（流体力学专业论文）多层油藏渗流规律研究及其应用.pdf

摘要 摘要 油田精细开发面临一系列新问题，如大厚油层中垂向渗透率等参数的测量， 分层注水井的流量调配及考虑温度的气井压力解释等。这些问题中均涉及到多层 油藏渗流规律这一共性问题。为此本文将不同渗流参数及热力学参数油藏视为多 层，开展多层渗流基础方法研究。作者在油田进行多次现场试验，建立了符合油 田实际的物理模型和数学模型，解决了问题并将这一研究成果应用到油田精细开 发中。 为解决大厚油层的垂向渗透率问题，本文首先从渗流力学基本方程出发，给 出了考虑垂向渗流的单层油臧井底压力解析解，绘制了双对数图版并给出了相应 的压力解释方法。考虑垂向流动的多层油藏和单层油藏的渗流规律具有一定的相 似性，在建立多层油藏物理模型时，认为除了各层内流体的径向流动和垂向流动 外，在两层交界面上还有层间越流，且相邻两层在交界面上的压力相等，垂直方 向的渗流速度也相等。流体均通过第一层的射开段流入井筒，其它层与井筒不连 通。通过定义一系列无量纲参数，将各层渗流方程和定解条件转换为无量纲形式， 并在拉普拉斯空间上使用分离变量法联立求解各层的渗流方程，在求出井底压力 表达式后通过拉普拉斯数值反演得到实空间上的井底压力表达式，根据各层的井 底压力表达式画出双对数图版，供试井分析使用。双对数图版的形态由定义的无 量纲参数决定，通过调整这些参数，使理论压力曲线与实测压力曲线吻合，即可 得到真实的地层渗透率、井储系数和表皮系数。本文还研究了垂向渗透率测试的 测试工艺并进行现场试验，这在国内尚属首例。 在研究注水井流量调配过程中的流体流动规律时，将注水井中的流动分为井 简管流、配水器节流和地层渗流三个过程，分别研究了它们的流动规律和三者的 耦合流动，并考虑了周围井网的影响。在井筒管流的研究中，通过伯努利方程， 建立了井口压力和各层配水器嘴前压力的关系式；在配水器节流的研究中，使用 数值方法模拟了配水器中的流动，发现水嘴的总压损失和注入量的平方成正比： 在地层渗流的研究中，计算了定流量注入的无限大地层中不考虑井筒半径的直 井、考虑井筒半径的直井及垂直裂缝井的井底压力表达式。最后综合考虑三种流 动，得出了各层注入量与井口压力及各层水嘴直径的关系式。在理论分析的基础 上，给出了具体的流量调配方法一升压法。通过改变井口压力，分别测量改变 前后的各层配水器嘴前压力和注入量就能计算出各层的i 吸水指数，根据吸水指数 和各层计划注入量计算出合适的j 卜口压力和各层水嘴直径。从节约成本的角度考 虑，应使井口压力在满足计划注入量误差要求的情况下尽可能的小。 气井井筒中的温度并不是常数，由于压力计般不下到产气层，所以压力计 摘要 处和产气层有温差，在进行试井分析时必须考虑由温差引起的附加压力。本文在 建立气井热量传递模型时根据热力学参数和物理性质的不同，将地层分为多层， 并忽略地层中的垂向热传导，认为只有水平方向的热传导，同时忽略井筒中的垂 向热传导，认为只有垂向的热对流。将气井中的热量传递分为三个部分，分别为 井筒内的一维热对流，热表皮区的热量传递( 包括环空的对流和辐射，水泥环的 热传导) 和地层中的水平方向热传导。分别建立井筒中的对流方程和地层中的热 传导方程并用综合热传导系数联系地层温度和井筒温度，最后求解出井筒中的温 度分布表达式和地层温度分布表达式。在建立模型时认为产气层厚度很小，与其 它层相比厚度可以忽略，从而产气层内的温度为常数。使用拟压力法得出产气层 的井底拟压力，并考虑温度产生的附加拟压力最终得到压力计处的拟压力表达 式。根据此表达式画出考虑温度的气井井底压力理论曲线并进行了分析。 关键词：试井分析多层油藏垂向渗透率注水井流量调配气井试井温度影响 a b s t r ac t as e r i e so fn e wp r o b l e m sa r ee s s e n t i a l l yn e e d e dt ob es o l v e da tf i n ed e v e l o p m e n t o fo i lf i e l d ，s u c ha sm e a s u r e m e n t so fv e r t i c a lp e r m e a b i l i t y a n do t h e rf o r m a t i o n p a r 甜n e t e r sa td i f f e r e n td e p t h so fat h i c ko i ll a y e r ，t h em e t h o do fs e p a r a t el a y e rw a t e r i n j e c t i o na n dt h ep r e s s u r ei n t e r p r e t a t i o nm e t h o do fg a sw e l lc o n s i d e r i n gt e m p e r a t u r e e f l e e t t h e s ep r o b l e m sa r ea l lr e l a t e dt ot h el a wo f f l u i df l o wi nm u l t i - l a y e rr e s e r v o i r