（石油与天然气工程专业论文）油田深度调剖（驱）软件研制与应用.pdf

大庆石油学院工程硕士专业学位论文 油田深度调剖( 驱) 软件研制与应用 摘要 区块整体调剖是高含水期改善注水开发效果的一项重要措施。以前的工程方法是以 油藏精细描述为基础，以油藏数值模拟为手段，以最大的经济效益为目标函数，通过建 立区块整体调剖的优化增产模型，来选择最佳的调剖井和堵剂用量。这种方法精度高， 但要进行历史拟合，所需资料多工作量大，严重制约了整个过程的高效性。为此，有必 要研究一套简单可行的调堵优化决策技术，选择最佳的调堵井点，设计出最佳的调剖剂 用量，优化出最适合于井况和地层条件的施工工艺参数以及一套评价方法。 本文在充分调研国内外有关理论与技术基础上，综合了r e 决策技术、注水井井口 压降决策技术( p i 决策) 等技术，建立了区块整体调剖决策系统所需的各种理论模型：在 此基础上开发出一套相应的软件，该软件使用方便，运行速度快，各决策部分之间相对 灵活独立，容错性强，极大地提高了油田的决策效率及管理水平，从而使区块整体调剖 堵水决策科学化与定量化；并应用软件对油田某井组进行了调剖优化设计与预测，预测 结果与现场实际吻合较好。 关键词：调剖；模糊数学；软件应用 a b s t r a c t w h o l eb l o c kp r o f i l ec o n t r o lc o r r e s p o n d i n gs o f t w a r e a b s t r a c t w h o l eb l o c kp r o f i l ec o n 仃o li so n eo ft h ei m p o r t a n tm e a s u r e m e n t st oi m p r o v et h e d e v e l o p m e n tr e s u l to fw a t e ri n j e c t i o ni nl a t e rh i g hw a t e r - c u tp e r i o d u s u a lp r o j e c tm e t h o dt o s e l e c tt h eo p t i m a lc o n 仃o lw e l la n dt h ev o l u m eo fw a t e rp l u g g i n gf l u i di sb a s e do nt h e r e s e r v o i rf i n ed e s c r i p t i o n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dt a k et h em a x i m u me c o n o m i cb e n e f i ta s o b j e c tf u n c t i o n ，e s t a b l i s h i n go p t i m i z a t i o ns t i m u l a t i o nm o d e lo fw h o l eb l o c kp r o f i l ec o n t r 0 1 m u c hd a t aa n de f f o r ta r en e e d e dt om a t c ht h eh i s t o r yt h o u g ht h i sm e t h o di sp r e c i s e ，t h u s s t r o n g l yr e s t r i c t e dt h ee f f i c i e n to f t h i sp r o c e d u r e s o ，i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pas e to fs i m p l e a n df e a s i b l eo p t i m a ld e c i s i o n m a k i n gt e c h n i q u ef o rp r o f i l ec o n t r o lt os e l e c to p t i m a lc o n t r o l w e l ll o c a t i o n ，t od e s i g nt h eo p t i m a lv o l u m eo fp r o f i l ec o n t r o la g e n t ，t og e tt h eo h m i z a t i o no f t e c h n o l o g yp a r a m e t e r sa n da s e to fe v a l u a t i o nm e t h o dw h i c hi ss u i t a b l et oh o l ec o n d i t i o na n d f o f i n a t i o nc o n d i t i o n s r ed e c i s i o n m a k i n gt e c h n o l o g y , d e c i s i o n - m a k i n gt e c h n o l o g y ( p id e c i s i o n - m a k