CN110905495A - 一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地热井回灌技术及油气田注水开发技术领域，具体涉及一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法。该方法将储层中泥砂分为起支撑骨架作用的不可动泥砂粗砂和在粗砂孔喉中运移的可动泥砂细砂，分别确定其粒径、孔喉直径及含量比例，然后根据动力学方程确定泥砂启动但不堵塞的临界流速及泥砂启动可能导致堵塞的流速范围，据此判断注水地层堵塞风险。能够及时判断注水导致地层堵塞风险，确定地层运移但不堵塞临界流速及可能堵塞的流速范围，减弱地层注水时的堵塞程度甚至避免堵塞发生；本发明有助于提高地热水回灌能力，降低成本，提高经济效益，应用范围广泛、使用灵活。
Description
技术领域
本发明涉及地热井回灌技术及油气田注水开发技术领域，具体涉及一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法。
背景技术
地层堵塞主要分为物理堵塞、化学堵塞、气体堵塞及微生物堵塞。有研究表明，物理堵塞是最常见的堵塞情况，且多为其他类型堵塞的表现形式。物理堵塞分为颗粒运移、悬浮物堵塞及黏土矿物膨胀。其中，颗粒运移是指储层中胶结性差的微粒随注入流体流速影响而脱落运移，在孔隙吼道处堆积而导致渗透率下降的现象（速敏），主要是受注入水流速和储层物性的影响；而悬浮物堵塞是由注入水中携带颗粒、其与地层流体不配伍而产生的化学沉淀及速敏、微生物繁殖产生的，主要受温度压力影响。
深层地热井回灌中，经常由于回灌堵塞出现回灌量急剧下降，而只开采不回灌会导致热污染和化学污染、地热储层压力亏空等问题，甚至不能连续开采地热能，回灌堵塞最终严重制约地热开发利用效率。在中低温地热水开采及回灌、泥质粉砂型水合物储层降压开发以及疏松砂岩油气藏开发过程中，都会面临孔隙中泥砂等固相颗粒的运移及堵塞问题。确定可动泥砂含量，判断发生堵塞时的临界水流速，对于评价固相颗粒运移及沉积对储层物性的影响具有重要意义。但目前该研究还较少。
本发明主要评价的堵塞包括注入水流动引起的颗粒运移及注入水与原地层水不配伍产生的结垢颗粒运移。
发明内容
基于上述综述，本发明通过中低温地热水开采及回灌、泥质粉砂型水合物储层降压开发以及疏松砂岩油气藏开发过程中面临的孔隙泥砂等固相颗粒的运移及堵塞问题，目的在于提供一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法。
一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法，具体包括如下步骤：
步骤1：根据井筒的防砂精度来确定生产井附近储层内泥砂颗粒的粗粒和细粒含量；根据储层的泥砂粒度分布峰值来确定注入井附近储层内泥砂颗粒的粗粒和细粒含量，其中，泥砂粒度分布峰值出现两个峰值，两峰值求算数平均值即为粗细颗粒分界值；粒径大于分界值的颗粒含量即为粗粒含量，反之，粒径小于分界值的颗粒含量即为细粒含量；当泥砂粒度分布峰值不出现两个峰值，起到支撑岩石骨架作用而不会发生运移的泥砂颗粒为粗粒；分散在粗粒之间的孔隙中可能会随孔隙流体发生运移的泥砂颗粒为细粒部分，粗颗粒与细颗粒分界值有大于850μm、425~850μm、250~425μm、180~250μm、150~180μm、125~150μm、106~125μm、98~106μm、85~98μm、75~85μm、45~75μm及小于45μm；粒径大于分界值以上为泥砂颗粒含量即为粗粒含量，粒径小于分界值以下为泥砂颗粒含量即为细粒含量；
步骤2：根据粗粒泥砂粒度分布，确定粗粒泥砂的平均粒径和平均孔喉直径；
步骤3：将上述步骤2确定的粗粒泥砂的平均粒径和平均孔喉直径，通过固相颗粒粒径与多孔介质喉道尺寸之间存在匹配关系，确定可以进入粗粒孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围，以及可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限；
步骤4：根据细粒泥砂的粒度分布，确定可以进入粗粒泥砂孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例，以及可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动细粒泥砂比例；
步骤5：通过水流的作用力和床面的反作用力，得到不同泥砂粒径对应的起动水流速，结合步骤S3，确定细粒泥砂启动但不会造成粗砂泥砂孔喉堵塞的临界水流速，以及细粒泥砂启动并可能导致粗粒泥砂孔喉堵塞的水流速范围。
进一步的，所述步骤2中粗粒泥砂的平均孔喉直径为0.1547~0.414×粗粒泥砂的平均粒径；