s t h eh e t e r o g e n e o u sr e s e r v o i ri sd i v i d e di n t ol a y e r sw i t hd i f f e r e n tf o r m a t i o np a r a m e t e r s a n dt h e r i l l o d y n a m i cp a r a m e t e r si nt h i sp a p e la n d t h el a wo ff l u i df l o wi nt h e s el a y e r s i ss t u d i e d l o t so ft e s t sa r ec a r r i e do u ta to i lf i e l d s ，a n dp h y s i c a la n dm a t h e m a t i c a l m o d e i sa r eb u i l tu p t h er e s u l t sh a v eb e e na p p l i e dt o f i n ed e v e l o p m e n to fo i lf i e l d a f t e rt h ep r o b l e m sa r es o l v e d t h ea n a l y t i c a lp r e s s u r ef o r m u l ao fas i n g l e l a y e rr e s e r v o i rc o n s i d e r i n gv e r t i c a l f l o wi sf i r s tg i v e nt os o l v et h ep r o b l e mo fm e a s u r e m e n t so fv e r t i c a lp e r m e a b i l i t yo f a t h i c ko i ll a y e ro nt h eb a s i so fb a s i ce q u a t i o no f f l u i dm e c h a n i c si np o r o u sm e d i a t h e c o r r e s p o n d i n gl o g 1 0 9t y p ec u r v e s a r ed r a w na n dt h ep r e s s u r ei n t e r p r e t a t i o nm e t h o dl s b u i l tu p t h el a wo ff l u i df l o wi nm u l t i l a y e rr e s e r v o i rh a ss o m e e x t e n ts i m i l a r i t yw i t h t h a ti ns i n g l e 1 a y e rr e s e r v o i lc r o s sf l o wb e t w e e nn e i g h b o r i n gl a y e r s ，h o r i z o n t a la n d v e m i c a lf l o wi nl a y e r sa r ec o n s i d e r e do nt h ea s s u m p t i o no ft h a tp r e s s u r ea n dv e r t i c a l f l o wo ft h en e i g h b o r i n gl a y e r sa r ee q u a l ，a n df l u i d so n l yf l o w st h r o u g hp e r f o r a t i o n so f t o pl a y e ri nw e l l b o r e ，w h i c hm e a n sf l u i di s n o tp e r m i t t e dt of l o wi n t oo t h e rl a y e r s s e e p a g ee q u a t i o n s a n d c o r r e s p o n d i n g d e f i n i t ec o n d i t i o n sa r et r a n s f o r m e dt o d i m e n s i o n l e s sf o r m sb yd e f i n i n gs o m ed i m e n s i o n l e s sp a r a m e t e r s t h e ya r es o l v e db y u s i n gt h em e t h o do fs e p a r a t i o no f v a r i a b l e si nt h el a p l a c es p a c ea n dt h e ns o l u t i o n si n t h er e a ls p a c ea r eg i v e nb yl a p l a c ei n v e r s i o n l o g 1 0 9t