CN1847613A - 酸化数据监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酸化数据的监测方法，包括下述步骤：(o)酸化处理过程前，利用模拟数据建立(P_e－P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版，(p)酸化过程中，测量井口泵压和泵注排量，计算(P_e－P_wf)/q_N和Δt_sup，并以(P_e－P_wf)/q_N和Δt_sup为坐标轴作图；(q)将步骤(p)中的图线和步骤(o)中预先建立的(P_e－P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版作比较，监控表皮系数的变化，从而监测酸化工艺过程。本发明还公开了一种表皮系数计算方法和一种酸化过程评价方法。本发明实现简单，考虑了不稳定流动的作用，可实时监控各种基质酸化过程，并对结果进行评价。

Description

酸化数据监测的方法

技术领域

本发明涉及一种酸化数据监测的方法，属于油田生产技术领域。

背景技术

酸化技术是海上油田增产的重要技术之一，酸化实时监测在酸化施工中占有非常重要的地位，是优化酸化施工作业的有效手段，可监测施工进程和酸化施工参数与设计符合程度，确定最佳的酸液用量，较为准确地评价酸化效果。此外，对于安全作业方面，监测技术可对施工的安全性(例如超压等)做出监测。

酸化施工作业的现场监测技术主要是监测压力、排量、吸液指数等随时间的变化情况，施工参数与设计的符合程度，以及对排液过程中有关参数进行录取。监测技术在酸化施工中占有非常重要的地位，是优化酸化处理的有效手段，可确定最佳的酸液用量，较为准确地评价酸化效果；同时根据施工情况与酸化后产能变化情况，总结成功的经验和存在的不足，为以后酸化改造指明提高成功率和有效率的途径。此外，对于非常重视安全问题的海洋作业，监测技术可对施工的安全性(例如超压等)做出监测，是一项值得推广的新技术。

目前基质酸化实时监测技术的发展主要集中在监测酸化过程中的表皮系数变化上，国内外在此技术上已有了一定的进展。

例如：1997年5月出版的《石油钻采工艺》中“酸化实时监测与评估技术研究及应用”一文，以及1994年4月出版的《石油钻采工艺》中“现场酸化跟踪监测技术及应用”一文中都提出了如何在酸化过程中监测表皮系数变化情况的方法，两文所提及的方法中实时监测的基本原理都是基于达西定律的径向流量公式，但达西公式是建立在线性流基础上的，并没有考虑到非线性流的影响；同时国外许多学者，如：Meclod和Coultor，对酸化实时监测模型也进行了探讨和研究，提出根据压力不稳定分析来监测酸化进程，但却不能进行实时监测。

此后，Paccaloni提出的一种较为简单的酸化过程监测方法，该方法以酸化注入所影响的区域内形成的稳态达西流为基础，即以稳态单相流在油藏中的径向流动为基础，建立根据达西定律的径向流量公式推导对表皮系数进行计算的模型，Paccaloni根据下式计算表皮系数：

$S=\frac{2\mathrm{\πKh}(P_{\mathrm{wf}}-P_e)}{\mathrm{qB\μ}}-\ln \frac{r_b}{r_w}---\left(1\right)$

其中：r_b为酸注入的有效半径或称酸反应半径的随意常数，Paccaloni建议采用1.2m(4ft)，r_w为井筒半径，对于某一特定的油层K为渗透率，h为油层厚度，P_e为油藏压力，B为体积系数，μ为黏度，q为注入排量，P_wf为井底压力。上述关系式(1)是一个关于P_ti、q和S之间的关系式，其中：P_ti是地面瞬时泵注压力，根据流体力学，由它可以计算对应的井底压力P_wf。为监测酸化进程，先做一簇不同表皮系数时P_ti和q的关系式图版为标准图版。施工时，用测得的瞬时泵注压力P_ti与对应的泵注排量q作图，就可从图中得出表皮系数的演变。Paccaloni方法的缺点在于它忽略了不稳定流动的影响，因而测得的表皮系数往往偏高；当注入速度发生突变时，这种误差更为严重。不过在许多施工过程中，这种误差是相对恒定的，因此，尽管存在一定误差，还是有一定参考价值。

此外，Pronvost和Economides也提出了一种精确的通过模拟压力来计算表皮系数的方法，它以注入过程的参数为基础，模拟注入速度变化而产生的瞬时压力响应(模拟压力)，但是假定了一个恒定表皮系数(一般为零)。处理过程中实际的井底压力与模拟压力差是由表皮系数的变化引起，可通过这个压差估算表皮系数。这种方法表皮系数可用下式求得：

