CN108959764A - 低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法及系统，所述方法包含：获取油藏静态参数；根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏；根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型；根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型；根据所述低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型与所述油藏静态参数获得低渗油藏水驱扫油面积系数。

Description

低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法及系统

技术领域

本发明涉及油气田开发工程技术，是一种低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法及系统。

背景技术

目前，长庆鄂尔多斯盆地中的大部分低渗透油藏已投入开发，且常采用面积井网注水开发技术。水驱扫油面积系数是评价特低渗透油藏水驱开发效果的一项重要指标，而如何准确计算水驱扫油面积系数至今仍是一个难点问题。

大量的室内物理实验和油田生产实践表明，流体在特低渗透油藏中流动时具有启动压力梯度，流动规律不再符合达西定律，表现出非达西渗流特征。同时，低渗透油藏通常发育天然裂缝，使得油藏具有较强的方向性，在注水过程中注入水沿着高渗透率方向优先突进，表现出渗透率各向异性特征。而且低渗透油藏在注水开发过程中，油水黏度差异对水驱平面波及系数影响很大。因此，在计算低渗透油藏水驱扫油面积系数时需要同时考虑非达西渗流特征、渗透率各向异性特征和油水黏度差异的影响，正是这些因素使得低渗透油藏水驱扫油面积系数难以准确计算。

前人对水驱平面波及系数进行了广泛的研究，已有运用数值模拟的方法计算油藏水驱扫油面积系数的方法，但此方法未在数学理论上解决扫油面积系数的计算问题，且不能考虑低渗透油藏的非达西渗流特性。计秉玉运用流管法推导了低渗透油藏非达西渗流面积井网产量计算公式，并且提出了启动角和启动系数的概念，在此基础上推导了考虑启动压力梯度的不同面积井网的平面波及系数计算公式，以上文献所推导的计算公式解决了不同面积井网在考虑非达西渗流特征下的平面波及系数问题，但是并未考虑渗透率各向异性和油水黏度差异的影响，因此不能直接用于计算低渗透各向异性油藏水驱扫油面积系数。

发明内容

针对低渗透油藏的渗透率各向异性和流体非线性渗流的特征，本发明的目的是在坐标变换的基础上通过求解流函数得到流线分布，并运用流线积分法建立了低渗透油藏油水两相非活塞式驱替的水驱扫油面积系数计算模型，为快速评价低渗透油藏水驱扫油面积系数提供理论基础。

为达上述目的，本发明所提供的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，具体包含：获取油藏静态参数；根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏；根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型；根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型；根据所述低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型与所述油藏静态参数获得低渗油藏水驱扫油面积系数。

在上述低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法中，优选的，根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏包含：通过以下公式将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏：

上式中，k_x—地层x方向渗透率；k—地层绝对渗透率；k_y—地层y方向渗透率；x为等效各向同性渗流空间井距方向；x′为各向异性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向；y′为各向异性渗流空间排距方向。

在上述低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法中，优选的，根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型包含：根据非达西渗流及叠加理论获得渗流压力模型，根据渗流压力模型获得流线模型；根据所述流线模型获得五点井网流线分布模型。

在上述低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法中，优选的，所述渗流压力模型包含：

在上式中，p(x,y)为坐标(x，y)处的压力；pi为注入井底压力；μ为流体黏度，q为油井产量；k为地层绝对渗透率；d为井距；rw为井筒半径；λ为启动压力梯度；x为等效各向同性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向。

在上述低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法中，优选的，所述流线模型包含：

y＝tanC₂·x；

在上式中，C1为常数；k为地层绝对渗透率；λ为启动压力梯度；q为油井产量；d为井距；μ为流体黏度。

在上述低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法中，优选的，根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型包含：根据所述流线模型与油水两相渗流理论，获得两相渗流的渗流速度模型和渗流阻力模型，根据所述渗流速度模型和所述渗流阻力模型获得水驱前缘位置分布模型；根据所述水驱前缘位置分布模型计算获得油井的见水时间；根据所述油井的见水时间建立低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型。

本发明还提供一种低渗油藏水驱扫油面积系数评价系统，所述系统包含数据获取单元、转化单元、模型建立单元和计算单元；所述数据获取单元用于获取油藏静态参数；所述转化单元用于根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏；所述模型建立单元用于根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型；以及根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型；所述计算单元根据所述低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型与所述油藏静态参数获得低渗油藏水驱扫油面积系数。

