CN114664387B - 基于累积效应的油井化学堵水性能室内评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于累积效应的油井化学堵水性能室内评价方法，涉及调剖技术领域。本方法选取采收率增幅、突破压力梯度作为凝胶的静态评价指标，选取降水面积、累积阻力系数、累积残余阻力系数作为凝胶的动态评价指标；根据半梯形模型计算前述指标的隶属度，并采用熵权法计算前述指标的权重；根据权重和隶属度计算凝胶的综合得分，综合得分越高，则该材料的堵水性能越好。本发明采用的评价指标，不仅综合考虑了指标大小和指标维持的有效PV数，可以同时考量堵剂的堵水性能与堵水有效期，而且能够综合反映凝胶在某一段时间内的动态变化过程，可对比同变化幅度、同堵水有效期内指标的变化剧烈程度，能够立体化、全方位的对堵水凝胶进行评价。
Description
技术领域
本发明涉及堵水调剖技术领域，具体涉及一种基于累积效应的油井化学堵水性能室内评价方法。
背景技术
水驱开发油藏进入开发中后期，由于在长期的注入水冲刷下，地层中形成优势通道，注入水沿着优势通道窜进，导致水驱开发效率降低。因此，封堵优势通道，提高注入水驱替效率，使残余油得到动用成为了当前油田提高采收率的重要任务。当前，聚合物凝胶仍旧是油田运用最广泛的化学堵水剂，凝胶的研发与改进依旧是EOR工作者的重心。
然而，在实验室聚合物凝胶堵水性能评价中，由于评价指标均是取自于稳定状态的值，比如阻力系数、降水幅度等，这些静态的指标无法综合反映凝胶在某一段时间内的动态变化过程，导致现有指标并不能较好地描述凝胶的堵水性能，相关的评价并不够全面立体。同时，实验室对凝胶堵水性能评价指标权重的判定仍旧或多或少地取决于专家经验，主观性较强，导致评价结果准确性较低，而且以往的权重认识也并不能完全适用于新指标。
发明内容
鉴于以上技术问题，本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于累积效应的油井化学堵水性能室内评价方法，其创新性的采用能够反应凝胶在注入过程中的动态变化过程，使得最终评价结果更加准确。
本发明采用以下技术方案为：
一种基于累积效应的油井化学堵水性能室内评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取采收率增幅、突破压力梯度作为凝胶的静态评价指标，选取降水面积、累积阻力系数、累积残余阻力系数作为凝胶的动态评价指标，
其中，所述降水面积的计算公式为：
式中，x表示注入驱替流体的PV数，x1、x2分别指含水率开始下降和回升至注堵剂前水平时注入驱替流体PV数，f(x)为含水率随注入PV数变化的函数；
所述累积阻力系数的计算公式为：
式中，y表示注入凝胶PV数，y1表示注入凝胶的总PV数，Fr(y)是阻力系数随注入凝胶PV数的变化函数；
所述累积残余阻力系数的计算公式为：
式中，x3是残余阻力系数稳定后，结束残余阻力系数测量时注入驱替流体的总PV数，Frr(x)是残余阻力系数随注入PV数变化的函数；
S2、根据半梯形模型计算上述指标的隶属度，并采用熵权法计算上述指标的权重；
S3、根据权重和隶属度计算凝胶的综合得分，综合得分越高，则该材料的堵水性能越好。
本发明的有益效果是：本发明采用的累计指标：降水面积、累积阻力系数及累积残余阻力系数不仅综合考虑了指标大小和指标维持的有效PV数，可以同时考量堵剂的堵水性能与堵水有效期，而且能够综合反映凝胶在某一段时间内的动态变化过程，可对比同变化幅度、同堵水有效期内指标的变化剧烈程度，可对不同堵水剂的堵水性能进行全方位、立体化的对比。
与现有凝胶堵水性能评价方法相比，降水面积、累积阻力系数和累积残余阻力系数指标的运用能够反映实验室模拟过程中参数的动态变化，使得评价指标对凝胶堵水性能的描述更加全面立体。同时，权重分析过程中无主观性参与，无需依靠专家经验即可进行评价，提高了评价精度和效率，评价结果可为凝胶研发，改进提供科学指导和决策。
附图说明
图1为降水面积示意图；
图2为不同凝胶的阻力系数变化趋势和累积阻力系数示意图；
图3为不同凝胶的残余阻力系数变化趋势和累积残余阻力系数示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
一种基于累积效应的油井化学堵水性能室内评价方法，包括以下步骤：
