CN112070269A - 一种基于深度遍历的注采均衡调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于深度遍历的注采均衡调整方法，该方法将深度遍历算法引入到计算井组前缘位置的流程中，通过对选定层位及井组作为初始节点，形成系统的搜索路线。将单井数据与压力数据进行结合，按照B‑L方程进一步确定不同含水率时井组前缘位置，进而通过调整前缘位置或饱和度差异规则，保证油水两相水驱前缘均衡驱替。相比于传统确定水驱均衡驱替方法，新方法一方面将遍历搜索引入到计算过程中，基于此，另一方面将单井各项参数进行系统传递，通过控制单井理论泵口压力值，可以实现单井驱替位置的系统性变化，达到稳油控水的效果。
Description
技术领域
本发明属于油藏开发技术领域，具体涉及一种基于深度遍历的注采均衡调整方法。
背景技术
确定注水井水驱前缘的推进状况对油田的开发和调整具有重要的意义。目前确定水驱前缘位置的方法有贝克莱－列维尔特法、试井分析、微地震、等值渗流阻力、数值模拟方法等。周英方等人建立多层油藏非活塞式水驱驱替模型，确定各层的水驱注入量，最终计算注水见效时间与采收率之间的关系；徐庆岩等人利用特低渗透油藏渗流理论建立理论模型，推导了多层油藏考虑油相和水相启动压力梯度的水驱前缘计算公式；周春香等基于油水两相等值渗流阻力理论，在考虑储层纵向非均质性基础上，对水驱前缘推进距离进行定量刻画，并预计井组的见水时间。这些方法或不考虑储层非均质性对水驱规律的影响，或因求解过程复杂，难以准确定量描述水驱前缘推进距离。
驱替均衡程度与油田开发效果密切相关。降低高采油速度对水驱的影响，调整和重建水驱注采体系，改善水驱效果，实现均衡驱替十分重要。诸多学者以均衡驱替开发为指导，开展了层系井网设计、注采调配等一系列探索性的工作，取得了一定的成果。实现均衡驱替已经逐渐成为注水开发油田开发调整方案设计的目标之一，越来越受到重视。但是，均衡驱替开发理念目前仍处于起步阶段，对于驱替的均衡程度与油田开发效果的关系，主要是基于大量矿场实践经验的定性认识，缺少定量的、理论上的论证。
国内外学者在现有井网条件下，对油水井注采均衡调整方法开展了大量研究，提出一系列产液量和注水量调整方法。崔传智等研究了定液生产条件下均质油藏注采调整方法，严科、王德龙等研究了定液生产条件简化后非均质油藏注采调整方法，韩光明等研究了基于均衡驱替的多井干扰下产液量优化方法。冯其红等在在定性分析的基础上，基于油藏工程和渗流力学理论推导出均衡驱替井距及注采压差优化设计公式。这些方法大多难以实现定量计算，有些尽管提出了定量计算方法，但将实际油藏及生产过程简化，注采调整实施效果较差。
综上，目前对均衡驱替的计算都的针对性的，每一种计算方法也逐渐趋于完善，但是针对深度遍历计算的均衡驱替的研究还未见报道。
发明内容
为了实现注水开发均衡驱替系统性调控，本发明提供了一种基于深度遍历的注采均衡调整方法，该方法通过深度遍历的搜索方式，在保证井组及层系内驱替均衡的基础上，确定最优注采范围，保证最大产能释放。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于深度遍历的注采均衡调整方法，包括以下步骤：
步骤1)明确深度遍历规则，确定初始节点层位；
步骤2)基于正反向循环，计算遍历井组单井初始产能；
步骤3)基于井筒流动方程折算其他层压力及产能；
步骤4)小层内单井相渗拟合，计算其它层单井产量；
步骤5)计算前缘位置，调整均衡驱替。
步骤6)细化调整规则，保证最大产能。
步骤1)深度遍历规则的确定：按照先序遍历的递归方法，遵循“根节点-左节点-右节点”的顺序进行访问。即先访问根节点，再访问左子树，后访问右子树，而对于每一个子树来说，又按照同样的访问程序进行遍历。等效到实际油藏遍历时，首先选定小层内某一井组A作为根节点，在同一层系内，若A井组内与其他井组之间存在多口多向受效井，则以受效井为衔接，左右遍历同时进行，按照井筒流动方程进行压力折算到其他层位，折算层位作为子树；若A井组内与其他井组之间无受效井，则以A井组为根节点的遍历按照先左后右进行计算，直至所有井组遍历。
