一种生物纳米降压增注技术效果评价方法与流程

1.本发明属于海上油田技术领域，具体涉及一种生物纳米降压增注技术效果评价方法。


背景技术：

2.海上油田步入高含水阶段，注水开发采用大泵提液后，导致注入压力较高，能耗巨大，注水困难，明显制约了稳产和进一步提高采收率，针对这种情况市面上研制出了生物纳米降压增注液，生物纳米降压增注措施主要是向注入井工作液中添加纳米颗粒或纳米复合材料来实现，其在注入过程中会发生吸附、改变岩石表面润湿性、封堵流动通道等物理化学过程，因此纳米降压增注油藏工程理论与常规油藏工程方法有较大差异。
3.目前来说，对海上油田生物纳米降压增注技术效果的评价局限于通过井口压力与注入量这两个因素判断是否有效，缺乏相应的评价理论，无法对改善效果进行定量的评价。
4.因此，如何对海上油田生物纳米降压增注技术效果进行定量的评价，是本领域技术人员有待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了对海上油田生物纳米降压增注技术效果进行定量评价，提出了一种生物纳米降压增注技术效果评价方法。
6.本发明的技术方案为：一种生物纳米降压增注技术效果评价方法，包括以下步骤：
7.s1、基于第一半径和第二半径确定出表皮系数，所述第一半径具体是钻井污染造成的渗透率下降区域的半径，所述第二半径是生物纳米溶液在注水井井底朝水平方向对地层的波及半径；
8.s2、确定出生物纳米溶液的有效半径；
9.s3、基于所述有效半径、地层数据和所述表皮系数确定所述注水井的阻力系数，并基于所述阻力系数评价生物纳米降压增注技术效果。
10.进一步地，所述第一半径包含多层半径，所述第二半径包含多层半径。
11.进一步地，所述步骤s1具体包括以下分步骤：
12.s11、若所述第一半径均小于所述第二半径，则通过第一表皮系数计算公式确定所述表皮系数；
13.s12、若所述第一半径均不小于所述第二半径，则通过第二表皮系数计算公式确定所述表皮系数；
14.s13、若所述第一半径部分小于所述第二半径，则通过第三表皮系数计算公式确定所述表皮系数。
15.进一步地，判断所述第一半径和所述第二半径之间的大小是通过生物纳米溶液的注入量进行判断的。
16.进一步地，所述第一表皮系数计算公式如下所示：
[0017][0018]
式中，s1
nano
为第一表皮系数，α为校正系数，n为地层层数，re为注水井和采油井之间的直线距离，r
fi
为生物纳米溶液改善半径，rw为注水井井底的半径。
[0019]
进一步地，所述第二表皮系数计算公式如下式所示：
[0020][0021]
式中，s2
nano
为第二表皮系数，α为校正系数，rw为注水井井底的半径，rs为所述第一半径，re为注水井和采油井之间的直线距离，r
fi
为生物纳米溶液改善半径，n为地层层数，k为地层渗透率，ks为所述第一半径内地层渗透率。
[0022]
进一步地，所述第三表皮系数计算公式如下式所示：
[0023][0024]
式中，s3
nano
为第三表皮系数，α为校正系数，n为地层层数，rf为生物纳米溶液改善半径，re为注水井和采油井之间的直线距离，rs为所述第一半径，k为地层渗透率，ks为所述第一半径内地层渗透率，rw为注水井井底的半径。
[0025]
进一步地，所述步骤s2中的有效半径具体通过如下公式进行确定：
[0026][0027]
式中，r为生物纳米溶液的有效半径，rw为注水井井底的半径，ki为生物纳米溶液注入过程中增注液的有效渗透率，l为水平段长度，pw为井底超静孔隙压力，μ为注入流体浓度，q为生物纳米溶液的注入量。
[0028]
进一步地，所述步骤s3中的阻力系数具体通过如下公式进行确定：
[0029][0030]
其中，
[0031]
式中，fk为阻力系数，k为地层渗透率，k
′
为得到注生物纳米增注液后的渗透率，μ为注入流体浓度，b为生物纳米增注液体积系数，a为得到注生物纳米增注液泵压下的hall曲线斜率，β为，h为储层厚度，re为注水井和采油井之间的直线距离，rw为注水井井底的半径。
