CN109209307A - 一种定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，该方法同时考虑启动压力梯度、井网形式、启动区域夹角和非稳态渗流，基于这些参数快速预测低渗透油藏面积井网注水开发效果，通过此方法获得的预测结果更加符合实际，可以为低渗砂岩储层注水开发方案设计提供有力的技术支持。

Description

一种定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术领域，尤其涉及一种定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法。

背景技术

向储层注水可以有效保持油层压力，提高油藏采油速度和采收率，是开发低渗透油藏的重要手段。注水开发过程中油井产量变化规律预测是油藏工程研究的核心内容，也是编制与调整开发方案的重要依据。

低渗透油藏孔喉微细，向储层注水后不同流动区域具有不同的启动压力梯度特征，并且由于启动压力梯度的存在，注水开发过程中油藏所有区域并不一定都能参与流动，存在启动区域夹角，准确评价低渗透油藏的注水开发效果需要同时考虑启动压力梯度、启动区域夹角、井网形式与非稳态特征等多种因素的影响。

目前国内各高等院校与研究机构的研究成果仍然主要集中在低渗透油藏产能预测评价方面。例如：1994年，大庆石油管理局的王俊魁等人比较了不同面积注水井网的特点，提出了基于物质平衡的采油速度计算方法。2008年，大庆油田的计秉玉等人应用室内实验得到的低速非达西渗流基本公式以及流线积分方法，推导了面积井网的产能计算公式，形成了一种低渗透油藏产能计算方法。2008年，大庆石油学院的赵春森等人针对各向异性储层，根据水电相似理论提出了面积井网产能计算方法。2012年，中国地质大学(北京)的王军磊基于低渗透压力公式形成了新的五点井网产能计算方法，并探索了注采压差、井距和启动压力梯度对产量的影响。然而，上述方法均没有考虑到水驱油的非稳态特征，仅仅采用了单相流稳态法预测了低渗透油藏产能，而不能预测产量变化规律。

目前市面上的商业软件(Eclipse、CMG等)是建立在达西渗流理论基础之上的，尚无法考虑单相和多相流的启动压力梯度，对低渗透油藏注水开发并不适用，难以满足低渗透油藏注水开发效果评价的需要。因此，建立起考虑多种因素同时作用的低渗透储层注水开发产量变化规律预测模型，形成适用于油田现场的快速评价低渗透油藏注水开发效果的方法十分必要。

发明内容

本发明针对低渗透油藏现场实际，提出了一种能够同时考虑启动压力梯度、井网形式、启动区域夹角和非稳态渗流的面积井网注水开发效果定量分析方法。该方法包括以下步骤：

S1，获取目标储层的非稳态渗流相关参数，其中包括注水井压力p_in、采油井压力p_out、地层原油粘度μ_o、注入水粘度μ_w、井半径r_w、单相油启动压力梯度λ_o ⁽¹⁾、油水井距l、地层渗透率K、地层孔隙度φ，地层厚度h；

S2，确定启动区域夹角α₀；

S3，将流动区域按照流线划分成多根流管，得到流管i的夹角Δα_i；

S4，确定流管长度L_i及流管内注水井到中轴线拐点的距离L_i1；

S5，确定流管内截面积A_i(x)；

S6，确定相渗常数A、B、C、a、b；

S7，确定油水两相渗流区综合启动压力梯度λ_o+w ⁽²⁾；

S8，确定流管内油水前缘位置ξ_i；

S9，计算单根流管产油量q_oi；

S10，汇总所有单根流管产油量，计算油井产油量Q_o。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中：

式中：α₀、β₀为启动区域夹角，α、β为计算单元夹角。

联立以上两式，可以通过求解三角函数方程得到启动区域夹角α₀。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中，通过下式确定流管长度L_i及流管内注水井到中轴线拐点的距离L_i1：

式中：L_i为流管长度，L_i1为流管内注水井到中轴线拐点的距离，α_i、β_i为流管中轴线与油水井连线夹角。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S5中，通过下式确定流管内截面积A_i(x)：

式中：A_i(x)为流管i任意位置x处的截面积，h为地层厚度，x为沿着流管中轴线到注水井的距离，Δα_i、Δβ_i为流管夹角。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S6中，通过以下方式确定相渗常数A、B、C、a、b：

其中：Z＝1-S_or-S_w；

式中：K_ro、K_rw分别为油相和水相相对渗透率，A、B、C、a、b为相渗常数，Z为可动油饱和度，S_or为残余油饱和度，S_w为含水饱和度；

基于室内测试的油水两相相渗曲线，计算得到f_o～Z关系曲线，再分别通过二项式回归和幂函数回归拟合得到相渗常数A、B、C和a、b。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S7中，通过以下方式确定油水两相渗流区综合启动压力梯度λ_o+w ⁽²⁾：

