[發明專利]非均質儲層水平井砂液產出剖面動態演化模擬與預測方法

有效

• 申請號: 202111167768.4
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113591421B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 董長銀;王力智;甘凌云;皇凡生;王衛陽;陳德春;周博;宋雅君;陳琛
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/13;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 劉宏廣;呂利敏

1.非均質儲層水平井砂液產出剖面動態演化模擬與預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：根據水平井井身結構和水平生產段長度，對水平井水平生產段進行網格劃分：

對水平井長生產井段以ΔH為間隔進行分段網格劃分，共分為N段，用序號i表示任一分段的序號，1≤i≤N；

根據初始聲波時差、密度和中子測井資料計算得到巖石內聚強度、孔隙度、滲透率的非均質分布剖面：

根據聲波時差、密度測井資料計算儲層巖石內聚強度的公式如式（1）所示：

(1)

式中，為第j個測井深度巖石內聚強度，MPa；σ_c為巖石單軸抗壓強度，MPa；ρ_r為地層巖石密度，kg/m³；?t_h為橫波時差，μs/m；?t_v為縱波時差，μs/m；

根據中子測井資料計算儲層中子孔隙度的公式如式（2)、(3）所示：

(2)

(3)

式中，為中子孔隙度，無量綱；為巖石骨架密度，g/cm³;為地層水密度，g/cm³;為泥質含量，無量綱；為泥質密度，g/cm³;為計算得到初始孔隙度，無量綱；為密度孔隙度，無量綱；

計算儲層滲透率的計算公式如(4)所示：

(4)

式中，k為滲透率，mD；S_wi為束縛水飽和度，無量綱；

根據生產層位測試物性數據進行孔隙度和滲透率總體校正：

定義孔隙度校正系數、滲透率校正系數分別為儲層油藏工程標定的儲層平均孔隙度、滲透率與根據測井資料計算得到的非均勻剖面的孔隙度、滲透率的平均值的比值，用(5)、(6)計算：

(5)

(6)

式中分別為孔隙度校正系數、滲透率校正系數，無量綱；分別為儲層油藏工程標定的儲層平均孔隙度和滲透率，單位分別為小數，無量綱和mD；分別為根據測井資料和(3)、(4)計算得到的第j個測井深度點的初始孔隙度和滲透率，單位分別為小數，無量綱和mD；M為測井數據數量，無量綱；

根據油藏工程標定的儲層平均孔隙度和滲透率，校正根據測井數據得到的孔隙度、滲透率的非均勻分布數據，如(7)、(8)所示：

(7)

(8)

式中，為校正后第j個測井深度的初始孔隙度，無量綱；為校正后第j個測井深度的初始滲透率，mD；

定義為i井段平均孔隙度，無量綱，其計算方法為i井段范圍內全部算術平均值；

S2：

根據水平井產量、滲透率、生產段長度和生產壓差，擬合計算平均擬采油指數、擬采氣指數和擬采水指數；根據水平段入流強度分布和地層靜壓及趾端井底流壓，計算水平段流動壓降及各網格段井筒壓力；

平均擬采油/水/氣指數分別用式（9)、(10)、(11）計算：

(9)

(10)

(11)

式中，為平均擬采油指數，；為水平井產油量，m³/d;k0為儲層油藏工程標定的儲層平均滲透率，mD；L_h為水平井生產段長度，m；為生產壓差，MPa；

J_XW為平均擬采水指數，m²/（N·s）；Q_w為水平井產水量，m³/d;

J_xg為平均擬采氣指數，m²/（N·s）；Q_g為水平井產氣量，m³/d；

按照全井均勻入流剖面初始化井筒入流強度，用于計算井筒壓力分布，水平段各井段的實際井底流壓的計算公式如式（12）所示：

(12)

式中，P_wf(i)為第i井段實際井底流壓，MPa，當i=1時，，為標定井底流壓；為第i井段單位長度流動壓降，MPa/m；根據流動摩阻壓降公式計算得到；

S3：

使用地層靜壓減去各井段實際井筒壓力得到各網格段的儲層入流生產壓差；根據擬采油指數、擬采氣指數和擬采水指數計算網格段的油、氣、水入流強度，形成初始入流剖面：

水平段各井段的實際生產壓差的計算公式如式（13）所示：

(13)

