CN108691524A - 注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，该注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法包括：步骤1，根据关井前后井口压力变化过程数据，绘制压力‑时间曲线，从压力‑时间曲线中读取关水阀前A点注水压力P_A，关水阀后曲线陡降段的末端B点井口压力P_B以及最终井口压力P_U；步骤2，进行压力数据的解析，计算当前注水井筒摩阻压降P_f，地层压力Pe和井底流压P_wf；步骤3，计算注水井当前表皮因子S；步骤4，求解酸化后可以达到注水量Q，从而求得增注量ΔQ。该注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法经济实用，操作简单，以提高为酸化工艺的制定的针对性，减少盲目性。

Description

注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法

技术领域

本发明涉及油田注水井注水及酸化作业领域，特别是涉及到一种注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法。

背景技术

注水井在注水一段时间后，由于注水水质不理想(水中含有悬浮的固体颗粒、油或大量的乳化液、有机淤泥、粘泥菌、腐生菌、氧气、二氧化碳以及两种不同性质水混合等)以及地层中含有对水或水中杂质敏感的矿物质造成黏土膨胀与分散、产生沉淀等，这些细小的颗粒或繁殖的菌就会随注水移动、聚集而逐步堵塞渗流孔隙，降低注水层的渗透率，使得注水变得困难，注水能效低下。目前对这类井最重要的增注的措施之一就是基质酸化，恢复或扩大近井地带岩层的孔隙度，提高地层渗透率，达到水井增注的目的。

酸化前必须对井况信息进行收集，分析注水井受伤害的程度，并预测酸化的效果，以确定酸化的工艺。对于注水井，目前预测主要采用的前期注水数据分析和试井数据分析两种手段。前者需要人工长期数据记录、录入、分析，故数据采样间隔只能做到以天为单位，尽管其数据可绘制P-Q曲线，计算吸水指数，对是否需要洗井及注水突发故障诊断具有一定价值，从描绘的其吸水指数变化趋势图可以看出井是否需要酸化有帮助，但是目前在吸水指数趋势分析方面自动化程度不高，一般采用通用统计工具，人工录入，所以间隔几月才做一次，有些需要以秒级间隔需要的重要数据靠人工没法完成，且不能保证间隔与要求一致，记录准确，不丢数据；后者在油井开发阶段及酸化后用的较普遍，需要一套专门的测井车，用绳索(电缆或钢丝)向井底放入仪器，获取井下资料进行研究，解释，且实际效果一直不理想，用于注水井作业也不划算。所以往往忽视了酸化效果预测，而直接边酸化，边评估效果。为此我们发明了一种新的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种专门用于注水井酸化前期动态数据监测、数据保存、上传、解析、酸化效果预测的一体化硬、软件结合，远程操作的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，该注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法包括：步骤1，根据关井前后井口压力变化过程数据，绘制压力-时间曲线，从压力-时间曲线中读取关水阀前A点注水压力P_A，关水阀后曲线陡降段的末端B点井口压力P_B以及最终井口压力P_U；步骤2，进行压力数据的解析，计算摩阻压降P_f和地层压力Pe和井底流压P_wf；步骤3，计算注水井当前表皮因子S；步骤4，求解酸化后可以达到注水量Q，从而求得增注量ΔQ。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

步骤1还包括，分时段设置数据采集间隔采集关井前后井口压力变化过程数据，监测压力变化情况，根据压力变化情况，必要时调整之后的数据采样间隔。

在步骤1中，关水阀前A点取自压力-时间曲线的水平部分，B点取自压力-时间曲线的曲线陡降段的末端，其后压降将平缓，最终井口压力P_U为最后压力几乎不下降时的压力。

在步骤2中，计算当前注水井筒摩阻压降P_f的公式为：

P_f＝P_A-P_B (1)

在步骤2中，计算地层压力P_e的公式为：

P_e＝P_u+P_h (2)

在步骤2中，由注水层深度hw,水的密度ρ及重力加速度g计算井内水柱压力P_h：

P_h＝ρgh_W

其中，密度ρ由采用理化测试结果，注水层深度h_w可采用已知的注水层深度。

在步骤2中，根据关水阀前A点注水压力P_A，井内水柱压力P_h，摩阻压降P_f计算注入井井底流压P_wf:

