组合方案获得层位矩阵；

步骤4，根据层位矩阵Li计算射孔成本及作业成本；

步骤5，计算层间的相互干扰抑制作用，产能系数矩阵C模拟强层抑制弱层作用；

步骤6，计算经济指标，比较各种合采方案的经济效益，得到最优方案；

在步骤1中，根据公式(1)计算各小层合理的射孔方案，通过改变射孔参数来调节各层产量的平衡，并用周围井数据拟合得到含水率随时间的变化规律，

式中，q_mi-第i层的产液量，m³/d；K′-地层流体多相流平均渗透率，mD；B′-体积系数，无量纲；h-平均小层厚度，m；p_e-供给边缘压力，MPa；p_wf-井底压力MPa；μ′-油水混合物平均粘度，mpa·s；r_e-供给半径，m；r_w-井半径，m；α-油层垂向渗透率系数，无量纲，垂向渗透率与水平渗透率比值；S-油井总表皮因子，机械表皮因子和打开不完善表皮因子组成；b-油井打开程度，无量纲；

在步骤2中，获得的产能矩阵Q_m为：

Q_m＝[q_m1 q_m2…q_mi]

式中，Q_m是产能矩阵，由各小层产量组成；q_mi各层单独生产时的产量，计算方法是将公式(1)计算的产能作为基础液量，通过调节供给边缘的压力和层间干扰作用控制实际的液量，含水上升的规律通过统计周围井数据获得含水率f_w与时间t的关系，同时根据各小层水线的远近、周围井的水淹情况进行调整，通过插值方法计算月度含水数据；

在步骤3中，假设有N个层的优化问题，用如下的N×N的层位矩阵L表示，当有3个小层的优化问题时，层位矩阵L：

层位矩阵L中的行代表层位，列代表射孔阶段，1表示层位打开，0表示关闭；假设有三个层，从下向上依次为1、2、3层，L₁表示从下向上分三次射孔，每次单独开采一个小层，L₂表示分两次射孔，3层单采，1和2层合采，L₄表示一次射孔完全打开，1、2、3层合采，3个层的优化问题一共4种组合，即N个层的优化问题共有2^N-1种组合；层位组合的实际顺序要根据物性、含水情况判断各种组合中每个阶段即列向量排列的情况；由此可以根据打开层的情况计算无层间干扰条件下多层合采的产量；

在步骤5中，通过产量系数c_i反映层间干扰作用，计算步骤包括，首先计算合采时的产量q_i与单采时产量q_{i_max}的比值，然后将该比值带入线性模型或阶段模型计算产量系数ci，将产量系数组装成如下的产量系数矩阵C：

产量系数矩阵C代表射孔方案对应的抑制作用量，行代表层位，列代表射孔阶段，数值最大为1代表产能完全发挥不受抑制，合采时只有物性最好的一个层值为1，数值越小代表干扰程度越强，最小值为0代表完全抑制；

产液量Q_l等于产能矩阵Q_m乘以产量系数矩阵C，即Q_l＝Q_mC逐月计算产液量、产油量，当达到经济技术约束条件时，该层的生产周期结束，开始打开新的层位，直到所有层均已打开。

2.根据权利要求1所述的断块油藏多层合采方案优化设计方法，其特征在于，该断块油藏多层合采方案优化设计方法还包括，在步骤1之前，确定目标井、周围井及目标层位，目标层位为纵向上层系细分重组后的某一套开发层系内的多个小层，当小层较少或物性差异较小时也可对全井整体优化；需要准备的参数包括：小层深度、有效厚度、渗透率、孔隙度、饱和度、泥质含量、单井控制储量、边水的距离、采收率、周围井的生产数据。

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