在上述低渗油藏水驱扫油面积系数评价系数中，优选的，所述转化单元还用于通过以下公式将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏：

上式中，k_x—地层x方向渗透率；k—地层绝对渗透率；k_y—地层y方向渗透率；x为等效各向同性渗流空间井距方向；x′为各向异性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向；y′为各向异性渗流空间排距方向。

在上述低渗油藏水驱扫油面积系数评价系数中，优选的，所述模型建立单元还用于根据非达西渗流及叠加理论获得渗流压力模型，根据渗流压力模型获得流线模型；根据所述流线模型获得五点井网流线分布模型。

在上述低渗油藏水驱扫油面积系数评价系数中，优选的，所述模型建立单元还用于根据所述流线模型与油水两相渗流理论，获得两相渗流的渗流速度模型和渗流阻力模型，根据所述渗流速度模型和所述渗流阻力模型获得水驱前缘位置分布模型；根据所述水驱前缘位置分布模型计算获得油井的见水时间；根据所述油井的见水时间建立低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型。

本发明的有益技术效果在于：根据推导的低渗透油藏水驱扫油面积系数评价模型，能够合理地计算考虑油水黏度差异情况下的低渗透各向异性油藏的水驱扫油面积系数，可用于该类油藏的井网设计和评价。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明所提供的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例所提供的五点井网渗流单元划分示意图；

图3为本发明一实施例所提供的渗流单元ΔABC中流线分布示意图；

图4为本发明所提供的低渗油藏水驱扫油面积系数评价系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

请参考图1所示，本发明所提供的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，具体包含：S101获取油藏静态参数；S102根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏；S103根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型；S104根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型；S105根据所述低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型与所述油藏静态参数获得低渗油藏水驱扫油面积系数。以此，根据推导的低渗透油藏水驱扫油面积系数评价模型，能够合理地计算考虑油水黏度差异情况下的低渗透各向异性油藏的水驱扫油面积系数，可用于该类油藏的井网设计和评价。在上述实施例中，鉴于低渗透油藏常表现出渗透率各向异性特征，为此可根据各向异性油藏的特点，通过以下公式将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏：

上式中，k_x—地层x方向渗透率；k—地层绝对渗透率；k_y—地层y方向渗透率；x为等效各向同性渗流空间井距方向；x′为各向异性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向；y′为各向异性渗流空间排距方向。

在一实施例中，上述步骤S103中根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型还包含：根据非达西渗流及叠加理论获得渗流压力模型，根据渗流压力模型获得流线模型；根据所述流线模型获得五点井网流线分布模型。其中，所述渗流压力模型包含：

在上式中，p(x,y)为坐标(x，y)处的压力；pi为注入井底压力；μ为流体黏度，q为油井产量；k为地层绝对渗透率；d为井距；rw为井筒半径；λ为启动压力梯度；x为等效各向同性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向。

所述流线模型包含：

y＝tanC₂·x；

在上式中，C1为常数；k为地层绝对渗透率；λ为启动压力梯度；q为油井产量；d为井距；μ为流体黏度。

在一实施例中，上述步骤S104中根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型包含：根据所述流线模型与油水两相渗流理论，获得两相渗流的渗流速度模型和渗流阻力模型，根据所述渗流速度模型和所述渗流阻力模型获得水驱前缘位置分布模型；根据所述水驱前缘位置分布模型计算获得油井的见水时间；根据所述油井的见水时间建立低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型。

为更清楚的说明本发明所提供的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，以下以整体流程对上述各环节做进一步解释说明，本领域相关技术人员当可知，以下说明仅为帮助理解本发明所提供的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，并不对其构成任何限定。

首先，基本假设条件包括：(1)流体为油水两相，且为非活塞式水驱油；(2)不考虑多孔介质及流体的压缩性；(3)地层为均质等厚的单一油层；(4)不考虑毛管力和重力的作用；(5)渗流过程是等温的；(6)油相和水相均考虑启动压力梯度，且油相和水相的启动压力梯度相等。

其次，低渗透油藏中由于存在启动压力梯度，其渗流规律不再符合线性达西定律，表现为非达西渗流特征，非达西渗流的基本公式为：

上式中：v—渗流速度，m/s；k—地层绝对渗透率，10^-3μm²；μ—黏度，mPa·s；λ—启动压力梯度，MPa/m；P—压力，MPa。

低渗透油藏常表现出渗透率各向异性特征，根据各向异性油藏的特点，通过公式(2)可将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏：

