CN117345204A - 考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法及装置，本方法首先建立注水井井底压力计算模型和采油井井底压力计算模型；然后根据达西定律、油水两相流动模型，结合输入初始地层压力分布、含水饱和度初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型；接着基于地层压力与孔隙度、渗透率的指数关系，建立注水开发油田生产过程中，孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型；最后根据以上内容建立考虑复杂井网及应力敏感加密井地层压力预测模型，结合注采井、地层初始输入参数，基于该模型进行数值计算预测加密新井目标靶点地层压力。本发明能够准确预测地层压力分布，对非常油气资源的开发、采收率提高具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，更具体的说涉及一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法及装置。
背景技术
目前大多注水开发油田，每年都将新增上百口新井。由于长期注水开采，地层压力系统由静态压力层系变为动态的多压力层系，地层孔隙压力、破裂压力均发生较大变化，造成储层压力异常，钻完井过程中易发生溢流出水、溢漏同存等问题，井控风险及作业难度增加。因此，有必要开展致密砂岩储层注水条件下地层压力预测研究，实现钻井作业前地层压力预测，确定地层压力变化范围，作为控压钻井的选择依据，为新增钻完井和压裂改造安全高效作业提供技术支持。
根据地层压力定性分析理论基础，国内外研究人员提出许多预测地层压力的方法，目前国内外普遍采用的地层压力预测方法可以分为三大类，分别是钻前预测，随钻监测和钻后检测。在钻前或已钻井较少的新探区地震资料是唯一可用于地层压力评价的资料，因此国内外普遍都很重视地震压力预测技术的研究和应用。目前最为常用的地层压力预测方法是直接预测法，其是指直接利用一些经验公式结合地震层速度直接计算地层压力，目前常用的直接预测法的经验公式有Fillippone法、刘震法、单点计算模型，其中Fillippone法隐含了地层压力与速度之间呈线性变化这样一个假设，而实际的岩石未必符合线性变化规律，适用较窄。随钻监测地层压力是20世纪60年代中后期发展起来的一种地层压力确定方法，它是地层压力评价技术的重要组成部分。随钻压力监测是指录井资料压力监测方法，它包括dc指数法、Sigma指数法、标准化钻速法和岩石强度法等。dc指数法和Sigma指数法比较简单易行，应用也最为广泛。钻后主要是通过测井资料和钻井地质资料进行地层压力检测，测井资料检查地层压力是最好的方法之一，直接用于评价地层压力的常用测井资料包括声波测井、密度测井、电阻率测井以及中子测井等。
以上三种方法，虽然都能在一定程度预测地层压力，但是由于输入条件简单，存在较多假设，因此并不适合存在复杂注水开发的地层压力预测。
现有公开号为CN111608647A，公开日为2020年09月01日的发明专利公开了一种注水注聚井区地层压力预测方法，通过劈分单层的注采量，利用物质平衡方法计算单层的平均压力，然后利用周围井对待钻井点的综合影响，计算对应点的压力，然后通过待钻井点测压深度的压力与对应单层平均压力的等比关系计算待钻井点在其他单层的压力值。
通过分析可知，该现有技术仍然存在以下问题：(1)从模型上看，该专利未考虑生产井对地层压力的影响，仅考虑了注水井对地层的影响；(2)该专利注水井模型未考虑建立井筒模型，同时注水过程简化为了解析解进行计算，计算结果精度较低；(3)该专利仅考虑了单相流体情况，基础理论与工程实际差距较大。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本发明提出了一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法及装置，针对致密砂岩储层注水开发井网，本方法考虑了复杂注采渗流及应力敏感影响，能够准确预测地层压力分布，对非常油气资源的开发、采收率提高具有重要的意义，同时对于油气开发理论的研究也起到了一定推动作用。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法，包括以下步骤：
基于井筒多相流动原理及注水井井口参数，建立注水井井底压力计算模型；
基于井筒多相流动原理及生产井井口参数，建立采油井井底压力计算模型；
基于达西定律、油水两相流动模型，结合输入初始地层压力分布、含水饱和度初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型；
基于地层压力与孔隙度、渗透率的指数关系，建立注水开发油田生产过程中，孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型；