i n g ) o f i i l j e c t i o nw e l l h e a dp r e s s u r ed r a w d o w n a r ei n t e g r a t e do nt h eb a s eo fs u f f i c i e n ti n v e s t i g a t i o no f r e l a t i v et h e o r ya n dt e c h n o l o g y , t h u se s t a b l i s h e dt h et h e o r e t i c a lm o d e l sn e e d e dt ow h o l eb l o c k p r o f i l ec o n t r o ld e c i s i o n m a k i n gs y s t e m as e to fc o r r e s p o n d i n gs o f t w a r ei sd e v e l o p e do n t h e b a s eo ft h i sa n di ti s e a s ya n df a s t t ou s e ，i nt h i s s o f t w a r e ，d i f f e r e n tp a r to ft h e d e c i s i o n m a k i n g i s r e l a t i v e i n d e p e n d e n t ，c o m p a t i b l e ，t h u sg r e a t l yi m p r o v e d t h e d e c i s i o n - m a k i n ge f f i c i e n c ya n dm a n a g e m e n tl e v e lo f t h ef i e l d ，t h u sm a k et h ed e c i s i o n m a k i n g o f w h o l eb l o c kp r o f i l ec o n t r o ls c i e n t i f i ca n dq u a n t i f i e d ，t h er e s u l to f t h eu s eo f t h i ss o f t w a r ei n o p t i m i z a t i o nd e s i g na n df o r e c a s to f t h ep r o f i l ec o n t r o lo f s o m ew e l l - g r o u p ，t h ep r e d i c t i o ni si n w e l lm a t c h i n gw i t hf i e l dd a t a k e y w o r d s ：p r o f i l ec o n t r o l ；f u z z ym a t h e m a t i c ；s o f t w a r ea p p l i c a t i o n i i 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第1 章绪论 1 1 概要 随着注水油田的不断开采，使得注水时注入水沿该层指进现象严重，在水井和对应 油井之间过早地形成水线沟通，造成注入水长期沿高渗透带冲刷，形成水驱效率低的被 动局面，严重影响着油藏开发，另一方面，随着累积采油量的增加和油藏压力下降，油 井含水迅速上升，产量递减。注水后油井见效快，压力、产量有所回升，但因油藏层间 渗透率差异大，造成注入水指进快、水驱效果差。为控制油藏综合含水上升速度，必须 进行区块整体调堵治理【l 。 注水井调整吸水剖面是口前我国东部油田改善中高含水期开发效果的一项重要措 施。注水井调i i i i 够有效地控制由于地层内非均质而引起注入水沿高渗条带( 或称大孔 道) 突进，提高低渗透层的吸水能力，从而提高注水层段内的纵向波及系数，达到控制 含水急剧上升，增加产量的目的【3 “。 改善注水井采收率技术是在老油田注水开发中后期的关键技术。国外侧重发展了如 下几项重点技术：包括改善注水技术，注水井调剖和油井堵水技术，水平井、多底井和 侧钻技术，老井重复压裂技术等。其中注水井调剖和油井堵水技术也得了较快的发展。 国外近几年主要发展了改善注水技术、注水井调剖和油井堵水技术等 5 一。 最近国外新研制的深度调剖剂有微生物类、沉沉淀灯、冻胶类和胶态分散冻胶类等。 英国帝国理工医学院矿源工程系进了微观模型试验，共采用四种模型： ( 1 ) 强亲水模型仅饱和盐水； ( 2 ) 强亲水模型有残余油； ( 3 ) 强亲水裂缝模型有残余油： ( 4 ) 亲油模型有残余油。 1 2 国内外调剖技术现状及发展趋势 1 2 1 国内外调剖技术现状及发展趋势 国外早期使用非选择性的水基水泥浆堵水，后来发展为应用原油、粘性油、憎水的 油水乳化液、固态烃溶液和油基水泥等做为选择性堵剂，1 9 7 4 年n e e d h a m 等人指出，利 用聚丙烯酸胺在多孔介质中的吸附和机械捕集效应可有效地封堵高含水层，从而使化学 堵水调剖技术的发展进入了新的阶段。