$S\left(t\right)=S_0+\frac{\mathrm{Kh}}{141.2\mathrm{qB\μ}}(P_{\mathrm{wf}}-P_{\mathrm{sim}})---\left(2\right)$

模拟压力P_sim，由下式计算：

$P_{\mathrm{sim}}=P_e+\frac{141.2\mathrm{qB\μ}}{\mathrm{Kh}}(\frac{\lg t_D}{0.87}+S_0)---\left(3\right)$

其中：

$t_D=\frac{2.6\×{10}^{-4}\mathrm{Kt}}{\mathrm{\Φ\μ}{C}_i{r_w}^2}---\left(4\right)$

这种方法最适合处理泵注速度变化是作业前已知，并且初试表皮系数已知，这样就可以在处理之前进行模拟。Provost和Economides采用从井底压力减去因分流剂压力降而增加的压力来计算分流剂的作用。为了使这种方法正确，分流剂必须以不影响伤害表皮系数的流体(即惰性的，非反应性流体)一次或分批注入。这种方法计算较复杂，而且初试表皮系数往往存在较大误差，因此，该计算模型在现场应用很少。

发明内容

本发明是针对上述现有技术中存在的问题而提出的一种酸化数据采集与评价的方法，该方法能够实现海上油田酸化过程的自动监测。

为达到上述发明目的，本发明提供一种表皮系数的计算方法，应用于油田酸化的数据采集过程中，包括下述步骤：

(a)测定地面注酸泵的瞬时泵压P_ti和瞬时泵注排量q_i；

(b)由瞬时泵压P_ti和瞬时泵注排量q_i数据建立注入能力倒数计算模型 $\frac{P_e-P_{\mathrm{wf}}}{q_N}=\mathrm{m\Δ}{t}_{\sup }+b,$ 其中：斜率 $m=\frac{162.6\mathrm{B\μ}}{\mathrm{Kh}},$ K为渗透率，h为油层厚度，P_e为油藏压力，P_wf为井底压力，B为体积系数，μ为黏度，递加函数 $\mathrm{\Δ}{t}_{\sup }=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{(q_j-q_{j-1})}{q_N}\log (t_N-t_{j-1}),$ j＝1，2，…N，计算出截距b；

(c)根据步骤(b)中得到的斜率m和截距b计算出表皮系数S， $S=\frac{1}{0.868}[\frac{b}{m}-\log \left(\frac{K}{\mathrm{\φ\μ}{c}_t{r_w}^2}\right)+3.23],$ 其中，φ为岩石孔隙度，C_t为液体综合滤失系数，r_w为井筒半径。

进一步地，所述的瞬时泵压是通过连接在高压管线上的泵压传感器采集得到的。

进一步地，所述的瞬时泵注排量是通过高压管线上的流量计测量得到的。

进一步地，所述的瞬时泵注排量是通过安装在酸化泵出口的高压管线上的泵冲传感器测定的。

本发明还提供一种基于上述表皮系数的计算方法的酸化数据的监测方法，包括下述步骤：

(o)酸化处理过程前，利用模拟数据建立(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版，其中：P_e为油藏压力、P_wf为井底压力、q_N为t_N时刻对应的泵注排量；

(p)酸化过程中，测量井口泵压和泵注排量，计算(P_e-P_wf)/q_N和Δt_sup，并以(P_e-P_wf)/q_N和Δt_sup为坐标轴作图；

(q)根据步骤(p)中作出的图线和步骤(o)中预先建立的(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版作比较，监控表皮系数的变化，从而监测酸化工艺过程。

本发明还提供一种基于上述表皮系数的计算方法的酸化数据评价方法，包括下述步骤：

(u)酸化处理过程前，利用模拟数据建立(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版，其中：P_e为油藏压力、P_wf为井底压力、q_N为t_N时刻对应的泵注排量；

(v)酸化过程中，测量井口泵压和泵注排量，计算(P_e-P_wf)q_N和Δt_sup，并以(P_e-P_wf)/q_N和Δt_sup为坐标轴作图；

(w)根据步骤(v)中作出的图线和步骤(u)中预先建立的(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版作比较，监控表皮系数的变化；

