CN111608647B - 一种注水注聚井区地层压力预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种注水注聚井区地层压力预测方法，属于油气田勘探开发领域，将待钻井点目的层分为若干个单层，劈分单层注入量和采出量，利用物质平衡方法计算单层平均压力；根据待钻井点周围井的产量、压力数据及井距计算待钻井点对应测压深度的压力；将待钻井点测压深度对应到某个单层，利用待钻井点测压深度的压力与对应单层平均压力的等比关系计算待钻井点在其他单层的压力值，解决现有地层压力预测方法应用范围小、方法复杂、现场适用困难的问题。
Description
技术领域
本申请涉及一种注水注聚井区地层压力预测方法，属于油气田勘探开发领域。
背景技术
目前我国大多数油田基本进入开发中后期，要实现油田稳产、提高油田储量动用程度，就需要合理布署一定数量的调整井。然而，酸化、注水、注聚、压裂等油田开发过程中的一些常规措施都会对调整井的钻井施工产生一定影响，尤其是注水注聚井的影响。
常年注水(聚)开发，注水(聚)压力高，加之油层渗透率高、连通性好，导致目的层压力系数高，形成高压层段，而上部地层疏松、承压能力低，井筒内高压和易漏失层共存，经常在钻进过程中发生溢流，使用加重浆处理溢流过程中发生不同程度的井漏，这给现场安全施工带来困难。钻进过程中容易发生上漏下涌、或者涌漏同层，处理涌漏难度大，溢流发生以后，伴随油气溢出，部分区块气油比较高，容易发生井控失控的风险。
也就是说，在经过长期的注水注聚后，地层压力逐渐由单纯的静态压力系统变成复杂的动态多压力系统，其中地层的破裂压力以及地层的孔隙压力都发生了较大的变化。那么，在钻调整井前很有必要进行压力预测。
然而，现有针对地层压力预测的方法中至少存在以下问题：
1)针对压力预测的研究开始较早，主要以经验公式为主，后面才逐渐涉及到测井资料，通过室内实验、力学分析、地质建模、模式建立、软件编程等方法，但这些方法基本都是针对具体油田遇到的具体问题，应用范围较小，并且算法比较复杂。
2)就现场而言，能方便直接使用的方法很少，地层压力预测较为困难。
因此，为了解决地层压力预测问题，明确高压层、高压点的分布情况，亟需一种注水注聚井区地层压力预测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注水注聚井区地层压力预测方法，解决现有地层压力预测方法应用范围小、方法复杂、现场适用困难的问题。
本发明采用如下技术方案：本发明提供了一种注水注聚井区地层压力预测方法，所述方法包括如下步骤：
1)将待钻井点目的层分为若干个单层(小层)，劈分单层注入量和采出量，利用物质平衡方法计算单层平均压力；
2)根据待钻井点周围井的产量、压力数据及井距计算待钻井点对应测压深度的压力；
3)将待钻井点测压深度对应到某个单层，利用待钻井点测压深度的压力与对应单层平均压力的等比关系计算待钻井点在其他单层的压力值。
本发明通过劈分单层的注采量，利用物质平衡方法计算单层的平均压力，然后利用周围井对待钻井点的综合影响，计算对应点的压力，然后通过待钻井点测压深度的压力与对应单层平均压力的等比关系计算待钻井点在其他单层的压力值。本发明从油藏工程角度出发，提出的方法简单、可靠，且适用性更强，可以更广泛的应用到现场安全钻井，并且，此方法主要是计算点的压力，更具有针对性和实用性。
进一步的，所述步骤1)中，利用单层渗透率、渗流阻力、井底流压计算劈分系数，利用劈分系数计算单层注入量和采出量。
进一步的，所述劈分系数的计算公式为：
其中，Δp为注采压差，MPa；Ri为第i小层的渗流阻力，m.Pa.s/(μm2×cm)；n为目的层划分的单层数。
进一步的，所述利用物质平衡方法计算单层平均压力的计算公式为：
