CN114282387A - 一种基于dts的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法 - Google Patents

一种基于dts的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法 Download PDF

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CN114282387A CN202111642620.1A CN202111642620A CN114282387A CN 114282387 A CN114282387 A CN 114282387A CN 202111642620 A CN202111642620 A CN 202111642620A CN 114282387 A CN114282387 A CN 114282387A
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罗红文
向雨行
李海涛
于皓
张琴
李颖
蒋贝贝
刘畅
高素娟
刘子民
聂松
马欣
张启辉
朱晓萍
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Southwest Petroleum University
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Abstract

本发明公开了一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，包括以下步骤：根据储层及井筒参数，设置初始赋值反演目标参数向量及阻尼因子，设置初始迭代步数；计算第k步反演迭代的温度剖面反演误差；计算第k步迭代的温度雅克比矩阵及对应的温度对角矩阵；根据温度对角矩阵计算反演目标参数增量；计算第k+1步的温度剖面和对应的k+1步的反演误差；将k步与k+1步中的反演误差进行比较；若满足迭代终止条件则完成迭代并输出第k+1步的反演参数向量作为稠油油藏注蒸汽水平井反演解释结果，若不满足则从第k步开始重复迭代，直至满足终止条件，本发明提供了一种对稠油油藏生产和量化评价的新思路和新手段，同时也能显著的提升稠油热采的经济效益。

Description

一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法
技术领域
本发明涉及一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，属于油气藏开发技术领域。
背景技术
目前稠油油藏的开采有热开采和冷开采两种手段，其中稠油热采为主要的开采技术手段包括：蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油、电加热采油和超声波采油等。稠油热采技术种类繁多，在油田工程应用中蒸汽吞吐工艺是应用最成熟和使用最广泛的热采工艺，该工艺支撑了一半以上的稠油热采产量。
蒸汽吞吐过程包含了渗流力学、化学和热动力学等多种科学原理，是一个综合性很强的复杂过程，所以稠油热采工艺投资较高且开发风险也比普通油田大。而如何去认识稠油水平井的注汽剖面情况并解决水平井注汽剖面不均匀的问题，设定该油井最适宜的注汽量从而提升综合经济效益，成为了稠油开采的核心问题。
随着分布式光纤测温(Distributed Temperature Sensing)技术在石油领域的应用逐渐加深，采用DTS技术可以实现全井段实时监测，能提供准确的连续温度剖面数据。通过大量文献调研表明流体在井筒中引起的温度变化能够反映出流体的流动状态，完全可以将DTS技术运用于稠油油藏注蒸汽水平井综合评价的定量解释。
因此，通过建立稠油油藏注蒸汽水平井吸汽剖面的反演模型，来对流体流入量与温度变化对应的关系进行量化评价，完成通过温度信息来定量解释吸汽剖面，为水平井注汽效果评价及生产优化提供实际依据。该方法为稠油油藏注蒸汽水平井吸汽剖面的确定提供了一种全新的技术手段，同时也能显著地提升稠油热采的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，包括以下步骤：根据储层及井筒参数，设置初始赋值反演目标参数向量及阻尼因子，设置初始迭代步数；计算第k步反演迭代的温度剖面反演误差；计算第k步迭代的温度雅克比矩阵及对应的温度对角矩阵；根据温度对角矩阵计算反演目标参数增量；计算第k+1 步的温度剖面和对应的k+1步的反演误差；将k步与k+1步中的反演误差进行比较；若满足迭代终止条件则完成迭代并输出第k+1步的反演参数向量作为稠油油藏注蒸汽水平井反演解释结果，若不满足则从第k步开始重复迭代，直至满足终止条件，本发明提供了一种对稠油油藏生产和量化评价的新思路和新手段，同时也能显著的提升稠油热采的经济效益。
为实现以上技术效果，采用如下技术方案：
一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据实测稠油油藏水平井温度剖面数据
Figure BDA0003444201250000021
根据井段温度降数据设置初始赋值反演目标参数向量为
Figure BDA0003444201250000022
将阻尼因子设为ξ0＝0.001，将初始迭代步数设为k＝0；
步骤S2：在第k步迭代时，将反演目标参数向量
Figure BDA0003444201250000023
代入温度剖面正演预测模型计算当前迭代步温度剖面
Figure BDA0003444201250000024
步骤S3：计算第k步反演迭代的温度剖面的反演误差
