CN114293966B - 一种沉渣充填腔体内净空间反演方法 - Google Patents

Abstract

一种沉渣充填腔体内净空间反演方法，所述方法包括步骤：获取注气井的注气井井口气压值；获取排卤井的排卤井井口气压值和排卤量；根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口气压值确定液面深度；根据所述液面深度和所述排卤量计算腔体横向尺寸。本申请提供的一种沉渣充填腔体内净空间反演方法，使用简便易操作，可测定高沉渣含量的对井采盐老腔中不同深度的处腔体净空间，并以此为基础描绘腔体轮廓。

Description

一种沉渣充填腔体内净空间反演方法

技术领域

本发明属于石油和天然气工程技术领域，具体涉及一种沉渣充填腔体内净空间反演方法。

背景技术

我国的盐岩地层具有多夹层的地质特点，夹层占比甚至可以达到40％-50％，垮塌之后的夹层碎块(下文中称为沉渣)将会充填腔体80％-90％的空间。

如图1所示，采盐井一般为对井，一井注水，一井出卤水，有时可交换注采关系，其形成的腔体中大部分被沉渣所掩埋。位于这种地层条件之中的采盐老腔在后期进行改建储气库评估时主要问题是无法利用声呐来测定腔体的净空间以及腔体的形态。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种沉渣充填腔体内净空间反演方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种沉渣充填腔体内净空间反演方法，所述方法包括步骤：

获取注气井的注气井井口气压值；

获取排卤井的排卤井井口气压值和排卤量；

根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口气压值确定液面深度；

根据所述液面深度和所述排卤量计算腔体横向尺寸。

优选地，所述根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口气压值确定液面深度包括步骤：

获取气压增量-液面深度关系表达式；

获取所述注气井井口气压值；

获取气压增量；

获取卤水密度；

根据所述气压增量-液面深度关系表达式、所述注气井井口气压值、所述气压增量和所述卤水密度计算所述液面深度。

优选地，所述气压增量-液面深度关系表达式为：

P₁+ΔP(z₀)＝ρ_bgz₀，

其中，P₁表示所述注气井井口气压值，ΔP(z₀)表示所述气压增量，ρ_b表示所述卤水密度，g表示重力加速度，z₀表示所述液面深度。

优选地，所述根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口气压值确定液面深度包括步骤：

获取井口压力-液面深度关系表达式；

获取所述注气井井口气压值；

获取气体压力增量；

获取卤水密度；

根据所述井口压力-液面深度关系表达式、所述注气井井口气压值、所述气体压力增量和所述卤水密度计算所述液面深度。

优选地，所述井口压力-液面深度关系表达式为：

P₁+ΔP＝ρ_bgz₀，

其中，P₁表示所述注气井井口气压值，ΔP表示所述气体压力增量，ρ_b表示所述卤水密度，g表示重力加速度，z₀表示所述液面深度。

优选地，所述获取气体压力增量包括步骤：

获取压力-温度-气体密度关系表达式；

获取液面深度-温度关系表达式；

根据所述压力-温度-气体密度关系表达式和所述液面深度-温度关系表达式生成气体密度-液面深度关系表达式；

获取预设液面深度的压力；

根据所述压力和所述气体密度-液面深度关系表达式计算所述气体压力增量。

优选地，所述气体压力增量的表达式为：

其中，ΔP表示所述气体压力增量，ρ_i表示从地面向下第i个1m气柱段的密度，g表示重力加速度，ρ_k+1表示从地面向下第(k+1)个1m气柱段的密度，z表示液面深度，k表示从地面向下的1m气柱段的序号。

优选地，所述气体密度-液面深度关系表达式为：

其中，ρ_k表示从地面向下第k个1m气柱段的气体密度，M_mol表示空气摩尔质量，R表示气体常数，k表示从地面向下的1m气柱段的序号，t表示地面温度。

优选地，所述根据所述液面深度和所述排卤量计算腔体横向尺寸包括步骤：

获取腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式；

获取液面高度及排卤量；

根据所述腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式、所述液面高度和所述排卤量计算所述腔体横向尺寸。