式中：为平均地层压力，MPa；Pi为第i小层原始地层压力力，MPa；Q1为注入量，m3/d；Q2为采出量，m3/d；Bw为水体积系数；Bo为油体积系数；t为生产时间，d；Ct为综合压缩系数；φ为孔隙度；h为地层砂厚；re为泄压半径，m，所述泄压半径为注水井采油井之间地层压力为原始地层压力的点距离注水井之间的距离；L为注采井距，m。
进一步的，所述步骤2)中，利用压力叠加原理结合待钻井点周围井的产量、压力数据及井距计算待钻井点对应测压深度的压力。
进一步的，所述步骤2)中，如果待钻井点在注水井与采油井之间的连线上，则直接利用注水井和采油井的测压数据及井距，计算待钻井点对应测压深度的压力。
进一步的，计算待钻井点对应测压深度的压力的公式为：
式中：Pa为待钻井点的地层压力，MPa；Pb为注水井的地层压力，MPa；Pc为采油井的地层压力，MPa；L为采油井与注水井之间的距离，m；S为待钻井与注水井之间的距离，m。
进一步的，如果周围井没有测压数据，则利用地层压力＝套压+动液面液柱压力，计算注水井、采油井的地层压力。
进一步的，所述步骤3)中，将待钻井点测压深度对应到某个单层的方法是：通过查表法获取待钻井点测压深度对应的单层。
进一步的，所述步骤3)中，根据等比关系计算待钻井点在其他单层的压力值的公式为：
附图说明
图1是本发明地层压力预测方法实施例1中非活塞式驱替含水饱和度剖面示意图；
图2是本发明地层压力预测方法实施例1中井位分布示意图；
图3是本发明地层压力预测方法实施例3中井位分布示意图；
图4是本发明地层压力预测方法原理图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，即所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
地层压力预测方法实施例1：
本实施例中提供了针对注水注聚井区地层压力预测的方法，如图4所示，主要涉及以下步骤：
1)将待钻井点目的层分为若干个单层，劈分单层注入量和采出量，利用物质平衡方法计算单层平均压力。
对于笼统注水，首先要劈分出单层的注采量，那么首先采用技术中的方法求出劈分系数，然后根据劈分系数计算得到单层的注采量，本实施例中提出的一种利用单层渗透率、渗流阻力、井底流压等数据计算纵向劈分系数的方法，具体如下：
对于多层油藏笼统注水，某一时刻小层配注量Qi为：
如果定压差生产，多层油藏生产的注采压差：
ΔP＝Pi-PP (4)
如果定注入量生产，某一时刻各小层的配注量如下：
叠加式(5)中各小层配注量，可得该时刻注采井之间的注采压差为：
式中：
ki：第i层的渗透率，10-3μm2； Qi：第i层的注水量，m3/d；
Ai：第i层注水的横截面积，m； d：注采井距，m；
Ri：第i小层的渗流阻力，m.Pa.s/(μm2×cm)； Δp：注采压差，MPa；
λroi、λrwi：分别为第i小层油和水的相对流度，MPa-1；
Pi、Pp：分别为注水井和生产井的井底流压，MPa；
Qw：注水井总的注水量，m3/d。
考虑油水两相非活塞式驱替，不考虑毛管力和重力的影响，由B-L驱油理论，前缘推进方程为：
式中：
x(sw)：含水饱和度为sw时驱替前缘位置，m； Qi：小层配注量，m3/d；
Ai：第i层的横截面积，m2； φi：第i层的孔隙度；
fw：含水率； sw：含水饱和度。
随着小层注水前缘的推进，含水饱和度剖面不断变化，如图1所示，也随之不断变化，当注水驱替前缘df≤d，第i小层渗流阻力Ri可以表现为如下形式：
在0≤x≤df段，有：
在df≤x≤d段，含水饱和度按不变，为Swc，故有：
当小层见水后，该层的渗流阻力仅由式(8)中的第二部分组成：
式中：kro、krw：分别为两相渗流中油、水的相对渗透率；μ0、μw：分别为油、水两相的粘度，mPa.s。
由于相对渗透率kro、krw和位置x没有直接的函数关系表达式，很难直接求解渗流阻力的积分，但根据相对渗透率与Sw的函数关系以及式(7)中x和Sw的关系可以建立相对渗透率和x的间接关系，因此，一般采用数值方法计算渗流阻力第一段积分，同时考虑到实际相渗数据往往是分散的点列，可选用分段梯形公式进行积分数值求解。