进一步的，所述步骤3中，可以进入粗粒孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围为：泥砂平均孔喉直径/5~泥砂平均孔喉直径/2，顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限为泥砂平均孔喉直径/2，下限为泥砂平均孔喉直径/5。
进一步的，所述步骤4中，细粒中粒径范围在泥砂平均孔喉直径/5~泥砂平均孔喉直径/2之间的泥砂颗粒百分含量，乘以细粒在整个泥砂混合物中的百分含量，即为可以进入粗粒泥砂孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例A；细粒中粒径小于泥砂平均孔喉直径/5的泥砂颗粒的百分含量，乘以细粒在整个泥砂混合物中的百分含量，即为可以进入粗粒泥砂孔喉并顺利通过的可动细粒泥砂比例B；A+B为总的可动泥砂百分含量。
本发明的有益效果：本发明将储层中泥砂分为起支撑骨架作用的不可动泥砂粗砂和在粗砂孔喉中运移的可动泥砂细砂，分别确定其粒径、孔喉直径及含量比例，然后根据动力学方程确定泥砂启动但不堵塞的临界流速及泥砂启动可能导致堵塞的流速范围，据此判断注水地层堵塞风险。本发明能够及时判断注水导致地层堵塞风险，确定地层运移但不堵塞临界流速及可能堵塞的流速范围，减弱地层注水时的堵塞程度甚至避免堵塞发生；本发明有助于提高地热水回灌能力，降低成本，提高经济效益，应用范围广泛、使用灵活。
附图说明
图1为确定地层可启动泥砂比例的主要思路；
图2为不同粒径泥砂颗粒的临界起动速度。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
以某中低温地热井为例进行本发明方法的详细描述，该地热井泥沙泥砂颗粒的密度为2650kg/m3，水的密度为1000kg/m3，泥砂粒度组成及粒度累计组成数据如表1所示：
表1 某泥砂粒度组成及粒度累计组成数据
一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法，具体包括如下步骤：
步骤1：根据井筒的防砂精度来确定生产井附近储层内泥砂颗粒的粗粒和细粒含量；根据储层的泥砂粒度分布峰值来确定注入井附近储层内泥砂颗粒的粗粒和细粒含量，其中，泥砂粒度分布峰值出现两个峰值，两峰值求算数平均值即为粗细颗粒分界值；粒径大于分界值的颗粒含量即为粗粒含量，反之，粒径小于分界值的颗粒含量即为细粒含量；当泥砂粒度分布峰值不出现两个峰值，起到支撑岩石骨架作用而不会发生运移的泥砂颗粒为粗粒；分散在粗粒之间的孔隙中可能会随孔隙流体发生运移的泥砂颗粒为细粒部分，粗颗粒与细颗粒分界值有大于850μm、425~850μm、250~425μm、180~250μm、150~180μm、125~150μm、106~125μm、98~106μm、85~98μm、75~85μm、45~75μm及小于45μm；粒径大于分界值以上为泥砂颗粒含量即为粗粒含量，粒径小于分界值以下为泥砂颗粒含量即为细粒含量；取粗颗粒与细颗粒分界值为106μm，粗粒含量为粒径大于106μm的泥砂颗粒含量，即粗粒含量为60.69%，细粒含量为粒径小于106μm的泥砂颗粒含量，即细粒含量为39.31%；
步骤2：根据粗粒泥砂粒度分布，确定粗粒泥砂的平均粒径和平均孔喉直径；其中，粗粒泥砂的平均孔喉直径为0.1547~0.414×粗粒泥砂的平均粒径；若粗粒泥砂的平均粒径为128μm，假设泥砂颗粒为正方形孔隙模型，则泥砂平均孔喉直径为0.414×128=53μm；
步骤3：将上述步骤2确定的粗粒泥砂的平均粒径和平均孔喉直径，通过固相颗粒粒径与多孔介质喉道尺寸之间存在匹配关系，确定可以进入粗粒孔喉并可能导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围，以及可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限；其中，可以进入粗粒孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围为：泥砂平均孔喉直径/5~泥砂平均孔喉直径/2，顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限为泥砂平均孔喉直径/2，下限为泥砂平均孔喉直径/5；根据步骤2泥砂平均孔喉直径53μm，确定可以进入粗粒孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围为：10.62~26.5μm，顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限26.5μm，下限为10.62μm；
步骤4：根据细粒泥砂的粒度分布，确定可以进入粗粒泥砂孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例，以及可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动细粒泥砂比例；其中，细粒中粒径范围在泥砂平均孔喉直径/5~泥砂平均孔喉直径/2之间的泥砂颗粒百分含量，乘以细粒在整个泥砂混合物中的百分含量，即为可以进入粗粒泥砂孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例A；细粒中粒径小于泥砂平均孔喉直径/5的泥砂颗粒的百分含量，乘以细粒在整个泥砂混合物中的百分含量，即为可以进入粗粒泥砂孔喉并顺利通过的可动细粒泥砂比例B；A+B为总的可动泥砂百分含量；
