（信号与信息处理专业论文）井间示踪测试技术解释方法及软件的研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 井间示踪测试技术解释方法及软件的研究 信号 粱 庞巨 摘要 预先认识注入流体在平面上的分布以及油减的非均质特征，对于设计和实施一个提 高采收率方案来说是非常重要的，它也为在开采过程中采取相应的调整挖潜措施提供依 据。井闻示踪测试技术的研究对象是井间关系，它的研究结果反映了更大范围内油层特 性和油水井间的关系。井间示踪测试技术是认识油藏的非均质特征、注入流体分布、波 及体积和评价二次、三次采油方法来提高采收率机理的重要油藏工程手段，因而f 1 益受 到重视。 本文详纲论述了井闯示踪剂测试技术的解释方法。首先，从示踪剂在井间的流动机 理出发，通过分析示踪剂流动的物理模型，建立示踪剂产出曲线的数学模型；然后，设 计计算方法，利用v c + + 6 0 语言编制了井间示踪测试解释方法的解释软件。最后，解释 了储层非均质特妊、注入流体的分布状况及波及效率等。通过对西区5 3 1 3 6 和子长老草 湾区7 2 2 0 这两个实例井组的示踪剂产出曲线解释计算结果进行了验证和综合分析。此解 释结果客观的反映了目前的生产动态和地质特征，为评价油田后续开发措施的可行性和 下一步要采取的调整措德提供了依据。 关键词：示踪剂井间示踪解释方法最优化技术 论文类型：应用技术研究 s u b j e c t ： s p e c i a l t y ： n a m e ： i n s t r u c t o i ti s t h es t u d ya b o u te x p l a n a t i o nm e t h o do ft h ei n t e r - w e l lt r a c e rt e s tt e c h n o l o g y a n ds o f t w a r e o fa ne n h a n c e do i lr e c o v e r yr a t i o p r o g r a mt ou n d e r s t a n dt h ed i s t r i b u t i o no f t h ef l u i di n j e c t e di n t ot h ep l a n ea n dc h a r a c t e r i s t i c so f n o n h o m o g e n e o u si na d v a n c e ，w h i c ha l s op r o v i d e s ab a s i sf o rm ee x p l o i t a t i o np r o c e s st o a d ju s tt ot a k ec o r r e s p o n d i n gp o t e n t i a lm e a s u r e s t h eo b j e c tf o rr e s e a r c hi st h er e l a t i o n s h i p a l n o n gw e l l si ni n t e r w e l lt r a c e rt e s ts t u d y t h er e s u l to fs t u d yr e f l e c t s t h ew i d e ro i ll a y e r c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e no i la n dw a t e rw e l l s i ti sa ni m p o r t a n tr e s e r v o i r e n g i n e e r i n gm e t h o df o ru n d e r s t a n d i n go fo i lp o o ln o n h o m o g e n e o u s c h a r a c t e r i s t i c s ，t h e d i s t r i b u t i o no fi n j e c t e df l u i d ，s w e p tv o l u m ea n de v a l u a t i o no fs e c o n d a r y ，t e r t i a r yo i lr e c o v e r y m e t h o d s a n de n h a n c e dm e c h a n i s mo fo i lr e c o v e r y s oi ti si n c r e a s i n g l ye m p h a s i z e d t h i st h e s i ss t u d i e st h ee x p l a n a t i o nm e t h o do ft h ei n t e r w e l lt r a c e rt e s tt e c h n o l o g y f i r s t l y , b a s e do nt h es t u d yo fm e c h a n i s mo fi n t e