CN109190842B - 一种沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测方法，其步骤：根据典型地层原油样品室内实验测试结果，将原油中溶解的沥青质质量分数随着地层压力的变化划分为四个阶段；根据室内实验测试结果，针对沥青质等温沉淀的四个阶段分别建立沥青质沉淀规律数学表征式；以经典的幂率型及指数型孔渗关系式为基础，根据沥青质沉淀规律数学表征式，建立沥青质沉淀油藏储层岩石渗流能力变化规律预测模型；针对幂率型孔渗关系式，建立并求解沥青质沉淀油藏直井等温稳定渗流数学模型；针对指数型孔渗关系式，建立并求解沥青质沉淀油藏直井等温稳定渗流数学模型。本发明在考虑沥青质沉淀对储层渗流能力及流体性质影响的基础上，实现油藏直井稳态产能预测。

Description

一种沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测方法

技术领域

本发明涉及一种油田开发技术领域，特别是关于一种沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测方法。

背景技术

部分油田在开发过程中，随着温度、压力的变化会导致沥青质沉淀，进而影响储层岩石渗流能力及流体性质，导致该类型油藏直井稳态产能的预测难度较大。

目前，已经有专家学者针对常规均质油藏，采用求解渗流微分方程或势的叠加原理等方法预测直井稳态产能，但是均未能考虑油田开发过程中沥青质沉淀对稳态产能的影响，预测精度还有较大提升空间。所以，当前亟需对沥青质沉淀油藏的直井稳态产能预测方法进一步开展深入研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测方法，该方法在考虑沥青质沉淀对储层渗流能力影响的基础上，实现油藏直井稳态产能预测。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测方法，其包括以下步骤：1)根据典型地层原油样品室内实验测试结果，将原油中溶解的沥青质质量分数随着地层压力的变化划分为四个阶段；2)根据室内实验测定结果，针对沥青质等温沉淀的四个阶段分别建立沥青质沉淀规律数学表征式；3)以经典的幂率型及指数型孔渗关系式为基础，根据沥青质沉淀规律数学表征式，建立沥青质沉淀油藏储层岩石渗流能力变化规律预测模型；4)针对幂率型孔渗关系式，建立沥青质沉淀油藏直井等温渗流数学模型，并对应求解稳态产能预测公式；5)针对指数型孔渗关系式，建立沥青质沉淀油藏直井等温渗流数学模型，并对应求解稳态产能预测公式。

进一步，所述步骤1)中，四个阶段分别为：第一阶段是地层压力由原始地层压力P_i降至沉淀压力上限P_u时，原油中溶解的沥青质组分保持稳定，质量分数恒定；第二阶段是地层压力由沉淀压力上限P_u继续降低至泡点压力P_b，原油中溶解的沥青质组分逐渐析出，质量分数逐渐减少；第三阶段是地层压力由泡点压力P_b降低至沉淀压力下限P_d，固相沉淀的沥青质组分重新溶解，质量分数逐渐增加，直至恢复至原始水平；第四阶段是地层压力由沉淀压力下限P_d继续下降，溶解的沥青质组分保持稳定，质量分数保持恒定。

进一步，所述步骤2)中，四个阶段的沥青质沉淀规律数学表征式为：

(1)第一阶段，P_u＜P≤P_i：

C(P,T₀)＝C₀；

(2)第二阶段，P_b＜P≤P_u：

C(P_o,T₀)＝C(P_u,T₀)＝C₀，

C(P_b,T₀)＝C_min；

求解方程可得：C(P,T₀)＝aP+b。其中，

(3)第三阶段，P_d＜P≤P_b：

C(P_d,T₀)＝C₀，

C(P_b,T₀)＝C_min，

求解方程可得：C(P,T_o)＝a′P+b′。其中，

(4)第四阶段，P≤P_d：

式中，P表示地层压力，10⁵Pa；P_i表示原始地层压力，10⁵Pa；P_u为沥青质沉淀压力上限，单位为10⁵Pa；P_b为泡点压力，单位为10⁵Pa；P_d为沉淀压力下限，单位为10⁵Pa；T表示地层温度，℃；T₀表示原始地层温度，℃；C(P,T)表示任意地层压力及温度条件下原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C₀表示原始地层压力条件下地层原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C_min表示随地层压力降低地层原油中溶解的最低沥青质质量分数，小数；a,b,a',b'都表示常数。