P_wf＝P_A+P_h-P_f (3)

在步骤3中，在注水井关井之前一段时间，注水是稳定的，采用稳定渗流来表征，由达西公式得:

式中：

P_wf——注入井井底流压，MPa；

P_e——即地层压力，MPa；

q_inj——日注水量，m³/d；

Bw——注入水体积系数；

k——地层渗透率，μm²；

h——注水层厚度，m；

λf——水的流度，μm²/mPa.s；

r_f——注水半径，m；

r_w——井半径，m；

s——注水井当前表皮因子；

查询注水井开发时测井取得的结构参数包括注水层厚度h，注水半径r_f，注水管半径r_w,地质参数包括注水层渗透率k，供水的理化参数包括水的体积系数B_w，水的粘度μ，及日注水量q_inj；解下面的方程计算注水井当前表皮因子S：

根据表皮系数S大小了解注水层堵塞严重情况，S越大，堵塞越严重。

在步骤4中，酸化后，正常情况下，注水流量增大，摩阻压降增大，在摩阻系数不变时，酸化后注水摩阻压降P_f1与酸化前注水摩阻压降P_f间有如下关系：

式中，P_f，P_f1分别为酸化前后摩阻压降；q_inj,Q分别为酸化前后日注水量。

在步骤4中，酸化效果预估是指若酸化达到预期效果的情况下，预计酸化后日增注水量，根据注入井井底流压P_wf和地层压力P_e的计算公式(2)与公式(3)，酸化后注水量可用公式表示并变换为：

式中:

Q——酸化后日注水量,m³/d；

k——注水层渗透率，10^-3μm2；

h——注水层厚度，m；

P_wf——注水井底压力，MPa；

P_e——地层压力，MPa；

B_w——水的体积系数；

P_A——注水井口压力，MPa；

Pu——关井最后井口压力，MPa；

r_f——注水半径，m；

r_w——注水管半径，m；

s——注水井表皮系数，在此为酸化后估计值；

将(5)代入式(6)可以得出酸化后日注水量Q。

在步骤4中，根据注水层地质条件及井况，确定是否适宜选择该井进行酸化，设计好适当的酸化工艺，使表皮系数降低，估计酸化后的可以达到的注水井当前表皮因子S，从而估算出酸化后注水量Q，与酸化前日注水量比较q_inj，得到酸化后增注量ΔQ：

ΔQ＝Q-q_inj

依ΔQ的大小、酸化成本以及关联油井产油量初步确定该井是否值得酸化。

本发明中的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，经济实用，操作简单，专门用于注水井酸化前期动态数据监测、数据保存、上传、解析、酸化效果预测的一体化硬、软件结合，远程操作的方法，以提高为酸化工艺的制定的针对性，减少盲目性。

附图说明

图1为本发明的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估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采集到的压力曲线图。

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为本发明的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法的流程图。

步骤101，采集关井前后井口压力变化过程数据，并按照上位机指令上传上位机绘制压力-时间曲线，从所得压力-时间曲线中直接读取A点注水压力P_A,B点压力P_B以及最终压力P_U。在一实施例中，如图2所示，

P_f＝P_A-P_B＝15.16MPa-12.25MPa＝2.91MPa

Pu＝4.95MPa

其中，A点为关注水阀前注水压力，取自曲线的水平部分；B点为曲线陡降段的末端，其后压降将平缓；P_U为最后压力几乎不下降时的压力。

在一实施例中，井口压力采集是采用在注水管道安装压力采集终端并采用安装有专门应用软件的上位机监控来实现的。该压力采集终端至少应具有：大存储容量；有无线通信功能；可远程设置数据采集间隔；按收到的指令发送已采集数据；具有智能休眠与远程唤醒功能，兼顾省电与满足数据采集密度需要。压力动态监测用上位机具有可以分段设置压力采集终端采样周期，发送指令要求上传数据，并利用已收到的采集数据绘制实时压力曲线，监测压力变化情况，需要时可以发指令要求压力采集终端临时调整采样间隔。在设置采样间隔时，应注意在关闭井口注水阀门期间及关闭后60分钟内间隔应短，按仪器可以达到的最高采样频率设置，建议采用100毫秒以下，其它时间段可以适当加长间隔。根据试用情况，设置方案应满足如下要求。在段号3,4发现采样间隔不适合时，可以在上位机上设置改变采样间隔或发指令临时增加一次采样数据。