S1、选取采收率增幅、突破压力梯度作为凝胶的静态评价指标，选取降水面积、累积阻力系数、累积残余阻力系数作为凝胶的动态评价指标，
对于静态评价指标而言，其包括采收率增幅和突破压力梯度，其中，采收率增幅显示了凝胶堵水剂对原油采收率的提升，突破压力梯度显示了凝胶堵水剂的强度。
采收率增幅的计算公式为：
式中，R2为注入凝胶堵水剂后的二次水驱采收率，R1为注入凝胶堵水剂前的一次水驱采收率，G2、G1分别为二次水驱采油量和一次水驱采油量，G0指原油储量。
突破压力梯度的计算公式为：
式中，pL为突破压力梯度，MPa/m；pb为堵剂在多孔介质中被突破时的最大压力，即突破压力，MPa；L为堵剂段塞长度，m。
如图1所示，降水面积指的是注入堵剂后，含水率曲线从开始下降到重新驱替回升至注堵剂前水平的曲线积分面积。在水驱实验中后期，由于高渗通道逐渐形成，注入水沿着高渗通道窜进，导致含水率显著提升。凝胶对高渗通道进行封堵后，注入水转向，含水率开始下降。但是，由于注入水的冲刷，在多孔介质中吸附的凝胶层逐渐脱离，导致含水率重新上升，封堵开始失效。而传统的评价方法，其仅采用降水幅度即注入凝胶前后含水率的差值来进行评价，其没有考虑封堵层的耐冲刷性，因此，其最终得出的优选凝胶难免产生误差。因此，本实施例在考虑了凝胶的耐冲刷性的基础上，采用降水面积来取代常规评价方法中的降水幅度，使得最终计算出的结果更加合理。
降水面积的计算公式为：
式中，x表示注入驱替流体的PV数，x1、x2分别指含水率开始下降和回升至注堵剂前水平时注入驱替流体PV数，f(x)为含水率随注入PV数变化的函数。
累积阻力系数是指即注入凝胶过程中阻力系数随注入凝胶PV数的变化曲线与注入凝胶PV数的积分面积。对于凝胶而言，其阻力系数定义为：注入地层水流经多孔介质的流度与凝胶流经同一多孔介质的流度之比，在对阻力系数进行测定时，需要在稳定条件即压力和流速均恒定的条件下，记录多孔介质两端的压差和流经多孔介质的流量。但是，在注入凝胶溶液时，通常需要一定的时间才能使压力达到稳定值。
同时，如图2所示，不同凝胶体系的阻力系数在达到相同稳定值的过程中的变化趋势通常存在明显的差异，即使这些凝胶的阻力系数相差较小，但是，其在注入过程中的变化趋势是有较大区别的，而现有技术中采用的阻力系数难以显示这些区别。因此，为了评价整个注入过程中凝胶溶液受到的多孔介质的阻力，本实施例中提出了累积阻力系数。
累积阻力系数的计算公式为：
式中，y表示注入凝胶PV数，y1表示注入凝胶的总PV数，Fr(y)是阻力系数随注入凝胶PV数的变化函数。
累积残余阻力系数指水驱过程中残余阻力系数随注入驱替流体PV数的变化曲线和注入PV数包围的面积。残余阻力系数为凝胶溶液注入前后水的流度之比，表示堵剂流过多孔介质后，多孔介质渗透率下降程度，其通常仅和流量、压差有关，通常情况下，残余阻力系数是取注入堵剂后，水驱达到20PV后的平稳值。但是，其存在以下问题：1、水驱耗费时间长；2、生产现场的注水量不可能达到20PV，使其对现场的指导意义变弱。
同时，如图3所示，不同凝胶体系的残余阻力系数在达到相同稳定值过程中的变化趋势可能存在明显差异，即使不同凝胶的残余阻力系数可能相同，但是，其变化过程是完全不同的，单纯的残余阻力系数无法综合反映整个驱替过程中残余阻力系数的变化。因此，本实施例提出累积残余阻力系数，其能够反映凝胶封堵的持续性和有效性。
累积残余阻力系数的计算公式为：
式中，x3是残余阻力系数稳定后，结束残余阻力系数测量时注入驱替流体的总PV数，Frr(x)是残余阻力系数随注入PV数变化的函数。
S2、根据半梯形模型计算上述指标的隶属度，并采用熵权法计算上述指标的权重；
对于S1中选取的5个评价指标，采收率增幅、突破压力梯度、降水面积、累积残余阻力系数均属于正向指标：因为对于这四个指标而言，其值越高，说明优势通道存在的可能性越大；累积阻力系数属于负向指标：对于该指标而言，当其值越低，说明优势通道存在的可能性越大。
对于隶属度的计算而言，其计算方式如下：
首先建立一个数据集式中，i为凝胶的样本编号，n为样本的最大编号，比如对于5种凝胶材料，将每一种材料均进行标号，以编号的形式来指代这些材料；j为评价指标的编号，k＝5，即对5中评价指标均进行标号，以编号的形式来表示评价指标。xij表示第i个样本中第j个指标的值。
