CN110889241B - 实现自喷的动力费投入和节省计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现自喷的动力费投入和节省计算方法，该实现自喷的动力费投入和节省计算方法包括：步骤1，收集整理地质和开发参数；步骤2，计算目前与自喷功率差值；步骤3，建立注入压力与时间关系；步骤4，计算实现自喷需增加做功；步骤5，计算收回投入所需的时间。该实现自喷的动力费投入和节省计算方法，可以直观计算实现自喷开发需要的投入和将来能够节省的动力费，以及它们的关系，对于帮助油藏实施自喷开发调整决策具有重要的作用。

Description

实现自喷的动力费投入和节省计算方法

技术领域

本发明涉及水驱开发油田技术领域，特别是一种实现自喷的动力费投入和节省计算方法。

背景技术

水驱油田开发规律显示，有很大一部分剩余油将在特高含水后期开采出来，此阶段水油比高导致开采成本很高，持续时间也较长。自喷开发方式可以节省设备、材料、动力费等，这对降低该阶段运行成本、降低经济极限、延长经济寿命期、提高采收率无疑具有明显优势，但是很少有油藏在这一阶段的地层能量能够实现整体自喷开发，需要投入才能达到该目的，但是其投入产出关系、尤其是动力费的投入产出关系目前尚未有研究，对自喷开发方式的适应性不能做出明确判断，因此无法有目的性地实施该开发方式。

为此我们发明了一种新的实现自喷的动力费投入和节省计算方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有很好的实用性，能够帮助判断高系统效率的自喷开发方式在某一特高含水后期油藏的适应性的计算方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：实现自喷的动力费投入和节省计算方法，该实现自喷的动力费投入节省关系计算方法包括：步骤1，收集整理地质和开发参数；步骤2，计算目前与自喷功率差值；步骤3，建立注入压力与时间关系；步骤4，计算实现自喷需增加做功；步骤5，计算收回投入所需的时间。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，收集整理油藏地质开发资料，确定地质参数：孔隙体积、地层压力、油藏深度；确定开发生产资料：含油、含水饱和度、注采速度、注采单位能耗、注入采出系统效率、有效举升和注入压力、目前地层压力、启动压力；高压物性资料：岩石、油和水的压缩系数。

在步骤2中，首先对油藏平均注入系统效率和举升系统效率资料进行收集整理或者计算，然后计算实施自喷开发前后油藏平均的输出功率的差值，即单位注采量节省的输出能量。

在步骤2中，单位注采量节省的能量的计算公式为：

ΔP_s＝Q₀p_l/_l-Q₀p_l/_w，

此值大于零即为自喷可以使动力费降低，其中，_w：注入端平均系统效率，1；_l：举升端平均系统效率，1；Q₀：注入或者采出地下流体速度，m³/s；p_l：有效举升压力，Pa。

在步骤3中，首先根据综合压缩系数、油藏孔隙体积变化、压力变化和增注速度参数计算定增注后达到目标地层压力所需的时间；然后同样道理计算出地层压力随时间的变化；之后便可根据吸水指数，编制出注入压力随时间的变化函数关系。

在步骤3中，以n倍的Q₀速度注入，油井继续保持Q₀速度采液，那么达到目标增注量所需的时间T₁为：

T₁＝V_Z/(n-1)Q₀                      (3)

同理可得：t时间后地层压力变为：

p_地(t)＝p_地0+t(n-1)Q₀Δp/V_Z               (4)

式中，p_地0为目前地层压力，吸水指数不变，注入量与有效注入压差成正比，而有效注入压差为注入压力与静液柱重力和启动压力差值之和p_h减去地层压力后的数值，则注入量增高后的压力关系为：

n＝(p_Wt+p_h-p_地t)/(p_W0+p_h-p_地0)           (5)

由公式(4)(5)可以得出注入压力随时间t的变化函数关系为：

p_W(t)＝(p_W0+p_h-p_地0)n+p_地0-p_h+t(n-1)Q₀Δp/V_Z      (6)

其中，Q₀：注入或者采出地下流体速度，m³/s；V_Z：油藏需要增加的注入水地下体积，m³。Δp，地层压力变化，Pa，p_w0：有效注入压力，Pa，p_地0：目前地层压力，Pa；n，增注阶段的注入速度倍数，1；t，增注时间，s；p_地(t)，增注t时间后的地层压力，Pa；p_W(t)，增注t时间后的注入压力，Pa。