2 0 世纪7 0 年代末到8 0 年代初油田化学堵水技术 得到了较好的应用和发展，后来发展成为注水井调剖技术、深部调剖技术唧。 美国新墨西哥石油研究中心物模研究及调剖后注水速度与封堵效果研究，美国 t i o r c o 公司进行的c d g ( 水溶性、氏浓度、高分子量聚合物冻胶，由阳离子聚丙烯酰 胺和阴离子聚丙烯酰胺与柠檬酸铝交联而成) 深度调剖技术，成功率7 6 ，均取得了一些 第1 章绪论 经验和认识p ，9 。 我国从5 0 年代开始研究和应用油田堵水技术，至今已有近四十年的历史，根据我 国油田开发的需要，从8 0 年代中期开始兴起和发展了注水井调剖技术和油田区块综合 治理技术【l0 1 。进入9 0 年代后，油田进入特高含水期，封堵大孔道技术和低成本颗粒型 膨润土调剖剂在胜利油田有了新发展。目前已推广5 类注水井调剖技术、2 类油田堵水 技术和2 种工艺新技术i 1 2 】。5 类注水井调剖技术是t p - - 9 1 0 调剖技术、p i a 一6 0 l 系 列调剖技术、固体颗粒型调剖技术、三相泡沫调剖技术和黄胞胶调剖技术。2 类油井堵 水技术是聚丙烯酰胺类冻胶堵水技术和水玻璃类堵水技术。2 种工艺新技术是选择性注 入工艺技术和示踪剂注入工艺技术。国内深度调剖主要有两种工艺技术，大剂量深部调 剖技术和延迟交联聚合物深度调剖技术 1 3 q 5 。 1 2 2 大庆油田化学调剖技术现状 大庆油田为了提高高含水后期水驱综合挖潜技术水平，扩大了“两小一防”细分注 水工艺应用规模，进一步提高了油层动用程度。仅1 9 9 9 年，杏北油田采用层内化学调 剖对大厚油层层内调剖，有效地抑制高渗层的吸水量，改善了层内吸水剖面的不均匀性， 缓解了厚油层层内矛盾，油层吸水有效厚度明显增加，收到了一定的经济效益 1 6 - 1 8 l 。 大庆油田水井调剖已走过了十几年的路程，虽然调剖技术有了长足的发展。但随着 油田的开发，油层物性发生了变化，水井调剖效果逐渐变差。为此，加强调剖剂和新的调 剖工艺技术，是实现油田控水稳油的有效手段，大庆油田今后应开展以下几方面技术研 究。 利用延缓交联涨胶聚合物系列进行深部调剖是近两年来发展的新工艺技术。该技术 是用聚合物在交联剂作用下，形成以水为连续相、低度交联分散体系，其特点是能够实现 深部调剖，有效期长，具有调剖作用，也有驱油作用 1 9 , 2 0 1 。 由于调剖堵水只能提高波及系数，而不能提高洗油效率，因此要提高水驱采收率，除 充分调剖堵水外，必须借助三次采油的驱油剂提高洗油效率，这就是“2 + 3 ”采油技术。 该技术与三次采油相比，具有投资少、见效快，投入产出比高等特点。大庆油田经过几年 的调剖，取得了较好的效果。在目前油藏已处于充分调剖的基础上，效果逐渐变差的情况 下，开展“2 + 3 ”采油技术，是进一步实施中原油田稳产的关键。 1 2 3 化学调剖技术发展方向 为提高调剖的综合效果，必须将化学调剖技术作为一项系统工程进行精细研究，着 重开展高含水水驱油田油藏精细描述技术研究，综合利用沉积微相、区域与单井储层评 价技术、生产动态分析和油藏数值模拟等研究成果，识别水驱大孔道、高渗透带，认识 目前油藏剩余油分布状特点提高高含水期增产措施的针对性。同时开展厚油层挖潜技 术，大面积堵水调剖工业化应用技术是特高含水油田提高水驱采收率的一项主导技术， 利用精细油藏描述研究成果进行优化决策是取得成功的基础，堵剂及其与地层配伍性研 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 究是取得成功的关键，矿场注入设备的配套完善是工业化应用的保障。实施单元整体多 轮次调剖和油、水井对应堵水调剖是堵水调剖技术发展的方向【2 l 】。 堵水调剖剂的发展朝着低投入、多功能、高效率的发展方向。常规调剖堵水剂存在 作用有效期短、不能适应环境苛刻的油藏问题，因此需要开发适应条件苛刻的油藏、有 效期长的堵剂。 加强堵水调剖施工工艺技术研究，针对高含水期后期大厚层层内出水、套管变形无 法卡封作业井出水和底水锥进出水研究配套的选择性注入工艺，减少调堵剂对非目的产 油层的伤害，做好堵水调剖施工动态监测技术研究，从而为堵水调剖剂的效果评价提供 科学指导。加强深部调剖剂及其配套工艺技术研究，研究深部堵水调剖剂的放置技术、 效果预测方法和施工动态监测技术。 1 3 本文研究内容 7 从国外研究现状可以看出，调剖和堵水的方法相当多，如何从众多的方法中根据技 术和经济要求筛选出最优的方法具有比较重要的意义。目前国内外发展的调剖和堵水的 技术主要有：调剖后注水速度与封堵效果的研究，聚合物冻胶堵、调剖机理的物理模拟$ 和数值模拟研究【2 2 】。 鼍 注水井井口压降曲线决策技术。为使调剖堵水能体现出整体概念，为便于综合决策，亭 应发展区块整体调剖堵水的决策技术。决策技术属于这种技术。该技术的基础数据j = ； 值是由注水井井口压降曲线在指定关井时间下按值的定义式算出。刀值与地层和孑 流体物性参数有定量关系，可作为决策技术的决策参数，用于决定区块整体调剖堵 水中的重大问题【2 3 2 4 1 。 胆决策技术。它利用知识的不确定性表示方法将有关的表态和动态资料表示成区块 整体调剖选井、选层的决策因子来优选调堵井，并利用注入动态来优选堵剂类型和堵剂 用量，提出了最佳的施工工艺参数，并研究了一套施工效果的评价方法，实现了区块整 体调剖选井、选层决策、堵剂决策、施工设计、效果评价的一体化【2 5 0 羽。 