进一步，所述步骤3)中，建立沥青质沉淀油藏储层岩石渗流能力预测公式如下：

幂率型孔渗关系式：

指数型孔渗关系式：

式中，

表示任意地层条件下地层岩石孔隙度，小数；

表示原始地层条件下岩石孔隙度，小数；K_i表示任意地层条件下地层岩石渗透率，D；K₀表示原始地层条件下地层岩石渗透率，D；S₀表示含油饱和度，小数；ρ_o表示地层原油密度，单位为g/cm³；ρ_a表示沉淀沥青质密度，单位为g/cm³；m表示孔渗关系常数，小数；σ表示储层岩石常数，小数；C表示任意地层压力条件下原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C₀表示原始地层压力条件下地层原油中溶解的沥青质质量分数，小数。

进一步，所述步骤4)中，沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测公式如下：

直井平面径向渗流产能计算公式：

直井半球面向心流产能计算公式：

式中，

k为储层渗透率，单位为D；h为储层厚度，单位为cm；μ为地层原油粘度，单位为mpa·S；r_e为供给半径，单位为cm；r_w为井筒半径，单位为cm；P_e为供给边缘压力，10⁵Pa；P_w为井底流压，10⁵Pa；Q为油井产量，单位为cm³/s；m为孔渗关系常数，小数；

为原始地层条件下岩石孔隙度，小数；S₀为含油饱和度，小数；ρ_o为地层原油密度，单位为g/cm³；ρ_a为沉淀沥青质密度，单位为g/cm³；a、b为常数。

进一步，所述步骤5)中，沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测公式如下：

直井平面径向渗流产能计算公式：

直井半球面向心流产能计算公式：

式中，k为储层渗透率，单位为D；h为储层厚度，单位为cm；μ为地层原油粘度，单位为mpa·S；r_e为供给半径，单位为cm；r_w为井筒半径，单位为cm；P_e为供给边缘压力，10⁵Pa；P_w为井底流压，10⁵Pa；Q为油井产量，单位为cm³/s；

为原始地层条件下岩石孔隙度，小数；S₀为含油饱和度，小数；ρ_o为地层原油密度，单位为g/cm³；ρ_a为沉淀沥青质密度，单位为g/cm³；σ为储层岩石常数，小数；a、b为常数，

C_min表示地层原油中沥青质最低质量分数，为小数；C₀表示原始地层压力条件下地层原油中沥青质质量分数，为小数；P_u表示沉淀压力上限，P_b表示泡点压力。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明能够应用于沥青质沉淀油藏的直井稳态产能预测，经过简化后，也能应用于常规油藏，适用范围更广。2、本发明考虑油田开发过程中由于沥青质沉淀导致的储层渗流能力及流体性质变化，通过解析求解数学方程建立新型产能计算公式，具有扎实的理论基础。3、本发明依据公开室内实验研究数据，建立了沥青质沉淀规律数学表征方法，并分别基于幂率型及指数型孔渗关系式进一步明确了沥青质沉淀对储层渗流能力的影响。本发明可以广泛应用于沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测及分析中。

