一种致密油藏分层注水测调周期确定方法及系统与流程

1.本发明属于石油工程技术领域，特别涉及一种致密油藏分层注水测调周期确定方法及系统。


背景技术：

2.目前国内分层注水技术历经固定式分注、钢丝投捞式分注、电缆测调式分注，进入智能分注的第四个阶段，即在装备和工具已经智能化的发展趋势下，如何针对注水开发实际高效用好此类工具，与之配套的分层注水注采井的压力系统理论研究至为关键，其首要核心问题是分注配注量的确定。这也上最新的利用大数据及人工智能分析进行精细注水优化研究中，多层多向注入量和产量劈分技术涉及到的内容。
3.分层注水配注量的确定方法有基于静态参数的单因素有效厚度法(h)及地层系数法(kh)、基于生产动态的多因素的劈分系数法，基于驱替表征的方法，和分层注水压力系统分析方法。其中基于压力系统分析的方法又有分注节点分析，完全油藏数值模拟，和管流与渗流耦合的方法。节点分析法基于流出和流入节点的质量、动量守恒原理，与其它方法相比，简洁实用。国内外对节点分析在注水工艺及分层注水工艺中的应用研究还较少。
4.致密油藏储层注水开发特征鲜明，一是非均质性强，层间和层内吸水差异性大；二是单井和单层注水量小，分注人工或井下自动测试调配难度大。为了进一步提高其分注开发效果，需进行分注配注误差和分注测调周期预测的研究。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种致密油藏分层注水测调周期确定方法及系统，解决了现有技术中存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种致密油藏分层注水测调周期确定方法，包括以下步骤：
8.在单层笼统注水节点模型的基础上建立分层注水多层节点分析模型；
9.对分层注水多层节点分析模型进行求解，直至井底节点处流入和流出压力差满足第一层井底节点流入和流出压力差要求最大值为止；
10.通过分层注水多层节点分析模型，得到此工况下的两层注入压力和实际注入量，再根据单井配注误差的定义，设计配注量
‑
实际配注量/设计配注量，预测出配注误差；
11.根据地层压力随时间的下降趋势，代入分层注水多层节点分析模型，得到两层注入压力和实际注入量随时间的变化趋势，将其与配注量要求对比，预测出配注测调周期。
12.进一步的，单层笼统注水井节点分析中，压降系统的划分包括：地面水平管流压降
△
p1，地下垂直管流压降
△
p2，嘴流压降
△
p3和注入水在地下的渗流压降
△
p4四部分；其中，管流压降用达西公式计算，嘴流压降用嘴流压降模型计算，注入水在地下的渗流压降用平面径向流压降模型计算；分层注水井节点模型的压降系统划分的区别在于井筒管流压降、嘴流压降、渗流压降都按多层各分为多部分，分别为
△
p2‑1、
…
、
△
p2‑
m
，
△
p3‑1、
…
、
△
p3‑
m
，
△
p4‑1、
△
p4‑
m
，m为分层注水的层数；
13.进一步的，各部分压降的具体算式如下：
[0014][0015]
式中，q为注水量,m3/d；l
p
为地面管线长度,m；d
p
为地面管线内径,m；a
p
为地面管线内截面积,m2；
[0016][0017]
式中，l
w
、h
w
分别为井深和垂深,m；d
w
为油管内径,m；a
w
为油管内截面积,m2；λ
p
、λ
w
分别为地面管线和油管内流动摩阻系数，无量纲；下标1、m分别指第一层和第m层，m＝1，2，
…
，m
max
；m
max
为分层注水最大层数，无量纲；
[0018][0019]