基于以上步骤建立考虑复杂井网及应力敏感加密井地层压力预测模型，结合注采井、地层初始输入参数，最后基于该模型进行数值计算预测加密新井目标靶点地层压力。
作为优选地，所述注水井井底压力计算模型的计算表达式如下：
Pwi＝Pw+PHL-Pfr (1)；
其中，Pwi表示注水井井底压力；Pw表示地面注入压力；PHL表示液柱产生的压力；Pfr表示总摩阻。
作为优选地，所述采油井井底压力计算模型的计算表达式如下：
其中，Pwf表示油层中部流动压力；PL表示动液面处压力；H0表示进油口深度；Hk表示油层中部深度；HL表示动液面深度；γo表示井下原油密度；k表示井下持水比；c1表示油套环形空间混起液柱密度修正系数；c2表示进油口以下混气液柱密度修正系数。
作为优选地，所述基于达西定律、油水两相流动模型，结合输入初始地层压力分布、含水饱和度初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型，包括：
根据达西定律有：
其中，Vom和Vwm分别为基质中油相和水相流速；Km为储层基质的绝对渗透率；Krom和Krwm分别为油相和水相的相对渗透率；μo和μw分别为油相和水相的粘度；pom和pwm分别为基质中油相和水相压力；
根据物质平衡原理又可得：
其中，ρo和ρw分别为基质内油相和水相的密度；Som和Swm分别为基质内油相和水相的饱和度；qom和qwm分别为储层油相和水相的源汇项；φm为储层孔隙度；t为时间；
将公式(3)和公式(4)分别代入方程组(5)可以得到：
作为优选地，所述应力敏感模型的计算表达式如下：
其中，φo,m为地层初始孔隙度；Ko,m为地层初始渗透率；Cm为基质孔隙度的压缩系数；Em为基质渗透率的敏感系数；p0m为地层初始压力；pm为地层动态压力。
一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测装置，所述装置用于实现以上所述的预测方法，包括：
注水井井底压力计算模型创建模块，基于井筒多相流动原理及井口参数，建立注水井井底压力计算模型；
采油井井底压力计算模型创建模块，基于井筒多相流动原理及井口参数，建立采油井井底压力计算模型；
复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型创建模块，基于达西定律、油水两相流动模型，结合输入初始地层压力分布、含水饱和度初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型；
孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型创建模块，基于地层压力与孔隙度、渗透率的指数关系，建立注水开发油田生产过程中，孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型；
地层压力预测模块，采集注采井、地层初始输入参数，基于复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型预测地层实时动态压力。
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述所述的预测方法步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在计算机处理器中执行时，实现上述所述的预测方法步骤。
本发明的有益效果：
本发明针对致密砂岩复杂井网注水开发储层压力的预测，提出了一种全面考虑生产流动、井网干扰及应力敏感影响的预测方法。本方法基于井筒多相流动原理、达西定律、油水两相流动模型、应力敏感模型及井口参数，建立注水井井底压力及油井井底压力计算模型、复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型及孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型，最后基于以上模型，提出了一种全新的、考虑全面的，能够准确预测地层压力的方法。本方法的提出大大增加了注水开发多年、地层压力混乱、井网间干扰强及应力敏感影响强储层压力的预测精度。本方法对致密砂岩注水开发区块新增加密井目标地层压力预测研究及钻井安全控制都具有重要的参考与指导意义。
附图说明
本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明装置结构组成图；
图3为本发明模型示意图；
图4为五点井网下生产50天后地层压力的分布；
图5为注水井井底压力随注入时间的变化。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明发明目的的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下面通过具体的实施例来进一步说明实现本发明发明目的的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
