一种用于单缝洞储层的产能分析方法及系统与流程

1.本发明涉及油藏工程技术领域，尤其涉及一种用于单缝洞储层的产能分析方法及系统。


背景技术：

2.在油藏勘探领域，对储层产能的有效分析及评估在很大程度上影响开发的效果，目前已有的研究中通过系统试井确定产能关系作为油井合理配产设计的重要依据之一，具体的，正常产能指示曲线呈现弧形曲线，压差对产量的增加速率始终保持上升；小产量低压差下近似为直线，反映出受粘滞力控制的线性关系，即达西渗流或层流特性；大产量下高压差下曲线弯曲，表现出非线性流动关系对应高速非达西流或紊流摩阻效应；产能关系近似为二项式、指数式形式。而对于缝洞型油藏油井的产能测试结果却表现出相当程度的异常性，根据顺北缝洞型油藏的产能指示曲线形态，可以将异常性分为4类：直线型、突降型、增长型和s型，其中除了直线型以外，其他异常性对应的缝洞型储层油井无法通过现有的产能方程有效描述。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供了一种用于单缝洞储层的产能分析方法，在一个实施例中，该方法包括：
4.步骤s1、分析储层中裂缝与溶洞的连接结构，建立储层的缝洞型油藏物理模型；
5.步骤s2、依据储层裂缝中的流体存在流动压降的原则，基于所述缝洞型油藏物理模型建立储层裂缝中流体的能量平衡方程；
6.步骤s3、分别建立储层裂缝的惯性力流动方程、粘滞力流动方程以及摩擦阻力流动方程；
7.步骤s4、将储层裂缝中流体的能量平衡方程与裂缝的惯性力流动方程、粘滞力流动方程及磨擦阻力流动方程结合处理获得裂缝内的压力梯度，并基于其进行计算获取溶洞到裂缝出口的压降方程；
8.步骤s5、基于所述溶洞到裂缝出口的压降方程引入势概念获得缝洞储层的二次项产能方程。
9.一个实施例中，在所述步骤s1中，根据分析获得的裂缝长度数据，以及裂缝与溶洞连接的倾角数据建立储层的缝洞型油藏物理模型。
10.一个实施例中，在所述步骤s2中，储层裂缝中流体的能量平衡方程如下式所示：
[0011][0012]
式中，p为裂缝压力，pa，l为裂缝长度，m，ρ为流体密度，kg/m3，g为重力加速度，m/s2，θ为裂缝倾角，v为裂缝流体平均流速，m/s，f为磨擦阻力系数，d为等效水力直径。
[0013]
一个实施例中，在所述步骤s3中，包括：
[0014]
将流体从溶洞出口流速加速至裂缝流速时因动能项增长产生的压降作为惯性力损耗，即将裂缝入口压降方程为惯性力流动方程；
[0015]
采用达西定律描述储层内裂缝的层流压降作为粘滞力流动方程。
[0016]
一个实施例中，在所述步骤s4中，包括：对合成的裂缝内的压力梯度沿裂缝长度积分获得裂缝进出口间的压降，再加上裂缝入口处的加速度压降获得溶洞到裂缝出口的压降方程。
[0017]
进一步地，所述溶洞到裂缝出口的压降方程如下式所示：
[0018][0019]
式中，p
r
为溶洞流体压力，为当前裂缝处的压力，l
f
为当前运算裂缝长度，m，ρ为流体密度，kg/m3，g为重力加速度，m/s2，θ为裂缝倾角，q为油井产量，b为流体体积系数，μ为流体粘度，a
f
为裂缝截面面积，φ
f
为裂缝孔隙度，kf为裂缝渗透率，f为磨擦阻力系数，d为等效水力直径。
[0020]
一个实施例中，获得的缝洞储层的二次项产能方程如下式所示：
[0021][0022]
式中，p
r
为溶洞流体压力，为当前裂缝处的压力，l
f
为当前运算裂缝长度，m，b为流体体积系数，μ为流体粘度，a
f
为裂缝截面面积，φ
f
为裂缝孔隙度，k
f
为裂缝渗透率，q为油井产量，f为磨擦阻力系数，d为等效水力直径，ρ为流体密度，kg/m3。
[0023]
基于上述任意一个或多个实施例的其他方面，本发明化提供一种用于单缝洞储层的产能分析系统，其特征在于，所述系统包括：
[0024]
物理模型建立模块，其配置为分析储层中裂缝与溶洞的连接模式，建立储层的缝洞型油藏物理模型；
[0025]