步骤2)基于生产现场实际，通过对现场水嘴及泵频的控制，进而实现对液量的控制及注采井流压值的控制。油嘴尺寸与液量变化呈正比关系，与流压值变化呈反比关系；泵频高低与液量变化呈正比关系，与流压值变化呈反比关系。通过对选定井组A的注采流压控制，结合历史井组平均地层压力与相渗曲线，按照平面径向流改进公式，确定选定井组A小层单井产能。若相邻井组内存在多向受效井，首先按照井组内注采连通系数确定A井组内产量贡献值，以此确定B井组内的产量贡献值。按照B井组受效井产量贡献值及注采联通系数，从而确定B注水井注入量。按照连通系数确定B井组内其他单井产量，结合改进产能公式确定B井组内单流压值。
步骤3)井筒流动方程折算流压值：考虑油相在井筒内的一维流动，根据单元体分析方法中的质量守恒与动量守恒原则，建立井筒内流体流动方程，确定井筒内压力变化梯度。同时假设在一个或者多个互相连通或不连通的长方体形状的储层中，各井可能包含垂直井段、倾斜井段、水平井段，并且在各层均打开和射孔以后，它们将处于同一压力系统中，但是各互不连通的油层之间的压力传递是通过井筒联系在一起的。通过考虑井筒与水平方向的夹角来判断不同开发井型井筒压力梯度方程。基于此，对不同层位单井流压值进行折算，确定小层生产流压。进而通过改进产能计算公式，计算单井小层产能。
步骤4)单井小层相渗拟合：通过改进产能计算公式，确定单井小层产油及产液量，由于注水开发储层物性在不断变换，其中对油水相对渗透率曲线需要进行实时调整。将产能公式计算产油量与实际测试数据进行对比，结合理论相渗曲线对油相相渗进行拟合，同时依据拟合后含水率对混合相粘度及混合相渗透率进行确定，通过改进产能公式确定更新后产油量与产液量，并与测试数据进行拟合，确定最终相渗曲线。通过该方法对单井小层相渗进行拟合，可以确定单井不同层内相渗曲线，并指导后续产能预测。基于此，结合步骤3计算方法及流程，对单井小层产能做到实时更新，保证计算的准确性。
步骤5)前缘位置及含水饱和度计算：通过步骤3、4计算后，对单井小层产能进行更新，从而确定此时相渗曲线及单井小层含水率。通过含水饱和度与含水率关系图版及含水饱和度与含水上升率图版，确定此时前缘含水饱和度及前缘含水上升率，进而判断此时单井小层内见水状态。对于未见水小层，通过贝克莱--列维尔特方程确定小层内单井前缘推进位置，进而确定单位时间内出口端含水饱和度发生变化后所需要的累计配注量，主要受前缘推进位置影响；对于见水小层，出口端已突破前缘，出口端所需累计配注量主要受到含水饱和度的影响。由于贝克莱方程中渗流截面积对前缘推进位置的影响较大，同时渗流截面积能够反映渗流通道的连通及大小等特征，基于此，通过对伯谡叶方程进行改进，将生产区块或生产层系厚度进行综合考虑，将整个区块或层系的射开厚度等效为流管直径，进而通过等效流管数来计算注采层段间的渗流截面积。
步骤6)通过对各小层内水驱前缘的确定，进而判断是否需要进行调整。针对未见水井及未见水层位，出口端含水饱和度等于前缘含水饱和度，通过前缘推进方程计算此时前缘推进位置及单井小层配注量，计算此时前缘推进速度；针对见水井及见水层位，前缘已经突破井距，此时出口端含水饱和度不断变化，计算配注量及含水饱和度差异值。针对层系内同时存在未见水及见水状态同时存在的情况下，此时调整参数按照含水饱和度差异值作为调整参数进行均衡调整。由于现场对水嘴及泵频的调整不能够实时及频繁调整，同时对液量变化也会产生较大影响，从而对流压值的调整难以调控。
基于此通过优化算法及调整规则对T时刻内，同一层内不同井组，以前缘推进速度及饱和度差异作为调整参数，以实际流压变化作为约束条件进行遍历计算，计算井组内前缘推进速度及饱和度差异最小，满足精度要求。其中前缘推进速度差异保证在0.001，即井组内各单井前缘推进速度之间差异最小，同时按照优化算法保证第N次遍历时单井前缘推进速度较第N-1次上下浮动0.001；饱和度差异精度在0.0001内，即井组内各井单次调整含水饱和度之间最小，同时保证单井较上一次遍历计算结果上下浮动0.0001。