r w e l lt r a c e rf l o wb e t w e e nw e l l sa n dt h ea n a l y s i so f t h ep h y s i c a lm o d e lo ft r a c e rf l o w ，o u t p u tc u r v eo ft r a c e rm a t h e m a t i c a lm o d e li sc o m p u t e d s e c o n d l y , e x p l a n a t i o ns o f t w a r eo ft h eo u t p u tc u r v eo fi n t e r w e l lt r a c e ri sp r o g r a m m e dw i t h v c + + 6 0b a s e do nt h eu p p e rt h e o r y f i n a l l y , t h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h er e s e r v o i r n o n h o m o g e n e o u s t h ed i s t r i b u t i o no fi n j e c t e d f l u i da n di n t e r w e l ls w e e pe f f i c i e n c ye t ci s r e s o l v e d i tv e r i f i e da n dc o m p r e h e n s i v ea n a l y z e dt h ee x a m p l e so f t h ec a l c u l a t i n gr e s u l t so ft h e t r a c e ro u t p u tc u r v eo fw e s t e r n5 313 6a n d7 2 2 0w e l lg r o u p t h er e s u l t so b j e c t i v e l ye x p l a i n t h ec u r r e t a td y n a m i c so fp r o d u c t i o na n dt h ef e a t u r e so fg e o l o g i c a l a l la b o v er e s u l t sw i l l p r o v i d et h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o re v a l u a t i n gt h ef e a s i b i l i t yo fo i l f i e l d sa n da d j u s t m e n t m e a s u r e sf o l l o w u pd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：t r a c e r ，i n t e r - w e l lt r a c e r ，e x p l a n a t i o n ，o p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e s t h e s i s ： a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g ys t u d y 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以铃，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得两安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：逊 f tl i ：聊r 纠 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信，1 , 1 1 务。本人离校焉发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然茺西安石油大 学。 论文作者签名：越 导师 注：如本论 签辫 r 期：理羔 f 日期： 权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第章绪论 1 1 研究目的及意义 第一章绪论 井间示踪测试技术是利用示踪剂跟踪注入流体在油层中运动状况，通过在生产井上 检测示踪剂的开采动态特征，研究油层特性和开采动态的一种方法。它是一种直接测定 油层特性的方法，在生产井检测到的示踪剂浓度突破曲线，反馈了相关油层特性及开采 现状的信息。通过观察示踪剂在采油井中的开采动态( 示踪剂的浓度与累积产水量的关 系曲线) ，如示踪剂在生产井的突破时间，峰值的大小及个数、相应注入流体的总量、采 出的示踪剂数量等参数，进一步研究和认识注入流体的波及状况及其运动规律和油藏的 非均质特性。