能量平衡方程建立模块，其设置为依据裂缝中的流体存在流动压降的原则，基于所述缝洞型油藏物理模型建立储层裂缝中流体的能量平衡方程；
[0026]
力元素流动方程建立模块，其设置为分别建立储层裂缝的惯性力流动方程、粘滞力流动方程以及摩擦阻力流动方程；
[0027]
压降方程获取模块，其设置为将储层裂缝中流体的能量平衡方程与裂缝的惯性力流动方程、粘滞力流动方程及磨擦阻力流动方程结合处理获得裂缝内的压力梯度，并基于其进行计算获取溶洞到裂缝出口的压降方程；
[0028]
产能方程获取模块，其设置为基于所述溶洞到裂缝出口的压降方程引入势概念获得缝洞储层的二次项产能方程。
[0029]
在一个实施例中，所述储层裂缝中流体的能量平衡方程如下式所示：
[0030][0031]
式中，p为裂缝压力，pa，l为裂缝长度，m，θ为裂缝倾角，ρ为流体密度，kg/m3，g为重力加速度，m/s2，v为裂缝流体平均流速，m/s，f为磨擦阻力系数，d为等效水力直径。
[0032]
在一个实施例中，所述压降方程获取模块，进一步配置为对合成的裂缝内的压力梯度沿裂缝长度积分获得裂缝进出口间的压降，再加上裂缝入口处的加速度压降，获得溶洞到裂缝出口的压降。
[0033]
与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：
[0034]
本发明提供的一种用于单缝洞储层的产能分析方法及系统，通过根据储层中裂缝与溶洞的结构建立储层的缝洞型油藏物理模型，并基于所述缝洞型油藏物理模型建立储层裂缝中流体的能量平衡方程，本发明的产能分析方法中综合考虑缝洞型储层物理模型反映的溶洞和裂缝间的机构关系以及裂缝中的重力、惯性力和摩擦阻力的影响建立储层裂缝流体的能量平衡方程，保证了该能量平衡方程计算结果的精确性，为后续产能方程的计算提供了可靠的数据支持；此外，本发明通过结合处理获得裂缝内的压力梯度，进而基于其计算获取溶洞到裂缝出口的压降方程并引入势概念获得缝洞储层的二次项产能方程，采用获得的二次项产能方程对缝洞型储层的产能进行分析和评价，计算简单，且针对性强，即使是异常性产能指示曲线对应的缝洞型油藏储层，也能够可靠地描述储层的产能，为缝洞型油藏的开发提供指导依据。
附图说明
[0035]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。在附图中：
[0036]
图1是本发明一实施例中用于单缝洞储层的产能分析方法的流程示意图；
[0037]
图2是本发明实施例中用于单缝洞储层的产能分析方法的缝洞型油藏物理模型示意图；
[0038]
图3是本发明实施例中用于单缝洞储层的产能分析方法一示例的产能指示曲线图；
[0039]
图4是本发明实施例中用于单缝洞储层的产能分析方法一示例的二项式指示曲线图；
[0040]
图5是本发明实施例中用于单缝洞储层的产能分析方法一示例的产能拟合曲线图；
[0041]
图6是本发明另一实施例中用于单缝洞储层的产能分析系统的结构示意图。
具体实施方式
[0042]
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0043]
在油藏勘探领域，对储层产能的有效分析及评估在很大程度上影响开发的效果，已有的研究中通过系统试井确定产能关系作为油井合理配产设计的重要依据之一，具体的，正常产能指示曲线呈现弧形曲线，压差对产量的增加速率始终保持上升；小产量低压差下近似为直线，反映出受粘滞力控制的线性关系，即达西渗流或层流特性；大产量下高压差
下曲线弯曲，表现出非线性流动关系对应高速非达西流或紊流摩阻效应；产能关系近似为二项式、指数式形式。
[0044]