y p e c u r v e sa r ed r a w nf o r p r e s s u r ei n t e r p r e t a t i o n s a n dt h ep r o f i l e so ft h ec u r v e s a r ec o n t r o l l e db yt h e d i m e n s i o n l e s sp a r a m e t e r s t h et e s tt e c h n o l o g yo fv e r t i c a lp e r m e a b i l i t yi ss t u d i e da n d s o m ef i e l dt e s t sa r cc a r r i e do u t ，t h a ti st h ef i r s tt r ya tc h i n a t h ef l u i df l o wa ts e p a r a t el a y e rw a t e ri n j e c t i o nc a nb ec o n s i d e r e da st h r e ep a r t s ， w h i c ha r et h ep i p ef l o wi nt h ew e l lb o r e ，t h r o t t l ef l o wi nt h ew a t e r d i s t r i b u t o ra n dt h e s e e p a g ei nt h er e s e r v o i r i nt h es t u d yo f t h ep i p ef l o w , t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e w e l l h e a dp r e s s u r ea n dt h ew e l l b o r ep r e s s u r e so ft h el a y e r si sb u i l tu pt h r o u g ht h e b e m o u l l ie q u a t i o n i nt h es t u d yo ft h r o t t l ef l o w , t h ef l o wi nt h ew a t e rd i s t r i b u t o ri s s i m u l a t e db yn u m e r i c a lm e t h o d sa n di t i sf o u n dt h a tt h et o t a lp r e s s u r el o s s i s p r o p o r t i o n a lt ot h es q u a r eo f t h ef l o wr a t ei n t ot h ew a t e rd i s t r i b u t o r i nt h es t u d yo ft h e i i i a b s t r a c t s e e p a g ei nt h er e s e r v o i r , t h ew e l l b o r ep r e s s u r ef o r m u l a so ft h ev e r t i c a lw e l la n dt h e v e r t i c a l l y f r a c t u r e dw e l la r ed e r i v e dw i t hi n f i n i t eb o u n d a r ya n dc o n s t a n tf l o w c o n d i t i o n s c o n s i d e r i n ga l lt h et h r e et y p e so ff l o w s ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n w e l l h e a d p r e s s u r ea n dt a pd i a m e t e r so fw a t e rd i s t r i b u t o r so fd i f f e r e n tl a y e r si sp r o p o s e d f i n a l l y a ne f f e c t i v em e t h o dn a m e dp r e s s u r er i s em e t h o di sg i v e nt oa d j u s tf l o wr a t e so ft h e l a y e r s w h e nc h a n g i n gt h ew e l l h e a dp r e s s u r e ，f l o wr a t e sa n dp r e s s u r e so ft h el a y e r s c a nb em e a s u r e d o nt h eb a s i so ft h em e a s u r e m e n tt h ew a t e ri n j e c t i o ni n d e x e sa r e c a l c u l a t e d 。