在油水井配置关系相同的情况下，小层的有效注采压差越大，相应的配注量越大；小层的渗流阻力越大，相应的配注量越小，因此第i小层的劈分系数为：
当获得劈分系数后计算出单层注采量，结合体积系数等参数，利用物质平衡公式即可获得地层单层的平均压力，具体公式为：
式中：
平均地层压力，MPa； Pi：原始地层压力力，MPa；
Q1：注入量，m3/d； Q2：采出量，m3/d；
Bw：水体积系数； Bo：油体积系数；
t：生产时间，d； Ct：综合压缩系数；
φ：孔隙度； h：地层砂厚；
re：泄压半径，m； L：注采井距，m。
公式中的泄压半径re，我们定义为注采井之间地层压力为原始地层压力的点距离注水井之间的距离，可利用经验公式求取，公式为：
式中：IPR：注采比。
2)根据待钻井点周围井的产量、压力数据及井距计算待钻井点对应测压深度的压力。
上述物质平衡方法求取的是单层的平均压力，对于求取点的压力可利用压力叠加原理(即方法一)，即油层中任何一点的压力变化等于各井在该点上引起的压力变化的总和。压力变化也就是该点的原始压力与目前地层压力的差。示意图如图2所示，a点为预测点，周边注采井在工作过程中会不断对a点压力产生影响。
若已知周边井的井底压力：
式中：
Pi(a)：a点原始压力，MPa； P(a)：a点目前压力，MPa；
j：常数，生产井为1，注水井为2； Pwfi：i井的井底流压，MPa；
rei：i井边界半径，m； rew：i井井半径，m；
li：a点与i井井距，m；
若已知周边井的产量：
式中：
Qi：i井产量，m3/d； μ：油藏粘度，mPa.s；
ki：i井储层单层渗透率，10-3×μm2； hi：i井单层的有效厚度，m；
j：常数，注入井为1，生产井为2；孔隙度；
rei：i井边界半径，m； li：a点与i井井距，m；
由上述两个公式就可以求出预测点的点压力，其中需要说明的是：①若为注入井，Qi即为注入量，此时j值取1，为负压降，表示为升压。②现场生产井控制生产一般是定压力生产或定产量生产两种情况，公式(15)(16)分别为这两种控制下的压力叠加计算公式，运用时根据现场生产井控制情况选定对应公式。③选定公式后，等号右边就是各生产井与注入井在生产过程中对预测点造成的压力影响的具体数值，生产井计算结果取正值，注入井计算结果取负值，等号右边全部叠加后得一个总值，正则为降压，负则为升压，通过移项后与原始地层压力叠加后即可求得目前该点地层压力。
3)将待钻井点测压深度对应到某个单层，利用待钻井点测压深度的压力与对应单层平均压力的等比关系计算待钻井点在其他单层的压力值。
公式(15)、(16)计算的压力数据对应的深度与周边注采井的测压数据对应深度一致，本实施例中，采用查表法获取对应层位，由深度可查对应层位，由此获得预测点在某一单层的压力。再结合前面利用物质平衡求取的单层平均压力，利用等比例的原理可取得预测点在其它单层的压力数据，公式如下：
地层压力预测方法实施例2：
本实施例与上述地层压力预测方法实施例1的区别仅在于，在利用劈分系数计算单层的注采量时，若可用参数较少，可用地层系数劈分。
地层压力预测方法实施例3：
本实施例与上述地层压力预测方法实施例1的区别仅在于，为了更加快速的计算得到待钻井点在测压深度的压力值，在步骤2)中计算待钻井点的压力时，如果预测点两侧正好分别有注水井与采油井的压力数据与井距，示意图如图3所示，则可用采用以下方法(即方法二)计算，此方法更为简单便捷的方法。
根据待钻井点两侧的注水井和采油井计算待钻井点压力的计算公式为：
式中：
Pa——预测点的地层压力，MPa；
Pb——注水井的地层压力，MPa；
Pc——采油井的地层压力，MPa；
L——采油井与注水井之间的距离，m；
S——调整井与注水井之间的距离，m。
地层压力预测方法实施例4：