而对于缝洞型油藏油井的产能测试结果却表现出相当程度的异常性，例如，塔河10区、12区、托甫台及顺北等区块油藏属断溶体油气藏，受断层控制，其生产特征从产能指示曲线、生产指示曲线、储层流温和静温、压恢曲线等方面都显示出与塔河主体区缝洞型储层有所差别，同时不同断裂带控制的油藏之间也存在不同的生产动态特征。根据顺北缝洞型油藏的产能指示曲线形态，可以将异常性分为4类：直线型、突降型、增长型和s型，其中除了直线型以外，现有的产能方程不能有效分析及描述存在的异常类型储层油田。
[0045]
基于上述背景及问题，本发明提供一种用于单缝洞储层的产能分析方法及系统，该方法立足于产能指示曲线的差异，明确了缝洞结构为造成产能指示曲线差异大的原因，在明确缝洞连接结构的基础上，通过本发明的以下方案建立产能方程。本发明方法的目的是在分析裂缝与溶洞连接模式的基础上，通过对裂缝、溶洞内的流体流动特征描述(考虑了粘滞力、惯性力以及重力等)，建立单缝洞产能分析模型及方程，指导油藏的开发，例如，可指导碳酸盐岩缝洞型油藏的产能模型构建及产能分析评价。下面参考附图对本发明各个实施例进行说明。
[0046]
实施例一
[0047]
图1示出了本发明一实施例提供的用于单缝洞储层的产能分析方法的流程示意图，参照图1可知，该方法包括如下步骤。
[0048]
步骤s110、分析储层中裂缝与溶洞的连接结构，建立储层的缝洞型油藏物理模型。
[0049]
在一个实施例中，该步骤是对裂缝与溶洞的连接模式进行分析获得的裂缝长度数据，以及裂缝与溶洞连接的倾角数据，并根据分析获得的数据建立储层的缝洞型油藏物理模型。图2示出了本发明实施例中缝洞型油藏物理模型的示意图，如图2所示，井筒与裂缝相连接，在距离裂缝为l
f
的地层中有溶洞，在如图所示的示例中，裂缝与井筒直接相连，溶洞通过裂缝与井筒相连，溶洞压力采用储层的地层压力为p
r
，裂缝长度为l
f
，裂缝压力为p，裂缝与溶洞倾角为θ。
[0050]
接下来，基于上述建立的缝洞型油藏物理模型，认为流体流动压降只存在于裂缝中，溶洞中流动是恒压的，考虑储层裂缝中流体的重力、惯性力及摩擦阻力多种因素的影响描述储层裂缝中流体的能量关系，因此有如下步骤：步骤s120、依据裂缝中的流体存在流动压降的原则，基于缝洞型油藏物理模型建立储层裂缝中流体的能量平衡方程。
[0051]
该步骤中，建立的储层裂缝中流体的能量平衡方程如下式(1)所示：
[0052][0053]
式中，p为裂缝压力，pa，l为裂缝长度，m，其以坐标形式表示，沿流动方向定义，ρ为流体密度，kg/m3，g为重力加速度，m/s2，θ为裂缝倾角，v为裂缝流体平均流速，m/s，f为磨擦阻力系数，d为等效水力直径。其中，上式右端的ρgsinθ表示裂缝流体的重力压力梯度，表示裂缝流体的惯性力压力梯度(加速度压降)，表示裂缝流体的摩擦阻力压力梯度。上述步骤中，综合考虑缝洞型储层物理模型反映的溶洞和裂缝间的机构关系以及裂缝中的重力、惯性力和摩擦阻力的影响建立储层裂缝流体的能量平衡方程，保证了该能
量平衡方程计算结果的精确性，为后续产能方程的计算提供了可靠的数据支持。
[0054]
实现对储层裂缝内的流体进行分析，惯性力、粘滞力及摩擦阻力因素的影响不可忽视，为了有效结合惯性力、粘滞力及摩擦阻力影响因素实现对缝洞型储层产能的精确分析，先对重力、惯性力及摩擦阻力进行物理层面的描述，即有如下操作：步骤s130、分别建立储层裂缝的惯性力流动方程、粘滞力流动方程以及摩擦阻力流动方程。具体的，该步骤中将流体从溶洞出口流速加速至裂缝流速时因动能项增长产生的压降作为惯性力损耗，实际应用中，惯性力损耗表示流体从溶洞出口近似为0速度加速到裂缝流速v时，因动能项增长产生的压降，即裂缝入口压降方程为惯性力流动方程，具体如下式(2)所示：
[0055][0056]
其中，表示裂缝流体的平均流速。
[0057]
进一步地，该步骤中采用达西定律描述储层内裂缝的层流压降作为粘滞力流动方程，反映沿程的粘滞力阻力，粘滞力流动方程如下式(3)所示：
[0058][0059]
按下式(3)建立储层摩擦阻力的流动方程：
[0060][0061]
式中，p为裂缝压力，pa，l为裂缝长度，m，p
r