油藏的非均质性造成了注入流体的平面不均匀分布，这必然大大降低注入 流体在油藏中的体积扫及效率和注入流体的利用率，并由此降低水驱或三次采油方法的 效果。因此，为了防止昂贵的注入流体流失和提高该方法的效果，以及正确地评价该方 法的有效性，就要及早认识油藏平面上的分布状况及油层纵向上的非均质特征，为开采 过程中采取相应地调整挖潜措施提供依据。由于示踪剂是跟踪注入流体运动的，所以它 能够反馈油层动用状况的信息，特别是示踪测试中获得的有关油层非均质性的信息，是 特定注采井间的油层非均质特性及其动用状况，这是它与油田常规测试方法测得的资料 的不同之处。目前，认识油藏非均质性的常用方法【l 】有生产测井、岩心分析、不稳定压 力测试、脉冲试井、井间示踪剂测试等。生产测井、脉冲试井、不稳定压力测试、岩心 分析等方法获得的数据仅仅局限于井筒周围，且这些资料获得的是油藏的平均分布信息， 不能得到油藏非均质分布情况。而通过定量分析井间示踪剂测试资料，可得到油藏参数 信息的分布，并可直观的认识油藏非均质特征。井间示踪测试技术是认识油藏的非均质 特征、注入流体分布、波及体积和评价二次、三次采油方法，提高采收率机理的重要油 藏：i ：程手段。 本课题的研究目的是研究井间示踪测试技术的解释方法，以定量的解释油藏的非均 质特性、注入流体的分布、裂缝情况、注入流体的井间波及效率和油藏剩余油饱和度等， 深化对油藏的认识。从而为油田的调整挖潜，提高采收率，提高油田管理，以及正确认 识和解释油田开发过程中出现的各种现象，更好的满足油田开发的需要。 目前，大多数油田已经进入高含水期，这意味着注水经济性的变差和开采难度的增 加，需要采取各科，措施以控制含水、保证油藏的合理化开采、最终提高采收率。从这一 意义上讲，我国油田“二次采油”已处于中、后期，正在逐步进入“三次采油”阶段。 因此，深入细致地开展油藏评价工作已成为当务之急，包括：了解注入流体的运动规律 和注采平衡，评价各种增油措施的有效性，描述油藏的非均质特征和裂缝情况，确定剩 j ) t i 安石油人学影i | ：学他沧。蔽 余油饱和度和分布等。在油藏l ：程研究中，特别是油l l l 进入高含水期后期，人们更加关 心剩余油锪和度的分布，以便为评偷实施螽续开发方案的可行性，以及采驳其它糯应的 增产措施，进一步挖潜油层的潜力，为提高油田的最终采收率提供依据。井问示踪测试 是油田二次和三次采油过程中唯一能够赢接得到注入流体在油藏中的运动信息，并以此 信息完善浦藏模型、指导开发的工程手段。这是一种经济的、长效的、多产出的技术手 段，必将为提高采收率做出重要的贡献。井问示踪技术对于解决油鼷开发过程中面临的 实际问题具有重要的实用价值和指导意义。 王。2 国内外井闻示踪的研究发展概况 国外研究井间示踪剂的应用开始在2 0 世纪5 0 年代，应用最早是研究地下水，且对 它的分析是定性的，用来粗略了鳃地下流体的运动状况 2 1 。2 0 世纪6 0 年代，美网斯坦 福大学的b r i g h a m 和s m i t h 提 鏊了“示踪裁在五点井阚中流动特性的预测方法”玲l ，这 个方法奠定了井间示踪试验定量解释方法的理论基础。到了1 9 7 9 年，l y u e n 和b r i g h a m 进一步的提出“定量解释五点井网示踪剂产出动态”，确定油层的分层特性方法【4 l ，这是 一种试凑方法，使焉起来j 常复杂、耗费时闯。a b b a s z d e h d e h g a n im 和b r i g h a mw 。e 。 在1 9 8 2 一1 9 8 3 年提出了：在流度比是l 的条件下，根据并间示踪荆的流动状况，确定油 藏非均质性的分析程序，该程序优化了b r i g h a m 和l y u e n 的解法程序【5 】，通过内部迭代 直接求解出油层的分层孔隙度和厚度的乘积、各动用层段所占总地层系数的比例，并计 算鲞累积产水量和示踪剂浓度的关系。1 9 8 4 年，a b b a s z d e h d e h g a m 和b r i g h a m 成功遗 运用解析方法对井间示踪剂的流动动态进行了分析，并编制了计算机程序。至此，应用 井间示踪测试技术来研究油藏非均质性才真正地由定性转为定量，为示踪剂产出曲线的 廒嗣开辟了道路。之后s r 。a l l i s o n 等人在1 9 9 1 年应用德克萨斯大学开发的综合三维化 学驱组分模拟软件，成功地模拟了多井、多种示踪齐| j 方案猹】。1 9 9 2 年，a k h i ld a t t ag u p t a 等人提出了“样板曲线 研究油藏非均质性方法【7 1 。同年，s gg h o r i 等人提出了“确 定渗透率地质统计参数方法” 8 1 。m a j is a a d 等人【9 l 于1 9 9 6 年提出了应用井间示踪测试开 采资料，“优序捧列遗质统落模型方法”。 国内对井间示踪测试技术的研究较晚，到2 0 世纪8 0 年代，国内仍停留在定性研究 上，即研究注入流体的流动方向，注入流体的水线推进速度，评价油层的连通关系以及 是否有窜流通道的存在等等。1 9 8 6 年，我国在胜利油羽，为配合区块整体堵水丽开始了 示踪裁测试实验，在实验的过程中为了确定油藏菲均质程度测定了水淹层的厚度和渗透 率，能够确定大孔道直径，以此确定堵剂的大小和用量。