CN112576243A - 注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，该注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法包括：步骤1，收集储层及注水井物性参数；步骤2，求解地层孔隙度变化差分方程；步骤3，求解地层渗透率；步骤4，通过室内驱替实验获得扩散率Dx数值；步骤5，将扩散率Dx数值代入模型计算，输出结果。该注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法通过计算油气储集层距离井筒不同位置的渗透率变化，实现了对注入水中固相悬浮物对油气储集层污染范围以及污染程度的预测，为注水开发油气田水质指标制定以及储层改造时机提供借鉴。
Description
技术领域
本发明涉及油气田注水开发技术领域，特别是涉及到一种注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法。
背景技术
随着滚动勘探进程，史深100区块自2011年开始对东部、主体及北部逐年矢量化加密调整，尽管整体开发效果较好，但是单井日液、日注能力均大幅下滑，在统一注水如水质下，区域差异化明显逐渐突出，不同区域措施有效期存在较大差异，目前预测方法不能及时有效的体现出区域差异化的特点，因此需要建立水质悬浮物与储层孔喉渗透率之间的伤害关系，为油藏开发调整提供技术支撑。为此我们发明了一种新的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现对注水开发油气田因注入水中固相悬浮物堵塞而导致的油气储集层渗透率降低程度的预测的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，该注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法包括：步骤1，收集储层及注水井物性参数；步骤2，求解地层孔隙度变化差分方程；步骤3，求解地层渗透率；步骤4，通过室内驱替实验获得扩散率Dx数值；步骤5，将扩散率Dx数值代入模型计算，输出结果。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤2中，基于如下模型假设：
①模拟过程中所使用的地层为各向同性、均质、微可压缩地层；
②地层中的流体为微可压缩流体，并且流体在地层中的渗流为等温渗流；
③忽略毛管力、重力在渗流过程中的影响；
④假设固相颗粒均质圆粒、地层中无固相微粒沉积；
⑤不考虑注入水中固相颗粒的压缩性。
在步骤2中，通过构建储集层径向模型得到径向流过程中预测注入水中固相颗粒对储层造成损害的数学模型，如式(1)：
式中Φ——地层孔隙度；
Φ0——初始地层孔隙度；
r——地层任意一点距离井筒的水平距离，m；
Q——注入水流量，m3/s；
ρs——固相颗粒的密度，g/cm3；
i——无因次数；
C0——流体中固相颗粒的初始浓度，g/cm3；
h——地层厚度，m；
t——注水时间，d；
Dx——扩散率，m2/s；
该方程无法求得其解析解，对其进行离散化，建立该方程的差分方程进行求解；在求解该微分方程时，采用等比级数网格，即在井底附近压力变化较快时采用小网格详细记录压力变化，在距井底较远、压力变化慢的位置处采用大网格记录较远位置；
式中Δt——时间微元，d；
Δx——距离微元，m；
Φi——第i个微元处的地层孔隙度；
rw——井筒半径，m；
A——注入面积，m2；
Dx——扩散率，m2/s；
上式(2)即为式(1)经离散化后所得的差分方程，当将Δt和Δx取得合适的值进行确定后，结合初始条件和边界条件就可以运用计算机编程的方法对其进行数值求解，求得任意时刻时地层中的孔隙度的分布。
在步骤3中，由Kozeny-Carman方程得到地层渗透率与地层孔隙度之间的关系如式(3)：
式中K——地层渗透率，μm2；
KZ——Kozeny常数；
Φ——地层孔隙度；
当地层介质的性质不随着注入水中固相颗粒的入侵而变化时，Kozeny常数KZ为一个定值，通过初始渗透率和初始孔隙度的值根据上式(3)计算求得；通过上式(3)得到地层中任意位置处渗透率随着时间的变化，从而得到注入水中固相颗粒对储集层的损害的模拟结果。
在步骤4中，通过室内驱替实验获得扩散率Dx数值；通过开展室内驱替实验的手段，检测岩心在某一特定数值条件下的渗透率损害程度，与不同扩散率Dx值条件下的渗透率损害率进行匹配，优选匹配程度最佳的扩散率Dx值作为目标区域的扩散率Dx值。
在步骤4中，用平流泵定流量为0.9mL/s，其中注入水中固相颗粒浓度为2mg/L，岩心为80mm×φ25.4mm的线性岩心，测出不同注水时间下的岩心两侧压差，计算得到岩心平均渗透率和岩心损害程度。
本发明中的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，引入固相悬浮物扩散率，单位是m2/s，物理意义是注入水中固相悬浮物在单位时间内在地层中扩散的面积，其数值只与油气储集层本身有关，通过开展室内驱替实验反求扩散率数值。通过计算油气储集层距离井筒不同位置的渗透率变化，实现了对注入水中固相悬浮物对油气储集层污染范围以及污染程度的预测，为注水开发油气田水质指标制定以及储层改造时机提供借鉴。