式中d
n
为配水嘴内径，m；a
n
为配水嘴过流面积，对可调味水嘴，如“u”型节流口，过流面积m2；c
d
为可调水嘴流量系数，c
d
(x)＝
‑
3.1004x4 8.7432x3‑
8.8037x2 3.64x 0.2635，无量纲；x为水嘴开度，0
‑
1.0，无量纲；
[0020][0021]
式中，h为储层有效厚度,m；k
w
为水相渗透率,μm2；r
w
为井筒半径,m；r
e
为注水波及半径,m；s为表皮因子,无量纲；ρ
w
为水相密度,kg/m3；μ
w
为水相粘度,mpa
·
s；b
w
为水相体积系数,无量纲；
[0022]
分层注水节点分析模型的建立，以第1层井底流压为求解点，流入动态方程如式、第1层流出动态方程、第2至m
max
层流出动态方程，连同多层的注入量间的关系式，一起构成多层分注注水井的节点分析模型，如式(5)所示；
[0023][0024]
式中，p
jwf
‑
in
为流入节点井底压力，pa；p
jwf
‑
out
为流出节点井底压力，pa；p
r
为地层压力,mpa。
[0025]
进一步的，采用非线性方程组数值求解方法中的逐步搜索法求解，先假设配注量劈分系数(上层注入流量与总注入流量之比)r
sfj
和总注入量q，其值rsfj∈(0，1),q∈[0,1600]，再代入上层流出动态方程计算，得到总注入量和q、上层注入量q1和注入压力p
jwf1
，接着代入下层流出动态方程求得下层注入量q2和注入压力p
jwf2
，从小至大逐个试算搜索，直到井底节点处流入和流出压力差满足要求ε为止，计算模型如式(6)所示；
[0026][0027]
式中，q
j
为总配注量，m3/d；r
sf
‑
m
为第m层配注量劈分系数，无量纲；ε为第一层井底节点流入和流出压力差要求最大值，mpa。
[0028]
进一步的，配注误差，表达式如下：
[0029]
e
q
＝[q(t2)
‑
q(t1)]/q(t1)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0030]
如果两个时刻仅地层压力发生了变化，则有：
[0031]
[q，q1，
…
，q
m
，p
jwf1
，
…
，p
jwfm
](t)＝f
w
[(流体物性:ρ
w
,b
w
,μ
w
)，(地面管线:l
p
,ε
p
,d
p
)，(井筒1:l
w1
,h
w1
,ε
w
,d
w
,r
w
)，(井筒2:l
w2
,h
w2
,)，
…
，(井筒m:l
wm
,h
wm
,)，(配水嘴1:2r
n1
,h
n1
2r
n1
,x
n1
)，(配水嘴2:2r
n2
,h
n2
2r
n2
,x
n2
)，
…
，(配水嘴m:2r
nm
,h
nm
2r
nm
,x
n2
)，(储层1:h1,r
e1
,p
r1
(t),k
w1
,s1,p
ff
,)，(储层2:h2,r
e2
,p
r2
(t),k
w2
,s2)，
…
，(储层m:h
m
,r
em
,p
rm
(t),k
wm
,s
m
)，(注水工艺:p
j
,q
max
)]；(8)
[0032]
相应配注合格率的计算式为：
[0033]
r
q
＝1
‑
e
q
ꢀꢀꢀ
(9)。
[0034]
进一步的，测调周期的定义为，两次测调配注误差大于要求时的时间间隔，表达式如下：
[0035]
cy
q
＝t
n
‑
t1,当e
q
＝[q(t
n
)
‑
q(t1)]/q(t1)＜e
q要求
时,n＝2,3,4,...