1 9 9 8 年，刘同敬 1 0 l 等在吸收前 人研究成果的綦础上，提出了完善的半解析方法体系。2 0 0 0 年以后，刘同敬在示踪测试 试验及解释过程中，提邀了练合解释技术的原理和方法，并开始应潮。9 0 年代焉期， 井间示踪测试技术在全国各油田相继得到了的应用，应用已扩展到研究井间波及体积状 2 第章绪论 况、油层的非均质、注入流体的分布、评价二次、三次采油方法提高采收率的效果评价 以及层系问或层间窜流及注入井井况等多个方面。目前，国内外经矿场实践，把井间示 踪测试技术推向更加实用和切实指导油田开发的新阶段。随着科学技术的发展，示踪剂 的发展主要体现在两个方面：一个方面是示踪剂的类型和检测手段的更新，示踪剂对流 体的示踪由定性向半定量、定量化发展；另一方面是井间示踪测试解释技术配套甚至超 前发展，能够满足定量化解释的需要。 1 - 3 本文研究的主要内容 本文丰要研究井间示踪测试技术的解释方法，从示踪剂在井间的流动机理出发，通过 分析示踪剂流动的物理模型和数学模型，得到解释注入流体分布及波及效率、储层非均 质性等的计算模型，在此基础上研制井问示踪测试解释软件。通过井间示踪测试解释方 法来研究油藏的非均质特性和动用信息，主要要做以下的研究工作： 1 示踪剂流动模型的研究 ( 1 ) 研究示踪剂的流动机理和特性：示踪剂在多孔介质中的流动受对流作用和水 动力学弥散作用的控制。对流作用是由速度引起的传递，它_ 丰要取决于井网的形状和生 产条件，流体的水动力学弥散包括：分子扩散和机械弥散。 ( 2 ) 分析影响示踪剂在地层中流动的丰要因素：受到吸附、井网几何形状和外界 井、油层垂向非均质性等因素的影响； ( 3 ) 研究产出曲线的数学模型。根据质量守恒定律，推得一维对流扩散方程。 2 井间示踪测试解释方法的研究 ( 1 ) 分析井问示踪测试的定性解释方法和定量解释方法。其中：定量解释方法包 括数值法和解析法。比较它们的优缺点，优选一种方法进行深入研究。 ( 2 ) 选择解析法进行井间示踪测试的解释。方法为：把流动体系分成若干个不变 的流管，由一维对流扩散方程得到流管内示踪剂的突破曲线，进而得到流管中示踪剂浓 度方程。最终得到生产井采出的示踪剂浓度方程。再进一步的分析在分层体系中，示踪 剂的开采曲线的情况。 ( 3 ) 对井间示踪测试的原始数据进行数据处理和拟合，拟合采用多种方法进行。 ( 4 ) 示踪剂产出曲线拟合的最优化技术。非线性优化是用一组变量，拟合资料的强 有力技术。经过分析，初步选定用此方法，任务就是将这一综合了各层响应的示踪剂产 出曲线，分解为若干个单一层的响应，根据地层响应的情况，计算地层参数。 ( 5 ) 解释注入流体的分布，井间波及效率如何，以及对剩余油饱和度的计算。这些 都直接关系到如何制定调整挖潜措施有效控制和降低产水，提高原油产量和注入水的利 用率。 3 基于所研究的井间示踪测试解释方法的理论，根据数学模型设计计算方法，并利 两安轩i l i l 人学硕 j 学化论文 用v c + + 6 0 语言编制井间示踪测试解释系统软件。 4 通过实例进行结果的解释和详细分析。 4 第一：章示踪剂流动模7 融的建立 第二章示踪剂流动模型的建立 从注入井注入示踪剂段塞，在周围乍产井监测示踪剂的产出情况，产出示踪剂浓度 随时间的变化即为示踪剂产出曲线。由于当含有一定浓度示踪剂的水注入油藏后，能与 存在于油藏中的水完全瓦溶，且有相对的生物和化学稳定性，因此，通过分析生产井中 的示踪剂产出曲线，可以求出生产井与注水井之间高渗透带的有关地层参数。为了对示 踪剂进行定量分析，我们必须对示踪剂的流动机理，特性以及在运移扩散中受到哪些因 素的影响等有个全面的认识。 2 1 井间示踪剂的流动机理 示踪剂在多孔介质中的流动同注入流体样，受对流作用和水动力学弥散作用的控 制。对流作用是由速度引起的传递，它受达西定律支配的流体在系统中的整体运动，这 种流动是作用于该系统上的压力梯度产生的，油藏中，这种压力梯度是由两种因素造成， 一种因素是注水井和生产井之间的压力差。另一种因素是流体的密度差。对流作用丰要 取决于井网的形状和生产条件，如这些井的流动速度。这样在对流过程中，所有影向速 度的参数( 如相对渗透率、粘度、压力梯度等) 也都会起作用；流体的水动力学弥散【3 】f 1 2 】【1 3 1 包括：分子扩散和机械弥散。分子的扩散产牛于两种流体间所建立的组分浓度差( 分子 从高浓度区向低浓度区流动) ，它与流动速度无关，而机械弥散则是流体质点在多孔介质 中迂曲的孔道中运动的结果。从微观上看，弥散是由于示踪剂流过单一孔道并再次聚合 而产生的速度变化引起的。在二维流动中，这种特性是由在流动方向上( 经向) 出现的 和垂直于流动方向上( 纬向) 出现的混合。 由于流体的水动力学弥散结果，示踪剂逐步扩展，超出了仅有流体对流作用时它应 占有的区域，从而增加了一部分混合流动区域。扩展的数量( 混合) 取决于多孔介质的 分散程度和流动体系的几何形状，因此示踪剂的开采曲线呈现了一个波峰形。 试验表明，混合作用在低速下受分子扩散的控制，而在高速下受机械弥散的控制， 并且纬向上的混合系数比经向上的混合系数小得多。混合作用是一种局部现象，当示踪 剂在孔隙介质中运动时，混合作用扩展和稀释了示踪剂前缘的浓度。