步骤102，压力数据的解析。即根据P_A,P_B计算摩阻压降P_f；根据井内水柱高度h及P_u计算地层压力Pe。

由井口压力换算得到井底压力时需要知道液体在井筒中的摩阻压降，而一般来说现场管柱的粗糙度并不能直接取得，在这种情况下可以利用停泵后的瞬时压力降落来估计摩阻压降。由于井底压力P_wf，井口压力P，水柱压力P_h及摩阻压降P_f间在关井前后存在以下关系：

P_wf＝P+P_h-P_f (9)

式中，P_h＝ρgh_w,可由水柱高度h_w,水的密度ρ及重力加速度g算出，忽略密度ρ变化，关阀门时间内h_w几乎不变，故P_h应为常数；P_wf在关井操作前后变化很小，可认为是常数；故P的变化，等于动态摩阻压降P_f的变化，即：

ΔP＝ΔP_f

关井后，注水流速迅速下降,到B点时ν≈0，摩阻压降P_f≈0，在关井后，应有：

ΔP＝P_A-P_B＝P_f

根据注水现场测试的结果，绘制P-t曲线形式如附图2所示。在A点以前，液体在管柱中流动，此阶段压力是包含了管柱内及裂缝各种摩阻的。关阀后，管中水流速度ν≈0流动摩阻将很快消失，压力瞬间降到B点，读取A与B之间的压力P_A、P_B，计算二者之差便可以认为是井内摩阻压降P_f。

关井后，在不太长的时间内(一般1-3天)，井口压力P变化将会变得很小，此时可以认为井底压力与地层压力达到平衡，此时的井口压力P_U可从从附图2中读出。忽略注水层在注水压力减小过程中的地层压力Pe或孔隙度等的微小变化，可以按下面的方法得出Pe的估计值。

当井口压力变化很小时，可以认为井底压力P_wf与地层压力P_e平衡，因为此时摩阻压降P_f≈0，据公式(9)应有：

P_e＝P_wf＝P_u+P_h (10)

式中,P_h＝ρgh_w,可由水柱高度h_w,水的密度ρ及重力加速度g算出，故P_e可以求出，这也是基质酸化开始时的地层压力。

在一实施例中，压力数据解析方法具体实施方法是：

1)计算摩阻压降：P_f＝P_A-P_B

2)计算井内水柱压力：P_h＝ρgh，其中密度ρ由采用理化测试结果，深度h可采用已知的注水层深度代替。

3)计算地层压力P_e：P_e＝P_u+P_h

步骤103，当前表皮因子S的计算。

在注水井关井之前一段时间，注水是稳定的，此时可用稳定渗流来表征，由达西公式得

式中：

P_wf——注入井井底流压，MPa；

P_e——即地层压力，MPa；

q_inj——日注水量，m³/d；

Bw——注入水体积系数；

k——地层渗透率，μm²；

h——注水层厚度，m；

λf——水的流度，μm²/mPa.s；

r_f——注水半径，m；

r_w——井半径，m；

s——注水井当前表皮因子。

此公式中其它参数都在水井开发过程及前期测井过程中取得，可以查询对方数据库获得，只有P_wf、P_e、q_inj、s可能随时间变化。通过前面的分析计算，前两个参数值已经取得，再根据停泵时现场流量计读数计算q_inj,则表皮因子s可以通过此公式求出。

在一实施例中，计算表皮系数的具体实施方法是：

1)由前面的P_A，P_h，P_f求注水时井底压力P_wf:P_wf＝P_A+P_h-P_f

2)查询注水井开发时测井取得的结构参数(注水层厚度h，注水半径rf，注水管半径rw),地质参数(注水层渗透率k)，供水的理化参数(水的体积系数B_w，水的粘度μ)及日注水量q_inj。