本实施例与上述地层压力预测方法实施例3的区别仅在于，如果在实际运用上述方法二过程中，周围井没有直接的测压数据，则可以利用公式“地层压力＝套压+动液面液柱压力”计算地层压力，具体如公式(18)所示。在利用公式(17)计算时，如果能找到多组数据，则每组均用上述公式计算，最后取平均值。
Pf＝Pt+ρgh (18)
式中：
Pf——地层压力，MPa；
Pt——套管压力，MPa；
ρ——环空液柱密度，kg/m3；
g——重力加速度，m2/s；
h——环空液柱高度，m；
地层压力预测方法实施例5：
本实施例与上述地层压力预测方法实施例1的区别仅在于：为了简化待钻井点在对应测压深度时的压力计算过程，可将图2中的注水井、采油井分组，分别求得压力值后，取其平均值作为计算结果。图2中，b、d、f为采油井，c、e、g为注水井，可将其分为c、a、f组，b、a、e组和d、a、g组。作为其他实施方式，也可以根据需要分成其他的组成形式。
地层压力预测方法的应用实施例：
本实例中给出了利用本发明的地层压力预测方法对某油田预钻调整井压力的预测过程：
某油田由于常年注水(聚)开发，注水(聚)压力高，加之油层渗透率高、连通性好，导致目的层压力系数高，形成高压层段，而上部地层疏松、承压能力低，井筒内高压和易漏失层共存，经常在钻进过程中发生溢流，现需要加密调整井，因此对预钻调整井的目标点进行压力预测。
为方便阐述，将待钻井目标点设为A点，所属地层有四个小层位，称为1，2，3，4层，深度范围1409～1525m，由劈分系数计算出的单层注采量如表1所示，此处需要说明的是统计时要注意注采井距离目标点的距离，水井需要考虑水流出控制范围的问题，生产井需要利用平均含水率将产液量油水分开，表1中为已经处理好的注采量结果。油体积系数为1.08，水体积系数取1，孔隙度为0.25，综合压缩系数为0.00077MPa-1。
表1 A点目的层单层注采量统计表
第一步是利用物质平衡公式计算地层的单层平均压力：
公式中涉及到一个新参数：泄压半径，我们定义为注采井之间地层压力等于原始地层压力的点与注水井之间的距离，可利用经验公式求取，公式为：
计算时结合停注规范中的停注范围以及统计周边注水井时的范围是0～500m，因此取L＝500m。计算re如下：
表2 A点各层泄压半径计算结果
| 层位 | IPR | L(m) | re(m) |
| 1 | 0.98 | 500 | 306.0 |
| 2 | 1.11 | 500 | 312.7 |
| 3 | 1.37 | 500 | 326.4 |
| 4 | 1.42 | 500 | 329.7 |
因此，计算得A点目的层的平均压力及平均压力系数如表3中所示：
表3 A点各层平均压力及平均压力系数
| 层位 | 中部深度(m) | 压力(MPa) | 压力系数 |
| 1 | 1410.5 | 12.84 | 0.93 |
| 2 | 1460 | 20.53 | 1.44 |
| 3 | 1500 | 17.92 | 1.22 |
| 4 | 1525 | 21.69 | 1.45 |
由物质平衡计算的只是小层的平均压力，要计算点的压力还是要综合周边注采井的数据。即前面提到的两种方法，在此处，因为满足第二种方法的条件，即有共线的注水井与采油井，可利用测压数据以及井距计算，所以此处用该方法计算。
此实施例中，在A点周围的注采井数据如下表所示：
表4 A点周围的注采井测压数据
| 井名 | 井别 | 测压深度 | 测压时间 | 测压数据 | 井距(m) |
| Q1 | 采油井 | 1500 | 2018.2.2 | 4.72 | 445 |
| J1 | 注水井 | 1500 | 2018.2.2 | 20.1 | 157 |
因此，可计算A点压力为16.09MPa，需要说明的是，此压力为A点深度为1500m对应的压力大小，且对应时刻为2018年2月2日左右。
现在求取得到A点对应深度1500m的压力，可查得1500m对应的层位为第3小层(主要目的层)，则取得A点第3小层的压力，如果要获得其它层的压力，此处的做法是利用如下公式：
最终计算结果如表5所示。