Figure BDA0003444201250000025
步骤S4：计算第k步迭代的温度雅克比矩阵
Figure BDA0003444201250000026
以及对应的温度对角矩阵Ωk；
步骤S5：根据温度对角矩阵Ωk计算反演目标参数增量
Figure BDA0003444201250000027
步骤S6：根据当前k步中的增量
Figure BDA0003444201250000028
算出第k+1步的反演参数向量
Figure BDA0003444201250000029
步骤S7：用反演参数向量
Figure BDA00034442012500000210
代入温度剖面正演预测模型计算第k+1步的温度剖面
Figure BDA00034442012500000211
和对应的k+1步的反演误差
Figure BDA00034442012500000212
步骤S8：将k步与k+1步中的反演误差进行比较，当
Figure BDA00034442012500000213
时，令ξk+1＝10ξk，若
Figure BDA00034442012500000214
则令ξk+1＝0.1ξk；
步骤S9：判断
Figure BDA00034442012500000215
是否满足迭代终止条件，若满足则完成迭代并输出结果
Figure BDA00034442012500000216
作为稠油油藏注蒸汽水平井反演参数解释结果，若不满足则从S2步骤开始进行重复迭代，直至满足终止条件。
进一步的，所述步骤S3和步骤S7中计算反演误差方法为：
Figure BDA00034442012500000217
式中，
Figure BDA00034442012500000218
为反演目标参数向量温度剖面的反演误差，
Figure BDA00034442012500000219
为反演目标参数向量，
Figure BDA00034442012500000220
为温度剖面反演计算值，单位为℃，
Figure BDA00034442012500000221
为温度剖面实际测量值，单位为℃，T为井筒温度剖面计算值，单位为℃。
进一步的，所述步骤S4中计算第k步迭代的温度雅克比矩阵
Figure BDA0003444201250000031
的方法为：
Figure BDA0003444201250000032
Figure BDA0003444201250000033
式中，
Figure BDA0003444201250000034
为反演目标参数向量，Ti为第i点处的井筒温度剖面计算值，N为反演目标参数的数量，δ表示微小波动变量，
Figure BDA0003444201250000035
为第k步中反演目标参数在有N个目标参数时的值，
Figure BDA0003444201250000036
为偏导数，反映其函数沿坐标轴的变化率，ej为单位向量中的第j分量，下标i＝1,2…N，下标j＝1,2…N。
进一步的，所述步骤S4中计算对应的温度对角矩阵Ωk的方法为：
Figure BDA0003444201250000037
式中，Ωk表示温度对角矩阵，diag表示矩阵的对角矩阵运算，
Figure BDA0003444201250000038
表示温度雅阁比矩阵，
Figure BDA0003444201250000039
表示温度雅阁比矩阵的转置矩阵。
进一步的，所述步骤S5中根据温度对角矩阵Ωk计算反演目标参数增量
Figure BDA00034442012500000310
的方法为：
Figure BDA00034442012500000311
式中
Figure BDA00034442012500000312
是第k+1次迭代与k次迭代间的反演目标参数增加量，
Figure BDA00034442012500000313
为雅克比矩阵，
Figure BDA00034442012500000314
表示温度雅阁比矩阵的转置矩阵，
Figure BDA00034442012500000315
为误差项，ξk为第k次的正向阻尼因子。
进一步的，所述步骤S6中根据当前k步中的增量
Figure BDA00034442012500000316
算出第k+1步的反演参数向量
Figure BDA00034442012500000317
的方法为：
Figure BDA0003444201250000041
式中，
进一步的，所述步骤S9中迭代终止条件为：
Figure BDA0003444201250000042
井筒温度剖面反演误差小于温度误差精度εT或者
Figure BDA0003444201250000043
两次反演迭代的参数向量差异小于反演参数迭代误差精度εm即迭代终止。
进一步的，所述反演目标参数为吸汽剖面、渗透率分布、蒸汽干度分布、加热半径和蒸汽波及范围。
本发明的有益效果为：
本发明提出一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，具有如下有益效果：
1)本发明通过对稠油油藏注蒸汽水平井井筒温度数据进行反演，能够完成吸汽剖面、渗透率分布、蒸汽干度分布、加热半径、蒸汽波及范围和储层动用范围的定量解释；
2)克服了利用常规手段难以找到稠油油藏注汽剖面的问题，为稠油油藏注蒸汽吸汽剖面的确定提供了一种全新的技术手段，同时也能显著地提升稠油热采的经济效益；
3)本发明还能在渗透率分布、蒸汽干度分布、加热半径和蒸汽波及范围等进行反演解释，为本领域专业人员提供了对稠油油藏生产和量化评价的新思路。
本发明提供了一种对稠油油藏生产和量化评价的新思路和新手段，同时也能显著的提升稠油热采的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例中稠油油藏注蒸汽水平井吸汽剖面反演解释流程示意图；