优选地，所述腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式为：

其中，r表示所述腔体横向尺寸，ΔV表示某一时间段内的排卤量，π表示圆周率，H₂表示某次暂停注气时的液面高度，H₁表示上一次暂停时的液面高度。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请提供的一种沉渣充填腔体内净空间反演方法，使用简便易操作，可测定高沉渣含量的对井采盐老腔中不同深度的处腔体净空间，并以此为基础描绘腔体轮廓。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中的采盐井的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种沉渣充填腔体内净空间反演方法的状态示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

在本申请实施例中，本发明提供了一种沉渣充填腔体内净空间反演方法，所述方法包括步骤：

S1：获取注气井的注气井井口气压值；

在本申请实施例中，注气井的井口可以安装有高精度压力变送器，通过高精度压力变送器测量注气井的注气井井口气压值。

S2：获取排卤井的排卤井井口气压值和排卤量；

在本申请实施例中，注气井的井口可以安装有高精度压力变送器和流量计，通过高精度压力变送器测量排卤井的排卤井井口气压值，通过流量计测量排卤井的排卤量。

S3：根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口气压值确定液面深度；

在本申请实施例中，通常情况下，气体压力被认为在气体深度范围内处处等压，且等于注入压力(井口压力)，即只将气体认为是一种传压介质，而并不考虑气体的密度影响。此时，所述根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口气压值确定液面深度包括步骤：

获取气压增量-液面深度关系表达式；

获取所述注气井井口气压值；

获取气压增量；

获取卤水密度；

根据所述气压增量-液面深度关系表达式、所述注气井井口气压值、所述气压增量和所述卤水密度计算所述液面深度。

在本申请实施例中，当根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口气压值确定液面深度时，首先获取气压增量-液面深度关系表达式，所述气压增量-液面深度关系表达式为：

P₁+ΔP(z₀)＝ρ_bgz₀， (1)

其中，P₁表示所述注气井井口气压值，ΔP(z₀)表示所述气压增量，ρ_b表示所述卤水密度，g表示重力加速度，z₀表示所述液面深度。

然后获取所述注气井井口气压值、气压增量和卤水密度，将各变量代入气压增量-液面深度关系表达式中计算所述液面深度。

在本申请实施例中，在高压高温条件下，气体的密度也会相应增大。当考虑这个因素时，所述根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口气压值确定液面深度包括步骤：

获取井口压力-液面深度关系表达式；

获取所述注气井井口气压值；

获取气体压力增量；

获取卤水密度；

根据所述井口压力-液面深度关系表达式、所述注气井井口气压值、所述气体压力增量和所述卤水密度计算所述液面深度。

在本申请实施例中，所述获取气体压力增量包括步骤：

获取压力-温度-气体密度关系表达式；

获取液面深度-温度关系表达式；

根据所述压力-温度-气体密度关系表达式和所述液面深度-温度关系表达式生成气体密度-液面深度关系表达式；

获取预设液面深度的压力；

根据所述压力和所述气体密度-液面深度关系表达式计算所述气体压力增量。

在本申请实施例中，如下为理想气体状态方程：

pV＝nRT， (2)

其中，p为压强，V为体积，n为摩尔数，R为气体常数，T为绝对温度。

在本申请实施例中，根据摩尔质量以及密度的定义可以导出在不同压力和温度下的气体密度：

其中，ρ为密度，单位为kg/m³；p为压力，单位为KPa；M_mol为空气摩尔质量，为29g/mol；R＝8.31446J/(K·mol)，为气体常数；T为绝对温度，单位为K。

此时，由于地层深度每增加100m地层温度增加约3℃。由不同压力不同温度下的气体密度计算公式(式(3))可知，不同深度与温度条件下的气体密度是不同的。为了方便计算，认为每1m范围内的气体内部温度保持不变，且等于该范围中心处的温度，那么可以得到气体密度-液面深度关系表达式为：

其中，ρ_k表示从地面向下第k个1m气柱段的气体密度，M_mol表示空气摩尔质量，R表示气体常数，k表示从地面向下的1m气柱段的序号，t表示地面温度。

那么，在考虑气体质量的条件下，在深度z处，因气体质量而导致的气体压力增量为：

其中，ΔP表示所述气体压力增量，ρ_i表示从地面向下第i个1m气柱段的密度，g表示重力加速度，ρ_k+1表示从地面向下第(k+1)个1m气柱段的密度，z表示液面深度，k表示从地面向下的1m气柱段的序号。