3)将所得参数代入式(11)，解方程计算表皮系数S。

步骤104，将第二步所得P_A，P_u，P_f,P_e及预计酸化后可以达到的表皮因子s代入特定方程组，求解酸化后可以达到注水量Q，从而求得增注量ΔQ。

酸化后，正常情况下，注水流量增大，摩阻压降增大，在摩阻系数不变时，酸化后注水摩阻压降P_f1与酸化前注水摩阻压降P_f间有如下关系：

式中，P_f，P_f1分别为酸化前后摩阻压降；q_inj,Q分别为酸化前后日注水量。

酸化效果预估是指若酸化达到预期效果的情况下，预计酸化后日增注水量。酸化后注水量可用下面公式表示并利用前公式(9)与(10)变换为：

式中:

Q——酸化后日注水量,m³/d；

k——注水层渗透率，10^-3μm2；

h——注水层厚度，m；

P_wf——注水井底压力，MPa；

P_e——地层压力，MPa；

B_w——水的体积系数；

P_A——注水井口压力，MPa；

Pu——关井最后井口压力，MPa；

r_f——注水半径，m；

r_w——注水管半径，m；

s——注水井表皮系数(在此为酸化后估计值)。

将(12)代入式(13)可以得出酸化后日注水量Q。可见，根据该注水层地质条件及井况，确定是否适宜选择该井进行酸化，设计好适当的酸化工艺，使表皮系数降低，就可以估计到酸化后的可以达到的注水井当前表皮因子S，从而估算出酸化后注水量Q，与酸化前日注水量比较q_inj，就知道酸化后增注量ΔQ。

ΔQ＝Q-q_inj

在一实施例中，预测酸化增注量的具体实施办法是：

1)根据以前获知的基质情况及当前酸化的工艺水平，预计酸化后可以达到的新的表皮系数s。

2)根据已有的井筒摩阻压降P_f及q_inj，代入酸化后摩阻压降P_f1的关系式(12)以及将已知的参数代入预估酸化后注水量关系式(13)，得到两方程组。

3)求解上述方程组酸化后注水量Q：

4)计算增注量ΔQ：ΔQ＝Q-q_inj.依ΔQ的大小、酸化成本以及关联油井产油量初步确定该井是否值得酸化。

需要说明的是，以上各步骤通过人工输入监测与查询的数据后，应用软件自动计算不需要人工计算。

在应用本发明的一具体实施例中，以井号为34J56注水井为例对整个监测、解析和酸化效果预估方法作介绍。

1.经过对井口压力采集，得出P-t曲线如图2所示。读得：

P_A＝15.16MPa；

P_B＝12.25MPa；

Pu＝4.95MPa；

求得：P_f＝P_A-P_B＝15.16MPa-12.25MPa＝2.91MPa

2.查该井注水层深度h_w＝852m,注入水密度1003kg/m³,重力加速度g取9.8m/s².求得井内水柱压力为：

P_h＝ρgh_w＝1003×9.8×852＝8374648.8Pa≈8.37MPa

3.计算地层压力P_e：

P_e＝P_u+P_h＝4.95MPa+8.37MPa＝13.32MPa

4.求注水时井底压力P_wf:

P_wf＝P_A+P_h-P_f＝15.16MPa+8.37MPa-2.91MPa＝20.62MPa

5.查询该井及所注水的基本参数，求表皮当前因子S

查得与注水相关的基本参数如下表所示：

将以上计算及查得的参数代入前述公式(3)中，解得S：

S≈10.1

6.估计酸化后表皮系数。根据基质情况及当前酸化的工艺水平，采取基质酸化，则表皮系数预计可恢复为1.5。以s＝1.5以及前面表中基本参数代入公式(4)，(5)，求得酸化后日注水量：

P_f1＝(2.91/28.9²)×Q²≈0.00348Q²

Q＝104.6m³/d

7.计算增注量

ΔQ＝Q-q_inj＝104.6m³/d-28.9m³/d＝75.7m³/d

8.应用效果

Claims (11)

1.注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，该注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法包括：

步骤1，根据关井前后井口压力变化过程数据，绘制压力-时间曲线，从压力-时间曲线中读取关水阀前A点注水压力P_A，关水阀后曲线陡降段的末端B点井口压力P_B以及最终井口压力P_U；