本项研究是在充分调研这些技术的基础上，综合了r e 决策技术、注水井井口压降 决策技术( 决策) 等技术，将影响调剖井选择的因素：注水井的吸水指数、吸水指数、 压降曲线、渗透率变异系数、吸水剖面的非均质性及对应油井的含水、采出程度、控制 储量等多种因素归结为反映注水井吸水能力、反映油层非均质性及对应周围油井动态的 参数等三种主要因素，并以此为基础，应用排除法和模糊数学的综合评判技术建立了区 块整体调剖、堵水决策系统所需的各种理论模型，根据多级决策结果判断调剖井、调剖 层位、调剖区域、调剖剂的选择优劣次序1 2 9 ，3 0 】。 在此基础上，开发出了一套相应的优化决策软件。 1 、该软件的基本结构包括： 。 ( 1 ) 选井选层选剂专家系统，包括知识库、推理机、综合数据库、解释接口、知识 第1 章绪论 获取模块。 ( 2 ) 调剖剂用量优化和经济评价，包括调剖剂用量优化、效果预测、经济评价。 ( 3 ) 施工参数优选，确定合理的施工压力和排量。 ( 4 ) 报告输出、打印。 ( 5 ) 帮助系统。 2 、该软件的主模块及数据索取主要包括：概况、选井、选层、选剂、效果预测、输出 报告、帮助等重要模块。 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第2 章深度调剖决策方法研究 区块整体调剖是高含水期改善注水开发效果的一项重要措施。以前的工程方法是以 油藏精细描述为基础，以油藏数值模拟为手段，以最大的经济效益为目标函数，通过建 立区块整体调剖的优化增产模型，来选择最佳的调剖井和堵剂用量。这种方法精度高， 但要进行历史拟合，所需资料多工作量大，严重制约了整个过程的高效性。为此，有必 要研究一套简单可行的调堵优化决策技术，选择最佳的调堵井点，设计出最佳的调剖剂 用量，优化出最适合于井况和地层条件的施工工艺参数以及一套评价方法 3 1 - 3 3 l 。 本文首先对调剖井选择的影响因素进行了研究，包括静态因素和注水动态因素。静 态因素主要是指渗透率分布( 包括渗透率的变化范围、渗透率的变异系数) ，动态因素主 要是指吸水剖面状况和注水井的注入动态，以及尸，值和周围油井动态等。在油藏静动 态影响因素研究的基础上，利用模糊综合评判优选出最佳的调剖井，设计出适合于地层 条件的堵剂类型与堵剂用量，并优化施工参数，对整体调剖方案的效果在调剖前作出预 测，调剖后作出评价【3 4 ”j 。 2 1 影响调剖井选择因素分析 影响调剖井选择的因素很多，各种因素对选择结果的制约程度也不同。为此，我们 在综合分析影响调剖井选择的各种因素基础上，将影响调剖井选择的因素：注水井的吸 水指数、吸水指数、压降曲线、渗透率变异系数、吸水剖面的非均质性及对应油井的含 水、采出程度、控制储量等多种因素归结为反映注水井吸水能力、反映油层非均质性及 对应周围油井动态的参数等三种主要因素，并以此为基础，应用排除法和模糊数学的综 合评判技术建立了调剖井选择的最优化模型，根据多级决策结果判断调剖井选择优劣次 序 3 6 - 3 8 】。 2 1 1 反映注水井吸水能力的参数 ( 1 ) 每米视吸水指数( 偏大型) ：单位压力每米油层吸水量。 笼统注水井 其中： q 为注水量，t ： 气一注入压力，m p u ； 卜吸水厚度，m 。 分层注水井 水咀损失 k 一：1 5 如h q 。， q l 邮) h i ( 2 - 1 ) ( 2 2 ) 第2 章深度调剖决策方法研究 必= 三( 剖2 。， 在程序设计时采用了嘴损曲线去掉水咀损失的影响。正注时井口压力取油压，反注 时取套压。 ( 2 ) 每米吸水指数( 偏大型) 单位生产压差下每米油层日注水量 k = z 旦x 一 ( 2 4 ) ( 一只) - h 利用指示曲线计算吸水指数的公式为 k ：丝二! ! ( 马一只) h ( 2 5 ) 式中，卜取注水井吸水厚度。 ( 3 ) 井口压降曲线法，即决策法( 偏小型) 注水井在正常注水条件下，突然关井 测井口压力随时间的变化关系 ：丝 ( 2 - 6 ) 其中： 用- _ 压力指数，m p a ； t 一时间，m i r a pf ) 一注水井井口压力随时间变化的函数。 若指定关井时间t ( 通常为6 0 m i n 或9 0 m i n ) ，就可由上式计算出该注水井的p i 值。 由于区块内注水井的注水量和油层厚度不同，为此，每口井的p i 值由下式进行归 整： 嘴整值= 等络均值的归整值 ( 2 - 7 ) h p i 值越小的井越需要调剖。 2 1 2 反映油层非均质性的参数 ( 1 ) 非均质问题的描述方法【3 9 1 目前描述非均质状态的方法有三种 a 统计学计算法 渗透率平均值 e ( _ i ) = z n k ， ( 2 8 ) 渗透率平方的平均值 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 e ( 尼) = 吩k 2 n 怫厣) “2 。) 该法计算的渗透率变异系数的变化范围为o 一之间，由于变化范围较大 非均质程度的概念。 b 正态分布法( d y k s t r ah 法) 附) = ( “。 ( 2 - 9 ) ( 2 - 1 0 ) 难以建立起 ( 2 1 1 ) 只适用于渗透率呈对数正态分布的油藏。 c 劳伦兹系数法 该方法既适用于渗透率的随机分布，计算的变异系数又在o l 之间。劳伦兹系数 的计算公式为 a v = 朗d o ( 2 - 1 2 ) u a b c a 鉴于许多井的渗透率和吸水剖面分布不符合正态分布规律，为定量描述非均质问 题，本项研究采用了劳伦兹系数法计算渗透率变异系数和吸水剖面变异系数。 ( 2 ) 油层非均质状态的参数决策 4 0 , 4 1 1 ) 纵向非均质 a 渗透率变异系数( 偏大型) 根据测井解释资料，作出渗透率非均质描述劳伦兹图，横坐标为累积厚度百分数， 纵坐标为渗透率贡献值，见图2 一l 。 图2 - 1 渗透率变异系数图 f i g 2 - 1t h er e l a t i o nc u r v eo f p e r m e a b i l i t yv a r i a t i o nc o e f f i c i e n t b 吸水剖面非均质性( 偏大型) 利用现场实测吸水剖面资料，作出吸水剖面非均质描述劳沦兹图2 - 2 ，横坐标为累 积厚度百分数，纵坐标为吸水百分数。 覃i箍暇甜咧穗 第2 章深度调剖决策方法研究 i 7 00 20 40 _ 60 8 累计有效厚度百分数 图2 - 2 吸水剖面的非均质性 f i g 2 - 2t h er e l a t i o nc u l w eo f w a t e ri n j e c t i o np r o f i l ea n i s o t r o p i s m 2 ) 平面非均质性 根据周围油井见水时间、示踪剂突破时间进行判断。 2 1 3 反映周围油井动态的参数决策 ( 1 ) 连通油井总产液量和平均含水率( 偏大型) 【4 2 】 连通井总产液量计算 ( 2 一1 3 ) 平均含水计算 e = q 。( ，) q l ( 2 - 1 4 ) j = 1 ( 2 ) 连通井剩余储量( 偏大型) 和采出程度( 偏小型) 在计算剩余储量时使用了水驱曲线法。水驱曲线法，就是天然水驱和人工注水开发 油田所特有的实用方法。利用有关水驱曲线法，不但可以预测水驱油田的有关开发指标， 而且可以预测当油田开发的含水率或水油比达到经济极限条件时的可采储量和采收率， 并能对水驱油田的可动油储量和原始地质储量作出有效的预测和判断。常用的甲型水驱 特征曲线表达式为： l o g = a + b n p ( 2 - 1 5 ) 其中： 即累积产水量，1 0 4 m 3 怕一累积产油量，1 0 4 m 3 a 、b 分别为水驱曲线的截距和斜率。 地质储量：n = 7 5 4 2 2 b - - 0 9 6 9 ( 2 - 1 6 ) 目前采出程度：昧：1 3 2 7 9 i - ( a - + l o g b ) ( 2 - 1 7 ) “ b n ； 啦 嘶 蛇 。 妊求陋*昏+1哦 、ju g ，h = 晓 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 剩余储量： 6 - - - - n ( 1 一屏) ( 2 1 8 ) 2 2 调剖井综合决策方法 2 2 1 排除法 在调剖井选择过程中，有些井由于对应油井含水过低、长期关井、注水不正常或其 他一些可能的原因使该井无法作为调剖井，为此，可采用排除法将这些无法调剖或暂时 不能进行调剖的井排除掉，既可节省设计时间，也会避免一些明显不符合条件的井由于 资料的不完全而误选。这些井包括 ( 1 ) 周围油井含水过低井( 均低于7 0 ) ； ( 2 ) 因出砂等原因无法正常注水井； ( 3 ) 长期关井注水井； ( 4 ) 处于断层边缘，且断层性质不明确的注水井； ( 5 ) 无明确对应关系井，以及其他一些原因不能调剖的井均可列入表内，并被排除。 2 2 2 模糊综合评判 采用排除法将明显无法调剖的井排除后，对于满足施工条件的井，采用下列方法建 立调剖井选择综合评判模型【4 3 】。 ( 1 ) 数学模型及隶属函数选择 a 模糊综合评判的数学模型 综合评判又称多元决策，它涉及到三个要素 因素集 u = u i ，u 2 ，u ( 2 - 1 9 ) 评语等级集 v = 以，吒，圪 y 中各评语等级具有一定的模糊性。 从u 到矿的模糊关系r ，及各因素对评语等级所起作用的大小 a = h ，口2 ，a n 即权重爿 综合评判方法，由权重向量a 和模糊关系规律r 通过一定的模糊变换， 糊综合判断。 ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) 即可实现模 b = 彳r ( 2 2 2 ) 口是综合评判的结果，它是评语等级上的一个模糊子集，元素包为评语等级对b 的隶 属程度。 综合评判方法，有单因素评判和多因素评判。多因素评判又分为一级、二级、 打级综合评判。 ( 2 ) 隶属函数的确定 影响调剖井选择的因素中有的属于参数值越大越需调剖型，如每米吸水指数、渗透 率变异系数、吸水剖面非均质性等；有的属于参数值越小越需调剖型，如值，对应 油井采出程度。本项研究采用梯形分布法描述这种关系。