t h e np r o p e rw e l l h e a dp r e s s u r ea n dt a pd i a m e t e r sw i l lb ec a l c u l a t e d t h r o u g hw a t e ri n je c t i o ni n d e x e sa n df l o wr a t e so ft h el a y e r s ，t h ew e l l h e a dp r e s s u r e s h o u l db ea ss m a l la sp o s s i b l ew h e nt h ef l o wr a t ee r r o rl i m i t sa r es a t i s f i e di no r d e rt o r e d u c et h ec o s t s n l et e m p e r a t u r ei ng a sw e l lb o r ei sn o tc o n s t a n ta n dt h ep o s i t i o no ft h ep r e s s u r e g a u g ei su s u a l l yh i g h e r t h a nt h eo n eo ft h eg a sp r o d u c t i o nl a y e r a sar e s u l t t e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e mc a u s e sa d d i t i o n a lp r e s s u r e t h i se f f e c ts h o u l db e c o n s i d e r e di np r e s s u r ei n t e r p r e t a t i o n ，n l ef o r m a t i o ni sd i v i d e di n t om a n yl a y e r s a c c o r d i n gt ot h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r sa n ds i n g l el a y e rh a su n i f o r mt h e r m o d y n a m i c p a r a m e t e r s 砀ev e r t i c a lh e a tc o n d u c t i v i t yi nt h el a y e r s i s i g n o r e da n do n l yt h e h o r i z o n t a lh e a tc o n d u c t i v i t yi sc o n s i d e r e d t h ev e r t i c a lh e a tc o n d u c t i v i t yi nt h ew e l l b o r ei sa l s oi g n o r e da n do n l yt h ev e r t i c a lh e a tc o n v e c t i o ni st a k e ni n t oa c c o u n t n l e h e a tt r a n s f e ro fg a s ：v e l lc a nb ec o n s i d e r e da st h r e ep a r t s ，t h ev e r t i c a lh e a tc o n v e c t i o n i nt h ew e l lb o r e ，t h eh o r i z o n t a lh e a tc o n d u c t i v i t yb e t w e e nt h ew e l lb o r ea n dt h e f o r m a t i o na n dt h eh o r i z o n t a lh e a tc o n d u c t i v i t yi nt h ef o r m a t i o n t h et e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o nc a nb ec a l c u l a t e do nt h eb a s i so ft h eh e a tc o n v e c t i o ne q u a t i o ni nt h ew e l l b o r e ，t h eh e a tc o n d u c t i v i t ye q u a t i o ni nt h ef o r m a t i o na n dt h ei n t e g r a t e dh e a t c o n d u c t i v i t yc o e f f i c i e n t 1 1 1 et e m p e r a t u r eo ft h eg a sp r o d u c i n gl a y e ri sc