步骤2，进行压力数据的解析，计算当前注水井筒摩阻压降P_f，地层压力Pe和井底流压P_wf；

步骤3，计算注水井当前表皮因子S；

步骤4，求解酸化后可以达到注水量Q，从而求得增注量ΔQ。

2.根据权利要求1所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，步骤1还包括，分时段设置数据采集间隔采集关井前后井口压力变化过程数据，监测压力变化情况，根据压力变化情况，必要时调整之后的数据采样间隔。

3.根据权利要求1所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤1中，关水阀前A点取自压力-时间曲线的水平部分，B点取自压力-时间曲线的曲线陡降段的末端，其后压降将平缓，最终井口压力P_U为最后压力几乎不下降时的压力。

4.根据权利要求1所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤2中，计算当前注水井筒摩阻压降P_f的公式为：

P_f＝P_A-P_B (1)

5.根据权利要求1所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤2中，计算地层压力P_e的公式为：

P_e＝P_u+P_h (2)

6.根据权利要求5所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤2中，由注水层深度hw,水的密度ρ及重力加速度g计算井内水柱压力P_h：

P_h＝ρgh_W

其中，密度ρ由采用理化测试结果，注水层深度h_w可采用已知的注水层深度。

7.根据权利要求6所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤2中，根据关水阀前A点注水压力P_A，井内水柱压力P_h，摩阻压降P_f计算注入井井底流压P_wf:

P_wf＝P_A+P_h-P_f (3)

8.根据权利要求7所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤3中，在注水井关井之前一段时间，注水是稳定的，采用稳定渗流来表征，由达西公式得:

式中：

P_wf——注入井井底流压，MPa；

P_e——即地层压力，MPa；

q_inj——日注水量，m³/d；

Bw——注入水体积系数；

k——地层渗透率，μm²；

h——注水层厚度，m；

λf——水的流度，μm²/mPa.s；

r_f——注水半径，m；

r_w——井半径，m；

s——注水井当前表皮因子；

查询注水井开发时测井取得的结构参数包括注水层厚度h，注水半径r_f，注水管半径r_w,地质参数包括注水层渗透率k，供水的理化参数包括水的体积系数B_w，水的粘度μ，及日注水量q_inj；解下面的方程计算注水井当前表皮因子S：

根据表皮系数S大小了解注水层堵塞严重情况，S越大，堵塞越严重。

9.根据权利要求8所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤4中，酸化后，正常情况下，注水流量增大，摩阻压降增大，在摩阻系数不变时，酸化后注水摩阻压降P_f1与酸化前注水摩阻压降P_f间有如下关系：

式中，P_f，P_f1分别为酸化前后摩阻压降；q_inj,Q分别为酸化前后日注水量。

10.根据权利要求9所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤4中，酸化效果预估是指若酸化达到预期效果的情况下，预计酸化后日增注水量，根据注入井井底流压P_wf和地层压力P_e的计算公式(2)与公式(3)，酸化后注水量可用公式表示并变换为：

式中:

Q——酸化后日注水量,m³/d；

k——注水层渗透率，10^-3μm2；

h——注水层厚度，m；

P_wf——注水井底压力，MPa；

P_e——地层压力，MPa；

B_w——水的体积系数；

P_A——注水井口压力，MPa；

Pu——关井最后井口压力，MPa；

r_f——注水半径，m；

r_w——注水管半径，m；

s——注水井表皮系数，在此为酸化后估计值；

将(5)代入式(6)可以得出酸化后日注水量Q。

11.根据权利要求1所述的注水井井压动态监测、解析和酸化效果预估方法，其特征在于，在步骤4中，根据注水层地质条件及井况，确定是否适宜选择该井进行酸化，设计好适当的酸化工艺，使表皮系数降低，估计酸化后的可以达到的注水井当前表皮因子S，从而估算出酸化后注水量Q，与酸化前日注水量比较q_inj，得到酸化后增注量ΔQ：

ΔQ＝Q-q_inj

依ΔQ的大小、酸化成本以及关联油井产油量初步确定该井是否值得酸化。