[0032]
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
[0033]
本发明先基于第一半径和第二半径确定出表皮系数，所述第一半径具体是注水井
井底在水平方向方向对地层的波及半径，所述第二半径是生物纳米溶液在注水井井底朝水平方向对地层的波及半径，其中，所述第一半径包含多层半径，所述第二半径包含多层半径；然后确定出生物纳米溶液的有效半径；最后基于所述有效半径、地层数据和所述表皮系数确定所述注水井的阻力系数，并基于所述阻力系数评价生物纳米降压增注技术效果，实现了对海上油田生物纳米降压增注技术效果进行定量的评价，且具有相应的评价理论依据。
附图说明
[0034]
图1所示为本发明实施例提供的一种生物纳米降压增注技术效果评价方法的流程示意图；
[0035]
图2所示为本发明实施例中第一半径均小于第二半径的结构示意图；
[0036]
图3所示为本发明实施例中第一半径均不小于第二半径的结构示意图；
[0037]
图4所示为本发明实施例中第一半径部分小于第二半径的结构示意图。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0039]
如背景技术中所述，对海上油田生物纳米降压增注技术效果的评价局限于通过井口压力与注入量这两个因素判断是否有效，缺乏相应的评价理论，无法对改善效果进行定量的评价。
[0040]
因此，本技术提出了一种生物纳米降压增注技术效果评价方法，如图1所示为本技术实施例提出的一种一种生物纳米降压增注技术效果评价方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
[0041]
步骤s1、基于第一半径和第二半径确定出表皮系数，所述第一半径具体是钻井污染造成的渗透率下降区域的半径，所述第二半径是生物纳米溶液在注水井井底朝水平方向对地层的波及半径。
[0042]
在本技术实施例中，所述第一半径包含多层半径，所述第二半径包含多层半径。
[0043]
在本技术实施例中，所述步骤s1具体包括以下分步骤：
[0044]
s11、若所述第一半径均小于所述第二半径，则通过第一表皮系数计算公式确定所述表皮系数；
[0045]
s12、若所述第一半径均不小于所述第二半径，则通过第二表皮系数计算公式确定所述表皮系数；
[0046]
s13、若所述第一半径部分小于所述第二半径，则通过第三表皮系数计算公式确定所述表皮系数。
[0047]
在本技术实施例中，判断所述第一半径和所述第二半径之间的大小是通过生物纳米溶液的注入量进行判断的。
[0048]
具体的，根据注入量来确定表皮系数计算的几种情况，具体和储层物性有关，不过
使用的时候注入量＞350m3是第一半径均小于所述第二半径，在35～350m3之间是第一半径部分小于所述第二半径，＜35m3是第一半径均不小于所述第二半径。
[0049]
在本技术实施例中，所述第一表皮系数计算公式如下所示：
[0050][0051]
式中，s1
nano
为第一表皮系数，α为校正系数，n为地层层数，re为注水井和采油井之间的直线距离，r
fi
为生物纳米溶液改善半径，也即所述第二半径，rw为注水井井底的半径。
[0052]
所述第二表皮系数计算公式如下式所示：
[0053][0054]
式中，s2
nano
为第二表皮系数，α为校正系数，rw为注水井井底的半径，rs为所述第一半径，re为注水井和采油井之间的直线距离，r
fi
为生物纳米溶液改善半径，n为地层层数，k为地层渗透率，ks为所述第一半径内地层渗透率。
[0055]
所述第三表皮系数计算公式如下式所示：
[0056][0057]
式中，s3
nano
为第三表皮系数，α为校正系数，n为地层层数，rf为生物纳米溶液改善半径，re为注水井和采油井之间的直线距离，rs为所述第一半径，k为地层渗透率，ks为所述第一半径内地层渗透率，rw为注水井井底的半径。