上式中：k_x—地层x方向渗透率，10^-3μm²；k_y—地层y方向渗透率，10^-3μm²。

在等效各向同性油藏中，根据对称性，等效五点井网BDEF的一个注采井组可以划分为四个相同的渗流单元(图2)，同时渗流单元△ABD又可以划分为2个相似的渗流单元(渗流单元△ABC和渗流单元△ACD)，A为注水井，B、D为生产井，且有C为BD的中点。根据公式(1)，并由势的叠加理论可得到渗流单元ΔABC中任一点压力为：

由上式可求得渗流速度分量v_x为：

通过式(4)可以求得流函数为：

因此可得渗流单元ΔABC内流线方程为：

上式中：C₁＝ψ。

由于上述流线方程较为复杂，作如下简化分析：在注水井附近，x→0，y→0，此时流线方程可以近似为：

y＝tan C₂·x (7)；

上式中：

在生产井附近，x→d，y→0，此时流线方程可以近似为：

y＝-tanC₂·(x-d) (8)；

因此，为了简便计算，本发明采用上述两条相交的直线近似真实流线(图2实线为真实流线)，近似流线分布如图3虚线所示。

在等效各向同性油藏里的渗流单元ΔABC中(图3)，∠CAB为α_m，∠CBA为β_m，且有α_m＝artan(y/d)，β_m＝α_m。利用上一节所推导的渗流单元ΔABC的流线分布，任取一根流线AEB，与注水井夹角∠EAB为α，与生产井夹角∠EBA为β，流线的长度为L，在流线AEB上油水两相渗流的渗流速度为：

上式中，表示油水混合区中总的渗流阻力，分子分母同乘以μ_wk_rw，有：

若令：则油水混合区总的渗流阻力可以表示为：

当注采压差保持不变时，水驱前缘位置满足：

联立式(9)和式(12)可得：

上式中：

对式(13)先求导后积分可得：

通过求解上式，可得不同流线上不同时刻的水驱前缘位置分布，当λ_w'<λ_o'时：

上式中：

当λ_w'＝λ_o'时：

当时，利用公式(14)求得主流线AB上水驱前缘刚过拐点E时的时间t₁。当x_f＝d时，利用公式(14)求得主流线AB上水驱前缘刚到达生产井B的时间t₂，即为油井的见水时间。

(1)当t≤t₁时，渗流单元ΔABC中水驱平面波及面积为：

上式中：α₀为启动角，其值由确定^[8]，且满足

(2)当t₁<t≤t₂时：

首先通过式(14)求得t时刻油水前缘刚到达拐点E所对应的流线分别与注水井和生产井的夹角α₁、β₁(式中x_f取值为)。当α₁≥α₀时，即每一根流线上油水前缘都已经通过拐点E，渗流单元ΔABC中水驱平面波及面积为：

当α₁<α₀时，即有一部分流线上的油水前缘未通过拐点E，渗流单元ΔABC中水驱平面波及面积为：

(3)当t>t₂时：

首先通过式(14)分别求得t时刻油水前缘刚到达拐点E时(式中x_f取值为)和生产井B时(式中x_f取值为)所对应流线与注水井的角度α₂、α₃。当α₂≥α₀时，即每一根流线上的油水前缘都已经通过拐点E，渗流单元ΔABC中水驱平面波及面积为：

当α₂<α₀时，即有一部分流线上的油水前缘未通过拐点E，渗流单元ΔABC中水驱平面波及面积为：

同理，可以求得渗流单元ΔADC在t时刻的水驱平面波及面积s₂，由于五点井网的对称性，且有ΔABD的面积为s₀＝0.25d·y，五点井网的平面波及系数计算公式为：

请参考图4所示，本发明还提供一种低渗油藏水驱扫油面积系数评价系统，所述系统包含数据获取单元、转化单元、模型建立单元和计算单元；所述数据获取单元用于获取油藏静态参数；所述转化单元用于根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏；所述模型建立单元用于根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型；以及根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型；所述计算单元根据所述低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型与所述油藏静态参数获得低渗油藏水驱扫油面积系数。

在上述实施例中，所述转化单元还用于通过以下公式将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏：

上式中，k_x—地层x方向渗透率；k—地层绝对渗透率；k_y—地层y方向渗透率；x为等效各向同性渗流空间井距方向；x′为各向异性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向；y′为各向异性渗流空间排距方向。