o n s i d e r e da s c o n s t a n tb e c a u s et h et h i c k n e s si st o os m a l lc o m p a r e dw i mo t h e rl a y e r s p s e u d o p r e s s u r ei su s e dt oo b t a i nt h ew e l lb o r ep r e s s u r ef o r m u l ao f t h eg a sw e l l ，a n dt h ef i n a l r e s u l ti sc o r r e c t e db yt h ea d d i t i o n a lp r e s s u r e f i n a l l yt h el o g t o gt y p ec u r v e sa r e d r a w nr a n dt h ep r e s s u r ed a t ai si n t e r p r e t e d k e yw o r d s ：w e l lt e s ta n a l y s i s ，m u l t i l a y e rr e s e r v o i r , v e r t i c a lp e r m e a b i l i t y , w a t e r i n j e c t i o nw e l l ，f l o wr a t ea d j u s t m e n t ，g a sw e l lw e l l t e s t ，t e m p e r a t u r ee f f e c t t v 符号说明 符号说明 下标有d 的变量均表示无量纲变量，符号上面画横线的均表示拉普拉斯空问上的 变量 p 油藏压力，m p a p 。井底压力，m p a 扔地层原始压力，m p a 晶油藏无量纲压力 尸压力差，彪p 口 h 一地层厚度，m 0 井筒半径，m 乙一井壁射开段顶深，牌 z 井壁射开段底深，m x 渗透率，t m 2 k 。石向渗透率，l t m 2 k ，y 向渗透率，i z m 2 k ，z 向或垂向渗透率，l u m 2 疋水平方向或径向渗透率，j m 2 f 时间，h “无量纲时间 u 拉普拉斯算子 s 一表皮系数 墨一总表皮系数 & 机械表皮系数 s 。拟表皮系数 c 井筒储集系数，m 3 m p a ，第7 章中为比热容，妇k 矽油藏孔隙度 c ，流体压缩系数，1 m p a e 综合压缩系数，1 m p a q 油井产量或注入井注入量，m 3 d b 地层体积系数1 流体粘度，m p a j 1 9 流体密度，姆m 3 v 一流体流速，m s r e 雷诺数 v 符号说明 g 重力加速度，m s 2 x ，裂缝半长，m 露地层静温梯度，k m 丁地层温度，足 瓦井筒温度，k u 综合热传导系数，m k 名热导率，形m k 甲拟压力 厶，o 0 阶贝塞尔函数 厶，一o 阶虚宗量贝塞尔函数 历幂积分函数或指数积分函数 r 伽玛函数 厶，厶o 阶和1 阶修正的s t r u v e 函数 v l 论文原创性和授权使用声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作 所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任 何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学 校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：主磊 枷。缉r z 月弘日 第1 章绪论 1 1 研究意义 第1 章绪论 随着我国经济的高速发展，对石油的需求量不断增加，石油供需矛盾日益突 出，能源安全已经成为制约经济发展的瓶颈问题。我国已成为世界第二大石油消 费国，现在一天的消费量等于1 9 5 0 年一年的总量，石油消费增长速度居世界第 一。2 0 0 7 年进口石油约1 9 7 亿吨，进口依存度已近5 0 。2 0 0 8 年，进口将达到 2 亿吨，2 0 1 0 年将达到4 亿吨左右。石油是重要的战略资源，石油紧缺严重威胁 着我国的战略安全。 我国的石油生产主要集中在东部地区，但老油田都己进入高含水、高采出的 双高阶段，石油产量逐年下降，实现老油田的稳产十分困难。为了实现老油田的 稳产挖潜，必须对摒弃原来的粗放式开发方式，对油田进行精细开发。要进行精 细开发，必须进行油藏精细描述，原来作为单层处理的油层，需要按照其非均质 性划分为多层，并获得各层的渗透率等地层参数，为生产决策提供依据。 水驱采油是目前国内的主要采油方式，为提高油井产量，需要改变原来的笼 统注水方式，根据剩余油分布给各油层分配不同的注水量。油气并举是十一五规 划中提出的石油发展战略，我国天然气储量较大，按可采储量计算，可供使用 7 5 年，利用好我国的天然气储备优势，能够减少石油的消耗量，相当于提高石 油产量。 在油田的精细生产和气田开发过程中，遇到了许多新问题，必须采用新的方 法和技术加以解决。