用公式表示为 a 偏大型，即越大越优型 鲰2 面瓦忑瓦 k = k s ，k ，p i ( 影响调剖井选择因素) b 偏小型，即越小越优型 且2 m a x x j , - m i n x j i = - k s ，k ，p i ( 影响调剖井选择因素) ( 1 ) 反映吸水能力的参数决策 、 k dk ，2 k 。l 吸水能力指标矩阵：c f = ik - k z k 。1 1 p 1 p i ：p i 。j 对上式按偏大型或偏小型处理，并经归一化计算得关系矩阵： 耻眨吲 对k s 、以盯的权重打分为：a 。= 扛。，口。：，口。， bi：胄。：佳，3ai o 口窆口l 1 = 胄。【善口“善口 z ，善口，j f = i t c l j 2 i ( 2 ) 油层非均质状态的参数决策 州懒程度指标臁q 可黧熬- i 熬 关系膊妒 笼v 匕1 2 ：i 。_ i 。笆 渤 鳓 2 3 删 啦 州 珈 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 对v 似) 和0 似) 的权重打分为：a 2 = ( 岛，勘) 评判结果为： 厂22 曰：= 一：。且：= i 口：。k 。，口：，k ：， i = 1 i = 1 ( 3 ) 反映周围油井动态的参数决策 反映周围油井动态指标矩阵： q = 对上式经归一化计算得关系矩阵：r 3 = q ：- e ： b 2 e 2 编 k e ne 。 1r 1 2 吒l 2 2 b l吩2 。 ，= l l2 一 ( 2 - 3 1 ) ( 2 - 3 2 ) ( 2 - 3 3 ) ( 2 3 4 ) 对勃，r ，昂、腿的权重打分为：a 3 = k l ，口3 2 ，a 3 3 口3 4 ( 2 3 5 ) 因而，反映周围油井动态的评判结果为： 44 4 、 - j 马= 4 。玛= i a 3 ，q 忍，i ( 2 3 6 ) i = 1 i = 1i = 1 2 2 4 综合评判 在上一级评判的基础上，对影响注水井吸水能力参数、反映油层非均质状况参数及 周围连通油井动态的权重分配为 a = ( 口ld 2 ) ( 2 3 7 ) 故评判结果为 旧i 曰= 彳r = h 口2a 3 】b 2l ( 2 3 8 ) l 岛j 根据综合评判结果，取决策因子排在前面的注水井为调剖候选井。选井过程流程图 见图2 - 3 。即可进行单因素决策也可进行多因素决策。 、 吒 ： 第2 章深度调剖决策方法研究 图2 - 3选井综合决策流程图 f i g 2 3t h ef l o wd i a g r a mo f d e c i s i o nm a k i n gp a c k a g ef o rc h o o s i n gw e l l 2 3 主要调剖层位的选择 调剖井选层的原则如下： ( 1 ) 对于笼统注水井根据吸水剖面测试结果，选择每米相对吸水指数( 吸水强度) 较大的层位作为调剖的目的层。 ( 2 ) 对于分层注水井，在除去水嘴损失的条件下，选择每米吸水指数较大的层位作 为调剖候选层位。 ( 3 ) 由于目前对水咀损失的大小存在较大的问题，吸水剖面测试结果的可靠程度可 能存在误差，可适当根据实际情况人为进行选层。 2 4 调剖剂的选择 2 4 1 调剖剂库的建立 本文将目前常用的一百多种调剖剂建库，库内包括调剖剂组成、主要性能特点、基 本配方和适用范围等。 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 2 4 2 选剂过程 ( 1 ) 调剖剂的初选a 5 】 在建立的调剖剂库基础上，利用专家系统的推理方法初选适合该调剖井条件的调剖 剂类型。调剖剂初步选择流程见图2 4 。 调剖剂选择依据：地层温度、地层水矿化度、调剖类型( 层间调剖、层内调剖) 、注 水井的吸水能力( w i 、p i 、盯) 等参数，来确定适合该井调剖的侯选调剖剂。 a 注水井的w i 值计算方法 w i 的定义：强吸水层位每米油层吸水能力大小。 f 玎：兰一 ( 2 3 9 ) h - p 其中h 一吸水厚度。 w i 的含义： w i = 2 r 2 af 2 - 4 0 ) w i 的计算 注水井有示踪剂资料情况 w i = 2 r2 a 修正值 修正值确定方法：示踪剂试验，解释大孔道半径大小n 由下式确定修正值 w i 修正值= 2 r 2 a - w i b 区块无示踪剂资料情况下盯的计算 ( a ) 笼统注水井 存在指示曲线： w ：! 1 2 二鱼 h b 日 无吸水指示曲线： w i ：是 h ( 一j ( b ) 分层注水井： ( 2 4 1 ) ( 2 4 2 ) ( 2 - 4 3 ) ( 2 - 4 4 ) 聊= 7 ，_ 弋( 2 - 4 5 ) 。h(一只一弓j 指每米油层视吸水指数，计算方法与前面选井所用公式相同。p i 指井口压降曲 线平均值，计算方法见前面p i 计算方法。 第2 章深度调剖决策方法研究 图2 - 4 选剂流程图 f i g 2 - 4t h ef l o wd i a g r a mo f c h o o s i n ga g e n t ( 2 ) 调剖剂的优选 一般来说，符合某口调剖井的调剖剂可能很多，经过上述方法的筛选，将同时筛选 出一批适合该井的调剖剂，为了从这些调剖剂中优选一种满足需要的调剖剂，本文采用 现场施工情况统计法来实现对调剖剂的优选。