遍历过程中，各单井流压值变化范围为-0.3MPa～+0.3MPa，各井在进行流压值调整时，按照混合正交设计思路，对井组内各井流压取值进行正交组合，在保证各类组合搜索全面的同时，确保搜索次数。(1)多层多井组复杂关联：通过选定层位内的选定井组，给出其初始流压值，通过井筒流动方程折算其他层单井流压值；依据正反向计算规则，计算同一层系内关联井组内单井流压。(2)单层多井组关联：依据选定井组初始流压值按照正反向计算规则确定关联井组内各单井流压值。(3)水平井或单采井：依据混合正交规则将该类井与其余合采井进行混合正交。
在多次遍历结果中保证各层段配注量之和在井的总配注量之内，油井产能最大，遍历结束。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步的，步骤1)中当目标区块井网部署复杂，井间关联较多的情况时，按照深度二叉树遍历能够保证在复杂井网下的遍历规则。特别是针对不同层系或层段内，单井合注合采的情况，遍历时按照井组作为遍历节点，先序遍历能够保证在独立井及多向受效井同时存在时全部搜索到。以附图中的节点图进行说明，先序遍历顺序为：1、2、4、5、7、8、3、6。
进一步的，步骤2)中，针对多向受效井需要将受效方向明确，按照井间历史拟合后所得连通系数将单井产量在各个方向上进行重新分配。按照改进产能公式对A井组内多向受效井产量进行计算，通过液量分流的思想将连通系数进行转化为分配系数，以此确认B井组对多向受效井的产能贡献。
进一步的，步骤3)中在针对不同井型的井筒内压力梯度计算时，结合完井资料对不同井段进行分别计算：垂直段、倾斜段、水平段。完井段与水平方向的夹角对压力梯度变化影响较大。通过对选定层位流压值的求取，分别对其他层系流压值进行折算。
进一步的，步骤4)，单井相渗拟合中需要将计算产能与实际产吸液剖面进行对比。按照初始区块或层段相渗曲线计算产油量，对相关参数包括油相相渗、混合流体黏度等进行修正，通过计算更新后含水率后对产水量进行再次拟合从而更新水相相渗。最终将油水相渗重新更新，按照更新后参数进行下一时刻产能计算。
本发明的有益效果为：
一种基于深度遍历的注采均衡调整方法，通过该方法对注水开发过程中前缘推进下均衡驱替进行系统性计算，实现对前缘推进速度及含水饱和度差异参数的控制，在理论方法中实现对单井流压值的调控，在实际现场控制中，将流压调控与泵频、水嘴等相结合。新方法不仅实现注水开发水驱前缘“系统性”计算，也能够付现场指导稳油控水提供理论指导。
附图说明
图1为本发明实施中深度遍历次序示意图；
图2为本发明实施中实际井网遍历示意图；
图3为本发明实施中基于正反向计算单井产能示意图；
图4为本发明实施中井筒流压折算示意图；
图5为本发明实施中优选几种搜索遍历下注采量对比图；
图6为本发明实施中选定遍历方案中单井水驱前缘结果示意图；
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
本发明将通过下述非限定性实施例加以进一步说明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例：B油田遍历计算及均衡驱替控制
B油田涉及工区范围较大，纵向层系展布较广，且整个工区范围内涉及边底水影响，且井网部署不完善，水平注采井较多。油田进入中高含水期后，水淹规律复杂，表现为平面水驱不均，优势渗流通道明显，含水上升很快，自然递减率较大。
通过对B油田生产现状进行分析，由于其井网的不完善性，首先对区块内各层系井网进行划分，按照井史数据对区块及单井进行历史拟合，确定井组内注采井连通系数。按照步骤4，结合测试数据对单井小层相渗曲线进行拟合，从而对相渗曲线进行更新。