因此，在大多数情 况下，分子的扩散和纬向上的混合作用是可以忽略不计的l i t 。 2 2 示踪剂的流动特性 在示踪剂从注入井向生产井的流动过程中，示踪剂会不断的与储层流体混合而被稀 两安石油人学坝f j 学位论文 释，为进一步说明刁踪剂的流动特性，研究一个假想的均质体系 1 2 1 。假设油藏的流度比 为l ，这种假设在大多数的水驱和注气方案中都是近似成立的。 ( 1 ) 示踪荆以一定的浓度连续注入体系( 油藏) 均质油藏，示踪剂以某一速度和浓度连续注入到该体系中。且假设示踪剂与地层流 体不发牛混相现象，我们来研究井网对示踪剂开采动态的影响。图2 1 示出了示踪剂连 续注入时流体在四分之一五点井网的分布。 驱 替 覆 在 蚤 流 体 注入体积，p v 图2 1 连续注入时的流体b 的分布 图2 - 2 示踪剂连续注入时的突破曲线 该井网的原始状态充满了流体a ，在注入了流体b ( b 为含有示踪剂的流体) 后， 如果没有发生混合现象，那么它存在一个急剧变化的前缘，在生产井中由于几何形状的 影响，采出来的是流体a 和b 的混合物，图2 2 给出了流体的突破曲线。突破前，没有 采出流体，突破后，b 的产量急剧上升，并逐渐逼近1 0 0 。示踪剂b 在井网内被油层 中的原有流体稀释了，该体系的流线解释了突破曲线的演变，流动的流体b 的产出百分 比可由生产井上的流线角度准确地确定出来。 ( 2 ) 注入的流体b 为一小段塞，其后面是驱替流体a 油藏均质，且假定不发生混合。我们来研究注入的流体b 为一小段塞，其后面是驱 替流体a 的情况( 相当于示踪剂脉冲注入) 。图2 3 给出了注入一小段塞流体b 在井网 中的位置。流动的流体b 流向生产井中的百分数可由流入该井的流体b 的角度来表示， 该角度也受流体a 的流线的影响，这两个角度之差给出了流体b 的实际产量。从图中可 以看到相同的突破特征。但是，驱替流体a 的曲线在横多降标上( 注入体积) 滞后了，数 量上和b 流体的注入体积相等，如图2 4 它给出了沿x 轴驱替的前缘和后缘两条突破曲 线。 6 第：章五j 踪剂流动十奠掣的建寺： 沽】0 0 枷1 2 , 体 的 采 出5 0 浓 度 0 注入体积，p v 图2 - 3 段塞注入时的流体b 的分布图2 - 4 流体b 的段塞注入时的突破曲线 段塞注入后对流动几何形态的影响及产出比关系见图2 4 。从图中可以看到注入流 体为一段塞时其突破特征与连续注入的相同。在牛产井的采出流体中，流体b 的浓度是 这两条曲线垂向距离之差，在图2 。4 中以阴影面积表示。即使没有发生混合作用，生产 井采出的流体b 的浓度也始终小于1 0 0 ，这是井网形状和流线几何形状对流动的流体 影响的必然结果。 ( 3 ) 示踪剂段塞在地层中发牛了混合作用 实际上，注入的示踪剂小段塞浓度，在油层中是要同油层内流体发生混合作用的， 在弥散的过程中逐步被稀释。如图2 - 4 中的粗线部分，就是由于混合作用的影响，使示 踪剂突破曲线更加伸展了，从而导致示踪剂更早的突破，示踪剂曲线的峰值高度也相应 降低了，峰值时间发牛了滞后，阴影区域的宽度变宽了，但实际面积是没有发生变化( 示 踪剂的守恒) 。 - 2 3 示踪剂流动因素分析 示踪剂在地层中流动时不光要受到对流扩散的影响，它还要受到吸附、井网几何形 状和外界井等因素的影响；同时当示踪剂在井筒中流动时还要受到膨胀和产出水的稀释。 在这一节中将详细讨论示踪剂在地层和井筒中流动时的主要影响因素0 4 。 2 3 1 井网几何形状 井网的流线能准确得描述突破曲线的演变，而井网突破曲线能够说明几何形状对示 踪剂流动的影响。井网的稀释作用是突破曲线影响的结果。示踪剂流线突破时间仅仅是 注入井到生产井的线性积分，该时间是同注入体积有关，图2 5 给出了各种井网突破曲 线的情况。假设油藏的流度比为1 7 两安斫油人倾i j 学化论丈 国 姗i 锄 羞 煺 j 细 t 掇 曩 注入孔隙体积，p v 图2 5各种井网的突破曲线( 溉腰比为1 ) 我们可以用一个简单的称为无因次孔隙体积的相关参数，将不同井网的曲线相关为 一条腩线，可以大大简化计算过程。该无因次孔隙体积助由下式定义雕： w p v d m 毪 像t ， 式中： r ： 突破时的孔隙体积，等于突破时井网的瑟积- 扫及效率； ：为达到时注入的孔隙体积： 咯黼是根据的值查附录i 图1 得到的。g 是焉类劳的井距，口是弥散常数。对于一个 五点井网来说，突破时的面积扫及效率r = o 7 1 7 8 ，井网突破面积扫及效率见附录i 。 从图2 5 各种井网突破曲线可以看出这些曲线非常接近，相互差别不大，所以可以 将所有井网的突破曲线转换为一条曲线，如图2 - 6 所示。用非线性曲线拟合法，得出该 曲线的简誓方程【娃】： 易= l 一0 5 x p f o 1 8 l ( 国) 0 5 3 0j + e x 4 - 0 7 1 5 ( v , , 柳) 7 2j ( 2 圳 其中： b ：驱餐流体在采出流体中的百分数； 咋国：注入的无因次孔隙体积。 第_ 啦尔踪剂流动模，理的建立 毋 翟翻 如 蛙 骡 蜘 经盘 田 略一翰) 基一盔田) 图2 - 6 开发井网中归一化井网突破曲线关系 2 。