ꢀꢀꢀ
(10)
[0036]
[q，q1，
…
，q
m
，p
jwf1
，
…
，p
jwfm
](t)＝f
z
[(流体物性:ρ
w
,b
w
,μ
w
)，(地面管线:l
p
,ε
p
,d
p
)，(井筒1:l
w1
,h
w1
,ε
w
,d
w
,r
w
)，(井筒2:l
w2
,h
w2
,)，
…
，(井筒m:l
wm
,h
wm
,)，(配水嘴1:2r
n1
,h
n1
2r
n1
,x
n1
)，(配水嘴2:2r
n2
,h
n2
2r
n2
,x
n2
)，
…
，(配水嘴m:2r
nm
,h
nm
2r
nm
,x
n2
)，(储层1:h1,r
e1
,p
r1
(t),k
w1
,s1,p
ff
,)，(储层2:h2,r
e2
,p
r2
(t),k
w2
,s2)，
…
，(储层m:h
m
,r
em
,p
rm
(t),k
wm
,s
m
)，(注水工艺:p
j
,q
max
)])]；(11)。
[0037]
进一步的，设计配注量为前次测调配注量；实际配注量为后次测调配注量。
[0038]
进一步的，一种致密油藏分层注水测调周期确定系统，包括：
[0039]
模型建立模块，用于在单层笼统注水节点模型的基础上建立分层注水多层节点分析模型；
[0040]
求解模块，用于对分层注水多层节点分析模型进行求解，直至井底节点处流入和流出压力差满足第一层井底节点流入和流出压力差要求最大值为止；
[0041]
配注误差预测模块，用于通过分层注水多层节点分析模型，得到此工况下的两层注入压力和实际注入量，再根据单井配注误差的定义，设计配注量
‑
实际配注量/设计配注量，预测出配注误差；
[0042]
配注测调周期预测模块，用于根据地层压力随时间的下降趋势，代入分层注水多层节点分析模型，得到两层注入压力和实际注入量随时间的变化趋势，将其与配注量要求对比，预测出配注测调周期。
[0043]
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
[0044]
本发明，考虑分层注水工艺中配水间、注水井井口、注水井底配水器、注水井储层
各位置处的压力和流量关系，建立了分层注水注水井节点分析模型，可用于2层到多层的分层注水压力系统的分析，对模型的求解采用非线性方程组数值求解方法中的逐步搜索法，此法相对于传统图解法在分层层数>2层时可快速求解，理论上可进行无数层的求解，所以在工程实际计算中更具优越性。再将节点模型结合分注测调采集数据，建立了分注配注误差和分注测调周期的预测方法，该方法可以进行分层注水分注配注误差、配注合格率、测调周期的预测，这三项参数可应用于有效指导分层注水工艺实践，如：分层注水工艺的选井依据、分层注水工艺的应用界限、分层注水工艺的测调预警等。本发明对明确低渗透油藏分层注水特征与规律提供了相应的理论依据，可明显提高分层注水效益。
附图说明
[0045]
图1分层注水注水井节点分析中压降系统的划分示意图；
[0046]
图2分注配注周期计算结果图。
具体实施方式
[0047]
以下结合附图对本发明进一步说明：
[0048]
请参阅图1至图2，
[0049]
(1)分层注水多层节点分析模型及其求解
[0050]
节点分析模型体现的是流入和流出节点的流体质量和动量守恒，其各段的压降计算采用稳态的管流和稳态的渗流数学模型。单层笼统注水井节点分析中，压降系统的划分包括：地面水平管流压降
△
p1，地下垂直管流压降
△
p2，嘴流压降
△
p3，和注入水在地下的渗流压降
△
p4四部分。其中，管流压降用达西公式计算，嘴流压降用嘴流压降模型(分固定水嘴和可调水嘴)
[10,17]
计算，注入水在地下的渗流压降用平面径向流压降模型计算。分层注水井节点模型是在单层笼统注水节点模型的基础上建立的，其压降系统划分的区别在于井筒管流压降、嘴流压降、渗流压降都按多层各分为多部分，即分别为
△
p2‑1、
…
、
△
p2‑
m
，
△
p3‑1、