[0058]
具体的，对于第一表皮系数，图中的污染区即为第一半径内的区域，如图2所示为针对第一表皮系数计算时的地层结构示意图，对每一个厚度为hi的改善地层区域，从原状地层re处(注水井和采油井之间的直线距离)到改善地层rf处均遵循达西渗流定律：
[0059][0060]
假设各层厚度均相同为h，总层数为n，则求和后可得总流量为
[0061][0062]
第一表皮系数计算方程为：
[0063][0064]
联立上述两个方程即可得到：
[0065][0066]
也即：
[0067]
考虑到实际情况中各层厚度不同，因此需加一校正系数α，即为：
[0068][0069]
上述式中，s1
nano
为第一表皮系数，α为校正系数，n为地层层数，re为注水井和采油井之间的直线距离，r
fi
为生物纳米溶液改善半径，rw为注水井井底的半径，k为地层渗透率10-3μm2，qi为第i层的注水量m3/d，hi为第i层的地层厚度，pe为地层压力mpa，p
wf
为注水井的井底流压。
[0070]
具体的，对于第二表皮系数，如图3所示为针对第二表皮系数计算时的地层结构示意图，对于原状地层，设储层渗透率为k，根据达西渗流公式可得：
[0071][0072]
假设各层厚度均相同为h，总层数为n，则有：
[0073][0074]
假设近井污染带的渗透率为ks，则未污染区同样满足达西定律：
[0075][0076]
联立上述公式可得：
[0077]
也即：
[0078]
考虑到实际情况中各层厚度不同，因此需加一校正系数α，即为：
[0079][0080]
上述公式中，s2
nano
为第二表皮系数，α为校正系数，n为地层层数，re为注水井和采油井之间的直线距离，r
fi
为生物纳米溶液改善半径，生物纳米溶液改善半径也即所述第二半径，rw为注水井井底的半径，k为地层渗透率10-3μm2，qi为第i层的注水量m3/d，hi为第i层的地层厚度，pe为地层压力mpa，p
wf
为注水井的井底流压，ks为所述第一半径内地层渗透率，ps为第一半径内的地层压力mpa。
[0081]
具体的，对于第三表皮系数，如图4所示为针对第三表皮系数计算时的地层结构示意图，假设大于污染半径的个数为m，则这m个区域的流动方程为：
[0082][0083]
同样，假设这些层厚度相同，则这m个地层的流量总和q1为：
[0084][0085]
设总共有n层，则改善半径小于污染半径的层数为n-m，同时，原状地层的流动过程为：
[0086][0087]
因此，
[0088]
若每层厚度相同，则有：
[0089][0090]
对于未完全改善的污染区，存在：
[0091][0092]
也即：
[0093]
因此：
[0094]
假设全井流量为q，则其余n-m个地层的总流量可表示为：
[0095][0096]
因此总流量q为：
[0097][0098]
可得此种情况下的第三表皮系数的计算公式：
[0099][0100]
而考虑到实际情况中各层厚度不同，因此需要增加一个校正系数α，即为：
[0101][0102]
上述公式中，s3
nano
为第三表皮系数，α为校正系数，n为地层层数，re为注水井和采油井之间的直线距离，r
fi
为生物纳米溶液改善半径，rw为注水井井底的半径，k为地层渗透率10-3μm2，qi为第二半径大于第一半径的第i层的注水量m3/d，q1为第二半径大于第一半径的地层注水量总和，qj为第二半径小于第一半径的单个地层的注水量，hi为第i层的地层厚度，pe为地层压力mpa，p
wf
为注水井的井底流压，ks为所述第一半径内地层渗透率，ps为第一半径内的地层压力mpa。
[0103]
步骤s2、确定出生物纳米溶液的有效半径。
[0104]
在本技术实施例中，所述步骤s2中的有效半径具体通过如下公式进行确定：
[0105][0106]
式中，r为生物纳米溶液的有效半径，rw为注水井井底的半径，ki为生物纳米溶液注入过程中增注液的有效渗透率，l为水平段长度，pw为井底超静孔隙压力，μ为注入流体浓度，q为生物纳米溶液的注入量。