多层油藏渗透率的获取需要新的测试工艺和资料解释方法； 注水井流量调配需要操作简单、省时省力的流量调配方法；气体压力受温度影响 较大，必须考虑气井井筒温度对井底压力的影响，才能得到准确的气井地层渗透 率。在这些问题中，油藏根据地质构造和热力学参数的不同划分为多层，各层之 间或连通或不连通，但井筒中的流体受各层的共同作用，研究时也必须同时考虑 各层中的流体流动和热量传递。本文正是根据这些生产中遇到的问题进行多层油 藏渗流规律的研究，并将研究成果应用于油田生产，取得了良好的效果。 第1 章绪论 1 2 渗透率测量方法 1 2 1 实验室中测量渗透率 测量渗透率可使用达西定律的任意一种形式。只要测出某系统中的压降与流 量，再计算出与此系统的几何形状和所使用的流体相对应的达西定律的解，把计 算出来的与实验室所得的结果比较一下，立刻就得出来唯一的未知数k 。一般常 使用平面线性渗滤系统，因为这种情况下计算较容易，但是径向渗滤的情况也是 常用的。对于各种压得很实的多孔介质，诸如土壤和粘土，在测量其渗透性时必 须倍加小心，因为其孔隙压力对测出值的一致性可能会有影响。若某多孔介质的 渗透率有可能不是各向同性的，则必须测量岩样在各个方向上的渗透率。 一般在讨论渗透率的测量时都假定渗透率是各向同性的，至少是均质的，然 而这种假设是靠不住的。在大多数情况下一个天然的多孔介质总是非均质的，至 少在小的、微观的尺度内就是如此，不过在大的、宏观的尺度上还是可以把它设 想为均质的。我们实际需要的是这种大的、平均的渗透率，但在很多情况下我们 只能从这个大尺度系统中取出小尺度样品进行测量，所以这些局部的渗透率值往 往相差很大。m a t h e r o n 2 9 j 证实，对一个稳定的渗流系统来说，其平均渗透率必 然是在各局部渗透率的算术平均和调和平均之间。前一种情况相当于存在着恒定 的压力梯度，第二种情况相当于在多孔介质各处的局部流通量都是恒定的。 工业生产中通过对目的层进行取心，并对岩心进行清洗，然后以空气为介质 测量岩心的绝对渗透率。通常取心是沿井筒垂向进行取心，实际测量时往往也是 测量岩心沿储层纵向上的渗透率，没有反应储层平面上的渗流能力由于该测量方 法能够直接测量取心处岩心的绝对渗透率。当储层岩石对应力、润湿性等因素敏 感时，利用清洗以后的岩心在实验测量的绝对渗透率往往比真实储层的绝对渗 透率要大。而且对非均质性强的储层，岩心测量的渗透率只能代表取心处储层 的渗透率，而无法描述整个储层在纵向上和横向上渗透率的变化，只有当在纵 向上沿井筒取心点足够密时，才有可能用岩心测量渗透率描述储层纵向上的非 均质性。 1 2 2 测井资料测量渗透率 无论是开发井还是勘探井，都要进行岩性、孔隙度等常规项目的测井。由于 储层渗透率与岩石的孔隙大小、比表面、束缚水饱和度等密切相关，可以利用声 波、密度、中子测井方法测得储层岩石的孔隙度，用自然伽马测井方法测得岩石 的比表面，用电测方法测得地层的束缚水饱和度等参数。这些参数与岩石本身特 2 第1 章绪论 性有着密切的关系，可以间接地反应出储层渗透率的大小，但这种关系很难用 一种确定的数学表达式来表示，因此对于已经勘探的地区，可以利用取心所得岩 心渗透率与测井测量信息之间通过数学统计等方法建立储层渗透率与岩石孔隙 度、比表面、束缚水饱和度等参数的统计回归关系式来确定储层的渗透率。如斯 伦贝谢公司利用孔隙度、电阻率指数测定某油田渗透率【45 。 无论是常规测井还是核磁共振等特殊项目测井所确定的渗透率都存在一定 误差。由于测井信息能较连续地反应出储层物性纵向上的变化趋势，因此可以利 用测井参数计算出单井纵向上渗透率的分布情况，描述储层纵向上的非均质性。 但对于横向上储层物性的变化情况，由于测井计算的孔隙度及束缚水饱和度等参 数都是测井所探测范围内( 一般为井壁向外几厘米到几米) 的平均值，而无法描 述储层横向上的非均质性1 5 2 ，5 4 , 7 3 】。 1 2 3 地震资料测量渗透率 地震资料确定渗透率的原理是根据渗透率与孔隙度的相关关系0 1 ，孔隙度 大的地层，渗透率也相应比较高，渗透率常常随着孔隙率的增大而增大。储层可 以看成是充满流体的双相介质，假设地震震源激发形成的瞬时作用力产生一个压 力梯度场，并引起储层体积变化，促使孔隙流体作相对运动，其运动规律服从达 西定律，地震记录是这种介质微观波动在地表的总反映。目前，利用地震资料预 测储层渗透率仅仅处在理论研究阶段，还没有达到实际应用的水平f 4 9 】。 i 2 4 电缆测量渗透率 电缆地层测试首先将仪器下放到测试点，使仪器探头与储层良好接触，进行 坐封，然后测量探头处的流量、压力随时间变化的关系，同时可以进行储层流体 取样，一次下井可以进行多点测量，用于进行储层流体取样、储层流体识别、确 定储层渗透率大小、确定油水界面。但由于电缆地层测试过程中存在电缆吸附以 及仪器遇卡的风险l 1 0 6 1 ，要求每个测量点的测量时间短，测试流量和压降小，测 试压力波及范围小，测试解释所得渗透率是近井地带较小范围内压降解释的渗透 率，对低渗储层压力恢复时间长，适合于中、高渗透性的储层测试【67 1 。由于该 方法是通过直接测量储层流量与压降的动态关系来确定储层渗透率，不需要输入 地区经验值和经验公式校正，不需要进行岩心刻度，测试成本低，能为完井方案 设计和开发方案设计提供很好的依据。 