为此，建立了调剖效果统计数据库。通过 综合分析效果统计数据库的调剖剂使用情况，可筛选出满足需要的调剖剂。 影响调剖剂用量选择的因素分析： 调剖的目的； 调剖剂的封堵能力的大小，层间调剖，突破压力，层内调剖，残余阻力系数； 油水相渗透率曲线，束缚水饱和度、残余油饱和度； 周围油井动态，周围油井产液能力、含水状况和采出程度： 注水井动态，变异系数、注水能力、注水量； 油层厚度和调剖层厚度，油层厚度的大小直接反映了注水井控制储量的大小， 调剖层位的厚度反映了调后接替层及堵剂的用量要求； 原油粘度，原油粘度的大小与油井见水时间有较大的联系，原油粘度越大，流 度比越高的油藏，水驱指进现象越严重，在其余条件相同的条件下，对应油井见水时间 越短； 井距大小，井距大小与水井控制储量、见水时间、水驱绕流堵剂部位有关，对 于层内调剖，井距的大小直接影响调剖剂用量大小的选择； 2 5 施工工艺参数设计 施工工艺参数设计主要指施工压力和施工排量的设计，两者之间的关系可从裘皮公 式反映出来。一般来说，若进行笼统调剖不宜采用过高的注入压力，压力过高会使调剖 剂大量进入非目的层，不仅浪费了大量调剖剂，而且会由于调剖剂在非目的层的胶凝而 使调剖效果大大减弱，但压力也不宜过低，否则满足不了排量要求，但若采用卡封的作 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 业方式，单独封堵高含水层，则宜采用高压注入方式，使堵剂进入油层各个层段形成充 分的封堵作用，但最高不能超过地层破裂压力的8 0 。 假定调剖剂在注入过程中不发生胶凝作用，则可推导出压力计算公式： 胪一2 2 6 2 k h l n i n 小褂+ 只 a 。， 昂= p h g 1 0 0 0 ( 2 - 4 7 ) p r ：0 2 f p h v 2 ( 2 4 8 ) 式中： p 甜口注入压力，m p a ： 犀摩阻损失，m p a ； 愚一目前地层压力，m p a ； 斥液柱压力，m p a ； 厅调剖剂阻力系数； 斤b 一泄油半径，i n ： n 井筒半径，i n ； ，调剖剂进入深度，m ： p 调剖剂密度，g c m 3 ； 、 卜调剖剂流速，m s ； 肛油管直径，m ； 埘深，m ； ，_ 范式摩阻系数，取值与流体流态有关，以雷诺数表示： r e ：1 0 p v d( 2 4 9 ) t p 式中：附调剖剂粘度，p a s 。 层流状态：r e 2 1 0 0 厂：兰一 ( 2 5 0 ) 紊流状态：r e 2 2 1 0 0 r ：百0 0 5 7 ( 2 5 1 ) 。 r e o 2 、。一 第2 章深度调剖决策方法研究 由于地层压力是较难给出的参数，本文给出了计算p e 值的方法。 该方法的基础是注水井的吸水指示曲线测试数据。 计算过程如下： 由吸水指示曲线确定该井的吸水指数： k ：譬粤 ( 2 5 2 ) 只一只 确定注水过程井底流压： = 名。- f 一厶 ( 2 5 3 ) 由下式计算地层压力： 只= 一q k 式中： 愚地层压力，m p a ； p ，- 注水井井口注入压力，m p a 只，注水时摩阻，m p a ； 矗l 吸水指数，m 3 ( d - m p a ) 。 只“注水井井底流压，m p a ； 凡注水时液柱压力，m p a ： 口一日注水量，m 3 d ： ( 2 5 4 ) 2 6 调剖效果预测 化学调剖效果在措旌注水井上体现为该井层吸水剖面的改善程度上。通过吸水剖面 的改善使注水井主要吸水层与差层间相对吸水量的差异变小，差油层的吸水能力、吸水 层数将增加。在注水井连通油井上体现为连通油井的产油量将增加：含水上升率将减缓， 产量递减减缓。从而改善了油田的开发效果。然而不同井组、不同区块、不同的油层非 均质性，其调剖后的效果是不同的。即使是同一井组、同一区块，在不同的含水期，即 不同的生产阶段，采取调剖措施后的效果也是不同的。因此，在实施化学调剖措施之前 对调剖效果做出预测，对于提高调剖措施经济效益具有重要指导作用。目前常用的调剖 效果预测方法是经验方法和数值模拟方法。 2 6 1 油藏数值模拟法 油藏数值模拟法考虑了区块剩余油的分布，预测精度高，其缺点是要进行历史拟合， 研究周期长，不能适应娩场施工的需要。常用的油藏数值模拟方法主要有以下几种： 无因次图版法 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 不同区块、不同的非均质性，在不同的含水期调剖，其增产效果不同。以油藏数值 模拟为手段，通过建立优化增产模型，对不同渗透性地层，不同渗透率变异系数，在不 同含水期调剖的效果作出预测，并制成标准的预测图版，然后将实际区块的特征参数与 理论图版对比便可预测出实际区块的增产效果。 油藏数值模拟法 针对油田常用的五点井网和九点井网建立多层地质模型，根据候选井的渗透率资料 ( 或变异系数) 、孔隙度、饱和度等参数建立反映该井和周围油井特征的地质模型。通过 综合处理注水井周围对应油井的动态数据，得出井组综合水驱特征方程，以此作为水井 拟合的主要拟合指标。根据油水井历史拟合结果，对于层内调剖预测不同调剖用量下的 增油降水量。对于层间调剖，处理半径的选择主要根据调剖剂的突破压力、注水压力、 日注水量、渗透率、油层厚度等参数，进行计算，然后将计算结果输入到模拟模型中计 算调剖剂用量。 