为溶洞流体压力，p|
l＝0
为裂缝长度为0时的压力，即裂缝流入口端的压力，ρ为流体密度，a
f
为裂缝截面面积，φ
f
为裂缝孔隙度，q为油井产量，b为流体体积系数，kf为裂缝渗透率，μ为流体粘度，f为磨擦阻力系数；d为等效水力直径。
[0062]
接下来执行步骤s140、将储层裂缝中流体的能量平衡方程与裂缝的惯性力流动方程、粘滞力流动方程及磨擦阻力流动方程结合处理获得裂缝内的压力梯度，并基于其进行计算获取溶洞到裂缝出口的压降方程。
[0063]
实际工况中，压力梯度是由不同的介质或者流体产生的，例如一个密闭的杯子里面装了油、水和气，时间长了水在最下面，油在中间，气在最上面，我们如果计算水杯底部的压力，需要用上部的气柱压力 中部的油柱压力 下部的水柱压力，此时就反映出压力梯度的概念，压力梯度是指单位长度下的压力，单位为mpa/100m或者mpa/m，在油气井中，由于每个位置的压力不同，导致流体的形态也不同，因此每个位置都有自己的压力梯度，下表提供一种压力梯度实测列表示例：
[0064][0065][0066]
在一个实施例中，该步骤通过对合成的裂缝内的压力梯度沿裂缝长度积分获得裂缝进出口间的压降，再加上裂缝入口处的加速度压降，获得溶洞到裂缝出口的压降方程，如下式(4)所示：
[0067][0068]
在一个实施例中，在上述实施例获取的压降方程基础上，通过以下步骤获取储层的二次项产能方程：步骤s150、基于溶洞到裂缝出口的压降方程引入势概念获得缝洞储层的二次项产能方程。具体的，基于上述获得的溶洞到裂缝出口的压降方程引入重力势概念，用重力势表示如下式(5)所示：
[0069][0070]
其中，假设其中，a和b均为二项式产能系数，则缝洞型储层裂缝的产能关系仍然可以表示为下式(6)所示的二项式形式：
[0071][0072]
接下来以实际勘探中的shb1井的产能测试数据为例对上述技术方案进行具体说明，包括以下操作：
[0073]
(1)首先根据产能测试数据分别求取不同产量下的生产压差，如下表所示。
[0074]
表1 shb1井产能测试数据
[0075][0076]
(2)根据求取的上述产能测试数据绘制shb1井对应的产能指示曲线，如图3所示，图中，横坐标表示产量，m3/d；纵坐标为压差，mpa，并在产能指示曲线基础上进行回归获取shb1井对应的二项式指示曲线，如图4所示，其中，横坐标为流量即产量，纵坐标表示dp/q，即采油指数的倒数。
[0077]
(3)在回归二项式产能曲线的基础上，绘制产能拟合曲线，如图5所示，其中，横坐标表示产量，m3/d；纵坐标为压差，mpa，对比分析可以发现，图5中的曲线形态相对图3更规则更有规律，表明采用了本发明的技术方案能够得到更严格的二项式产能方程；反之如果不采用本项目成果的话，得出来的公式有可能为pr-pwf＝aq bq2 c或者为：pr-pwf＝aq bq2 cq3，与我们经典的二项式产能表达式相违背。在此基础上，基于绘制得到的产能拟合曲线即可确定shb1井二项式产能方程为：p
r-p
wf
＝0.0027q 0.000043q2。，其中，p
wf
为井底压力，表示井筒底部的压力。
[0078]
基于本发明上任意一个或多个实施例，本发明还提供一种用于单缝洞储层的产能分析系统，该系统执行上述一个或多个实施例中的方法和步骤。
[0079]
具体的，图6示出了本发明实施例中提供的用于单缝洞储层的产能分析系统的结构示意图，如图所示，该产能分析系统包括：
[0080]
物理模型建立模块61，其配置为分析储层中裂缝与溶洞的连接模式，建立储层的缝洞型油藏物理模型。
[0081]
能量平衡方程建立模块63，其设置为依据裂缝中的流体存在流动压降的原则，基于缝洞型油藏物理模型建立储层裂缝中流体的能量平衡方程。
[0082]
力元素流动方程建立模块65，其设置为分别建立储层裂缝的惯性力流动方程、粘滞力流动方程以及摩擦阻力流动方程。
[0083]