在步骤4中，结合已有参数和函数关系，通过积分得到增注时间内累计消耗的有效功；然后减去正常注入消耗的有效功，得到增注时间内多增加的有效功，增加的有效功除以注水系统效率后得到需要增加输出的消耗，即需要增加投入的动力费。

在步骤4中，结合已有参数和函数关系，通过积分得到增注时间内累计消耗的有效功W_Z＝{n[p_W0-(1-1/n)(p_地0-p_h)]V_Z/[(n-1)Q₀]+

[V_Z/(n-1)Q₀]^2[(n-1)Q₀Δp/V_Z]/2}nQ₀；然后减去正常注入消耗的有效功W₀＝Q₀p_W0V_Z/[(n-1)Q₀]，得到增注时间内多增加的有效功，增加的有效功除以注水系统效率后得到需要增加输出的消耗，从而确定出需要增加投入的动力费。

在步骤5中，实施自喷开发后，节省的输出功率值乘以时间与需要增加投入的输出功相等时，即为收回成本，那么以此可以计算出收回成本所需要的天数。

在步骤5中，实施自喷开发后，节省的输出功率值乘以时间与需要增加投入的输出功相等时，即为收回成本，那么以此根据公式T₂＝[(W_Z-W₀)/_w]/ΔP_s计算出达到收支平衡所需要的时间，从而最终达到帮助决策是否可以开展自喷开采，其中，ΔP_s，节省输出功率，Nm/s；_w：注入端平均系统效率，1；W_Z，增注时间内累计消耗的有效功，Nm；W₀，正常注入消耗的有效功，Nm。

本发明中的一种实现自喷的动力费投入和节省计算方法，通过收集整理油藏地质、开发、高压物性资料，首先对油藏平均注入系统效率和举升系统效率资料进行收集整理或者计算，然后计算实施自喷开发前后油藏平均的输出功率的差值，即单位注采量节省的输出能量；根据综合压缩系数、油藏体积变化、压力变化和增注速度参数计算定增注后达到目标地层压力所需的时间；同样道理编制出地层压力随时间的变化关系；之后便可根据定吸水指数，编制出注入压力随时间的变化函数关系；结合已有参数和函数关系，通过积分得到增注时间内累计消耗的有效功；减去正常注入消耗的有效功，得到增注时间内多增加投入的有效功，除以系统效率后得到需要增加输出的消耗，即需要增加投入的动力费；不考虑现金折现问题，那么实施自喷开发后，节省的输出功率值乘以时间与需要增加投入的输出功相等时，即为收回成本，那么从此可以计算出收回成本所需要的天数。该发明开展的一种实现自喷的动力费投入和节省计算方法研究，可以直观计算实现自喷开发需要的投入和将来能够节省的动力费，以及它们的关系，对于帮助油藏实施自喷开发调整决策具有重要的作用。尤其是特高含水后期油田，为应用自喷开采方式提高注采系统效率降低运行成本等作用，提供一种帮助判断自喷开采方式适应性的计算方法。

附图说明

图1为本发明的一种实现自喷的动力费投入和节省计算方法的流程图；

图2为本发明的一具体实例中油藏升压体积变化示意图；

图3为本发明的一具体实例中水驱开发注采系统压力传递示意图；

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，下文特举出实施例，并配合所附图式和公式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的一种实现自喷的动力费投入和节省计算方法的一具体实施例的流程图。该方法考虑油藏地质开发生产参数，利用它们之间的各种各样关系，编制了函数关系式，得出投入产出公式。

在步骤101中，收集整理油藏地质开发资料，确定地质参数：孔隙体积、地层压力；确定开发生产资料：含油、含水饱和度、注采速度；高压物性资料：岩石、油水压缩系数。流程进入到步骤102。

在步骤102中，首先对油藏平均注入系统效率和举升系统效率资料进行收集整理或者计算，然后计算实施自喷开发前后油藏平均单位注采量的输出功的差值，即单位注采量节省的输出能量。流程进入到步骤103。

在步骤103中，首先根据综合压缩系数、油藏体积变化、压力变化和增注速度参数计算定增注后达到目标地层压力所需的时间；然后同样道理计算出地层压力随时间的变化；之后便可根据吸水指数，编制出注入压力随时间的变化函数关系。流程进入到步骤104。

在步骤104中，结合已有参数和函数关系，通过积分得到增注时间内累计消耗的有效功；减去正常注入消耗的有效功，得到增注时间内多增加的有效功；除以系统效率后得到需要增加输出的消耗，即需要增加投入的动力费。流程进入到步骤105。