此时，对注气井气柱进行静力平衡分析，另外，根据连通器原理，注气井液面处压力需与排卤井相同深度处的液面压力保持相等，可以得到井口压力-液面深度关系表达式为：

P₁+ΔP＝ρ_bgz₀， (6)

其中，P₁表示所述注气井井口气压值，ΔP表示所述气体压力增量，ρ_b表示所述卤水密度，g表示重力加速度，z₀表示所述液面深度。

在两井井口气体压力已知的条件下，可以通过计算机程序使用二分法变化z₀值，不断逼近式(6)中的等量关系，最终得到液面深度。

在本申请实施例中，除去上述确定井口压力与气液界面深度问题之外，还需要考虑沉渣空间描述的精度，即液面下降的距离如何控制。在这里给出了一个大致的估算方法，该方法需要实测卤水密度，在这里以1200kg/m3给出了一个计算实例。

具体地，饱和卤水液面每下降1m，压力变化的表达式为：

在注气排卤过程中，可以将这个将这个压力变化作为液面向下移动1m距离的一个参考值。

S4：根据所述液面深度和所述排卤量计算腔体横向尺寸。

在本申请实施例中，所述根据所述液面深度和所述排卤量计算腔体横向尺寸包括步骤：

获取腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式；

获取液面高度及排卤量；

根据所述腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式、所述液面高度和所述排卤量计算所述腔体横向尺寸。

在本申请实施例中，在排卤的某一时间段内，在液面高度变化以及排卤量均已知的情况下，腔体横向尺寸计算的原理如图2所示，可以利用腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式计算腔体横向尺寸。

在本申请实施例中，所述腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式为：

其中，r表示所述腔体横向尺寸，ΔV表示某一时间段内的排卤量，π表示圆周率，H₂表示某次暂停注气时的液面高度，H₁表示上一次暂停时的液面高度。

在本申请实施例中，在对沉渣充填腔的横向尺寸做估计时应考虑到沉渣的碎胀效果，所以需要对每一段的有效截面积进行修正，碎胀系数一般在1.9左右，故每一个计算半径应乘修正系数取2.1，得到最终的腔体横向尺寸估计值。

下面通过附图以及实施例说明本申请的技术方案：

当不考虑气体的密度影响时，可以通过如下步骤计算横向尺寸：

步骤一：根据实测的卤水密度计算P′，并以P′作为液面移动1m距离的参考值；

步骤二：在沉渣体范围(该范围的顶部可由测井或声呐测腔来推测)以上，将井口到沉渣顶面间的距离平均分为30段，每一段的底部深度记为D_n(n＝1，2，3…30)。

步骤三：在注气开始后，开放排卤井井口，在注气井井口压力到达D₁P′时停止注气。待注气井压力稳定、排卤井井口压力归零

时，观察注气井井口压力值，记为P″，用ΔP′表示D₁P′与P″的差值，这一差值由注气过程中液体流动的动力效应引起，在后续的每一次停止注气前都应该考虑。通过测井测量此时的气液界面位置以及该位置处的压力值，并记录排卤井在该段时间内的排卤量V₁。

步骤四：再次启动注气，在压力值达到D₂P′+ΔP′时停止注气，并通过测井确定此时的气液界面位置以及该位置处压力值、记录该时段内的排卤量V₂。

步骤五：重复步骤四，即可获得30组关于气液界面位置深度与相应深度处的压力数据，通过数学方式对气液界面深度-气压增量进行拟合，获得二者数学关系ΔP(z₀)。

步骤六：继续注气，按照气液界面下降5m停机一次的模式，计算注气井口的压力增量参考值(5P′+ΔP′)。每次停机后，等待排卤井口压力归零，记录注气井井口压力值，并根据方法一原理部分所展示的方程求解气液界面深度z_i(i＝1，2，3…)，并记录每一时段内的排卤量V_i(i＝1，2，3…)。

步骤七：使用腔体横向尺寸估计公式可以得到注气井腔体在不同深度处的腔体半径估计值。

步骤八：在注气井缓缓放气完成后，在排卤井注入饱和卤水。稳定一段时间后，可以对原排卤井执行与注气井相同的操作，得到原排卤井的相应横向尺寸。

当考虑气体的密度影响时，可以通过如下步骤计算横向尺寸：

步骤一：按照公式(4)-(6)编写计算程序，并参照公式(7)确定暂停注气的压力增长间隔；

步骤二：注气井启动注气，待注气压力由快速增长变化为增长速率显著放缓时，应暂停注气，并结合测井等手段确定气液界面是否进入腔内。

步骤三：若确定气液界面进入腔内，重新启动注气，并按照压力增长间隔适时暂停压缩机注气，等待注气井井口压力稳定，排卤井井口压力归零，同时排卤井口应确定该时段内的排卤量；