(x)分析基质酸化过程中表皮系数的变化和酸液用量来评价酸化效果。

与现有技术相比，本发明采用计算模型方式实现简单，并且考虑了不稳定流动的作用，可对包括使用转向剂的各种基质酸化过程进行实时监控，还可对酸化结果进行评价。

附图说明

图1为本发明实施例中应用例一的某井酸化施工曲线图。

图2为本发明实施例中应用例一的某井表皮系数拟合曲线。

图3为本发明实施例中应用例二的某井酸化施工曲线图。

图4为本发明实施例中应用例二的某井表皮系数拟合曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。

在石油开采过程中，酸化监测与评价过程是将过程监测(酸化施工监测)和过程控制(酸化评价)结合在一起，将实时数据采集、显示，与作业效果评价结合起来。在进行监测过程中作业人员不输入任何参数，直接进行采集，计算机进行过程监测，通过监测现场的压力和排量等参数，监测施工过程的进展情况，确定何时停注，以最少的液量取得最佳的酸化效果。在进行评价过程中，由于表皮系数是酸化效果评价的主要指标，随着酸化作业的进行，表皮系数会逐渐降低，当表皮系数降低到零时，表明油井的所有堵塞已经解除，应该停止酸化作业。这样，通过表皮系数的变化，就可以优化酸液用量，确定合理的酸化施工步骤等。

具体地来说，在酸化施工现场中在高压管线上装上机械流量计动态的测定酸化泵瞬时排量和累计排量，或者也可以将泵冲传感器安装在酸化泵出口的高压管线上测定酸化泵瞬时排量和累计排量，并利用连接在高压管线上的泵压传感器对电压信号进行采集分析，换算成对应的压力信号。

利用上述方法测得的瞬时排量、累计排量以及泵压数据建立注入能力倒数计算模型，对于不同的注液排量，压力瞬态响应可表示为：

$\frac{P_e-P_{\mathrm{wf}}}{q_N}=\mathrm{m\Δ}{t}_{\sup }+b---\left(5\right)$

其中：

$m=\frac{162.6\mathrm{B\μ}}{\mathrm{Kh}}---\left(6\right)$

$b=m[\log \left(\frac{K}{\mathrm{\φ\μ}{C}_t{r}_w}\right]-3.23+0.87S---\left(7\right)$

递加函数： $\mathrm{\Δ}{t}_{\sup }=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{(q_i-q_j-1)}{q_N}\log (t_N-t_j-1)$ j＝1，2，…N    (8)

其中P_ti为是ti时刻井口采集到的瞬时泵压，P_wf为井底压力，由P_ti可以计算对应的井底压力P_wf，q_N是t_N对应的泵注排量，K为渗透率，h为油层厚度，P_e为油藏压力，B为体积系数，μ为黏度，C_t是综合滤失系数，r_w井筒半径，φ是岩石孔隙度，上述参数都可以通过实验测得。

由方程(5)可知，只要所有参数保持恒定，注入能力的倒数数据(P_e-P_wf)/q_N与迭加时间函数Δt_sup将形成一条直线，其斜率为m，截距为b。在酸化过程中，所有定义斜率m的参数保持不变，所以m为常数。在定义截距b的参数中，随酸液注入而发生变化的唯一参数是表皮系数S。因此，每一注入能力倒数与迭加时间点都会落在一条斜率为m的直线上，该直线的截距依赖于该时刻的表皮系数。

同Paccaloni方法类似，在酸化处理前，先作出(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版。施工时通过测量的压力与排量计算出(P_e-P_wf)/q_N与Δt_sup用这两个数据作图，(P_e-P_wf)/q_N从一条直线变至另外一条直线就可监测出表皮系数的变化，即表皮系数的变化就可以通过将注入能力倒数设置为迭加时间的函数而得到监测。

这一方法使用较为简单，其优点在于它能对不稳定流动进行计算，而且可从曲线的变化上判断分流剂的作用，可用于使用分流剂进行分流酸化施工的实时监测。该方法应用时需要从诊断图上读取数据并用内插法从恒定表皮系数曲线间获取实时表皮系数。依据上述原理，采用计算机模拟技术，我们在酸化过程中直接计算实时表皮系数的变化，使用户能更加方便地监测和优化施工。由于注入能力倒数与迭加时间关系曲线的截距b是表皮系数的函数，它随酸化过程中表皮系数的变化而变化。截距b可通过实际测量的压力和排量直接计算出来。一旦知道了截距b，就可以求得表皮系数S。从方程(7)可解出表皮系数。