附图说明
图1为本发明的一具体实施例中渗透率损害率随Dx变化的示意图；
图2为本发明的一具体实施例中实验渗透率变化与模型求解所得渗透率变化对比图；
图3为本发明的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法的一具体实施例的流程图。
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，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图3所示，图3为本发明的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法的流程图。
实施例1：
步骤101，收集储层及注水井物性参数，输入数学模型。
步骤102，通过编程手段求解地层孔隙度变化差分方程。
基于如下模型假设：
①模拟过程中所使用的地层为各向同性、均质、微可压缩地层；
②地层中的流体为微可压缩流体，并且流体在地层中的渗流为等温渗流；
③忽略毛管力、重力在渗流过程中的影响；
④假设固相颗粒均质圆粒、地层中无固相微粒沉积；
⑤不考虑注入水中固相颗粒的压缩性。
通过构建储集层径向模型得到径向流过程中预测注入水中固相颗粒对储层造成损害的数学模型，如式(1)：
式中Φ——地层孔隙度；
Φ0——初始地层孔隙度；
r——地层任意一点距离井筒的水平距离，m；
Q——注入水流量，m3/s；
ρs——固相颗粒的密度，g/cm3；
i——无因次数；
C0——流体中固相颗粒的初始浓度，g/cm3；
h——地层厚度，m；
t——注水时间，d。
该方程无法求得其解析解，对其进行离散化，建立该方程的差分方程进行求解。在求解该微分方程时，采用等比级数网格，即在井底附近压力变化较快时采用小网格详细记录压力变化，在距井底较远、压力变化慢的位置处采用大网格可以记录较远位置。
式中Δt——时间微元，d；
Δx——距离微元，m；
Φi——第i个微元处的地层孔隙度；
rw——井筒半径，m；
A——注入面积，m2；
Dx——扩散率，m2/s。
上式(2)即为式(1)经离散化后所得的差分方程，当将Δt和Δx取得合适的值进行确定后，结合初始条件和边界条件就可以运用计算机编程的方法对其进行数值求解，求得任意时刻时地层中的孔隙度的分布。
步骤103，通过Kozeny-Carman方程求解地层渗透率。
由Kozeny-Carman方程可以得到地层渗透率与地层孔隙度之间的关系如式(3)：
式中K——地层渗透率，μm2；KZ——Kozeny常数。
当地层介质的性质不随着注入水中固相颗粒的入侵而变化时，Kozeny常数KZ为一个定值，可以通过初始渗透率和初始孔隙度的值根据上式(3)计算求得。通过上式(3)可以得到地层中任意位置处渗透率随着时间的变化，从而得到注入水中固相颗粒对储集层的损害的模拟结果。流程进入到步骤104。
步骤104，通过室内驱替实验获得扩散率Dx数值。通过开展室内驱替实验的手段，检测岩心在某一特定数值条件下的渗透率损害程度，与不同扩散率Dx值条件下的渗透率损害率进行匹配，优选匹配程度最佳的扩散率Dx值作为目标区域的扩散率Dx值。
步骤105，将扩散率Dx数值代入模型计算，输出结果。
实施例2：
步骤101，收集储层及注水井物性参数，输入数学模型。
步骤102，通过编程手段求解地层孔隙度变化差分方程。
基于如下模型假设：
①模拟过程中所使用的地层为各向同性、均质、微可压缩地层；
②地层中的流体为微可压缩流体，并且流体在地层中的渗流为等温渗流；
③忽略毛管力、重力在渗流过程中的影响；
④假设固相颗粒均质圆粒、地层中无固相微粒沉积；
⑤不考虑注入水中固相颗粒的压缩性。
通过构建储集层径向模型得到径向流过程中预测注入水中固相颗粒对储层造成损害的数学模型，如式(1)：
式中Φ——地层孔隙度；
Φ0——初始地层孔隙度；
r——地层任意一点距离井筒的水平距离，m；
Q——注入水流量，m3/s；
ρs——固相颗粒的密度，g/cm3；
i——无因次数；
C0——流体中固相颗粒的初始浓度，g/cm3；
h——地层厚度，m；
t——注水时间，d。
该方程无法求得其解析解，对其进行离散化，建立该方程的差分方程进行求解。在求解该微分方程时，采用等比级数网格，即在井底附近压力变化较快时采用小网格详细记录压力变化，在距井底较远、压力变化慢的位置处采用大网格可以记录较远位置。
式中Δt——时间微元，d；
Δx——距离微元，m；
Φi——第i个微元处的地层孔隙度；
rw——井筒半径，m；
A——注入面积，m2；
Dx——扩散率，m2/s。
上式(2)即为式(1)经离散化后所得的差分方程，当将Δt和Δx取得合适的值进行确定后，结合初始条件和边界条件就可以运用计算机编程的方法对其进行数值求解，求得任意时刻时地层中的孔隙度的分布。
步骤103，通过Kozeny-Carman方程求解地层渗透率。
由Kozeny-Carman方程可以得到地层渗透率与地层孔隙度之间的关系如式(3)：
式中K——地层渗透率，μm2；KZ——Kozeny常数。
当地层介质的性质不随着注入水中固相颗粒的入侵而变化时，Kozeny常数KZ为一个定值，可以通过初始渗透率和初始孔隙度的值根据上式(3)计算求得。通过上式(3)可以得到地层中任意位置处渗透率随着时间的变化，从而得到注入水中固相颗粒对储集层的损害的模拟结果。流程进入到步骤104。