附图说明

图1是本发明的某地层原油样品一沥青质沉淀规律实验测试结果；

图2是本发明的某地层原油样品二沥青质沉淀规律实验测试结果；

图3是本发明的中东某油田岩石分类及孔渗关系图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

本发明提供一种沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测方法，该方法包括以下步骤：

1)如图1、图2所示，根据典型地层原油样品室内实验测试结果，将原油中溶解的沥青质质量分数随着地层压力的变化划分为四个阶段：

第一阶段是地层压力由原始地层压力P_i降至沉淀压力上限P_u时，原油中溶解的沥青质组分保持稳定，质量分数恒定；

第二阶段是地层压力由沉淀压力上限P_u继续降低至泡点压力P_b，原油中溶解的沥青质组分逐渐析出，质量分数逐渐减少；

第三阶段是地层压力由泡点压力P_b降低至沉淀压力下限P_d，固相沉淀的沥青质组分重新溶解，质量分数逐渐增加，直至近似恢复至原始水平；

第四阶段是地层压力由沉淀压力下限P_d继续下降，溶解的沥青质组分保持稳定，质量分数保持恒定。

2)根据室内实验测定结果，针对沥青质等温沉淀的四个阶段分别建立沥青质沉淀规律数学表征式。

(1)第一阶段，P_u＜P≤P_i：

C(P,T₀)＝C₀；

(2)第二阶段，P_b＜P≤P_u：

C(P_o,T₀)＝C(P_u,T₀)＝C₀，

C(P_b,T₀)＝C_min；

求解方程可得：C(P,T₀)＝aP+b。其中，

(3)第三阶段，P_d＜P≤P_b：

C(P_d,T₀)＝C₀，

C(P_b,T₀)＝C_min，

求解方程可得：C(P,T_o)＝a′P+b′。其中，

(4)第四阶段，P≤P_d：

式中，P表示地层压力，10⁵Pa；P_i表示原始地层压力，10⁵Pa；P_u为沥青质沉淀压力上限，单位为10⁵Pa；P_b为泡点压力，单位为10⁵Pa；P_d为沉淀压力下限，单位为10⁵Pa；T表示地层温度，℃；T₀表示原始地层温度，℃；C(P,T)表示任意地层压力及温度条件下原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C₀表示原始地层压力条件下地层原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C_min表示随地层压力降低地层原油中溶解的最低沥青质质量分数，小数；a,b,a',b'都表示常数。

3)地层原油中的沥青质组分逐渐析出、沉淀过程中，岩石孔隙体积逐渐减小，影响地层岩石的渗流能力。以经典的幂率型及指数型孔渗关系式为基础，根据沥青质沉淀规律数学表征式，分别建立沥青质沉淀油藏储层岩石渗流能力变化规律预测模型。

1950年，Wyllie&Rose等建立的毛管束模型：

1968年，Timur等通过统计北美3个油田155块砂岩样品得到一种毛管束模型：

1983年，Kozeny-Carman通过理论推导建立毛管束模型：

1998年，Herron等通过统计大量碎屑岩样品，得到一种毛管束模型：

Winland等通过统计56块砂岩样品及26块碳酸盐岩样品得到一种常用的毛管束模型：

Aguilera等通过统计2500块以上的砂岩和碳酸盐岩样品得到一种毛管束模型：

如图3所示，中东某油田基于岩石化验分析资料，根据FZI分布范围划分不同岩石类型，建立了指数型孔渗关系类型：

根据上述经典关系式，建立沥青质沉淀储层岩石渗流能力预测公式如下：

幂率型孔渗关系式：

指数型孔渗关系式：

式中，

表示地层岩石孔隙度，小数；

表示任意地层条件下地层岩石孔隙度，小数；

表示原始地层条件下岩石孔隙度，小数；S_wi表示束缚水饱和度，小数；τ表示迂曲度，m；

表示比表面，m^-1；Γ表示孔喉半径，μm；R₃₅表示35％汞饱和度对应的孔喉半径，μm；K表示地层岩石渗透率，D；K_i表示任意地层条件下地层岩石渗透率，D；K₀表示原始地层条件下地层岩石渗透率，D；S₀表示含油饱和度，小数；ρ_o表示地层原油密度，单位为g/cm³；ρ_a表示沉淀沥青质密度，单位为g/cm³；m表示孔渗关系常数，小数；σ表示储层岩石常数，小数；C表示任意地层压力条件下原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C₀表示原始地层压力条件下地层原油中溶解的沥青质质量分数，小数；ξ,Λ,a_rw,γ都表示常数。