通过室内岩心实验或油田现场测试得到λ_o+w ⁽²⁾与S_w的关系，然后通过下式将其转化成λ_o+w ⁽²⁾与x的关系：

式中：S_or为残余油饱和度，S_w为含水饱和度，q_i(t)为流管注水量，x为沿着流管中轴线到注水井的距离。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S8中，根据Buckley-Leverett方程确定流管内油水前缘位置ξi。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S9中，通过下式计算单根流管产油量q_oi：

其中：

式中：x为沿着流管中轴线到注水井的距离，f_o为含油率，t_f为油井见水时间。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S10中，通过数值积分计算油井产油量：

式中：n为流管数量，m为井网系数。

根据本发明的实施例，对于四点法井组，m＝6；对于五点法井组，m＝8；对于反九点法井组，对于边井m＝4，对于角井m＝8。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

1、本发明提供了一种同时考虑启动压力梯度、井网形式、启动区域夹角和非稳态渗流的快速预测低渗透油藏面积井网注水开发效果的方法，通过此方法获得的预测结果更加符合实际，可以为低渗砂岩储层注水开发方案设计提供有力的技术支持。

2、本发明提供了一种同时考虑启动压力梯度、井网形式、启动区域夹角和非稳态渗流的快速预测低渗透油藏面积井网注水开发效果的方法，弥补了现有技术中只能计算生产井见水时间的不足，弥补了现有技术中只能计算单相流稳态产能的不足，弥补了现有技术中只能计算单井动用半径和单井极限井距的不足。

3、本发明提供了一种同时考虑启动压力梯度、井网形式、启动区域夹角和非稳态渗流的快速预测低渗透油藏面积井网注水开发效果的方法，能够克服现有技术中只能基于物质平衡求解采油速度以及只能计算菱形九点井网波及系数的缺陷，更加满足现场产能评价与预测的需求。

4、本发明的应用前景广阔，其方法步骤可以很方便的推广应用到各种地层的勘探开发中。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法的步骤流程图；

图2是图1所示步骤S2中用于计算启动区域夹角的面积井网计算单元的示意图；

图3是图1所示步骤S3中流动区域流管划分的示意图；

图4是图1所示步骤S4中任意流管相关参数的示意图；

图5是本发明第一实施例中某油田的基本参数表的示意图；

图6是本发明第一实施例中某油田的油水相渗曲线的示意图；

图7是本发明第一实施例中某油田的综合启动压力梯度曲线的示意图；

图8是本发明第一实施例中某油田的预测计算结果与实际生产数据比对表。

具体实施方式

本发明提供了一种同时考虑启动压力梯度、井网形式、启动区域夹角和非稳态渗流的低渗透油藏面积井网注水开发效果评价方法，可以为低渗透油藏注水开发设计提供依据。如图1所示，该方法包括以下步骤：

1)获取目标储层的包括注水井压力p_in、采油井压力p_out、地层原油粘度μ_o、注入水粘度μ_w、井半径r_w、单相油启动压力梯度λ_o ⁽¹⁾、油水井距l、地层渗透率K、地层孔隙度φ，地层厚度h等一系列实测数据；