2 6 2 经验公式法 根据大庆油田岩心模拟试验结果和调剖井效果统计分析，可得到层内化学调剖措施 增油量预测经验公式 q = 石( 一珥弦( 3 r 2 + 1 5 r + 2 5 ) 3 ( 2 5 5 ) 式中：晓增油量，t 卜有效厚度，m ： 卜调剖层厚度，m ： 孔隙度，： 仔一调剖半径，m 。 该公式计算简便，但适用范围较窄，仅适用于层内化学调剖。 2 6 3 拟合回归法预测化学调剖措施效果 化学调剖措施效果评价以措施井连通的油井为计算单元，运用数理统计方法对单井 的历史开发动态数据和措施后数据进行拟合和回归，总结出油井生产变化规律，建立相 连通油井的生产动态预测数学模型。 按照拟合误差最小的原则选择其中某种递减规律进行生产动态预测。 第2 章深度调剖决策方法研究 目前，生产动态预测模型大多是针对油田或区块的产油量变化过程和趋势而建立 的。调剖措施以单井作为计算单元，尚没有较成熟的动态预测模型。由于统计型预测模 型是对区块或单井历史开发的动态数据，运用数学统计方法进行处理，推导得出数学模 型，简便，可靠，因此应用数学统计方法对单井的历史开发的动态数据进行拟合和回归， 总结出调剖措施连通油井产量的变化规律。 连通油井产油量递减模型的确定 产油量递减率是描述油井产油量递减速度的物理量，指单位时间产油量递减情况。 表示为：d = 詈= 幻”( 2 - 5 6 ) 式中：口产油量递减率，小数； g 产油量或采油速度： n 递减指数： k 比例常数。 变换可以得到：丢 ( 詈 “一 = q ， c z s ， 式e e ：口i 递减初始产油量，t ； 口t 递减后t 时刻产油量，t ： 最初始递减率。 根据油田的递减特点和n 值变化的不同，可以建立四种变化模型：双曲递减、指数递 减、调和递减和直线递减。 双曲递减9 2 南( 2 - 5 8 ) 指数递减 q = g ，e 一印( 2 - 5 9 ) 调和递减9 2 百厕q i ( 2 - 6 0 ) 直线递减9 5 可厕q i ( 2 - 6 1 ) 含水预测模型的建立 油田的含水率是时1 9 的连续函数，含水率随时间的变化呈现一定的随机性，但随着 时间的延长而不断增大，直至u 1 0 0 为止。根据油田含水率的增长特点和油田的实际，采 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 用集成自组织模式进行含水预测模型的选择。该模式的核心是模型自动择优匹配，目前 建立的动态预测模式库有以下1 3 种基本模型： y ：a + b x ( 2 - 6 2 ) y ：a e “ ( 2 6 3 ) y ：4 + b x + c x 2 ( 2 - 6 4 ) y ：a + b x + c x 2 + d x 3 ( 2 - 6 5 ) i ，：a x e c x ( 2 - 6 6 ) 】，：彳z 8( 2 v 6 7 ) y = a o + 8 。1 ( 2 6 8 ) y = x ( a + b x 、 ( 2 6 9 ) y = 4 + b x l ( c + d x l ( 2 7 0 ) y ：a e 恤+ c x 2 ) ( 2 7 1 ) y ：4 + b x + c e ( “)( 2 - 7 2 ) y = ( 1 + 麟) c ( 2 7 3 ) y = 4 ( 1 + b x ) ( 2 7 4 ) y ：a e ) ( 2 - 7 5 ) y = , 4 1 + 8 e 】 ( 2 7 6 ) 通过优选，最终采用l o g i s t i c 模型预测含水率变化。 其基本形式为： f 一旦生i ( 2 7 7 ) “1 + a p 一“ 、 式中：f w 含水率，： t _ 时间序列： a ，b 模型参数。 产水量预测模型 根据产油量和含水率的预测结果，就可以求出产水量。 产液量预测模型 根据产油量和含水率的预测结果，就可以求出产液量。 1 9 第2 章深度调剖决策方法研究 2 7 经济效益评价 区块整体调剖的经济效益可以用下式来计算： e 2 e t q 。+ e 2 k q - 一e 3 q p - n e 4 一n e 5 投入产出比按下式计算： r ：e s q p + n e 4 + n 弓 q q + 吃蛾 式中：卜整体调剖获得的纯利润，元； 甜一总增油量，t ； e 厂一原油价格，￥t ： n 一总降水量，m 3 ； e r 一水处理费，￥m 3 ； 口一化学剂用量，m 3 ； 酊一化学剂成本，￥m 3 ； 自施工作业成本，￥： e 5 狈0 试费，￥口二 油水相潘曲线 周围油井平均日产馥 冈目油井平均古承串 预测内容 基本参数输入 经济评价 单井 区块 层间调剖 层内调剖 投入产出比 图2 - 5 效果预测流程图 f i g 2 - 5t h ef l o wd i a g r a mo f f o r e c a s t i n ge f f e c t ( 2 7 8 ) ( 2 7 9 ) 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第3 章深度调剖决策软件的开发 “油田深度调剖( 驱) 软件决策系统”是针对调剖优化设计需要研制开发的