按照步骤1的计算流程及方法，首先将井网进行划分，从而确定各个井组或节点，从任意层位内选取某一个井组A作为初始根节点，按照先序遍历进行遍历搜索，确定第一次搜索次序。首先选定小层内某一井组A作为根节点，在同一层系内，若A井组内与其他井组之间存在多口多效受效井，则以受效井为衔接，左右遍历为同时进行，后按照井筒流动方程进行压力折算到其他层位，折算层位作为子树；若A井组内与其他井组之间无受效井，则以A井组为根节点的遍历按照先左后右进行计算，直至所有井组遍历。图1，所示为遍历基本流程图，遍历方向为1、2、4、5、7、8、3、6。图2为研究区井网部署示意图，给出关联井组与独立井组遍历方向，图中A0为多层多井组复杂关联，A1、A2为单层多井组关联。
按照步骤2，如图3，首先通过正反向原则对选定井组及关联井组计算理论流压值，按照步骤1先序搜索次序确定同层系内流压值赋值与计算方向，按照平面径向流改进公式，确定选定井组A小层单井产能。若相邻井组内存在多向受效井，首先按照井组内注采连通系数确定A井组内产量贡献值，以此确定B井组内的产量贡献值。按照B井组受效井产量贡献值及注采联通系数，从而确定B注水井注入量。按照连通系数确定B井组内其他单井产量，结合改进产能公式确定B井组内单流压值。如图4按照步骤3井筒流动方程对单井不同层系下井筒流压值进行折算。基于此按照步骤4更新后的相渗曲线，确定单井前缘含水饱和度及对应的含水上升率，判断此时井组内各井见水、未见水、部分见水情况。
表1本发明实施中选定遍历方案中单井拟合结果对比
按照步骤5)贝克莱-列维尔特方程分别对不同见水状态下前缘推进位置及含水饱和度进行计算。基于此，按照步骤6)方法，通过对各小层内水驱前缘的确定，进而判断是否需要进行调整。针对未见水井及未见水层位，出口端含水饱和度等于前缘含水饱和度，通过前缘推进方程计算此时前缘推进位置及单井小层配注量，计算此时前缘推进速度；针对见水井及见水层位，前缘已经突破井距，此时出口端含水饱和度不断变化，计算配注量及含水饱和度差异值。针对层系内同时存在未见水及见水状态同时存在的情况下，此时调整参数按照含水饱和度差异值作为调整参数进行均衡调整。
通过优化算法及调整规则对T时刻内，同一层内不同井组，以前缘推进速度及饱和度差异作为调整参数，以实际流压变化作为约束条件进行遍历计算，计算井组内前缘推进速度及饱和度差异最小，满足精度要求，其中前缘推进速度差异保证在0.001，饱和度差异精度在0.0001内，同时保证各层段配注量之和在井的总配注量之内，油井产能最大，遍历结束。如图5为实施例范围内各遍历注采量及含水率对比，结果显示遍历四中产油量最多，含水最低，推荐该遍历过程为最优方案。图6为遍历四结果下单井水驱前缘推进位置示意图，其中1167层前缘推进位置为221.68米，井距300米，未突破前缘，通过与测试数据结果对比见水时间，显示结果可靠。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于深度遍历的注采均衡调整方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1)明确深度遍历规则，确定初始节点层位；
步骤2)基于正反向循环，计算遍历井组单井初始产能；
步骤3)基于井筒流动方程折算其他层压力及产能；
步骤4)小层内单井相渗拟合，计算其它层单井产量；
步骤5)计算前缘位置，调整均衡驱替；
步骤6)细化调整规则，保证最大产能。
2.根据权利要求1所述的基于深度遍历的注采均衡调整方法，其特征在于，所述步骤1的技术路线为：按照先序遍历的递归方法，遵循“根节点-左节点-右节点”的顺序进行访问；即先访问根节点，再访问左子树，后访问右子树，而对于每一个子树来说，又按照同样的访问程序进行遍历；等效到实际油藏遍历时，首先选定小层内某一井组A作为根节点，在同一层系内，若A井组内与其他井组之间存在多口多效受效井，则以受效井为衔接，左右遍历为同时进行，后按照井筒流动方程进行压力折算到其他层位，折算层位作为子树；若A井组内与其他井组之间无受效井，则以A井组为根节点的遍历按照先左后右进行计算，直至所有井组遍历。