其次，对于正向指标，采用升半梯形分布计算其隶属度，具体的计算公式：
对于负向指标，采用降半梯形分布计算其隶属度，具体的计算公式：
通过上述计算，即能够得出各个样本中的各个指标的隶属度。
在计算出隶属度后，还需要根据熵权法计算权重，其具体步骤如下：
1)对数据进行标准化：建立数据集式中，i为凝胶的样本编号，n为样本的最大编号，比如对于5种凝胶材料，将每一种材料均进行标号，以编号的形式来指代这些材料；j为评价指标的编号，k＝5，即对5中评价指标均进行标号，以编号的形式来表示评价指标。xij表示第i个样本中第j个指标的值。
对于采收率增幅、突破压力梯度、降水面积和累积残余阻力系数，采用以下公式对其进行标准化：
对于累积阻力系数，采用以下公式对其进行标准化：
2)计算各指标的信息熵：计算第j个指标中，第i个样本的比重：
计算第j个指标的熵值：
其中，且当pij＝0时，/>
3)计算各指标的权重，计算公式如下：
通过上述步骤，即可计算出该指标的权重。
S3、根据步骤S2中计算出的权重和隶属度，即可计算凝胶的综合得分，综合得分越高，则该材料的堵水性能越好，具体计算方式如下：
从理论上来讲，通过上述公式就能够得出该材料的综合得分，从而进一步判断各个凝胶材料的优劣，但是为了便于观察，通常还需要将得到的分值进行归一化处理：
式中，Fi′即为归一化处理后，各凝胶材料的得分，通过分数，即可优选出凝胶材料：分值越高，则该凝胶材料越好。
下面为了进一步对本发明的方案进行说明，提供了一个具体的实施例。
实施例1
S1、选取酚醛凝胶、纳米酚醛凝胶、常规PEI凝胶和纳米PEI凝胶这4种凝胶作为堵水剂，同时采用550mD和1325mD的填砂管进行驱替堵水实验。
最终得到的实验数据如表1、表2所示：
表1 550mD填砂管实验数据
| 体系 | 采收率增幅(％) | 降水面积 | AFr | AFrr | 突破压力梯度(MPa/m) |
| 常规酚醛 | 7 | 2.88 | 6.81 | 8265 | 226 |
| 纳米酚醛 | 15 | 2.51 | 8.64 | 8148 | 160 |
| 常规PEI | 12 | 3.06 | 9.8 | 4300 | 165 |
| 纳米PEI | 14 | 3.34 | 7.43 | 10203 | 174 |
表2 1325mD填砂管实验数据
| 体系 | 采收率增幅(％) | 降水面积 | AFr | AFrr | 突破压力梯度(MPa/m) |
| 常规酚醛 | 15 | 19.24 | 6.4 | 7893 | 55 |
| 纳米酚醛 | 20 | 15.01 | 6.58 | 5790 | 27.5 |
| 常规PEI | 14 | 13.2 | 7.86 | 4764 | 9 |
| 纳米PEI | 16 | 33.63 | 7.39 | 10721 | 30 |
S2、计算各个指标的隶属度和权重：
采用升半梯形法计算采收率增幅、降水面积、累积残余阻力系数和突破压力梯度的隶属度，采用降半梯形数学模型计算累积阻力系数的隶属度，计算结果如表3、表4所示。
表3. 550mD填砂管中各指标隶属度
| 采收率增幅(％) | 降水面积 | AFr | AFrr | 突破压力梯度(MPa/m) | |
| 常规酚醛 | 0.00 | 0.45 | 1.00 | 0.67 | 1.00 |
| 纳米酚醛 | 1.00 | 0.00 | 0.39 | 0.65 | 0.00 |
| 常规PEI | 0.63 | 0.66 | 0.00 | 0.00 | 0.08 |
| 纳米PEI | 0.88 | 1.00 | 0.79 | 1.00 | 0.21 |
表4. 1325mD填砂管中各指标隶属度
| 采收率增幅(％) | 降水面积 | AFr | AFrr | 突破压力梯度(MPa/m) | |
| 常规酚醛 | 0.17 | 0.30 | 1.00 | 0.53 | 1.00 |
| 纳米酚醛 | 1.00 | 0.09 | 0.88 | 0.17 | 0.40 |
| 常规PEI | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 纳米PEI | 0.33 | 1.00 | 0.32 | 1.00 | 0.46 |