根据地层压力定性分析理论基础，国内外研究人员提出许多预测地层压力的方法，目前国内外普遍采用的地层压力预测方法可以分为三大类，分别是钻前预测，随钻监测和钻后检测。在钻前或已钻井较少的新探区地震资料是唯一可用于地层压力评价的资料，因此国内外普遍都很重视地震压力预测技术的研究和应用。目前最为常用的地层压力预测方法是直接预测法，其是指直接利用一些经验公式结合地震层速度直接计算地层压力，目前常用的直接预测法的经验公式有Fillippone法、刘震法、单点计算模型，其中Fillippone法隐含了地层压力与速度之间呈线性变化这样一个假设，而实际的岩石未必符合线性变化规律，适用较窄。随钻监测地层压力是20世纪60年代中后期发展起来的一种地层压力确定方法，它是地层压力评价技术的重要组成部分。随钻压力监测是指录井资料压力监测方法，它包括dc指数法、Sigma指数法、标准化钻速法和岩石强度法等。dc指数法和Sigma指数法比较简单易行，应用也最为广泛。钻后主要是通过测井资料和钻井地质资料进行地层压力检测，测井资料检查地层压力是最好的方法之一，直接用于评价地层压力的常用测井资料包括声波测井、密度测井、电阻率测井以及中子测井等。
以上三种方法，虽然都能在一定程度预测地层压力，但是由于输入条件简单，存在较多假设，因此并不适合存在复杂注水开发的地层压力预测。
因此，为了能够克服现有地层压力预测方法未考虑复杂井网条件、地层应力敏感及长期注水开发影响的弊端，实现注水开发油田加密新井地层压力精准预测，本发明的实施例专门提出了一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法。本发明针对致密砂岩储层注水开发井网，考虑了复杂注采渗流及应力敏感影响，能够准确预测地层压力分布，为科学研究以及工程应用起到很好的参考作用。本发明方法的提出对非常油气资源的开发、采收率提高具有非常重要的意义，对于油气开发理论的研究也起到了一定推动作用。
实施例1
本实施例公开了一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法，参照说明书附图1，所述方法包括以下步骤：
步骤S1.基于井筒多相流动原理及注水井井口参数，建立注水井井底压力计算模型，具体的，所述注水井井底压力计算模型的计算表达式如下：
Pwi＝Pw+PHL-Pfr (1)；
其中，Pwi表示注水井井底压力，单位为MPa；Pw表示地面注入压力，单位为MPa；PHL表示液柱产生的压力，单位为MPa；Pfr表示总摩阻，单位为MPa；
进一步地，液柱产生的压力以及总摩阻的计算表达式如下：
PHL＝Hρmg×10-6 (8)；
PHL＝Hρmg×10-6 (9)；
其中，H表示液柱高度，单位为m；ρm表示液体密度，单位为kg/m3；g为重力系数，约为9.8N/kg；Pfrh为油套管沿程的水力摩阻，单位为MPa；Pfrch表示水嘴产生的嘴损，单位MPa；Pph表示射孔炮眼的水力摩阻，单位为MPa。
在本发明中，注水井的井口参数一般通过注水井或生产井的设计资料获得，具体包括井口压力、注水量、管柱的尺寸大小等参数。
步骤S2.基于井筒多相流动原理及生产井井口参数，建立采油井井底压力计算模型，具体的，所述采油井井底压力计算模型的计算表达式如下：
其中，Pwf表示油层中部流动压力，单位为MPa；PL表示动液面处压力，单位为MPa；H0表示进油口深度，单位为m；Hk表示油层中部深度，单位为m；HL表示动液面深度，单位为m；γo表示井下原油密度，单位为g/cm3；k表示井下持水比，无量纲；c1表示油套环形空间混起液柱密度修正系数(套管不放弃的油井c1＝＝1)；c2表示进油口以下混气液柱密度修正系数。
在本发明中，采油井的井口参数一般通过生产记录资料获得，具体包括井口压力、采出的油水量、管柱的尺寸大小等参数。
在本发明中，需要说明的是，油井正常生产时所测出的地层中部压力，也叫井底压力。
步骤S3.基于达西定律和油水两相流动模型，并同时结合输入初始地层压力分布、含水饱和度等初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型，同时可以分析不同地层参数对任意地层位置处压力的影响，具体如下：
首先根据达西定律有：
其中，Vom和Vwm分别为基质中油、水相流，单位为m/s；Km为储层基质的绝对渗透率，单位为mD；Krom和Krwm分别为油、水相的相对渗透率，dless；μo和μw分别为油、水相的粘度，单位为mPa·s；pom和pwm分别为基质中油、水相的压力，单位为MPa；
进一步地，根据物质平衡原理又可得：
其中，ρo和ρw分别为基质内油、水相的密度，单位为g/cm3；Som和Swm分别为基质内油、水相的饱和度；qom和qwm分别为储层的源汇项；φm为储层孔隙度；t为时间，单位为s；
将以上所述的公式(3)和公式(4)代入方程组(5)中，可以得到如下方程组：
需要说明的是，源汇项表示流体系统中是否有外来的注入(即源)或者流出(即汇)。
步骤S4.基于地层压力与孔隙度、渗透率的指数关系，建立注水开发油田生产过程中，孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型。