3.根据权利要求1所述的基于深度遍历的注采均衡调整方法，其特征在于，所述步骤2的技术路线为：基于生产现场实际，通过对现场水嘴及泵频的控制，进而实现对液量的控制及注采井流压值得控制；油嘴尺寸与液量变化呈正比关系，与流压值变化呈反比关系；泵频高低与液量变化呈正比关系，与流压值变化呈反比关系；通过对选定井组A的注采流压控制，结合历史井组平均地层压力与相渗曲线，按照平面径向流改进公式，确定选定井组A小层单井产能；若相邻井组内存在多向受效井，首先按照井组内注采连通系数确定A井组内产量贡献值，以此确定B井组内的产量贡献值；按照B井组受效井产量贡献值及注采联通系数，从而确定B注水井注入量；按照连通系数确定B井组内其他单井产量，结合改进产能公式确定B井组内单流压值；在此基础上，通过折算井筒内液柱平均密度，对井组内平均地层压力进行折算，结合单井生产流压，计算注采压差，依据改进产能计算公式，计算B进组内各井产能。
4.根据权利要求1所述的基于深度遍历的注采均衡调整方法，其特征在于，所述步骤3的技术路线为：考虑油相在井筒内的一维流动，根据单元体分析方法中的质量守恒与动量守恒原则，建立井筒内流体流动方程，确定井筒内压力变化梯度；同时假设在一个或者多个互相连通或不连通的长方体形状的储层中，各井可能包含垂直井段、倾斜井段、水平井段，并且在各层均打开射孔以后，它们将处于同一压力系统中，各户部连通的油层之间的压力传递是通过井筒联系在一起；通过考虑井筒与水平方向的夹角来判断不同开发井型井筒压力梯度方程；对不同层位单井流压值进行折算，确定小层生产流压；进而通过改进产能计算公式，计算单井小层产能。
5.根据权利要求1所述的基于深度遍历的注采均衡调整方法，其特征在于，所述步骤4的技术路线为：通过改进产能计算公式，确定单井小层产油及产液量，由于注水开发储层物性在不断变换，其中对油水相对渗透率曲线需要进行实时调整；将产能公式计算产油量与实际测试数据进行对比，结合理论相渗曲线对油相相渗进行拟合，同时依据拟合后含水率对混合相粘度及混合相渗透率进行确定，通过改进产能公式确定更新后产油量与产液量，并与测试数据进行拟合，确定最终相渗曲线；通过该方法对单井小层相渗进行拟合，可以确定单井不同层内相渗曲线，并指导后续产能预测；基于此，结合步骤3计算方法及流程，对单井小层产能做到实时更新，保证计算的准确性。
6.根据权利要求1所述的基于深度遍历的注采均衡调整方法，其特征在于，所述步骤5的技术路线为：通过步骤3、4计算后，对单井小层产能进行更新，从而确定此时相渗曲线及单井小层含水率；通过含水饱和度与含水率关系图版及含水饱和度与含水上升率图版，确定此时前缘含水饱和度及前缘含水上升率，进而判断此时单井小层内见水状态；对于未见水小层，通过贝克莱--列维尔特方程确定小层内单井前缘推进位置，进而确定单位时间内出口端含水饱和度发生变化后所需要的累计配注量，主要受前缘推进位置影响；对于见水小层，出口端已突破前缘，出口端所需累计配注量主要受到含水饱和度的影响；通过对伯谡叶方程进行改进，将生产区块或生产层系厚度进行综合考虑，将整个区块或层系的射开厚度等效为流管直径，进而通过等效流管数来计算注采层段间的渗流截面积。
7.根据权利要求1所述的基于深度遍历的注采均衡调整方法，其特征在于，所述步骤6的技术路线为：通过对各小层内水驱前缘的确定，进而判断是否需要进行调整，针对未见水井及未见水层位，出口端含水饱和度等于前缘含水饱和度，通过前缘推进方程计算此时前缘推进位置及单井小层配注量，计算此时前缘推进速度；针对见水井及见水层位，前缘已经突破井距，此时出口端含水饱和度不断变化，计算配注量及含水饱和度差异值；针对层系内同时存在未见水及见水状态同时存在的情况下，此时调整参数按照含水饱和度差异值作为调整参数进行均衡调整；通过优化算法及调整规则对T时刻内，同一层内不同井组，以前缘推进速度及饱和度差异作为调整参数，以实际流压变化作为约束条件进行遍历计算，计算井组内前缘推进速度及饱和度差异最小，满足精度要求，其中前缘推进速度差异保证在0.001，饱和度差异精度在0.0001内，同时保证各层段配注量之和在井的总配注量之内，油井产能最大，遍历结束。
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