[0107]
步骤s3、基于所述有效半径、地层数据和所述表皮系数确定所述注水井的阻力系数，并基于所述阻力系数评价生物纳米降压增注技术效果。
[0108]
在本技术实施例中，所述步骤s3中的阻力系数具体通过如下公式进行确定：
[0109][0110]
其中，
[0111]
式中，fk为阻力系数，k为地层渗透率，k
′
为得到注生物纳米增注液后的渗透率，μ为注入流体浓度，b为生物纳米增注液体积系数，a为得到注生物纳米增注液泵压下的hall曲线斜率，β为，h为储层厚度，re为注水井和采油井之间的直线距离，rw为注水井井底的半径。
[0112]
具体的，对于所述有效半径，在直井中，注入生物纳米溶液后，由于增注生物纳米颗粒粒径很小均能进入地层，因此这里只考虑存在内部滤失还不考虑存在外部滤饼形成的影响，增注生物纳米颗粒浓度分布满足以下渗滤动力学方程：
[0113]
[0114]
在径向流条件下：
[0115][0116]
初始条件及边界条件如下：
[0117]
r＝rw,c＝c0,t》0
[0118]
t＝0,c＝0,rw《r《ret＝0,δ＝0,rw《r《re[0119]
联立上述方程，通过求解可得浓度分布：
[0120][0121][0122]
井筒到注入前缘平均无因次渗透率表示为：
[0123][0124]
而对于水平井，为了定量描述生物纳米溶液的有效半径，假设储集层为无限厚均质体。为了反映注入生物纳米溶液措施过程中的流固耦合作用，引入可注性系数和纳米渗透率的概念。若原状储集层水的有效渗透率为k，则生物纳米注入过程中增注液的有效渗透率ki(简称为纳米渗透率)为：
[0125]ki
＝ζk
[0126]
其中，ζ为无量纲可注性系数，只与储集层本身的物性有关。其物理意义为，将注生物纳米溶液过程等效视为稳态渗流过程时，从井筒到储集层深处的平均吸附能力的大小，对圆筒微元体2πrdr
·
l运用达西定律有：
[0127][0128]
从注水井井底的半径rw到地层任一位置r进行积分，可得：
[0129][0130]
储集层压力分布为：
[0131][0132]
同时，由数值模拟结果，令p＝5pw/6，求出单井的生物纳米有效作用半径为：
[0133][0134]
在上述针对有效半径的公式中，r为生物纳米溶液的有效半径，rw为注水井井底的半径，ki为生物纳米溶液注入过程中增注液的有效渗透率，l为水平段长度，pw为井底超静孔
隙压力，μ为注入流体浓度，q为生物纳米溶液注入量，c为生物纳米溶液在地层内的浓度，λ为系数cm3·
s-1
，δ为生物纳米溶液在地层内的滞留量，为井筒到注入前缘平均无因次渗透率，k0为地层改善前的渗透率，rf为生物纳米溶液改善半径，rw为注水井井底的半径，p为储集层超静孔隙压力，d为微分符号，t为生物纳米溶液注入完成的时刻到注入完成后的任一时刻的这段时间。
[0135]
在上述所有公式的基础上，定义径向流条件下注入能力增加系数a为：
[0136][0137]
在增加了对应的表皮系数s
nano
后，其注入能力增加系数为：
[0138][0139]
在油田投入开发后，依靠天然水驱或人工水驱保持油藏压力不变，此时，地层中的岩石和流体的弹性不起作用，这种情况下的渗透可以认为是稳定的。在注入生物纳米增注液的过程中，岩石骨架结构保证完好，即在注入生物纳米增注液的过程中，仅考虑其对水化膜的驱赶及对有机垢的溶蚀，对岩石骨架的溶蚀能力不足以让岩石的弹性起作用。因此，注生物纳米增注液过程中生物纳米增注液流动为稳定渗流，注水井的注入生物纳米增注液速度与注液压差有如下关系：
[0140][0141]
将注生物纳米增注液速度转变为现场注入速度，将达西单位制下的公式，转变为法定单位制，则上式变为：
[0142][0143]
同时：δp＝p
wh
hρ
w-δp
t-pc[0144]
式中，p
wh
为井口压力，h为井深，ρw为生物纳米溶液密度，μ1为生物纳米溶液粘度，b为生物纳米溶液体积系数。