压降方程获取模块67，其设置为将储层裂缝中流体的能量平衡方程与裂缝的惯性力流动方程、粘滞力流动方程及磨擦阻力流动方程结合处理获得裂缝内的压力梯度，并基于其进行计算获取溶洞到裂缝出口的压降方程。
[0084]
产能方程获取模块69，其设置为基于溶洞到裂缝出口的压降方程引入势概念获得缝洞储层的二次项产能方程。
[0085]
在一个实施例中，系统的物理模型建立模块61进一步配置为根据分析获得的裂缝长度数据，以及裂缝与溶洞连接的倾角数据建立储层的缝洞型油藏物理模型。
[0086]
在一个实施例中，由能量平衡方程建立模块63建立的储层裂缝中流体的能量平衡方程如下式(7)所示：
[0087][0088]
式中，p为裂缝压力，pa，l为裂缝长度，m，θ为裂缝倾角，ρ为流体密度，kg/m3，g为重力加速度，m/s2，v为裂缝流体平均流速，m/s，f为磨擦阻力系数，d为等效水力直径。
[0089]
在一个实施例中，系统的力元素流动方程建立模块65进一步设置为：将流体从溶洞出口流速加速至裂缝流速时因动能项增长产生的压降作为惯性力损耗，即裂缝入口压降方程为惯性力流动方程；
[0090]
具体的，该步骤中将流体从溶洞出口流速加速至裂缝流速时因动能项增长产生的压降作为惯性力损耗，实际应用中，惯性力损耗表示流体从溶洞出口近似为0速度加速到裂缝流速v时，因动能项增长产生的压降，即裂缝入口压降方程为惯性力流动方程，具体如下式(8)所示：
[0091][0092]
其中，表示裂缝流体的平均流速。
[0093]
进一步地，该步骤中采用达西定律描述储层内裂缝的层流压降作为粘滞力流动方程，反映沿程的粘滞力阻力，粘滞力流动方程如下式(9)所示：
[0094][0095]
按下式(10)建立储层摩擦阻力的流动方程：
[0096][0097]
式中，p为裂缝压力，pa，l为裂缝长度，m，p
r
为溶洞流体压力，p|
l＝0
为裂缝长度为0时的压力，即裂缝流入口端的压力，ρ为流体密度，a
f
为裂缝截面面积，φ
f
为裂缝孔隙度，q为油井产量，b为流体体积系数，kf为裂缝渗透率，μ为流体粘度，f为磨擦阻力系数；d为等效水力直径。
[0098]
在一个实施例中，压降方程获取模块67进一步设置为对合成的裂缝内的压力梯度沿裂缝长度积分获得裂缝进出口间的压降，再加上裂缝入口处的加速度压降，获得溶洞到裂缝出口的压降方程。
[0099]
具体的，溶洞到裂缝出口的压降方程如下式(11)所示：
[0100][0101]
式中，p
r
为溶洞流体压力，为当前裂缝处的压力，l
f
为当前运算裂缝长度，m，ρ为流体密度，kg/m3，g为重力加速度，m/s2，θ为裂缝倾角，q为油井产量，b为流体体积系数，μ为流体粘度，a
f
为裂缝截面面积，φ
f
为裂缝孔隙度，kf为裂缝渗透率，f为磨擦阻力系数，d为等效水力直径。
[0102]
在一个实施例中，通过产能方程获取模块69获得的缝洞储层的二次项产能方程如
下式(12)所示：
[0103][0104]
式中，p
r
为溶洞流体压力，为当前裂缝处的压力，l
f
为当前运算裂缝长度，m，b为流体体积系数，μ为流体粘度，a
f
为裂缝截面面积，φ
f
为裂缝孔隙度，k
f
为裂缝渗透率，q为油井产量，f为磨擦阻力系数，d为等效水力直径，ρ为流体密度，kg/m3。
[0105]
本发明实施例提供的用于单缝洞储层的产能分析系统中，各个模块或单元结构可以根据试验需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。
[0106]
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。
[0107]
说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0108]
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。