…
、
△
p3‑
m
，
△
p4‑1、
△
p4‑
m
，m为分层注水的层数，如图1所示。
[0051]
各部分压降的具体算式如下：
[0052][0053]
式中，q为注水量,m3/d；l
p
为由配水间到井口的注水管线长度,m；d
p
为注水管线内径,m；a
p
为地面管线内截面积,m2；
[0054][0055]
式中，l
w
、h
w
分别为井深和垂深,m；d
w
为油管内径,m；a
w
为油管内截面积,m2；λ
p
、
[0056]
λ
w
分别为地面管线和油管内流动摩阻系数，无量纲；下标1、m分别指第一层和第m层，m＝1，2，
…
，m
max
；m
max
为分层注水最大层数，无量纲。
[0057]
[0058]
式中d
n
为配水嘴内径，m；a
n
为配水嘴过流面积，对可调味水嘴，如“u”型节流口，过流面积，m2；c
d
为可调水嘴流量系数，c
d
(x)＝
‑
3.1004x4 8.7432x3‑
8.8037x2 3.64x 0.2635，无量纲；x为水嘴开度，0
‑
1.0，无量纲；
[0059][0060]
式中，h为储层有效厚度,m；k
w
为水相渗透率,μm2；r
w
为井筒半径,m；r
e
为注水波及半径,m；s为表皮因子,无量纲；ρ
w
为水相密度,kg/m3；μ
w
为注入水的粘度,mpa
·
s；b
w
为注入水的体积系数,无量纲；
[0061]
分层注水节点分析模型的建立，以第1层井底流压为求解点，流入(井筒内管流)动态方程如式、第1层流出(储层中渗流)动态方程、第2至m
max
层流出(储层中渗流)动态方程，连同多层的注入量间的关系式，一起构成多层分注注水井的节点分析模型，如式(5)所示。
[0062][0063]
式中，p
jwf
‑
in
为流入节点井底压力，pa；p
jwf
‑
ou
t为流出节点井底压力，pa；p
r
为地层压力,mpa；。
[0064]
对节点模型的求解,传统方法采用图解法，即绘出某节点处的流入和流出动态曲线，两线交点对应的压力和流量即为满足系统平衡时的注入压力和注水量。在双层注水节点分析模型中，井底节点处为一条流入两条流出，故需考虑两条流出动态曲线的叠加，可又无法确定上下层注入量，所以图解法在分层注水时节点模型中实际无法求解。
[0065]
对此，本专利对节点分析模型的求解采用非线性方程组数值求解方法中的逐步搜索法。原理是先假设配注量劈分系数(上层注入流量与总注入流量之比)r
sfj
和总注入量q，其值r
sfj
∈(0，1),q∈[0,1600]，再代入上层流出动态方程计算，得到总注入量和q、上层注入量q1和注入压力p
jwf1
，接着代入下层流出动态方程求得下层注入量q2和注入压力p
jwf2
，从小至大逐个试算搜索，直到井底节点处流入和流出压力差满足要求ε为止，计算模型如式(6)所示。
[0066][0067]
式中，q
j
为总配注量，m3/d；r
sf
‑
m
为第m层配注量劈分系数，无量纲；ε为第一层井底节点流入和流出压力差要求最大值，mpa。对节点分析模型采用非线性方程组数值求解方法中的逐步搜索法，更简便快捷，且在>2层的多层分注时更具有优越性。
[0068]
(2)分层注水配注误差和配注合格率的预测
[0069]
在储层参数和注水工艺参数确定的情况下，通过分注注水井节点分析模型，可计算得到此工况下的两层注入压力和实际注入量。再根据单井配注误差的定义，[设计配注量
(前次测调配注量)
‑
实际配注量(后次测调配注量)]/设计配注量(前次测调配注量)，即可预测出配注误差，表达式如下：
[0070]
e
q
＝[q(t2)
‑
q(t1)]/q(t1)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0071]
如果两个时刻仅地层压力发生了变化，则有：
[0072]
[q，q1，
…
，q
m
，p
jwf1
，
…
，p
jwfm
](t)＝f