其中：

$b=\frac{P_{\mathrm{ti}}-P_w}{q_N}-\mathrm{m\Δ}{t}_{\sup }---\left(10\right)$

而斜率m由方程(6)确定，由方程(8)定义的迭加时间函数Δt_sup，用于处理不同注入排量的情况。它削弱了流量变化对压力的影响，使流量增大或减小时所得曲线都比较光滑。这样，通过施工过程中侧得的时间、压力及排量数据，就可以实时监测表皮系数的变化。

采用本方法进行酸化过程的监测和评价，实际应用例及其效果如下：

应用例一：

参考图1是某井酸化实时监测的压力/排量数据，图2是采用酸化监测方法处理而得到的表皮系数的响应。该井的初始表皮系数约105，盐酸前置液注入后表皮开始逐渐下降，注入酸后，表皮系数的下降明显，最后表皮趋于0。表明该井设计较为合理，刚好达到酸化解堵的目的。

应用例二：

参考图3是某井监测的压力/排量数据，该井采用的酸化工艺是复合酸多级分流交替注入工艺，图4是UDAS处理而得到的表皮系数的响应。图中表皮系数下降，说明酸液起到了解堵的作用；而表皮系数上升说明分流剂对高渗透层的进行了封堵。在交替的每一阶段都表现出了这种响应，在经过几级的交替注入后，表皮系数则基本上被消除。结果说明分流技术是成功有效的，在注入过程中有几次表皮达到了零，意味着酸液完全消除了表皮系数。但在第三次酸液注入后的液体并没有起到多大作用，说明完全可以停止注液。

Claims (6)

1、一种表皮系数的计算方法，应用于油田酸化的数据采集过程中，包括下述步骤：

(a)测定油井口的瞬时泵压P_ti和瞬时泵注排量q；

(b)由油井口的瞬时泵压P_ti和瞬时泵注排量q数据建立注入能力倒数计算模型 $\frac{P_e-P_{\mathrm{wf}}}{q_N}=\mathrm{m\Δ}{t}_{\sup }+b,$ 其中：斜率 $m=\frac{162.6\mathrm{B\μ}}{\mathrm{Kh}},$ K为渗透率，h为油层厚度，P_e为油藏压力，P_wf为井底压力，B为体积系数，μ为黏度，递加函数 ${\mathrm{\Δt}}_{\sup }=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{(q_i-q_j-1)}{q_N}\log (t_N-t_j-1),$ j＝1，2，...N，计算出截距b；

(c)根据步骤(b)中得到的斜率m和截距b计算出表皮系数S， $S=\frac{1}{0.868}[\frac{b}{m}-\log \left(\frac{K}{\mathrm{\φ\μ}{c}_t{r_w}^2}\right)+3.23],$ 其中，C_t是综合滤失系数，r_w井筒半径，φ是岩石孔隙度。

2、如权利要求1所述的表皮系数的计算方法，其特征在于，所述的油井口的泵压是通过连接在高压管线上的泵压传感器采集得到的。

3、如权利要求1所述的表皮系数的计算方法，其特征在于，所述的泵注流量是通过高压管线上的流量计测量得到的。

4、如权利要求1所述的表皮系数的计算方法，其特征在于，所述的瞬时泵注排量是通过安装在酸化泵出口的高压管线上的泵冲传感器测定的。

5、一种基于权利要求1所述的表皮系数的计算方法的酸化数据的监测方法，包括下述步骤：

(o)酸化处理过程前，利用模拟数据建立(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版，其中：P_e为油藏压力、P_wf为井底压力、q_N为t_N时刻对应的泵注排量；

(p)酸化过程中，测量井口泵压和泵注排量，计算(P_e-P_wf)/q_N和Δt_sup，并以(P_e-P_wf)/q_N和Δt_sup为坐标轴作图；

(q)根据步骤(p)中作出的图线和步骤(o)中预先建立的(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版作比较，监控表皮系数的变化，从而监测酸化工艺过程。

6、一种基于权利要求1所述的表皮系数的计算方法的酸化数据评价方法，包括下述步骤：

(u)酸化处理过程前，利用模拟数据建立(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版，其中：P_e为油藏压力、P_wf为井底压力、q_N为t_N时刻对应的泵注排量；

(v)酸化过程中，测量井口泵压和泵注排量，计算(P_e-P_wf)/q_N和Δt_sup，并以(P_e-P_wf)/q_N和Δt_sup为坐标轴作图；

(w)根据步骤(v)中作出的图线和步骤(u)中预先建立的(P_e-P_wf)/q_N在不同表皮系数时与Δt_sup的关系图版作比较，监控表皮系数的变化；

(x)分析基质酸化过程中表皮系数的变化和酸液用量来评价酸化效果。

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