步骤5：通过水流的作用力和床面的反作用力，得到不同泥砂粒径对应的起动水流速，结合步骤S3，确定细粒泥砂启动但不会造成粗砂泥砂孔喉堵塞的临界水流速，以及细粒泥砂启动并可能导致粗粒泥砂孔喉堵塞的水流速范围（详见图1和图2）；其中，根据步骤S5中，可以进入粗粒泥砂孔喉并可能导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂为粒径在10.62~26.5μm，可顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动细粒泥砂为粒径小于10.62μm的颗粒，可得，细粒泥砂启动但不会造成粗砂泥砂孔喉堵塞的临界水流速为0.00483m/s，以及细粒泥砂启动并可能导致粗粒泥砂孔喉堵塞的水流速范围为0.00483~0.00764m/s。
实施例2
以某中低温地热井为例进行本发明方法的详细描述，该地热井泥沙泥砂颗粒的密度为2550kg/m3，水的密度为1000kg/m3，泥砂粒度组成及粒度累计组成数据如表2所示：
表2 泥砂粒度组成及粒度累计组成数据
一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法，具体包括如下步骤：
步骤1：根据井筒的防砂精度来确定生产井附近储层内泥砂颗粒的粗粒和细粒含量；根据储层的泥砂粒度分布峰值来确定注入井附近储层内泥砂颗粒的粗粒和细粒含量，其中，泥砂粒度分布峰值出现两个峰值，两峰值求算数平均值即为粗细颗粒分界值；粒径大于分界值的颗粒含量即为粗粒含量，反之，粒径小于分界值的颗粒含量即为细粒含量；当泥砂粒度分布峰值不出现两个峰值，起到支撑岩石骨架作用而不会发生运移的泥砂颗粒为粗粒；分散在粗粒之间的孔隙中可能会随孔隙流体发生运移的泥砂颗粒为细粒部分，粗颗粒与细颗粒分界值有大于850μm、425~850μm、250~425μm、180~250μm、150~180μm、125~150μm、106~125μm、98~106μm、85~98μm、75~85μm、45~75μm及小于45μm；粒径大于分界值以上为泥砂颗粒含量即为粗粒含量，粒径小于分界值以下为泥砂颗粒含量即为细粒含量；取粗颗粒与细颗粒分界值为106μm，粗粒含量为粒径大于106μm的泥砂颗粒含量，即粗粒含量为77.47%，细粒含量为粒径小于106μm的泥砂颗粒含量，即细粒含量为22.53%；
步骤2：根据粗粒泥砂粒度分布，确定粗粒泥砂的平均粒径和平均孔喉直径；其中，粗粒泥砂的平均孔喉直径为0.1547~0.414×粗粒泥砂的平均粒径；若粗粒泥砂的平均粒径为207μm，假设泥砂颗粒为正方形孔隙模型，则泥砂平均孔喉直径为0.414×207=104μm；
步骤3：将上述步骤2确定的粗粒泥砂的平均粒径和平均孔喉直径，通过固相颗粒粒径与多孔介质喉道尺寸之间存在匹配关系，确定可以进入粗粒孔喉并可能导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围，以及可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限；其中，可以进入粗粒孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围为：泥砂平均孔喉直径/5~泥砂平均孔喉直径/2，顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限为泥砂平均孔喉直径/2，下限为泥砂平均孔喉直径/5；根据步骤2泥砂平均孔喉直径104μm，确定可以进入粗粒孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围为：20.9~52.2μm，顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限52.2μm，下限为20.9μm；
步骤4：根据细粒泥砂的粒度分布，确定可以进入粗粒泥砂孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例，以及可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动细粒泥砂比例；其中，细粒中粒径范围在泥砂平均孔喉直径/5~泥砂平均孔喉直径/2之间的泥砂颗粒百分含量，乘以细粒在整个泥砂混合物中的百分含量，即为可以进入粗粒泥砂孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例A；细粒中粒径小于泥砂平均孔喉直径/5的泥砂颗粒的百分含量，乘以细粒在整个泥砂混合物中的百分含量，即为可以进入粗粒泥砂孔喉并顺利通过的可动细粒泥砂比例B；A+B为总的可动泥砂百分含量；根据泥砂粒径在20.9~52.2μm之间的颗粒含量即为可以进入粗粒泥砂孔喉并可能导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例为6.61%，泥砂粒径小于20.9μm的颗粒含量即为可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动细粒泥砂比例为4.54%；