图2为本发明实施例中稠油油藏水平井实测井筒温度剖面示意图；
图3为本发明实施例中反演模拟的井筒温度剖面与实测井筒温度剖面拟合示意图；
图4为本发明实施例中反演解释出的吸汽剖面分布示意图；
图5为本发明实施例中反演解释出的渗透率分布；
图6为本发明实施例中反演解释出的蒸汽干度分布；
图7为本发明实施例中反演解释出的加热半径；
图8为本发明实施例中反演解释出的储层动用范围。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
实例井X为位于渤海南部海域的水平井，该井采用套管固井完井，完钻井深2160m，表层套管下入深度384.35m，技术套管下入深度1850.21m，采用旋转导向造斜，造斜深度120m，最大井斜90.17°，最大位移1241.73m，最大全角变化率4.74°/30m，X井深2160m，裸眼水平段长311m，裸眼段采用筛管防砂完井，光纤长度2220.7m，井口预留80m，光纤入井最大深度2131.7m。
如图1所示，本发明的一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，以稠油油藏作为目标水平井、以吸汽剖面作为反演目标参数为例阐述采用所述的方法进行稠油油藏注蒸汽水平井吸汽剖面反演解释的具体步骤，其他渗透率分布、蒸汽干度分布、加热半径和蒸汽波及范围等反演解释与实施例1中类似，不再赘述。
(1)根据如图2所示的稠油油藏水平井的实测温度剖面(通过其他方法可以测得)，确定温度降数据，根据温度降数据对吸汽剖面参数向量
Figure BDA0003444201250000051
进行赋值，将阻尼因子设为ξ0＝0.001，将初始迭代步数设为k＝0；
(2)在第k步迭代时，将反演目标参数向量
Figure BDA0003444201250000052
代入温度剖面正演预测模型计算当前迭代步温度剖面
Figure BDA0003444201250000053
(3)通过如下误差方程，计算第k步反演迭代的温度剖面的反演误差
Figure BDA0003444201250000054
Figure BDA0003444201250000055
式中
Figure BDA0003444201250000056
为第k步时的反演吸汽剖面参数向量，
Figure BDA0003444201250000057
为第k步时温度剖面反演计算值，
Figure BDA0003444201250000058
为温度剖面实际测量值；
(4)通过如下方程，计算第k步迭代的温度雅克比矩阵
Figure BDA0003444201250000059
以及对应的温度对角矩阵Ωk；
Figure BDA0003444201250000061
Figure BDA0003444201250000062
式中，
Figure BDA0003444201250000063
为反演目标参数向量，Ti为第i点处的井筒温度剖面计算值，N为反演目标参数的数量，δ表示微小波动变量，
Figure BDA0003444201250000064
为第k步中反演目标参数在有N个目标参数时的值，
Figure BDA0003444201250000065
为偏导数，反映其函数沿坐标轴的变化率，ej为单位向量中的第j分量，下标i＝1,2…N，下标j＝1,2…N。
Figure BDA0003444201250000066
式中，Ωk表示温度对角矩阵，diag表示矩阵的对角矩阵运算，
Figure BDA0003444201250000067
表示温度雅阁比矩阵，
Figure BDA0003444201250000068
表示温度雅阁比矩阵的转置矩阵。
(5)根据温度对角矩阵Ωk计算当前迭代步的反演目标参数增量
Figure BDA0003444201250000069
Figure BDA00034442012500000610
式中
Figure BDA00034442012500000611
是第k+1次迭代与k次迭代间的反演目标参数增加量，
Figure BDA00034442012500000612
为温度雅克比矩阵，
Figure BDA00034442012500000613
表示温度雅阁比矩阵的转置矩阵，
Figure BDA00034442012500000614
为误差项，ξk为第k次的正向阻尼因子。
(6)根据当前k步中的增量
Figure BDA00034442012500000615
算出第k+1步的反演参数向量
Figure BDA00034442012500000616
Figure BDA00034442012500000617
(7)用第k+1步的反演参数向量
Figure BDA00034442012500000618
带入温度剖面预测模型算出第k+1步的温度剖面
Figure BDA00034442012500000619
再利用误差方程求对应的k+1步的反演误差
Figure BDA00034442012500000620
(8)步骤(3)和步骤(7)中，k步与k+1步中的反演误差
Figure BDA0003444201250000071
与
Figure BDA0003444201250000072
进行比较，当
Figure BDA0003444201250000073
时令ξk+1＝10ξk，若
Figure BDA0003444201250000074
则令ξk+1＝0.1ξk；
(9)判断
Figure BDA0003444201250000075
是否满足如下迭代终止条件，若满足则完成迭代并输出结果