4)当P_b＜P≤P_u时，忽略地层岩石及单相液体的压缩性，不考虑地层原油密度变化，针对幂率型孔渗关系式，建立沥青质沉淀油藏直井等温稳定渗流数学模型如下：

连续性方程：

式中，v_x表示流体沿x方向渗流速度，cm/s；v_y表示流体沿y方向渗流速度，cm/s；v_z表示流体沿z方向渗流速度，cm/s。

运动方程：

考虑由于沥青质沉淀导致的渗透率幂率型变化方程：

考虑稳定渗流定压边界条件，求解上述数学模型，得沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测公式如下：

直井平面径向渗流产能计算公式：

直井半球面向心流产能计算公式：

式中，

k为储层岩石渗透率，单位为D；h为储层厚度，单位为cm；μ为地层原油粘度，单位为mpa·s；r_e为供给半径，单位为cm；r_w为井筒半径，单位为cm；P_e为供给边缘压力，10⁵Pa；P_w为井底流压，10⁵Pa；Q为油井产量，单位为cm³/s；m为孔渗关系常数，小数；

为原始地层条件下岩石孔隙度，小数；S₀为含油饱和度，小数；ρ_o为地层原油密度，单位为g/cm³；ρ_a为沉淀沥青质密度，单位为g/cm³；v表示流体渗流速度，cm/s。

类似的也可以得到当P_d＜P≤P_b时的产能计算公式。

5)当P_b＜P≤P_u时，忽略地层岩石及单相液体的压缩性，不考虑地层原油密度变化，针对指数型孔渗关系式，建立沥青质沉淀油藏直井等温稳定渗流数学模型如下：

连续性方程：

运动方程：

考虑由于沥青质沉淀导致的渗透率指数型变化方程：

考虑稳定渗流定压边界条件，求解上述数学模型，得沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测公式如下：

直井平面径向渗流产能计算公式：

直井半球面向心流产能计算公式：

式中，σ为储层岩石常数，小数。

类似的也可以得到当P_d＜P≤P_b时的产能计算公式。

上述各实施例仅用于说明本发明，各个步骤都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别步骤进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据典型地层原油样品室内实验测试结果，将原油中溶解的沥青质质量分数随着地层压力的变化划分为四个阶段；

2)根据室内实验测定结果，针对沥青质等温沉淀的四个阶段分别建立沥青质沉淀规律数学表征式；

3)以经典的幂率型及指数型孔渗关系式为基础，根据沥青质沉淀规律数学表征式，建立沥青质沉淀油藏储层岩石渗流能力变化规律预测模型；

4)针对幂率型孔渗关系式，建立沥青质沉淀油藏直井等温渗流数学模型，并对应求解稳态产能预测公式；

5)针对指数型孔渗关系式，建立沥青质沉淀油藏直井等温渗流数学模型，并对应求解稳态产能预测公式；

所述步骤3)中，以幂率型及指数型孔渗关系式为基础，根据沥青质沉淀规律数学表征式，分别建立沥青质沉淀油藏储层岩石渗流能力预测公式如下：

以幂率型孔渗关系式为基础的沥青质沉淀油藏储层岩石渗流能力预测公式：

以指数型孔渗关系式为基础的沥青质沉淀油藏储层岩石渗流能力预测公式：

式中，

表示任意地层条件下地层岩石孔隙度，小数；

表示原始地层条件下岩石孔隙度，小数；K_i表示任意地层条件下地层岩石渗透率，D；K₀表示原始地层条件下地层岩石渗透率，D；S₀表示含油饱和度，小数；ρ_o表示地层原油密度，单位为g/cm³；ρ_a表示沉淀沥青质密度，单位为g/cm³；m表示孔渗关系常数，小数；σ表示储层岩石常数，小数；C表示任意地层压力条件下原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C₀表示原始地层压力条件下地层原油中溶解的沥青质质量分数，小数。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤1)中，四个阶段分别为：