3 第1 章绪论 1 2 5 试井分析测量渗透率 试井技术是认识油气藏、进行油气藏评价和生产动态监测、以及评估完井效 率的重要手段。试井可分为稳定试井和不稳定试井两类，一般来说，稳定试井是 建立井的产能方程，不稳定试井是确定油气藏的渗透率等物理特性参数。目前， 试井解释模型和解释方法由最初的直线段斜率分析法发展为典型曲线匹配、压力 历史拟合，由解析解、半解析解发展到数值解，解释模型考虑了凝析气藏多区分 布、多相流动、双孔、双渗、低渗油气藏、非达西流动、压裂井以及多层油藏等 复杂储层条件，使得试井解释日趋完善。现代试并分析已向考虑更多影响因素、 考虑储层非均质变化的数值求解方向发展，同时在典型曲线的计算机快速自动拟 合技术方面也取得了很大进展。 在试井分析中，渗透率都是根据井底压力通过试井分析而求出来的。求出来 的渗透率都是所研究区域内的平均值。一般来说，如果流体只沿径向流动，且地 层为均质油藏，我们给出的渗透率为水平方向的平均渗透率；如果储油层是双孔 特性的油层，我们给出的渗透率为自然裂缝的渗透率，而基岩渗透率包含在窜流 系数中【7 1 】；如果是部分射刀= 油藏，我们能给出水平和垂直方向的渗透率【8 3 】；如 果是水平井，原则上可以给出x 、y 、z 三个方向上的渗透率，但由于水平方向 上渗透率差异较小，因而，我们一般也只给出水平和垂直方向上的渗透率1 6 0 】。 很明显，由试井分析得到的渗透率是一个标量，它是在一定意义上的平均值。 因而，由试井分析得到的渗透率往往与实验室测得的渗透率不相符合。因为实验 室测得的渗透率只是某一方向上的渗透率。实验室测得的渗透率与试井分析中得 到的渗透率所代表的物理意义是不相同的【7 们。由试井分析测得的渗透率是井周 围较大范围区域的平均值，反映了较大范围区域的地层流动情况，可以根据它评 价地层物性参数和计算油井产能，这是其它方法测得的渗透率无法替代的。 1 3 多层油藏渗透率的测量 渗透率是表征地层渗流能力的物理量，是油田生产中最重要的参数【5 9 ，7 0 1 。 如果厚油层非均质性较强，在深度方向上水平方向渗透率差别较大，在生产中将 其当作单层处理时会带来较大的误差。地层中的流动通常可以考虑只沿水平方 向，但有时地层中垂向流动不能忽略，这时必须考虑各层的垂向渗透率。 我国大庆、胜利、大港、中原等老油田经过长期注水开发，现在已经进入高 含水、高采出程度阶段。注水开发油藏受地层的非均质性和长期注水的影响，易 于在油层的局部位置产生大孑l 道，大孔道出现后大量注入水沿大孔道发生无效循 4 第1 章绪论 环，严重影响油田注水开发效果【6 8 ，8 6 ，8 9 一0 9 1 。通过对油藏进行分层渗透率测试【6 8 l 根据测试出的渗透率值能够判断出是否有注水孔道和注水孔道的位置，从而在大 孔道处注入调堵剂改善注水效果【6 8 8 6 ，1 0 4 , 1 0 8 1 。 孔道一 图1 1 注水孔道示意图 厚层内有时会发育一些物性夹层，这些物性夹层厚度较薄，垂向渗透率较低， 对厚层垂直方向上的渗流有一定的遮挡作用，在注水时可把这些夹层当作隔层进 行分层注水【5 0 6 2 , 9 0 , 9 8 】。张大卫等【l o l l 研究了夹层的遮挡作用，发现当夹层在垂 向渗透率小于5 1 0 - 7 z m 2 时遮挡效果较好，当大于1 0 。p m 2 时不能起到隔层作 用。为了改善注水效果，有必要获得夹层的垂向渗透率。 自从l e f k o v i t s 等【2 8 】在1 9 6 1 年发表有关多层油藏的论文以来，国内外许多 学者都对这类油气藏进行了研究【i o ，1 4 , 1 7 ，3 2 4 6 1 。当考虑层间越流时，多层油藏中 的流动非常复杂，为了能够求得井底压力的解析解，在建立模型时均对油藏中的 流动情况作了简化。如认为每一层内的垂向压力梯度很小，可以认为压力与深度 无关，使用该层内垂向压力的平均值表示。相邻两层问有层间越流和压力跳跃， 且越流速度和两层间的压力差有关。高承泰提出半透壁模型，认为垂向压力梯度 全部集中在半透壁内，他通过理论分析提出一个无量纲参数，由此参数可以确定 一个特定的油藏中越流的影响是否应该考虑【1 7 】。戴榕菁等【4 6 1 利用积分变换法 得到了多层油藏渗流的解析解。虽然通过模型的简化能够得到多层油藏渗流的解 析解，但由于模型中没有考虑各层层内的垂向流动，根据解析解画出的理论图版 也不会受到垂向渗透率的影响，从而无法通过试井分析拟合出各层的垂向渗透 率。 脉冲试井是一种优秀的多井试井方法，由j o h n s o n 于1 9 6 6 年提出，7 0 年代 后期，k a m a l 和b r i g h a m t 2 5 】发展了这一方法并绘制出理论图版，k h a l i f a h 【2 6 】、 翟云芳 9 9 1 等对理论图版进行了修正。该方法在一口井( 即脉冲井激励井) 中反 复开关井，而在另外一口或多口井( 即反应井或接受井) 中接收压力信号。不同 的地层渗透率会影响接收井压力曲线的形态( 主要是压力反应幅度和时滞时间) ， 5 第1 章绪论 笨乏 t ， 。= k 。 、7 k ：，：竺! 坠坠! 