式中，—第i點的實際生產壓差，MPa；P_r—地層靜壓，MPa；

各分井段的儲層巖石骨架體積計算公式如式（14）所示：

(14)

式中，TV_(i)為第i井段儲層巖石骨架體積，m³；R_w為井筒半徑，m；R_m為地層出砂半徑，m；

流體入流強度計算公式如式（15)、(16)、(17)、(18）所示：

(15)

(16)

(17)

(18)

式中，Q_o(i)為i段處油入流強度，m³/(d·m）；Q_w（i）為i段處水入流強度，m³/（d·m）；Q_g（i）為i段處氣體入流強度，m³/（d·m）；Q_l(i)為i段處流體入流強度，m³/（d·m）；k_（i）為i井段內的全部k_0j的平均值；

總流速計算公式如式（19）所示：

(19)

V_f(i)為流體入流流速，m/min；D_w為井筒直徑，m；

S4：

根據各網格段流體入流流速和巖石內聚強度計算出砂速率和含砂濃度，形成出砂強度非均勻分布剖面；計算綜合入流系數得到綜合入流非均勻剖面：

計算全井段的各段處的V_f(i)與各測井深度的S_0j，再通過全井段計算平均值得到平均流體入流流速V_fa和平均內聚強度S_0a，所述的V_fa、S_0a分別為全井段的V_f(i)和S_0j的算術平均值：

擬出砂指數計算公式如式（20）所示：

(20)

式中，J_xs為擬出砂指數，m/s；L_qs為出砂強度，L/（d·m）；U_f為流體黏度，mPa.s；

根據入流條件計算出砂速率和含砂濃度，如式（21）所示：

(21)

Q_s（i）為i井段處出砂速率，L/（d·m）；S_0（i）為第i井段的平均內聚強度，為第i井段內的全部S_0j的平均值；

含砂濃度計算公式如式（22）所示：

(22)

C_s（i）為i井段處含砂濃度，無量綱；

綜合入流系數計算公式如式（23）所示：

(23)

式中，Z_（i）為綜合入流系數，無量綱；Q_sa為全井段平均出砂速率，L/（d·m），為對各井段的Q_s（i）計算平均值；

S5：繪制初始時刻（t=0）投產狀態的水平段儲層巖石內聚強度、孔隙度、滲透率、油氣水入流強度、出砂強度、液體含砂率、綜合入流指數等指標的非均勻分布剖面圖：以水平井井深為橫坐標，分別以水平井各井段儲層巖石內聚強度、孔隙度、滲透率、油氣水入流強度、出砂強度、液體含砂率、綜合入流指數等指標為縱坐標，繪制非均勻分布剖面折線圖；

S6：設定生產時間步長?t，在初始時刻（t=0）各指標非均勻入流剖面基礎上，計算?t時間后的各網格段上的各入流指標及其分布，根據井段各網格段的出砂量計算儲層孔隙度變化及變化后的孔隙度、滲透率、內聚強度：

首先計算?t時間段內各網格段的出砂量，?t時間內i井段網格的累積出砂量計算公式如式（24）所示：

(24)

式中，ΔV_s（i）為?t時間內i井段累積出砂量，m³；

根據出砂量計算?t時刻末孔隙度，計算公式如式（25）所示：

(25)

式中，為i井段?t時刻末近井地層孔隙度，無量綱；為i井段?t時刻初近井地層孔隙度，無量綱；在第一次迭代中，等于步驟S1計算的；

孔隙度、滲透率、內聚強度變化幅度參數計算公式如式（26)、(27)、(28）所示：

(26)

(27)

(28)

為?t時刻末i井段孔隙度變化率幅度參數，無量綱；為?t時刻末i井段滲透率變化率幅度參數，無量綱；為?t時刻末i井段內聚強度變化率幅度參數，無量綱；

計算滲透率變化，按照孔隙度變化比折算，計算公式如式（29）所示：

(29)

式中，k_（i,t1）為i井段在?t時刻末近井地層滲透率，mD；k_（i,t0）為i井段在?t時刻初近井地層滲透率，mD，在第一次迭代中，k_（i,t0）等于步驟S3計算的k_（i）；