2)获取启动区域夹角α₀；

低渗透油藏普遍存在启动压力梯度，在一定井网井距和生产压差下，单元内的流体不一定都能流动，表现为存在启动区域夹角。如图2所示，可以建立几何关系：

式中：α₀、β₀为启动区域夹角；α、β为计算单元夹角。

将式(2)代入式(1)，通过求解三角函数方程就可以得到启动区域夹角α₀。

3)如图3所示，将流动区域按照流线划分成多根流管，得到流管i的夹角Δα_i；

4)获取流管长度L_i及流管内注水井到中轴线拐点的距离L_i1；

对于任意流管i，通过如图4所示的几何分析，可以得到如下关系式：

式中：L_i为流管长度；L_i1为流管内注水井到中轴线拐点的距离；α_i、β_i为流管中轴线与油水井连线夹角。

通过式(3)和式(4)可以分别求出流管长度L_i与流管内注水井到中轴线拐点的距离L_i1。

5)获取流管内截面积A_i(x)；

对于如图4所示的流管，可以通过下式计算出流管内截面积A_i(x)：

式中：A_i(x)为流管i任意位置x处的截面积；h为地层厚度；x为沿着流管中轴线到注水井的距离；Δα_i、Δβ_i为流管夹角。

6)获取相渗常数A、B、C、a、b；

根据前苏联专家的研究成果，有如下关系式：

其中：Z＝1-S_or-S_w。

式中：K_ro、K_rw分别为油相和水相相对渗透率；A、B、C、a、b为相渗常数；Z为可动油饱和度；S_or为残余油饱和度，S_w为含水饱和度。

基于室内测试的油水两相相渗曲线，计算得到f_o～Z关系曲线，再分别通过二项式回归和幂函数回归拟合得到相渗常数A、B、C和a、b。

7)获取油水两相渗流区综合启动压力梯度λ_o+w ⁽²⁾；

通过室内岩心实验或油田现场测试可以得到λ_o+w ⁽²⁾与S_w的关系，然后通过下式将其转化成λ_o+w ⁽²⁾与x的关系：

式中：q_i(t)为流管注水量。

8)计算流管内油水前缘位置ξ_i；

根据Buckley-Leverett方程，通过积分可以得到：

式中：ξ_i为流管内油水前缘位置。

9)计算单根流管产油量q_oi；

其中：

式中：x为沿着流管中轴线到注水井的距离，f_o为含油率，t_f为油井见水时间。

10)建立数值积分，计算油井产油量Q_o。

其中：m为井网系数，对于四点法井组：m＝6，五点法井组：m＝8，反九点法井组：m＝4(边井)，m＝8(角井)。

第一实施例

以某油田为例，利用本发明提供的分析方法预测该油井的产油量。

油井区块的基本参数见图5。对该区块取心，并在室内测试了岩心的相渗曲线和综合启动压力梯度曲线，其结果分别参见图6和图7。

基于上述资料筛选出该油田可对比分析的油水井组，利用本发明提供的分析方法进行计算。将分析获得的计算结果与实际生产的动态数据进行归一化处理。通过比对(如图8所示)，可以发现利用本发明获得的计算结果的误差仅为1.1％，充分证实了本发明所提供的方法的准确性，完全能够满足油田现场的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，包括以下步骤：

S1，获取目标储层的非稳态渗流相关参数，其中包括注水井压力p_in、采油井压力p_out、地层原油粘度μ_o、注入水粘度μ_w、井半径r_w、单相油启动压力梯度λ_o ⁽¹⁾、油水井距l、地层渗透率K、地层孔隙度φ，地层厚度h；

S2，确定启动区域夹角α₀；

S3，将流动区域按照流线划分成多根流管，得到流管i的夹角Δα_i；

S4，确定流管长度L_i及流管内注水井到中轴线拐点的距离L_i1；

S5，确定流管内截面积A_i(x)；

S6，确定相渗常数A、B、C、a、b；

S7，确定油水两相渗流区综合启动压力梯度λ_o+w ⁽²⁾；

S8，确定流管内油水前缘位置ξ_i；

S9，计算单根流管产油量q_oi；

S10，汇总所有单根流管产油量，计算油井产油量Q_o。

2.如权利要求1所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于，所述步骤S2中：

式中：α₀、β₀为启动区域夹角，α、β为计算单元夹角；

联立以上两式，通过求解三角函数方程得到启动区域夹角α₀。

3.如权利要求1所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过下式确定流管长度L_i及流管内注水井到中轴线拐点的距离L_i1：

式中：L_i为流管长度，L_i1为流管内注水井到中轴线拐点的距离，α_i、β_i为流管中轴线与油水井连线夹角。

4.如权利要求1所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过下式确定流管内截面积A_i(x)：

式中：A_i(x)为流管i任意位置x处的截面积，h为地层厚度，x为沿着流管中轴线到注水井的距离，Δα_i、Δβ_i为流管夹角。

5.如权利要求1所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过以下方式确定相渗常数A、B、C、a、b：

其中：Z＝1-S_or-S_w；

式中：K_ro、K_rw分别为油相和水相相对渗透率，A、B、C、a、b为相渗常数，Z为可动油饱和度，S_or为残余油饱和度，S_w为含水饱和度；

基于室内测试的油水两相相渗曲线，计算得到f_o～Z关系曲线，再分别通过二项式回归和幂函数回归拟合得到相渗常数A、B、C和a、b。

6.如权利要求1所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于，所述步骤S7中，通过以下方式确定油水两相渗流区综合启动压力梯度λ_o+w ⁽²⁾：

通过室内岩心实验或油田现场测试得到λ_o+w ⁽²⁾与S_w的关系，然后通过下式将其转化成λ_o+w ⁽²⁾与x的关系：

式中：S_or为残余油饱和度，S_w为含水饱和度，q_i(t)为流管注水量，x为沿着流管中轴线到注水井的距离。

7.如权利要求5所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于，所述步骤S8中，根据Buckley-Leverett方程确定流管内油水前缘位置ξi。

8.如权利要求1所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于，所述步骤S9中，通过下式计算单根流管产油量q_oi：

其中：

式中：x为沿着流管中轴线到注水井的距离，f_o为含油率，t_f为油井见水时间。

9.如权利要求1所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于，所述步骤S10中，通过数值积分计算油井产油量：

式中：n为流管数量，m为井网系数。

10.如权利要求9所述的定量分析低渗透油藏注水开发效果的方法，其特征在于：

对于四点法井组，m＝6；

对于五点法井组，m＝8；

对于反九点法井组，对于边井m＝4，对于角井m＝8。