3 2 吸附和滞留 注入的示踪剂流体在地层中流动时与地层流体发生了混合，这样就造成示踪剂与地 层岩石发生了接触，在与地层岩石接触的过程中，使得固、液两相界面上的分子力不平 衡、不对称，它嚣】之间存在一釉过剩的表面自由能。这种自由能在不断的减少。其实在 示踪剂溶于注入流体的过程中，因为它的浓度很小所以，它与岩石表面的接触机会相对 来说还是比较少的，而且各种示踪剂分子的极性不样，因此发生吸附的可能性较小。 如梁示踪剂被吸附，那定会有一个吸附速度，我们假设个脱附速度。这样就使得示踪 剂的前沿速度比携带它的流体前沿速度要慢，且造成示踪剂的前沿延伸范围更大，这种 延伸取决于吸附和脱附速度相对值的大小。 通常都会确定一个基准示踪剂，假设此基准示踪剂是跟踪流体的前沿流动的，通过 比较这些示踪荆和基准示踪剂的突破盐线来计算示踪剂的吸附和脱附速度，示踪剂和基 准示踪剂的突破曲线由于色谱分离的理论发生分离，示踪剂的前沿速度同流体前沿的速 度比，取决于各种示踪剂在多孔介质中的分配比，其方程表达式如下 1 4 1 ： 其中： u 一为a 示踪剂前沿速度； u 为流体前沿速度； d 蠢为示踪剡分配比。 丝：l(2-3、) u l + 见 9 硼篮丁i 油人。：f i ! j i f 7 ： t 沦文 2 3 3 油层垂向非均质性和分层情况 储油层是长期成层沉积的结果，沉积之后，如果由于它们沉积不均匀及次生改造作 用，就导致了储层内呈现非均质性。由于一些沉积物是水平沉积的，那么储层在横向较 大范围内是均匀的，但是由于沉积时问和环境的差异就会引起油层垂向上的差异。在油 藏中若存在多个油层或存在严重的纵向非均质性，就会使得在实际的示踪剂测试施工过 程中示踪剂会从多个油层注入又从多个油层采出的情况。如果一个油藏为多层的，我们 将它看作是均质的单层油藏来处理就掩盖了油藏的非均质性，这就形成了示踪剂解释的 偏差，进而会误导后继的提高采收率方案的设计方案。因此，建立示踪剂解释模型的时 候应当充分考虑到油藏的分层情况。下面就是如何考虑油藏分层情况的方法： 假设将油层分为各个小层，每个小层都赋予一个渗透率值，并假定小层与小层之间 无交叉流动。那么，进入各个小层中的示踪剂浓度与它的渗透率成正比。在牛产井底， 某个小层的示踪剂浓度将受到其它小层流体的稀释，而这种稀释作用同该小层的砌值与 在整个油层的y 砌之比成正比。有5 1 ： c ，珥丢( 麸卜鲁麦一百h , 石k 2 i 1 协4 ， 式中： c 。：第i 小层的最高浓度； c 。：均质油藏的最高浓度； 七，：第f 小层的渗透率； k 。曙：油层的平均渗透率； h ：第i 小层的厚度； h ：油层的总厚度； 胛：所划分的总小层数。 由于第f 小层的突破时间也同其渗透率成正比： 一等】 沼5 ， f ：第i 小层的突破时间； ，哪：均质油藏的突破时间。 2 3 4 井筒中的流动 对于水驱示踪剂，当示踪剂到达井底时会与油层中的产出水在井筒内发生二次混合 l o 笫_ 章示踪剂流动模j 弘的建立 稀释。在对于气体示踪剡，它在地层中不仅要受到弥敖和面积扫及效率等的影响，丽且 它在井筒中流动时，由于气体自身的膨胀和从并底到地面的压力变化所引起的溶解气逸 出所导致的气体示踪剂浓度会有所降低，也就是说示踪齐| j 的浓度被稀释，所以也有必要 考虑此影响因素。 综合以上几点因素分析，示踪剂的采出曲线是与很多因素有关的，阕此，对于不同 的油藏和应用不同性质的示踪荆，应充分考虑到示踪剂流动的实际影响因素，如一些示 踪骞| l 不会在地层发生吸附现象，面些示踪剂可能会与地层流体发生反应等。所以，在 示踪剂的实际应用中，应该充分考虑油田的实际情况，在实验的基础上选择恰当的示踪 剂和建立考虑了必要影响因素的示踪剂方程，以便充分认识油藏的非均质特性。 2 4 井间示踪剂流动方程 考虑示踪荆的扩散、弥散和吸附一脱附现象，驱替相和被驱替栩有大致相同的浓度， 流体为微可压缩。 根据物质守恒原理有：单位时间内，某一单元体内的流体质量变化等于流进该单元体的 流体质量减去流出该荤元体的流体质量。公式表示为 1 4 1 ： o m - k ：一d i v ( q ) ( 2 。6 ) a t “ 其中： m 。一单元体内的流体质量； 吼一流体流量； 义 根据f i c k 扩散定律： 有： m f q 。+ 妊 q 后- - g 。c + q d 铲一徊篆 q 。示黥测在单元体内的吸附量； c 示踪剂的浓度； 矽一孔隙度； 吼单位面积上的质量流量； 锄一弥散量； d 一弥散系数； ( 2 7 ) ( 2 。8 ) ( 2 。9 ) 两安彳f i 汕人。z 顺【j f t 论艾 因为： 而： 则： 警= 掣- d i v 咄) - 州q , , c + q a ) 沼 d i v ( q c c + q a ) 篆+ c 豢+ 誓 盟o x = 却旦o x 怯o x ) = 一徊窑o x ij 7 2 掣= 一( 吼面o c + c 豢一徊窘) 又：根据弗洛伊德吸附等温式1 来描述吸附量和浓度关系式： ( 2 11 ) ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) q 口= 肥 ( 2 1 4 ) k 为吸附常数。 