在步骤105中，时间短不考虑现金折现问题，那么实施后每天节省的动力费乘以天数与需要增加投入的动力费相等时，即为收回成本，那么以此可以计算出收回成本所需要的天数。流程结束。

为使本发明的上述内容能更明显易懂，下面以实际案例作详细说明如下：

实施自喷开发前后，设备和工艺的成本变化比较直观、容易计算，但是开发运行成本中占比最大的动力费的投入和节省，以及它们的关系比较复杂，本发明提供一种定增注量方式实现自喷开发方式，分析动力费的投入与节能及其关系。

目前注入端输出功率P_i(Nm/s)：

P_i＝Q₀p_w0/_w

目前采出端输出功率P_p(Nm/s)：

P_p＝Q₀p_l/_l

目前注采系统整体输出功率P_s(Nm/s)：

P_s＝P_i+P_p

特高含水后期，实现人工造喷之前和之后由于渗流速度相同，消耗的有效能量相同，不同点在于注采能量完全由注入设备提供，我们采用注入系统的平均系统效率，那么自喷开发后输出功率P_s′变为(Nm/s)：

P_s′＝(Q₀p_w0+Q₀p_l)/_w

自喷前后节省的输出功率ΔP_s为(Nm/s)：

ΔP_s＝P_s-P_s′

整理后得：

ΔP_s＝Q₀p_l/_l-Q₀p_l/_w      (2)

其中，_w：注入端平均系统效率，1；_l：举升端平均系统效率，1；Q₀：注入或者采出地下流体速度，m³/s；p_w0：有效注入压力，Pa；p_l：有效举升压力，Pa。

矿场统计规律显示：通常_w远大于_l，因此ΔP_s>0。

采出端实现自喷，需要井底压力上升，从而需要地层压力上升，要求注入端压力也上升。由于岩石和流体具有压缩性，如图2所示，地层压力上升后，将会使孔隙体积变大、原油喝水体积变小，需要一部分注入水填补“亏空”。

假设目前的注采地下流体速度为Q₀，地层压力需要上升Δp才能实现同样注采速度的自喷开采方式。地层压力上升Δp后带来的变化有：

孔隙体积变化：

ΔVt＝VtΔpCp

地层水体积变化：

ΔVw＝VwΔpCw

地层原油体积变化：

ΔVo＝VoΔpCo

需要增加注入水的地下体积为：

V_Z＝V_tΔpC_p+V_wΔpC_w+V_oΔpC_o              (1)

其中，V_t：岩石孔隙体积，m³；ΔV_t：岩石孔隙体积变化值，m³；C_p：岩石孔隙压缩系数，1/Pa；V_w：地层水体积，m³；ΔV_w：地层水体积变化值，m³；C_w：地层水压缩系数，1/Pa；V_o：地层原油孔隙体积，m³；ΔV₀：地层原油体积变化值，m³；C_o：地层原油压缩系数，1/Pa；V_Z：油藏需要增加的注入水地下体积，m³。Δp，地层压力变化，Pa。

为实施自喷开发方式，现在开始以n倍(n>1)的Q₀速度注入，油井继续保持Q₀速度采液，那么达到目标增注量所需的时间T₁(s)为：

T₁＝V_Z/(n-1)Q₀                      (3)

同理可得：t时间后地层压力变为：

p_地(t)＝p_地0+t(n-1)Q₀Δp/V_Z               (4)

式中，p_地0(Pa)为目前地层压力，吸水指数不变，注入量与有效注入压差成正比，而有效注入压差为注入压力与静液柱重力和启动压力差值之和(p_h，Pa)减去地层压力后的数值，则注入量增高后的压力关系为：

n＝(p_Wt+p_h-p_地t)/(p_W0+p_h-p_地0)           (5)

由公式(4)(5)可以得出注入压力随时间t的变化函数关系为：

p_W(t)＝(p_W0+p_h-p_地0)n+p_地0-p_h+t(n-1)Q₀Δp/V_Z      (6)

由式(3)(6)积分得出增注时间内累积消耗的有效功W_Z(Nm)为：

W_Z＝{n[p_W0-(1-1/n)(p_地0-p_h)]V_Z/[(n-1)Q₀]+[V_Z/(n-1)Q₀]^2[(n-1)Q₀Δp/V_Z]/2}nQ₀    (7)

该时间段内正常注入做有效功W₀(Nm)为：

W₀＝Q₀p_W0V_Z/[(n-1)Q₀]                      (8)