Figure BDA0003444201250000076
作为稠油油藏注蒸汽水平井吸汽剖面反演解释结果，如图3，若不满足则从步骤(2)开始进行重复迭代，直至满足终止条件，输出产出剖面反演解释结果如图4所示。
其中反演迭代终止条件满足以下其一即可：
1)
Figure BDA0003444201250000077
井筒温度剖面反演误差小于温度误差精度εT；
2)
Figure BDA0003444201250000078
两次反演迭代的参数向量差异小于反演参数迭代误差精度εm。
本发明所述的温度剖面模型如下：
注蒸汽垂直井段非等温流动模型：
Figure BDA0003444201250000079
注蒸汽水平井井段非等温流动模型：
Figure BDA00034442012500000710
注蒸汽垂直井段热损失模型：
Figure BDA00034442012500000711
注蒸汽垂水平井井段热损失模型：
Figure BDA00034442012500000712
垂直井段温度剖面预测模型：
Figure BDA00034442012500000713
水平井井段温度剖面预测模型：
Figure BDA0003444201250000081
式中：P为微元段压力，Pa；λ为流体在垂直井筒中流动时的阻力系数，无因次；D为垂直井筒的直径，m；g为重力加速度，9.8m/s2；ρm为注入流体的密度，kg/m3；vm为注入流体在井筒中的流动速度，m/s；vsg注入气体在井筒中的流动速度，m/s；is为蒸汽在井筒中的质量流量，kg/s；τc为套管内壁与蒸汽之间的摩擦力，N；Ah为微元段的横截面积，m2；T为微元段的温度，℃；R为传热过程中的总热阻，(m·K)/W；Ts为井筒中的蒸汽温度，℃； Th为水泥环外缘处的温度，℃；Q为微元段内的热损失，W；Te为原始地层温度，℃；M为井筒流体质量，kg；h1为饱和湿蒸汽中液体的焓，kJ/kg；Cp为饱和水蒸汽的热容，kJ/(kg·℃)； dl为微元段的长度，m；dW为单位时间内摩擦力所做的功，W；vl为蒸汽在微元段内沿水平方向的流动速度，m/s；vr为微元段内的蒸汽沿径向流入油藏的速度，m/s；下标x表示在x 方向，下标y表示在y方向，下标z表示在z方向。
以上所述为本发明对稠油油藏注蒸汽中的吸汽剖面进行反演的步骤及方法。
但本发明可以但不限于对稠油油藏注蒸汽中的吸汽剖面，如图4，渗透率分布，如图5，蒸汽干度分布，如图6，加热半径，如图7，和储层动用范围，如图8，进行反演。其原理与步骤方法与实施例1中的吸汽剖面反演步骤和原理一致，在此不再赘述。
本发明公开了一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，包括以下步骤：根据储层及井筒参数，设置初始赋值反演目标参数向量及阻尼因子，设置初始迭代步数；计算第k步反演迭代的温度剖面反演误差；计算第k步迭代的温度雅克比矩阵及对应的温度对角矩阵；根据温度对角矩阵计算反演目标参数增量；计算第k+1步的温度剖面和对应的k+1步的反演误差；将k步与k+1步中的反演误差进行比较；若满足迭代终止条件则完成迭代并输出第k+1步的反演参数向量作为稠油油藏注蒸汽水平井反演解释结果，若不满足则从第k步开始重复迭代，直至满足终止条件，本发明提供了一种对稠油油藏生产和量化评价的新思路和新手段，同时也能显著的提升稠油热采的经济效益。
至此，本领域技术人员认识到，虽然本文已详尽展示和描述了本发明的实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导符合本发明原理的许多其他变形或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变形或修改。

Claims (8)

1.一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，其特征在于，所述评价方法包括以下步骤：
步骤S1：根据实测稠油油藏水平井温度剖面数据
Figure FDA0003444201240000011
根据井段温度降数据设置初始赋值反演目标参数向量为
Figure FDA0003444201240000012
将阻尼因子设为ξ0＝0.001，将初始迭代步数设为k＝0；
步骤S2：在第k步迭代时，将反演目标参数向量
Figure FDA0003444201240000013
代入温度剖面正演预测模型计算当前迭代步温度剖面
Figure FDA0003444201240000014
步骤S3：计算第k步反演迭代的温度剖面的反演误差
Figure FDA0003444201240000015
步骤S4：计算第k步迭代的温度雅克比矩阵
Figure FDA0003444201240000016
以及对应的温度对角矩阵Ωk；
步骤S5：根据温度对角矩阵Ωk计算反演目标参数增量
Figure FDA0003444201240000017
步骤S6：根据当前k步中的增量
Figure FDA0003444201240000018
算出第k+1步的反演参数向量
Figure FDA0003444201240000019
步骤S7：用反演参数向量
Figure FDA00034442012400000110
代入温度剖面正演预测模型计算第k+1步的温度剖面
Figure FDA00034442012400000111
和对应的k+1步的反演误差
Figure FDA00034442012400000112
步骤S8：将k步与k+1步中的反演误差进行比较，当
Figure FDA00034442012400000113
时，令ξk+1＝10ξk，若
Figure FDA00034442012400000114