生 耻皆 一 耻等产 m 3 ， 耻等辫 一 奠薰一 m 4 ， 耻盟等搿等盟 一 6 第l 章绪论 表1 1 单层图版拟合结果 序号测试层段深度( m )垂向渗透率( 1 0 喵m 2 ) 水平渗透率( 1 0 。3 姗2 ) 11 0 1 4 2 l o l 9 5 6 8 91 2 3 5 21 0 1 4 2 1 0 2 1 2 3 1 0 1 4 2 1 0 2 3 43 5 11 0 9 1 41 0 1 4 2 1 0 2 5 64 2 11 3 2 6 1 4 注水井分层流量调配 石油的开采可分为三个阶段。第一阶段是原油靠地层的压力喷发出来，其采 收率约为1 5 左右；在自喷的后期，可以将水由水井注入地层来维持地层的压力， 称之为二次采油，其采收率大约为3 0 叫o ；水驱后地层中的残余油仍然占 6 0 糊0 ，但由于吸附在岩石空隙间难以开采，需要用物理和化学方法来驱出， 称之为三次采油1 6 l j 。 注水采油是目前我国陆上油田主要的采油方式。它能有效地补充地层的能 量，对提高原油采收率，确保油田高产、稳产起到了重要的作用。由于地层的非 均质性，在井筒中进行笼统注水时高渗透层的注入量较大，中低渗透率的注入量 较少甚至不注水，驱油效率较低。为了提高驱油效率，必须实行分层注水【8 1 ，蚯1 0 2 , 】。分层注水时，首先需要在注水井内下封隔器把地层分隔成若干个注水层段， 然后下配水器，并安装不同直径的水嘴，分层注水，将水合理地分配到各层段。 1 4 1 配水管柱 目前我国油田采用的配水管柱，根据配水器结构特点可分为以下4 种【4 8 ，7 7 ，8 1 ， 9 4 ，i 0 5 ： 1 固定式配水器管柱。这种配水管柱由于水嘴固定在配水器上，分层测试、 调整水嘴不方便，在下分层配注管柱之前，必须单独下一趟分层测试管 柱确定分层吸水量以选择相应的水嘴，调整水嘴时也必须起下管柱，井 下作业工作量大。当调整注水量频繁时，影i 晌油田注水量。目前油田基 本不采用此管柱。 2 活动式空心配水器管柱。它主要由水力压差式封隔器、空心配水器、洗 井阀等组成。水嘴装于配水器芯子上，配水器芯子坐于配水器工作筒上， 更换、调整水嘴时，用钢丝投捞配水器芯子即可。由于配水器芯子占据 中心通道，因此进行下一级水嘴调整时，必须捞出其上面的各级配水器 7 第1 章绪论 芯子，投捞工作量仍然很大。 3 偏心配水器管柱。它由偏心配水器、水力压差式或水力压缩式封隔器、 洗井阀和防腐油管等组成。在分层注水工作中，目前各油田使用的大多 是偏心配水器，尽管这些偏心配水器种类很多，但原理大致相同：水经 偏心配水器内的水嘴进入油套管环形空间后注入地层。水嘴装在一个坐 于偏心配水器工作筒侧孔内的堵塞器上，利用钢丝可以投捞任意一级堵 塞器进行水嘴调整，测试调整比较方便。 4 液力投捞配水器管柱。其特点是利用注水站来水实现液力投捞，简便高 效，调配一口井可在半天内完成，比偏心配水管柱减少测试时间8 5 以 上，但使用常规仪器无法实现直接测试吸水量，封隔器坐封工艺繁琐。 1 4 2 配水器 配水器是注水系统中的重要部件，用来调节注水的流量，其实质就是一种流 量调节装置。配水器基本上可以分为固定式配水器和可调节式配水器两大类，其 中固定式配水器有着固定的水嘴直径，只是相当于节流装置，流量不可调整，当 配水器前后的压力变化时，流量也随之变化。可调节式配水器可以根据压力的大 小来调节流量，使流量满足人们的设定。 可调节式配水器主要有两大类，一类是纯机械式的【5 3 】，这类配水器是用流 体的作用来产生对流体的控制，是一种反馈结构；另一类是电动式的【7 8 】，通过 电机来控制配水器机械部件的运动。机械式的优点是不需要提供额外的能量，通 过注水的能量来工作，因此结构简单、紧凑，产品寿命长，不需要额外维护，缺 点是对流量的调节功能有限，一般是保持恒定的流量。电动式则恰恰相反，其优 点是可以实现对流量的任意调节，因为现在电机的位置控制技术已经相当完善。 缺点是整个系统结构复杂，体积较大，容易出现故障，需要额外的维护。结合我 国目前油田的状况，机械式的可调节配水器是性价比较高的【6 3 ，7 5 ，8 8 ，9 2 ，1 0 3 ，1 1 2 ， 1 1 3 a 虽然机械式配水器能够在定压力范围内保持恒定注入量，但并不是在所有 地层中都适用。由于机械式配水器的反馈机制，在低渗透底层注水时会不断产生 压力波动，对地层造成损伤，所以我国油田目前主要采用的还是固定式配水器。 1 4 3 流量调配方法 目前油田中主要使用的是固定式配水器，配水器流量与水嘴直径和配水器前 后压力差有关，所以通过控制井口压力和各注入层配水器水嘴直径便能够控制各 8 第1 章绪论 层的注入量。在实际配水时，地质部门根据地层情况填写配注单，给出各层的计 划注入量。流量调配的目标是使各层的实际注入量符合计划注入量的误差要求 ( 大庆油田允许2 0 的误差) ，并使井口压力尽可能的小，因为压力大时会增加 注入成本，还有可能损坏管柱与地层。操作员根据经验选择合适的井口压力和各 层配水器水嘴直径，将配水器下入到井下后测量各层注入量，起出配水器并根据 测得的注入量调节水嘴直径，然后重新下入配水器，重新测量注入量，这样反复 尝试，直到实际注入量达到计划配注入的误差要求。采用固定式配水器，配水时 的投捞、测试工作量很大，即使是单层配水，往