在本发明中，应力敏感模型的计算表达式如下：
其中，φo,m为地层初始孔隙度；Ko,m为地层初始渗透率，md；Cm为基质孔隙度的压缩系数，Pa-1；Em为基质渗透率的敏感系数，Pa-1；p0m为地层初始压力，MPa；pm为地层动态压力，MPa。
步骤S5.基于以上步骤建立考虑复杂井网及应力敏感加密井地层压力预测模型，结合注采井、地层初始输入参数，基于该模型进行数值计算预测加密新井目标靶点地层压力。
在本发明中，地层压力随着时间动态变化，基于以上模型通过数值计算获得的pm即为预测的当前时刻地层压力。
在本发明中，地层初始输入参数通常包括初始地层孔隙度、初始渗透率、初始含水饱和度、初始地层压力等。
进一步地，基于同一发明构思，本发明的实施方式中还提供了一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测装置，所述装置用于实现以上所述的地层压力预测方法，如下述的实施方式所述。以下所使用的，术语“单元”或“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。参照说明书附图2，具体的，该装置可以包括：注水井井底压力计算模型创建模块201、采油井井底压力计算模型创建模块202、复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型创建模块203、孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型创建模块204以及地层压力预测模块205，下面将对该结构进行具体的说明。
所述注水井井底压力计算模型创建模块201，基于井筒多相流动原理及注水井井口参数，建立注水井井底压力计算模型；
所述采油井井底压力计算模型创建模块202，基于井筒多相流动原理及采油井井口参数，建立采油井井底压力计算模型；
所述复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型创建模块203，基于达西定律、油水两相流动模型，结合输入初始地层压力分布、含水饱和度初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型；
所述孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型创建模块204，基于地层压力与孔隙度、渗透率的指数关系，建立注水开发油田生产过程中，孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型；
所述地层压力预测模块205，采集注采井、地层初始输入参数，基于复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型预测地层实时动态压力。
需要说明的是，上述实施方式阐明的系统、装置、模型或者单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述方便，在本说明书中，描述以上装置时以功能分为各种单元分别进行描述。当然，在实施本发明时可以把各个单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
此外，在本说明书中，诸如第一和第二这样的形容词仅可以用于将一个元素或动作进行区分，而不必要或暗示任何实际的这种关系或顺序。
进一步地，本发明的实施方式还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器中运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时，实现上述任一种方法的步骤。
进一步地，本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在计算机处理器中执行时，实现上述任一种方法的步骤。
实施例2
长庆油田致密砂岩储层合水区块是典型的注水开发区块。通过现场测井、试井，获取了该区块的地质资料，获得的参数具有代表性。
模拟的物理模型示意图如图3所示，具体的模拟方法步骤如下：
通过现场测井与试井获取的地质参数：注水井地面压力3MPa；生产井液柱高度100m；地层初始压力40MPa；初始地层渗透率1md；初始地层孔隙度0.02；地层压缩系数0.0004MPa-1；水相密度1000kg/m3；油相密度850kg/m3；水相黏度1mPa.s；油相黏度151mPa.s。
把所有地质参数带入模型中，再改变时间，就可以快速得到复杂井网条件下，区块内任意位置处地层压力、地层压力随生产时间动态变化等参数，如说明书附图4和图5所示。分别表示温度各流态表观渗透率的影响以及压力对各流态表观渗透率的影响。
按照本发明所述模拟步骤，可以获得具有不同地质参数、不同生产井网下、不同区块的任意位置处地层压力，通过该方法可以实现对目标层某一时间对应的地层压力，从而保障钻井实施过程安全开展。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于井筒多相流动原理及注水井井口参数，建立注水井井底压力计算模型；