将( 2 1 4 ) 代入( 2 1 3 ) 得： 后筹+ 矽筹= 咆篆一c 誓+ 徊窘 c 2 耶， 即。 ) 筹= 徊窘篆一c 豢 协 此式就是井间示踪剂的流动方程也叫一维对流扩散方程( 考虑各种情况下) 。 在油田实际生产中，由于油田的实际影响因素不同，那么在选择其对流扩散方程时会 有所不同。 1 不考虑弥散混合的影响 在油田的实际施工中，通常注入的是示踪剂一小段段塞，如果忽略弥散混合的影响， 则示踪剂对流扩散方程为： 矽- = o c _ + q c o c 一：0 ( 2 - 1 7 ) 矽百瓦2 2 不考虑j 踪剂的吸附作用 第市示踪剂流动模掣的建立 在油豳生产中，如粜不考虑示踪刹的吸附，假设示踪荆流体稳定流动，即在x 方向 上流体流量不发生变化，即盟：o ，此时示踪剂的维对流扩散方程为： 玉 痧詈= 妒窘飞篆 沼 3 示踪剂经向流动方程 示踪荆流体在地层中经向流动，考虑对流和弥散作用，假设径向模型这个单元体为一 圆环体，其厚度为h ，则有【缮l ： 2 缈掣一哮砌徊等 协一9 ， 夺t“甜 ? 蕾2 q 为单位厚度上的流壁，那么有q = 2 舢 此式即为示踪剂流体的经向数学模型。 若不考虑示踪剂在地层中的吸附，即q 。= 0 ，则上式可以进一步简化为： 型篓+ 笙：望丝堡( 2 2 0 ) 一一卜一= 一一 t 一 q a t0 r q 8 r 这个式子就足我们所称的b r i h a m s m i t h 模型。 以上作者讨论了井闻示踪剂的一维对流扩散方程，不同的假设条件下我们得出了方 程所具有不同的彤式，这些方程是我嚣j 著闻示踪测试解释方法的基确数学模型，我们由 这些基础数学模型可以得到浓度计算的数学模型，因此，我们在实际生产中，应该根据 油l 羽实际情况，不仅要选择合适的示踪剂，要考虑本油田的影响因素来选择恰当的对流 扩散方程。 两安彳阳 1 人学硕i j 做沦文 第三章井间示踪测试解释方法 示踪剂监测资料的解释是整个井间示踪测试技术的最重要的一环，解释结果精度的 高低，将直接决定提供的油藏信息是否准确。示踪剂在地下流动的真实情沙i ! 是比较复杂 的，也比较难知道，但在数值模拟中通过求解示踪剂流动的对流扩散方程，可以模拟示 踪剂在地层中的流动情况，然后通过不断修改地层参数的分布使得其计算结果与实际示 踪剂采出结果拟合良好。以此来估计渗透率、孔隙度和剩余油饱和度等参数的分布。井 间示踪测试解释分析方法可分为定性分析方法和定量分析方法。井间示踪测试的定性分 析，常被用于油藏描述中以完善油藏的地质模型，确定断层、裂缝、断层的连通性和层 系间的窜流等等。定量解释方法可分为解析法和数值法两种，这两种方法现在在实际生 产中都得到了应用。 3 1 井间示踪测试定性解释方法 示踪剂分析方法国内在8 0 年代还停留在定性研究上。9 0 年代后，逐步的由定性分 析发展为现在的定量解释方法。井间示踪剂测试资料可以反映出井间连通性和定向流动 方向性等方面的信息，这些信息尽管是有限的，但是它能够纠正和减少人们对油藏的不 确定性认识。通过分析示踪剂到达时间和牛产浓度的关系差别，可以定性分析井间的非 均质性和判断地层的连通性。下面简单说一下定性分析的具体方法【1 4 t 2 】。 1 描述油藏的连续性 根据多口井不同的示踪剂采出情况，可以确定油藏的连续性。 2 注入流体的流动方向 3 描述油藏的传导性 4 鉴定油藏的裂缝系统、断层、以及别的能决定流动定向性的地质特征 1 ) 定向效应会导致示踪剂较短的传播时间，出现较快的示踪剂突破。 2 ) 定向效应会导致示踪剂采出浓度较高。 3 ) 断层可能会成为示踪剂的流动通道或者是阻挡其流动。 5 确定气顶的存在 1 ) 通过含气区域时，水将优先从其底部流动。 2 ) 在气区底部的薄层流动时，水将表现出一些流动特征。 3 ) 示踪剂响应具有快速、明显和强烈的脉冲反应等。 4 ) 在不同时问注入含示踪剂的气体，而在生产井中同时收集到，这表明在注入井和 1 4 第三章井i 口j 示踪测试解释力法 生产井间的注入广e 体的累积。 3 2 示踪测试定量解释方法 示踪剂定量解释方法不断完善和发展，就目前来讲，结合地质模型进行井间示踪测试 解释方法主要分两种：解析法和数值法。下面就分别讨论这两种方法。 3 2 1 数值法 在井i 司不踪测试中，从注水井注入不踪剂段塞，示踪剂为分配性和非分配性( 非分配 性示踪剂也叫水溶性示踪剂) ，根据现场实际，由于示踪剂试验是在注水开发后期进行的， 因此，我们忽略气相的存在，而只考虑油、水两相，油组分、水组分、分配性示踪剂、 非分配性示踪剂四个组分，建立两相4 组分问题的数学模型。各组分的质量守恒方程如 下【1 8 】： 水组分： v 等限风娜等抽。卜老= * 瓦wc _ ， 油组分： v 学勺p o - p o g v d 扣陪朋d 0 _ 瓦q o = 乳瓦oc 。) b 2 ， 非分配性示踪剂组分： v 等勺p w - p w g v d 忙隆斗老= 孙缸) 3 ， v 警勺p , - p w g v d ) + 等等p o - p o g v d ) + v 等kv c ：。卜 矽堕p w , 。曼b o 瓦v c ：。 _ 老= 4 ， 融c ：去k 。