表5 A点各层位的压力计算结果
| 层位 | 中部深度(m) | 注采比 | 压力(MPa) | 压力系数 |
| 1 | 1410.5 | 1.01 | 11.53 | 0.83 |
| 2 | 1460 | 1.11 | 18.44 | 1.29 |
| 3 | 1500 | 1.37 | 16.09 | 1.09 |
| 4 | 1525 | 1.42 | 19.47 | 1.30 |
以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)将待钻井点目的层分为若干个单层，劈分单层注入量和采出量，利用物质平衡方法计算单层平均压力；
2)根据待钻井点周围井的产量、压力数据及井距计算待钻井点对应测压深度的压力；
3)将待钻井点测压深度对应到某个单层，利用待钻井点测压深度的压力与对应单层平均压力的等比关系计算待钻井点在其他单层的压力值。
2.根据权利要求1所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，所述步骤1)中，利用单层渗透率、渗流阻力、井底流压计算劈分系数，利用劈分系数计算单层注入量和采出量。
3.根据权利要求2所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，所述劈分系数的计算公式为：
其中，αi为劈分系数；Δp为注采压差，MPa；Ri为第i小层的渗流阻力，m.Pa.s/(μm2×cm)；n为目的层划分的单层数。
4.根据权利要求1所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，所述利用物质平衡方法计算单层平均压力的计算公式为：
式中：为单层平均压力，MPa；Pi为第i小层原始地层压力力，MPa；Q1为注入量，m3/d；Q2为采出量，m3/d；Bw为水体积系数；Bo为油体积系数；t为生产时间，d；Ct为综合压缩系数；φ为孔隙度；h为地层砂厚；re为泄压半径，m，所述泄压半径为注水井采油井之间地层压力为原始地层压力的点距离注水井之间的距离；L为注采井距，m。
5.根据权利要求1所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，所述步骤2)中，利用压力叠加原理结合待钻井点周围井的产量、压力数据及井距计算待钻井点对应测压深度的压力。
6.根据权利要求1所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，所述步骤2)中，如果待钻井点在注水井与采油井之间的连线上，则直接利用注水井和采油井的测压数据及井距，计算待钻井点对应测压深度的压力。
7.根据权利要求6所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，计算待钻井点对应测压深度的压力的公式为：
式中：Pa为待钻井点对应测压深度的压力，MPa；Pb为注水井的地层压力，MPa；Pc为采油井的地层压力，MPa；L为采油井与注水井之间的距离，m；S为待钻井与注水井之间的距离，m。
8.根据权利要求6所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，如果周围井没有测压数据，则利用地层压力＝套压+动液面液柱压力，计算注水井、采油井的地层压力。
9.根据权利要求1所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，所述步骤3)中，将待钻井点测压深度对应到某个单层的方法是：通过查表法获取待钻井点测压深度对应的单层。
10.根据权利要求1所述的注水注聚井区地层压力预测方法，其特征在于，所述步骤3)中，根据等比关系计算待钻井点在其他单层的压力值的公式为：
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