采用熵权法计算采收率增幅、降水面积、累积阻力系数、累积残余阻力系数和突破压力梯度的权重，计算结果如表5、表6所示。
表5. 550mD填砂管中各指标权重
| 指标 | 采收率增幅(％) | 降水面积 | AFr | AFrr | 突破压力梯度(MPa/m) |
| 权重 | 0.15 | 0.17 | 0.17 | 0.15 | 0.36 |
表6. 1325mD填砂管中各指标权重
| 指标 | 采收率增幅(％) | 降水面积 | AFr | AFrr | 突破压力梯度(MPa/m) |
| 权重 | 0.22 | 0.27 | 0.16 | 0.20 | 0.16 |
S3、根据隶属度和权重计算各凝胶的得分，计算结果如表7、表8所示。
表7. 550mD填砂管各凝胶体系得分
| 体系 | 常规酚醛 | 纳米酚醛 | 常规PEI | 纳米PEI |
| 得分 | 0.37 | 0.16 | 0.12 | 0.34 |
表8. 1325mD填砂管各凝胶体系得分
| 体系 | 常规酚醛 | 纳米酚醛 | 常规PEI | 纳米PEI |
| 得分 | 0.32 | 0.29 | 0 | 0.40 |
从结果可以看出，在550mD填砂管中各体系得分排序如下：常规酚醛凝胶>纳米PEI凝胶>纳米酚醛>常规PEI，在1325mD填砂管中各体系得分排序如下：纳米PEI凝胶>常规酚醛凝胶>纳米酚醛>常规PEI得分最高。由此可知，在中渗多孔介质中，常规酚醛凝胶的堵水性能更优异，在高渗储层中，纳米PEI凝胶的堵水效果更好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种基于累积效应的油井化学堵水性能室内评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取采收率增幅、突破压力梯度作为凝胶的静态评价指标，选取降水面积、累积阻力系数、累积残余阻力系数作为凝胶的动态评价指标，
其中，所述降水面积的计算公式为：
式中，x表示注入驱替流体的PV数，x1、x2分别指含水率开始下降和回升至注堵剂前水平时注入驱替流体PV数，f(x)为含水率随注入PV数变化的函数；
所述累积阻力系数的计算公式为：
式中，y表示注入凝胶PV数，y1表示注入凝胶的总PV数，Fr(y)是阻力系数随注入凝胶PV数的变化函数；
所述累积残余阻力系数的计算公式为：
式中，x3是残余阻力系数稳定后，结束残余阻力系数测量时注入驱替流体的总PV数，Frr(x)是残余阻力系数随注入PV数变化的函数；
S2、根据半梯形模型计算上述指标的隶属度，并采用熵权法计算上述指标的权重；
S3、根据权重和隶属度计算凝胶的综合得分，综合得分越高，则该材料的堵水性能越好。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据半梯形模型计算上述指标的隶属度的具体步骤为：
建立数据集Xij，i∈(1,2，…，n)、j∈(1,2，…，k)，式中，i为凝胶的编号，n为凝胶的最大编号；j为评价指标的编号，k＝5；
对于采收率增幅、突破压力梯度、降水面积和累积残余阻力系数，采用以下公式计算其隶属度：
对于累积阻力系数，采用以下公式计算其隶属度：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据熵权法计算上述指标的权重的具体步骤为：
1)对数据进行标准化：建立数据集Xij，i∈(1,2，…，n)、j∈(1,2，…，k)，式中，i为凝胶的样本编号，n为样本的最大编号；j为评价指标的编号，k＝5；
对于采收率增幅、突破压力梯度、降水面积和累积残余阻力系数，采用以下公式对其进行标准化：
对于累积阻力系数，采用以下公式对其进行标准化：
2)计算各指标的信息熵：计算第j个指标中，第i个样本的比重：
计算第j个指标的熵值：
其中，且当pij＝0时，/>
3)计算各指标的权重，计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据权重和隶属度计算凝胶的综合得分的具体步骤为：将一个样本中各个指标的隶属度及对应的权重相乘，然后求和以得到该样本的综合得分；将所有样本的综合得分进行归一化处理，即得到单个样本的评分。
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