第一阶段是地层压力由原始地层压力P_i降至沉淀压力上限P_u时，原油中溶解的沥青质组分保持稳定，质量分数恒定；

第二阶段是地层压力由沉淀压力上限P_u继续降低至泡点压力P_b，原油中溶解的沥青质组分逐渐析出，质量分数逐渐减少；

第三阶段是地层压力由泡点压力P_b降低至沉淀压力下限P_d，固相沉淀的沥青质组分重新溶解，质量分数逐渐增加，直至恢复至原始水平；

第四阶段是地层压力由沉淀压力下限P_d继续下降，溶解的沥青质组分保持稳定，质量分数保持恒定。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤2)中，四个阶段的沥青质沉淀规律数学表征式为：

(1)第一阶段，P_u＜P≤P_i：

C(P,T₀)＝C₀；

(2)第二阶段，P_b＜P≤P_u：

C(P_o,T₀)＝C(P_u,T₀)＝C₀，

C(P_b,T₀)＝C_min；

求解方程可得：C(P,T₀)＝aP+b，其中，

(3)第三阶段，P_d＜P≤P_b：

C(P_d,T₀)＝C₀，

C(P_b,T₀)＝C_min，

求解方程可得：C(P,T_o)＝a′P+b′，其中，

(4)第四阶段，P≤P_d：

式中，P表示地层压力，10⁵Pa；P_i表示原始地层压力，10⁵Pa；P_u为沥青质沉淀压力上限，单位为10⁵Pa；P_b为泡点压力，单位为10⁵Pa；P_d为沉淀压力下限，单位为10⁵Pa；T表示地层温度，℃；T₀表示原始地层温度，℃；C(P,T)表示任意地层压力及温度条件下原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C₀表示原始地层压力条件下地层原油中溶解的沥青质质量分数，小数；C_min表示随地层压力降低地层原油中溶解的最低沥青质质量分数，小数；a,b,a',b'都表示常数。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤4)中，沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测公式如下：

直井平面径向渗流产能计算公式：

直井半球面向心流产能计算公式：

式中，

k为储层渗透率，单位为D；h为储层厚度，单位为cm；μ为地层原油粘度，单位为mpa·S；r_e为供给半径，单位为cm；r_w为井筒半径，单位为cm；P_e为供给边缘压力，10⁵Pa；P_w为井底流压，10⁵Pa；Q为油井产量，单位为cm³/s；m为孔渗关系常数，小数；

为原始地层条件下岩石孔隙度，小数；S₀为含油饱和度，小数；ρ_o为地层原油密度，单位为g/cm³；ρ_a为沉淀沥青质密度，单位为g/cm³；a、b为常数。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤5)中，沥青质沉淀油藏直井稳态产能预测公式如下：

直井平面径向渗流产能计算公式：

直井半球面向心流产能计算公式：

式中，k为储层渗透率，单位为D；h为储层厚度，单位为cm；μ为地层原油粘度，单位为mpa·S；r_e为供给半径，单位为cm；r_w为井筒半径，单位为cm；P_e为供给边缘压力，10⁵Pa；P_w为井底流压，10⁵Pa；Q为油井产量，单位为cm³/s；

为原始地层条件下岩石孔隙度，小数；S₀为含油饱和度，小数；ρ_o为地层原油密度，单位为g/cm³；ρ_a为沉淀沥青质密度，单位为g/cm³；σ为储层岩石常数，小数；a、b为常数，

C_min表示地层原油中沥青质最低质量分数，为小数；C₀表示原始地层压力条件下地层原油中沥青质质量分数，为小数；P_u表示沉淀压力上限，P_b表示泡点压力。

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