[0145]
对q和δp两边对时间进行积分，可得：
[0146][0147]
令
[0148]
综合上式可得，
[0149]
上式左边为累计注生物纳米增注液量，右边pi为累计压差，即右边整体为注生物纳米增注液压差与注生物纳米溶液时间的乘积。
[0150]
由于井深h，地层压力pw、注入的生物纳米溶液的密度ρw是不变的常量，而井筒压力损失δp
t
很小，可忽略不计，那么上式可展开为：
[0151][0152]
令b＝a(hρ
w-δp
t-pe)；
[0153]
得到注生物纳米增注液泵压下的hall曲线表达式：
[0154][0155]
其中，a为hall曲线斜率，b为hall曲线截距。
[0156]
由于hall直线斜率反映了实际地层与注入流体的性质，而生物纳米增注液粘度(μ)、生物纳米增注液体积系数(b)、泄流半径(re)、井筒半径(rw)和储层厚度(h)相对来说，均容易获得。因而可以根据hall曲线斜率计算出注水井的地层渗透率，也即得到：
[0157][0158]
其中，
[0159]
式中，fk为阻力系数，k为地层渗透率，k
′
为得到注生物纳米增注液后的渗透率，μ为注入流体浓度，b为生物纳米增注液体积系数，a为得到注生物纳米增注液泵压下的hall曲线斜率，β为，h为储层厚度，re为注水井和采油井之间的直线距离，rw为注水井井底的半径。
[0160]
在具体应用场景中，将目标注入井设为i1井，所属地层有八个小层，称为1，2，3，4，5，6，7，8层，由措施前试井数据可得到各层污染半径r
fi
。再由注水井井距得到控制半径re与井底半径rw即可得到表皮系数，表1为求解i1井表皮系数所需的各项参数。
[0161]
表1
[0162]
层位12345678r
fi
8.68.748.129.018.148.628.498.32ree500500500500500500500500rw0.10.10.10.10.10.10.10.1
[0163]
因为此井生物纳米注入量足够，因此使用第一表皮系数公式求取，如下：
[0164][0165]
得到表皮系数为0.666443。
[0166]
使用数值模拟软件可得到注入浓度与增油量的关系，经过拟合可得到浓度与增油
量的拟合式：
[0167]np增
＝4691.1ln(c)-21532
[0168]
令n
p增
＝0，即可从上式可得到生物增注纳米最低有效浓度为98.49ppm，从最低有效浓度可以看出，当地层浓度随半径变化降至98.49ppm时，生物纳米无效。
[0169]
同时，i1井的地层数据如表2所示：
[0170]
表2
[0171]
参数λhφqc值245.845317.80.2512012
‰
[0172]
将最低有效浓度带入浓度分布函数：
[0173][0174]
可得i1井的生物增注纳米有效半径为：
[0175]
r＝0.94m
[0176]
综合上述数据，可得表3：
[0177]
表3
[0178]
参数s0k0k
nan
orfs
nan
o值7.66220.86441.728.5050.666443
[0179]
将上述数据带入注入能力增加系数计算公式：
[0180][0181]
可得i1井的注入能力增加系数为2.440443。
[0182]
再计算阻力系数，其基础数据为表4所示：
[0183]
表4
[0184]
参数μbaα值1110.660.013
[0185]
将上述数据带入阻力系数计算公式：
[0186][0187]
可得i1井的阻力系数为0.562894。
[0188]
本技术实现了将海上油田生物纳米降压增注技术效果进行定量的评价，确定出的阻力系数越大，其效果越弱。
[0189]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各
种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。