計算內聚強度變化，如式（30）所示：

(30)

式中，S_{0（i，t1）}為i井段在?t時刻末近井地層內聚強度，MPa；S_{0（i，t0）}為i井段在?t時刻初近井地層內聚強度，MPa，在第一次迭代中，S_{0（i，t0）}等于步驟S4計算的S_0（i）；

S7：根據初始時刻（t=0）入流剖面重新計算生產段井筒各網格段壓力分布，使用地層靜壓減去井筒壓力得到各網格段的儲層入流生產壓差；根據?t時刻的孔隙度、滲透率計算新的網格段的油、氣、水入流強度，形成新的入流剖面；

采用初始時刻（t=0）時刻各井段井筒入流強度計算井筒壓力分布，水平段各點的實際井底流壓的計算公式如式（31）所示：

(31)

式中，P_{wf（i，t1）}為Δt時刻末第i井段實際井底流壓，MPa；P_{wf（i-1，t1）}為Δt時刻末第i-1井段實際井底流壓，Mpa；ΔP_{k（i，t1）}為Δt時刻末第i井段單位長度流動壓力損失，MPa/m；ΔP_{k（i，t1）}為根據初始時刻（t=0）入流量采用流動摩阻壓降公式計算得到，第i井段實際井筒流量為該井段至趾端全部網格入流量之和；

水平段各井段的實際生產壓差的計算公式如式（32）所示：

(32)

式中，ΔP_{（i，t1）}為Δt時刻末第i井段的實際生產壓差，MPa；

?t時刻流體產出速度計算公式如式（33)、(34)、(35)、(36）所示：

式中，Q_o(i,t1)為Δt時刻末i井段處油入流強度，m³/（d·m）；Q_w(i,t1)為Δt時刻末i井段處水入流強度，m³/（d·m）；Q_g(i,t1)為Δt時刻末i井段處氣體入流強度，m³/（d·m）；Q_l(i,t1)為Δt時刻末i井段處流體入流強度，m³/（d·m）；k_(i,t1)為Δt時刻末i井段處各滲透率平均值；

總流速計算公式如式（37）所示：

(37)

V_f(i,t1)為Δt時刻末i井段處流體入流流速，m/min；Da為i井段處井筒直徑，m；

S8：根據?t時刻新的入流強度、內聚強度計算新的各網格段的出砂量、含砂濃度和綜合入流指數，得到?t時刻全部入流指標新的非均勻分布剖面圖：

計算全井段平均流體入流流速和內聚強度，得到Δt時刻末平均流體入流流速V_fa(t1)和平均內聚強度S_0a(t1)，V_fa(t1)和S_0a(t1)分別為全部井段的V_f(i,t1)和S_0(i,t1)的算術平均值；

出砂指數計算公式如式（38）所示：

(38)

式中，J_xs(t1)為?t時刻末出砂指數，L_qs為出砂強度，L/（d·m）；U_f為流體黏度，mPa.s；

根據入流條件計算出砂速率和含砂濃度，如式（39）所示：

(39)

Q_s(i,t1)為?t時刻末i井段處出砂速率，L/（d·m）；

含砂濃度計算公式如式（40）所示：

(40)

C_s(i,t1)為?t時刻末i井段處含砂濃度，無量綱；

綜合入流系數計算公式如式（41）所示：

(41)

式中，Z_(i,t1)為Δt時刻末i井段處綜合入流系數，無量綱；Q_sa(t1)為Δt時刻全井段平均出砂速率，L/（d·m），對全井段的Q_s(i,t1)取平均值；

S9：計算局部入流系數

計算公式如式（42)、(43）所示：

式中，PIF_s為出砂強度局部入流系數，無量綱；PIF_l為產液強度局部入流系數，無量綱；Q_smax(t1)為Δt時刻末全井段最高出砂速率，L/（d·m），V_fmax(t1)為Δt時刻末全井段最高流體入流流速，m/min，對全井各點處的Q_s(i,t1)和V_f(i,t1)取最高值；

S10：生產時間遞增?t，從S6開始繼續下一個時間步長?t的迭代計算，循環實現砂液產出剖面的動態演化，并實現任意時刻t的各種入流剖面預測。