等剐 该模型中共9 个未知量：p o ，r ，s o ，s w ，c l w ，c 2 w ，c 2 。，c ，。和c 。，解方程还需要5 个辅 助方程： 两安行汕人学影! 卜f t 沦义 式中： 正) ： c l 。+ c 2 。+ c 。= 1 c 2 。+ c 2 。= 1 s 。+ s 。= 1 c 。一非分配性示踪剂在水相中的浓度；m g l c ：。，c ：。一分配性示踪剂分别在水相和油相中的浓度；m g l c 。一水组分在水相中的浓度；m g l ( 3 5 ) ( 3 - 6 ) ( 3 7 ) ( 3 8 ) ( 3 9 ) c 。一油组分在油相中的浓度；m g l b 一体积系数；无量纲 z 一粘度；m p a s p 一密度；， ，夕。一油、水在地面情况下的密度； e f 组分在组分中的扩散量； g ，一地层条件下单位体积的岩石注入或采出的f 组分的含量( 注入为负，产出为 一孔隙度；小数 k 。，k 。一油、水的相对渗透率；小数 k 一绝对渗透率；1 0 。, t u n 2 v d 一重力梯度；n m v 一散度； s 一饱和度；小数 p 一压力；p a 1 6 r + 后 易 = i i l w 岛i c 1。等 第+ i 奇井问尔踪测试解释乃1 法 k 一分酉己性刁i 跞剂的分配糸数：小数 匕。一油水之间毛管压力；只 经过一系列的简化和推导，可以求出油相的压力、饱和度和浓度的方程如下： 压力方程为： 驴每帆卜( 苦肌c u 删) ) 一去哪：垤) + b 。 v ( 去七v 易 一v ( 每七v 。驴) 一去g m + g 叫= 妃箸 含油饱和度方程为： v 去蛾 一v 每七。g v 。) 一警= 鲁( 矽鲁) 又 q = c r + c o s o + c w s ， a 。：坠，五。：坠 ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) 式子( 3 - 1 0 ) 、( 3 - 1 1 ) 中的口，和口：分别表示分配性示踪剂在水和油中的分配系数， 且q + 口2 = 1 。以和五。分别为油、水的流度，c ，为综合压缩系数，c r ，c o ，c 。分别为岩 石，油和水的综合压缩系数。 浓度c 2 。和c 2 。的方程为： v 隆阮一风酬隆卵q k = * 矿s , vc ( 3 _ v 警呼见妒卟v 悟 一矧= * 万s og 。 ( 3 _ 对方程( 3 1 0 ) 进行隐式求解，可求得压力分布，然后将求得的压力值代入含油饱和 度方程中，可求得饱和度的分布，将求得的压力和饱和度值代入浓度方程( 3 1 4 ) ，( 3 1 5 ) ， 由这两个方程可以解出每个时间的分配性示踪剂的在水相和油相的浓度值，将这些值和 实际值进行拟合求出产出的浓度曲线，再将这个曲线和原始曲线进行比较，如果吻合较 好，那么所求出的含油饱和度就是地层的剩余油饱和度。否则，修改地层参数重新求取 剩余油饱和度。 两安石油人。z 坝i j 学位论文 3 2 2 解析法 解析法是a b b a s z a d e h - b r i g h a m 于上世纪8 0 年代提出的定量解释储层非均质的方法， 示踪剂的流动状况被认为是油藏非均质的直接指示。其摹本假设是将注一采井问的流动 体系分成若干个不变的流管，研究流体在其中的流动情况。根据注入流体的混合方程， 推导出一般流管巾的混合方程，进而推导出流管内示踪剂的突破曲线。由于注采井问的 流动是由一系列若干个的流管组成，示踪剂是从所有流管流向生产井，因此生产井采出 的示踪剂浓度是牛产井上所有流管示踪剂的浓度之和，我们通过对流管流量积分 1 1 1 ，可 以计算出井网的示踪剂浓度突破曲线。五点井网以及不同的井网示踪剂突破曲线。根据 示踪剂产出曲线的示踪剂浓度和储层参数的相关性，利用优化技术，拟合理论示踪剂浓 度曲线和实际产出浓度曲线，反求出地层参数，用来评价油层。 3 2 3 解释方法的筛选 解析法也叫解析流管法，它的产生是井间示踪测试技术由定性解释转向定量解释的 标志，它具有较强的理论基础，其所需要的资料只是示踪测试中的基本资料，无需繁杂 的信息，较其它方法更为快捷。所获得的资料除了用于研究油藏的非均质特性、水驱开 采油层动用程度外，还可以作为历史拟合和预测开采动态建立地质模型的基础。数值法 的优点是方法较精确，但工作量大，计算速度过慢，对于复杂情况会出现不收敛，或者 为了减少工作量和保证收敛，做出较多的平均和假设，最终结果与油藏实际差距较大； 同时数值法需要很多参数，而这些参数又是我们要研究的对象，这就增加了它的不定性。 所以，基于以上的特点，本文采用解析法来完成对井间示踪剂资料的解释。 第四章基于解析法的井问示踪测试 i | 乍释 笫四章基于解析法的井间示踪测试解释 4 1 示踪剂混合方程的确定 在示踪剂流动机理中，我们奔绍了示踪剂在多孔介质中的运动与注入流体足一样的， 同样是受对流作用和水动力学弥散作用的控制。当一种流体在多孔介质中混合驱替另一 种流体时，由于弥散作用，在它们的接触区形成了一个过渡带( 混合区) 。水动力学弥散 是国机械弥散和分子扩敖两部分组成的。各个流体葳点在多孔介质中，以不同的速度在 迂赡的孑l 隙通道中运动，流体在这种不规则的流动路径中的随