在本发明一实施例中，所述模型建立单元还用于根据非达西渗流及叠加理论获得渗流压力模型，根据渗流压力模型获得流线模型；根据所述流线模型获得五点井网流线分布模型。

在本发明一实施例中，所述模型建立单元还用于根据所述流线模型与油水两相渗流理论，获得两相渗流的渗流速度模型和渗流阻力模型，根据所述渗流速度模型和所述渗流阻力模型获得水驱前缘位置分布模型；根据所述水驱前缘位置分布模型计算获得油井的见水时间；根据所述油井的见水时间建立低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型。

本发明的有益技术效果在于：根据推导的低渗透油藏水驱扫油面积系数评价模型，能够合理地计算考虑油水黏度差异情况下的低渗透各向异性油藏的水驱扫油面积系数，可用于该类油藏的井网设计和评价。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，其特征在于，所述方法包含：

获取油藏静态参数；

根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏；

根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型；

根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型；

根据所述低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型与所述油藏静态参数获得低渗油藏水驱扫油面积系数。

2.根据权利要求1所述的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，其特征在于，根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏包含：通过以下公式将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏：

上式中，k_x—地层x方向渗透率；k—地层绝对渗透率；k_y—地层y方向渗透率；x为等效各向同性渗流空间井距方向；x′为各向异性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向；y′为各向异性渗流空间排距方向。

3.根据权利要求1所述的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，其特征在于，根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型包含：根据非达西渗流及叠加理论获得渗流压力模型，根据渗流压力模型获得流线模型；根据所述流线模型获得五点井网流线分布模型。

4.根据权利要求3所述的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，其特征在于，所述渗流压力模型包含：

在上式中，p(x,y)为坐标(x，y)处的压力；pi为注入井底压力；μ为流体黏度，q为油井产量；k为地层绝对渗透率；d为井距；rw为井筒半径；λ为启动压力梯度；x为等效各向同性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向。

5.根据权利要求4所述的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，其特征在于，所述流线模型包含：

y＝tan C₂·x；

在上式中，C1为常数；k为地层绝对渗透率；λ为启动压力梯度；q为油井产量；d为井距；μ为流体黏度。

6.根据权利要求3所述的低渗油藏水驱扫油面积系数评价方法，其特征在于，根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型包含：根据所述流线模型与油水两相渗流理论，获得两相渗流的渗流速度模型和渗流阻力模型，根据所述渗流速度模型和所述渗流阻力模型获得水驱前缘位置分布模型；根据所述水驱前缘位置分布模型计算获得油井的见水时间；根据所述油井的见水时间建立低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型。

7.一种低渗油藏水驱扫油面积系数评价系统，其特征在于，所述系统包含数据获取单元、转化单元、模型建立单元和计算单元；

所述数据获取单元用于获取油藏静态参数；

所述转化单元用于根据低渗透油藏渗透率各向异性的特点，将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏；

所述模型建立单元用于根据所述等效各向同性油藏及对称性，获得五点井网流线分布模型；以及根据所述五点井网流线分布模型与油水两相渗流理论，获得低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型；

所述计算单元根据所述低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型与所述油藏静态参数获得低渗油藏水驱扫油面积系数。

8.根据权利要求7所述的低渗油藏水驱扫油面积系数评价系统，其特征在于，所述转化单元还用于通过以下公式将各向异性油藏转化为等效各向同性油藏：

上式中，k_x—地层x方向渗透率；k—地层绝对渗透率；k_y—地层y方向渗透率；x为等效各向同性渗流空间井距方向；x′为各向异性渗流空间井距方向；y为等效各向同性渗流空间排距方向；y′为各向异性渗流空间排距方向。

9.根据权利要求7所述的低渗油藏水驱扫油面积系数评价系统，其特征在于，所述模型建立单元还用于根据非达西渗流及叠加理论获得渗流压力模型，根据渗流压力模型获得流线模型；根据所述流线模型获得五点井网流线分布模型。

10.根据权利要求9所述的低渗油藏水驱扫油面积系数评价系统，其特征在于，所述模型建立单元还用于根据所述流线模型与油水两相渗流理论，获得两相渗流的渗流速度模型和渗流阻力模型，根据所述渗流速度模型和所述渗流阻力模型获得水驱前缘位置分布模型；根据所述水驱前缘位置分布模型计算获得油井的见水时间；根据所述油井的见水时间建立低渗油藏水驱扫油面积系数计算模型。