w
[(流体物性:ρ
w
,b
w
,μ
w
)，(地面管线:l
p
,ε
p
,d
p
)，(井筒1:l
w1
,h
w1
,ε
w
,d
w
,r
w
)，(井筒2:l
w2
,h
w2
,)，
…
，(井筒m:l
wm
,h
wm
,)，(配水嘴1:2r
n1
,h
n1
2r
n1
,x
n1
)，(配水嘴2:2r
n2
,h
n2
2r
n2
,x
n2
)，
…
，(配水嘴m:2r
nm
,h
nm
2r
nm
,x
n2
)，(储层1:h1,r
e1
,p
r1
(t),k
w1
,s1,p
ff
,)，(储层2:h2,r
e2
,p
r2
(t),k
w2
,s2)，
…
，(储层m:h
m
,r
em
,p
rm
(t),k
wm
,s
m
)，(注水工艺:p
j
,q
max
)].(8)
[0073][0074]
相应配注合格率的计算式为：
[0075]
r
q
＝1
‑
e
q
ꢀꢀꢀ
(9)
[0076]
(3)分层注水测调周期的预测
[0077]
根据地层压力随时间的下降趋势，代入分注注水井节点分析模型，可计算得到两层注入压力和实际注入量随时间的变化趋势，将其与配注量要求对比，就可预测出合适的配注测调周期。测调周期的定义为，两次测调配注误差大于要求时的时间间隔，表达式如下：
[0078]
cy
q
＝t
n
‑
t1,当e
q
＝[q(t
n
)
‑
q(t1)]/q(t1)＜e
q要求
时,n＝2,3,4,...
ꢀꢀꢀ
(10)
[0079]
[q，q1，
…
，q
m
，p
jwf1
，
…
，p
jwfm
](t)＝f
z
[(流体物性:ρ
w
,b
w
,μ
w
)，(地面管线:l
p
,ε
p
,d
p
)，(井筒1:l
w1
,h
w1
,ε
w
,d
w
,r
w
)，(井筒2:l
w2
,h
w2
,)，
…
，(井筒m:l
wm
,h
wm
,)，(配水嘴1:2r
n1
,h
n1
2r
n1
,x
n1
)，(配水嘴2:2r
n2
,h
n2
2r
n2
,x
n2
)，
…
，(配水嘴m:2r
nm
,h
nm
2r
nm
,x
n2
)，(储层1:h1,r
e1
,p
r1
(t),k
w1
,s1,p
ff
,)，(储层2:h2,r
e2
,p
r2
(t),k
w2
,s2)，
…
，(储层m:h
m
,r
em
,p
rm
(t),k
wm
,s
m
)，(注水工艺:p
j
,q
max
)])].(11)
[0080][0081]
分注测调周期预测的基础上还可进行测调井分类及其测调预警，方法为：将研究区块注水井的储层参数，代入分注注水井节点分析模型，可求出各井的注入压力和配注量，将其与区块的设计配注量对比，即可得到哪些井无需测调哪些井需要测调并且在何时测调，由此就可对分注井进行分类并进行测调预警。
[0082]
实例1分层注水配注误差、配注合格率的预测
[0083]
进行实例计算，输入的已知参数取自长庆油田g83区l42
‑
20井的资料，包括《l42
‑
20井压力测试成果报告》、《l42
‑
20井分注调配测试成果报告》和《g83区长4 5长6油藏基础数据》，具体如表1所示，其中两层水嘴开度全设为1.0，注水井地层压力随时间能增加。
[0084]
表1输入的已知参数
[0085][0086][0087]
分注配注误差计算结果如表2所示：
[0088]
表2分注配注误差计算结果
[0089]
[0090]
实例2分层注水测调周期的预测
[0091]
进行实例计算，输入的已知参数如表3所示，其中两层水嘴开度全设为1.0，假设地层压力与时间的拟合关系为p
r
＝p
r0
0.01t，e
q要求
＝50％。
[0092]
表3输入的已知参数
[0093][0094][0095]
分注配注周期计算结果如表4和附图2所示：
[0096]
表4分注配注周期计算结果
[0097][0098]
可见，计算得到此时该井的测调周期为40～50天。