基于井筒多相流动原理及生产井井口参数，建立采油井井底压力计算模型；
基于达西定律、油水两相流动模型，结合输入初始地层压力分布、含水饱和度初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型；
基于地层压力与孔隙度、渗透率的指数关系，建立注水开发油田生产过程中，孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型；
基于以上步骤建立考虑复杂井网及应力敏感加密井地层压力预测模型，结合注采井、地层初始输入参数，最后基于该模型进行数值计算预测加密新井目标靶点地层压力。
2.根据权利要求1所述的考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法，其特征在于，所述注水井井底压力计算模型的计算表达式如下：
Pwi＝Pw+PHL-Pfr (1)；
其中，Pwi表示注水井井底压力；Pw表示地面注入压力；PHL表示液柱产生的压力；Pfr表示总摩阻。
3.根据权利要求1所述的考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法，其特征在于，所述采油井井底压力计算模型的计算表达式如下：
其中，Pwf表示油层中部流动压力；PL表示动液面处压力；H0表示进油口深度；Hk表示油层中部深度；HL表示动液面深度；γo表示井下原油密度；k表示井下持水比；c1表示油套环形空间混起液柱密度修正系数；c2表示进油口以下混气液柱密度修正系数。
4.根据权利要求1所述的考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法，其特征在于，所述基于达西定律、油水两相流动模型，结合输入初始地层压力分布、含水饱和度初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型，包括：
根据达西定律有：
其中，Vom和Vwm分别为基质中油相和水相流速；Km为储层基质的绝对渗透率；Krom和Krwm分别为油相和水相的相对渗透率；μo和μw分别为油相和水相的粘度；pom和pwm分别为基质中油相和水相压力；
根据物质平衡原理又可得：
其中，ρo和ρw分别为基质内油相和水相的密度；Som和Swm分别为基质内油相和水相的饱和度；qom和qwm分别为储层油相和水相的源汇项；φm为储层孔隙度；t为时间；
结合公式(3)-(5)可以得到：
5.根据权利要求1所述的考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测方法，其特征在于，所述应力敏感模型的计算表达式如下：
其中，φo,m为地层初始孔隙度；Ko,m为地层初始渗透率；Cm为基质孔隙度的压缩系数；Em为基质渗透率的敏感系数；p0m为地层初始压力；pm为地层动态压力。
6.一种考虑复杂井网及应力敏感的加密井地层压力预测装置，其特征在于，所述装置用于实现上述权利要求1-5任意一项所述的预测方法，包括：
注水井井底压力计算模型创建模块，基于井筒多相流动原理及井口参数，建立注水井井底压力计算模型；
采油井井底压力计算模型创建模块，基于井筒多相流动原理及井口参数，建立采油井井底压力计算模型；
复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型创建模块，基于达西定律、油水两相流动模型，结合输入初始地层压力分布、含水饱和度初始参数，建立复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型；
孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型创建模块，基于地层压力与孔隙度、渗透率的指数关系，建立注水开发油田生产过程中，孔渗特性随地层压力耗损的应力敏感模型；
地层压力预测模块，采集注采井、地层初始输入参数，基于复杂井网条件及注采条件下流动渗流模型预测地层实时动态压力。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器中运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述权利要求1-5任一项所述的方法步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在计算机处理器中执行时，实现上述权利要求1-5任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-10-16 CN CN202311334394.XA patent/CN117345204A/zh active Pending
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