步骤四：将重新启动注气的压力与注气暂停时的压力值输入已编写好的计算机程序中，计算前后两个液面深度，结合公式(8)可以得到该深度范围内腔体的平均有效横截面积。

步骤五：重复步骤三与步骤四，可以得到整个注气井不同深度处的有效横截面积，并可以按照原理部分所述的方法估计腔体形态。

步骤六：在注气井缓缓放气完成后，在排卤井注入饱和卤水。稳定一段时间后，可以对原排卤井执行与注气井相同的操作，得到原排卤井的相应横向尺寸与预测的腔体形态。

本申请提供的一种沉渣充填腔体内净空间反演方法，使用简便易操作，可测定高沉渣含量的对井采盐老腔中不同深度的处腔体净空间，并以此为基础描绘腔体轮廓。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种沉渣充填腔体内净空间反演方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

获取注气井的注气井井口气压值；

获取排卤井的排卤井井口压力值和排卤量；

根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口压力值确定液面深度；

根据所述液面深度和所述排卤量计算腔体横向尺寸；

所述根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口压力值确定液面深度包括步骤：

获取气压增量-液面深度关系表达式；

获取所述注气井井口气压值；

获取气压增量；

获取卤水密度；

根据所述气压增量-液面深度关系表达式、所述注气井井口气压值、所述气压增量和所述卤水密度计算所述液面深度；

所述气压增量-液面深度关系表达式为：，

其中，表示所述注气井井口气压值，/>表示所述气压增量，/>表示所述卤水密度，/>表示重力加速度，/>表示所述液面深度；

所述获取气压增量包括步骤：

获取压力-温度-气体密度关系表达式；

获取液面深度-温度关系表达式；

根据所述压力-温度-气体密度关系表达式和所述液面深度-温度关系表达式生成气体密度-液面深度关系表达式；

获取预设液面深度的压力；

根据所述压力和所述气体密度-液面深度关系表达式计算所述气压增量；

所述气压增量的表达式为：

其中，表示所述气压增量，/>表示从地面向下第i个1m气柱段的密度，/>表示重力加速度，1表示1m的深度间隔，/>表示从地面向下第（k+1）个1m气柱段的密度，/>表示液面深度，/>表示从地面向下的1m气柱段的序号；

所述根据所述液面深度和所述排卤量计算腔体横向尺寸包括步骤：

获取腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式；

获取液面高度及排卤量；

根据所述腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式、所述液面高度和所述排卤量计算所述腔体横向尺寸；

所述腔体横向尺寸-液面高度-排卤量关系表达式为：

,

其中，r表示所述腔体横向尺寸，表示某一时间段内的排卤量，/>表示圆周率，/>表示某次暂停注气时的液面高度，/>表示上一次暂停时的液面高度。

2.根据权利要求1所述的沉渣充填腔体内净空间反演方法，其特征在于，所述根据所述注气井井口气压值和所述排卤井井口压力值确定液面深度包括步骤：

获取井口压力-液面深度关系表达式；

获取所述注气井井口气压值；

获取气压增量；

获取卤水密度；

根据所述井口压力-液面深度关系表达式、所述注气井井口气压值、所述气压增量和所述卤水密度计算所述液面深度。

3.根据权利要求2所述的沉渣充填腔体内净空间反演方法，其特征在于，所述井口压力-液面深度关系表达式为：，

其中，表示所述注气井井口气压值，/>表示所述气压增量，/>表示所述卤水密度，/>表示重力加速度，/>表示所述液面深度。

4.根据权利要求1所述的沉渣充填腔体内净空间反演方法，其特征在于，所述气体密度-液面深度关系表达式为：

，

其中，表示从地面向下第/>个1m气柱段的气体密度，/>表示空气摩尔质量，/>表示气体常数，/>表示从地面向下的1m气柱段的序号，/>表示地面温度，/>表示第k-1个1m气柱底部的压力值。