步骤104，通过室内驱替实验获得扩散率Dx数值。通过开展室内驱替实验的手段，检测岩心在某一特定数值条件下的渗透率损害程度，与不同扩散率Dx值条件下的渗透率损害率进行匹配，优选匹配程度最佳的扩散率Dx值作为目标区域的扩散率Dx值。
实验中，使用平流泵定流量为0.9mL/s，其中注入水中固相颗粒浓度为2mg/L，岩心为80mm×φ25.4mm的线性岩心，测出不同注水时间下的岩心两侧压差，计算得到岩心平均渗透率和岩心损害程度。实验中所采用的岩心参数如表1，所得实验结果如表2，可见随着注水时间逐渐增加岩心渗透率损害程度逐渐增加。
表1实验参数
表2室内试验中岩心渗透率随注入体积的变化
当模型满足上述条件时，用线性岩心损害率随着Dx变化情况如图1所示。从图1我们可以看到实验数据与Dx＝0.0008m2/s时的数据拟合较好，因此我们取Dx＝0.0008m2/s，通过模型得到渗透率结果见表3，将上述结果绘图如图2。
表3数学模型求解岩心平均渗透率随注入体积变化
从图2中可以看出，模型计算数据与实验数据拟合较好，由于岩心的非均质性，和建模过程中假设条件的影响，可能会使两者之间存在较小误差。流程进入到步骤104。
步骤105，将扩散率Dx数值代入模型计算，输出结果。
Claims (6)
1.注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，其特征在于，该注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法包括：
步骤1，收集储层及注水井物性参数；
步骤2，求解地层孔隙度变化差分方程；
步骤3，求解地层渗透率；
步骤4，通过室内驱替实验获得扩散率Dx数值；
步骤5，将扩散率Dx数值代入模型计算，输出结果。
2.根据权利要求1所述的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，其特征在于，在步骤2中，基于如下模型假设：
①模拟过程中所使用的地层为各向同性、均质、微可压缩地层；
②地层中的流体为微可压缩流体，并且流体在地层中的渗流为等温渗流；
③忽略毛管力、重力在渗流过程中的影响；
④假设固相颗粒均质圆粒、地层中无固相微粒沉积；
⑤不考虑注入水中固相颗粒的压缩性。
3.根据权利要求2所述的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，其特征在于，在步骤2中，通过构建储集层径向模型得到径向流过程中预测注入水中固相颗粒对储层造成损害的数学模型，如式(1)：
式中Φ——地层孔隙度；
Φ0——初始地层孔隙度；
r——地层任意一点距离井筒的水平距离，m；
Q——注入水流量，m3/s；
ρs——固相颗粒的密度，g/cm3；
i——无因次数；
C0——流体中固相颗粒的初始浓度，g/cm3；
h——地层厚度，m；
t——注水时间，d；
Dx——扩散率，m2/s；
该方程无法求得其解析解，对其进行离散化，建立该方程的差分方程进行求解；在求解该微分方程时，采用等比级数网格，即在井底附近压力变化较快时采用小网格详细记录压力变化，在距井底较远、压力变化慢的位置处采用大网格记录较远位置；
式中Δt——时间微元，d；
Δx——距离微元，m；
Φi——第i个微元处的地层孔隙度；
rw——井筒半径，m；
A——注入面积，m2；
Dx——扩散率，m2/s；
上式(2)即为式(1)经离散化后所得的差分方程，当将Δt和Δx取得合适的值进行确定后，结合初始条件和边界条件对其进行数值求解，求得任意时刻时地层中的孔隙度的分布。
4.根据权利要求1所述的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，其特征在于，在步骤3中，由Kozeny-Carman方程得到地层渗透率与地层孔隙度之间的关系如式(3)：
式中K——地层渗透率，μm2；
KZ——Kozeny常数；
Φ——地层孔隙度；
当地层介质的性质不随着注入水中固相颗粒的入侵而变化时，Kozeny常数KZ为一个定值，通过初始渗透率和初始孔隙度的值根据上式(3)计算求得；通过上式(3)得到地层中任意位置处渗透率随着时间的变化，从而得到注入水中固相颗粒对储集层的损害的模拟结果。
5.根据权利要求1所述的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，其特征在于，在步骤4中，通过室内驱替实验获得扩散率Dx数值；通过开展室内驱替实验的手段，检测岩心在某一特定数值条件下的渗透率损害程度，与不同扩散率Dx值条件下的渗透率损害率进行匹配，优选匹配程度最佳的扩散率Dx值作为目标区域的扩散率Dx值。
6.根据权利要求5所述的注入水中悬浮物导致的油气储集层孔隙堵塞的预测方法，其特征在于，在步骤4中，用平流泵定流量为0.9mL/s，其中注入水中固相颗粒浓度为2mg/L，岩心为80mm×φ25.4mm的线性岩心，测出不同注水时间下的岩心两侧压差，计算得到岩心平均渗透率和岩心损害程度。
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