增加的注入动力累积多做功量为：

(W_Z-W₀)/_w                         (9)

单驱开发稳定后，即节省和投入比值为1时，用增注投入做功量除以由系统效率提高节省的功率，即为收回成本所需的时间T₂(s)：

T₂＝[(W_Z-W₀)/_w]/ΔP_s                        (10)

公式(2)(7)(8)代入得：

T₂＝{nQ₀{n[p_W0-(1-1/n)(p_地0-p_h)]V_Z/[(n-1)Q₀]+[V_Z/(n-1)Q₀]^{^2}[(n-1)Q₀Δp/V_Z]/2}-Q₀p_W0V_Z/[(n-1)Q₀]}/_w/[Q₀p_l/_l-Q₀p_l/_w]

如图3所示，有效举升力在自喷后，只由增加的地层压力直接提供，而增加的地层压力由注入系统压力增加值提供，它们增加的值相同，都为Δp，且Δp等于p_l。

整理上式后得所需时间为：

T₂＝[(n²-1)p_W0-n(n-1)(p_地0-p_h)+nΔp/2](1+C_w)V_Z/{(n-1)Q₀Δp{_w/_l-1}}    (11)

由上式可知：自喷开发节能效果实现后，填补投入所需生产天数与目前注入压差、地层压力、举升力，以及所需填补的亏空体积、油水井的系统效率、目前注采速度、提升注入速度倍数有关。

在另一实施例中，首先确定地质开发参数。某封闭油藏砂体发育面积0.63km²，厚度7.6m，孔隙度32.2％，地层中部深度1540m。目前产出液综合含水95.0％，注采比1:1，注入速度0.15PV/Y，剩余油饱和度为42.0％，岩石孔隙平均压缩系数1.9×10^-31/MPa，地层水平均体积压缩系数4.2×10^-41/MPa，地层原油平均体积压缩系数3.7×10^-31/MPa，目前地层压力9.3MPa，油藏地层压力需要增加5.2MPa，油井才能实现同等采液速度的自喷生产。目前注水泵压8.2MPa，测试数据显示启动压力为5MPa，目前的注入端平均单耗为3.62kWh/m³，采油端平均单耗为7.84kWh/m³，注采两端的系统效率分别为0.53,0.34。

按照上一实施例中的公式，结合已收集数据，计算得出：孔隙体积为154174m³，增加地层压力后，由公式(1)得出需要增加的注入量为2964m³，注采速度为0.000733m³/s,增压前注采输出功率分别为：2.66Wh/s,5.76Wh/s,目前注采输出功率共为8.42Wh/s，自喷后动力全由注入端输入，输出功率变为6.35Wh/s，由公式(2)得出自喷前后节省的输出功率为2.06Wh/s。

增注过程，将注入速度提高到0.20PV/Y，注入速度为0.000978m³/s，采出速度仍然为0.000733m³/s，由上述公式(3)得出增注时间为140.4天。由案例一中的公式(4)，得出地层压力随时间变化公式：

p_地(t)＝9.3+1.715×10^-6t

由公式(6)进一步得出注入压力随时间t的变化函数关系为：

p_W(t)＝14.6+1.715×10^-6t

由公式(7)算出增注时间内累积消耗的有效功为：

W_Z＝56709kWh

由公式(8)得出这段时间正常注入做有效功为：

W₀＝32161kWh

由公式(9)得出累积增加的注入动力做功量为：

(W_Z-W₀)/_w＝46318kWh

由公式(10)最终得出收回成本所需的时间T₂＝260.1天。

本发明的实现自喷的动力费投入和节省计算方法，创新性的以构建油藏地质开发参数与注采系统相关参数的关系为基础，发明一种以定液量、定增注量为实现方式，计算其增注需要的增加投入量和实现自喷开发后系统效率提高的节省量，以及达到收支平衡时，计算出收回成本所需时间，从而帮助判断实现自喷开发方式在该油藏的适应性。

Claims (6)

1.实现自喷的动力费投入和节省计算方法，其特征在于，该实现自喷的动力费投入和节省计算方法包括：

步骤1，收集整理地质和开发参数；

步骤2，计算目前与自喷功率差值；

步骤3，建立注入压力与时间关系；

步骤4，计算实现自喷需增加做功；

步骤5，计算收回投入所需的时间；

在步骤3中，首先根据综合压缩系数、油藏孔隙体积变化、压力变化和增注速度参数计算定增注后达到目标地层压力所需的时间；然后根据综合压缩系数、油藏孔隙体积变化、压力变化和增注速度参数计算出地层压力随时间的变化；之后便可根据吸水指数，编制出注入压力随时间的变化函数关系；