则令ξk+1＝0.1ξk；
步骤S9：判断
Figure FDA00034442012400000115
是否满足迭代终止条件，若满足则完成迭代并输出结果
Figure FDA00034442012400000116
作为稠油油藏注蒸汽水平井反演参数解释结果，若不满足则从S2步骤开始进行重复迭代，直至满足终止条件。
2.如权利要求1所述的一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，其特征在于，所述步骤S3和步骤S7中计算反演误差方法为：
Figure FDA00034442012400000117
式中，
Figure FDA00034442012400000118
为反演目标参数向量温度剖面的反演误差，
Figure FDA00034442012400000119
为反演目标参数向量，
Figure FDA00034442012400000120
为温度剖面反演计算值，单位为℃，
Figure FDA0003444201240000021
为温度剖面实际测量值，单位为℃，T为井筒温度剖面计算值，单位为℃。
3.如权利要求1所述的一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，其特征在于，所述步骤S4中计算第k步迭代的温度雅克比矩阵
Figure FDA0003444201240000022
的方法为：
Figure FDA0003444201240000023
Figure FDA0003444201240000024
式中，
Figure FDA0003444201240000025
为反演目标参数向量，Ti为第i点处的井筒温度剖面计算值，N为反演目标参数的数量，δ表示微小波动变量，
Figure FDA0003444201240000026
为第k步中反演目标参数在有N个目标参数时的值，
Figure FDA0003444201240000027
为偏导数，反映其函数沿坐标轴的变化率，ej为单位向量中的第j分量，下标i＝1,2…N，下标j＝1,2…N。
4.如权利要求1所述的一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，其特征在于，所述步骤S4中计算对应的温度对角矩阵Ωk的方法为：
Figure FDA0003444201240000028
式中，Ωk表示温度对角矩阵，diag表示矩阵的对角矩阵运算，
Figure FDA0003444201240000029
表示温度雅阁比矩阵，
Figure FDA00034442012400000210
表示温度雅阁比矩阵的转置矩阵。
5.如权利要求1所述的一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，其特征在于，所述步骤S5中根据温度对角矩阵Ωk计算反演目标参数增量
Figure FDA00034442012400000211
的方法为：
Figure FDA00034442012400000212
式中
Figure FDA0003444201240000031
是第k+1次迭代与k次迭代间的反演目标参数增加量，
Figure FDA0003444201240000032
为温度雅克比矩阵，
Figure FDA0003444201240000033
表示温度雅阁比矩阵的转置矩阵，
Figure FDA0003444201240000034
为误差项，ξk为第k次的正向阻尼因子。
Figure FDA0003444201240000035
式中
Figure FDA0003444201240000036
是第k+1次迭代与k次迭代间的反演目标参数增加量，
Figure FDA0003444201240000037
为温度雅克比矩阵，
Figure FDA0003444201240000038
表示温度雅阁比矩阵的转置矩阵，Ωk为温度对角矩阵，
Figure FDA0003444201240000039
为误差项，ξk为第k次的正向阻尼因子。
6.如权利要求1所述的一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，其特征在于，所述步骤S6中根据当前k步中的增量
Figure FDA00034442012400000310
算出第k+1步的反演参数向量
Figure FDA00034442012400000311
的方法为：
Figure FDA00034442012400000312
式中，
Figure FDA00034442012400000313
为反演目标参数向量，
Figure FDA00034442012400000314
是第k+1次迭代与k次迭代间的反演目标参数增加量。
7.如权利要求1所述的一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，其特征在于，所述步骤S9中迭代终止条件为：
Figure FDA00034442012400000315
井筒温度剖面反演误差小于温度误差精度εT或者
Figure FDA00034442012400000316
两次反演迭代的参数向量差异小于反演参数迭代误差精度εm即迭代终止。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的一种基于DTS的稠油油藏注蒸汽水平井综合评价方法，其特征在于，所述反演目标参数为吸汽剖面、渗透率分布、蒸汽干度分布、加热半径和蒸汽波及范围。
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