步骤5：通过水流的作用力和床面的反作用力，得到不同泥砂粒径对应的起动水流速，结合步骤S3，确定细粒泥砂启动但不会造成粗砂泥砂孔喉堵塞的临界水流速，以及细粒泥砂启动并可能导致粗粒泥砂孔喉堵塞的水流速范围（详见图1和图2）；其中，根据步骤S5中，可以进入粗粒泥砂孔喉并可能导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂为粒径在20.9~52.2μm，可顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动细粒泥砂为粒径小于20.9μm的颗粒，由表3可得，细粒泥砂启动但不会造成粗砂泥砂孔喉堵塞的临界水流速为0.00657m/s，以及细粒泥砂启动并可能导致粗粒泥砂孔喉堵塞的水流速范围为0.00657~0.01039m/s。
表3 不同粒径泥砂颗粒的临界起动速度
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：根据井筒的防砂精度来确定生产井附近储层内泥砂颗粒的粗粒和细粒含量；根据储层的泥砂粒度分布峰值来确定注入井附近储层内泥砂颗粒的粗粒和细粒含量，其中，泥砂粒度分布峰值出现两个峰值，两峰值求算数平均值即为粗细颗粒分界值；粒径大于分界值的颗粒含量即为粗粒含量，反之，粒径小于分界值的颗粒含量即为细粒含量；当泥砂粒度分布峰值不出现两个峰值，起到支撑岩石骨架作用而不会发生运移的泥砂颗粒为粗粒；分散在粗粒之间的孔隙中可能会随孔隙流体发生运移的泥砂颗粒为细粒部分，粗颗粒与细颗粒分界值有大于850μm、425~850μm、250~425μm、180~250μm、150~180μm、125~150μm、106~125μm、98~106μm、85~98μm、75~85μm、45~75μm及小于45μm；粒径大于分界值以上为泥砂颗粒含量即为粗粒含量，粒径小于分界值以下为泥砂颗粒含量即为细粒含量；
步骤2：根据粗粒泥砂粒度分布，确定粗粒泥砂的平均粒径和平均孔喉直径；
步骤3：将上述步骤2确定的粗粒泥砂的平均粒径和平均孔喉直径，通过固相颗粒粒径与多孔介质喉道尺寸之间存在匹配关系，确定可以进入粗粒孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围，以及可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限；
步骤4：根据细粒泥砂的粒度分布，确定可以进入粗粒泥砂孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例，以及可以顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动细粒泥砂比例；
步骤5：通过水流的作用力和床面的反作用力，得到不同泥砂粒径对应的起动水流速，结合步骤S3，确定细粒泥砂启动但不会造成粗砂泥砂孔喉堵塞的临界水流速，以及细粒泥砂启动并可能导致粗粒泥砂孔喉堵塞的水流速范围。
2.根据权利要求1所述的一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法，其特征在于，所述步骤2中粗粒泥砂的平均孔喉直径为0.1547~0.414×粗粒泥砂的平均粒径。
3.根据权利要求1所述的一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法，其特征在于，所述步骤3中，可以进入粗粒孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒的粒径范围为：泥砂平均孔喉直径/5~泥砂平均孔喉直径/2，顺利通过粗粒泥砂孔喉的可动泥砂粒径的上限为泥砂平均孔喉直径/2，下限为泥砂平均孔喉直径/5。
4.根据权利要求1所述的一种用于判断地层堵塞的临界水流速的方法，其特征在于，所述步骤4中，细粒中粒径范围在泥砂平均孔喉直径/5~泥砂平均孔喉直径/2之间的泥砂颗粒百分含量，乘以细粒在整个泥砂混合物中的百分含量，即为可以进入粗粒泥砂孔喉并导致孔喉堵塞的可动细粒泥砂比例A；细粒中粒径小于泥砂平均孔喉直径/5的泥砂颗粒的百分含量，乘以细粒在整个泥砂混合物中的百分含量，即为可以进入粗粒泥砂孔喉并顺利通过的可动细粒泥砂比例B；A+B为总的可动泥砂百分含量。
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