在步骤3中，以n倍的Q₀速度注入，油井继续保持Q₀速度采液，那么达到目标增注量所需的时间T₁为：

T₁＝V_Z/(n-1)Q₀                      (3)

同理可得：t时间后地层压力变为：

p_地(t)＝p_地0+t(n-1)Q₀Δp/V_Z               (4)

式中，p_地0为目前地层压力，吸水指数不变，注入量与有效注入压差成正比，而有效注入压差为注入压力与静液柱重力和启动压力差值之和p_h减去地层压力后的数值，则注入量增高后的压力关系为：

n＝(p_Wt+p_h-p_地t)/(p_W0+p_h-p_地0)        (5)

由公式(4)(5)可以得出注入压力随时间t的变化函数关系为：

p_W(t)＝(p_W0+p_h-p_地0)n+p_地0-p_h+t(n-1)Q₀Δp/V_Z              (6)

其中，Q₀：注入或者采出地下流体速度，m³/s；V_Z：油藏需要增加的注入水地下体积，m³；Δp，地层压力变化，Pa；p_w0：有效注入压力，Pa；p_地0：目前地层压力，Pa；n：增注阶段的注入速度倍数；t：增注时间，s；p_地(t)：增注t时间后的地层压力，Pa；p_W(t)：增注t时间后的注入压力，Pa；

在步骤4中，结合已有参数和函数关系，通过积分得到增注时间内累计消耗的有效功；然后减去正常注入消耗的有效功，得到增注时间内多增加的有效功，增加的有效功除以注水系统效率后得到需要增加输出的消耗，即需要增加投入的动力费；

在步骤4中，结合已有参数和函数关系，通过积分得到增注时间内累计消耗的有效功W_Z＝{n[p_W0-(1-1/n)(p_地0-p_h)]V_Z/[(n-1)Q₀]+

[V_Z/(n-1)Q₀]^2[(n-1)Q₀Δp/V_Z]/2}nQ₀；然后减去正常注入消耗的有效功W₀＝Q₀p_W0V_Z/[(n-1)Q₀]，得到增注时间内多增加的有效功，增加的有效功除以注水系统效率后得到需要增加输出的消耗，从而确定出需要增加投入的动力费。

2.根据权利要求1所述的实现自喷的动力费投入和节省计算方法，其特征在于，在步骤1中，收集整理油藏地质开发资料，确定地质参数：孔隙体积、地层压力、油藏深度；确定开发生产资料：含油、含水饱和度、注采速度、注采单位能耗、注入采出系统效率、有效举升和注入压力、目前地层压力、启动压力；高压物性资料：岩石、油和水的压缩系数。

3.根据权利要求1所述的实现自喷的动力费投入和节省计算方法，其特征在于，在步骤2中，首先对油藏平均注入系统效率和举升系统效率资料进行收集整理或者计算，然后计算实施自喷开发前后油藏平均的输出功率的差值，即单位注采量节省的输出能量。

4.根据权利要求3所述的实现自喷的动力费投入和节省计算方法，其特征在于，在步骤2中，单位注采量节省的能量的计算公式为：

ΔP_s＝Q₀p_l/e_l-Q₀p_l/η_w，

此值大于零即为自喷可以使动力费降低，其中，η_w：注入端平均系统效率；η_l：举升端平均系统效率；Q₀：注入或者采出地下流体速度，m³/s；p_l：有效举升压力，Pa。

5.根据权利要求1所述的实现自喷的动力费投入和节省计算方法，其特征在于，在步骤5中，实施自喷开发后，节省的输出功率值乘以时间与需要增加投入的输出功相等时，即为收回成本，那么以此可以计算出收回成本所需要的天数。

6.根据权利要求1所述的实现自喷的动力费投入和节省计算方法，其特征在于，在步骤5中，实施自喷开发后，节省的输出功率值乘以时间与需要增加投入的输出功相等时，即为收回成本，那么以此根据公式T₂＝[(W_Z-W₀)/η_w]/ΔP_s计算出达到收支平衡所需要的时间，从而最终达到帮助决策是否可以开展自喷开采，其中，ΔP_s：节省输出功率，Nm/s；η_w：注入端平均系统效率；W_Z：增注时间内累计消耗的有效功，Nm；W₀：正常注入消耗的有效功，Nm。

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