流线数值试井理论与方法

流线数值试井理论与方法 姚军 中国石油大学 华东 石油工程学院 传统试井理论与解释方法的局限性 传统的试井理论与解释方法基于理想的油藏概念模型 其局限性为 均质 各向同性 无限大 单层油藏 关井测试时的压力 饱和度均匀分布 整个测试层建立一个试井解释模型 没有考虑油藏的非均质性 解释的参数为地层的平均参数 适合于探井和开发早期 数值试井理论与解释方法 基于油藏真实地质模型考虑油藏的复杂边界 生产历史 多相流动 非均质 井网以及井型等因素建立试井解释模型 采用数值求解方法进行求解 利用自动拟合方法进行多参数试井解释 为区别基于解析求解方法为基础的试井解释方法 称之为数值试井解释方法 数值试井解释方法考虑因素多 适用于开发过程 而且可解释渗透率分布和剩余油饱和度分布等重要信息 是将试井资料应用于油藏动态描述的重要途径 流线数值试井理论与解释方法 中国石油大学 华东 从1999年起基于流线方法形成了一套完善的数值试井理论与解释方法 形成了特色鲜明的数值试井解释方法 称之为流线试井解释方法 特点 基于真实油藏地质模型 考虑油藏的复杂边界 生产历史 多相流动 非均质 井网以及井型等因素 测试井周围每条流线建立一个方程联立形成流线试井解释模型 采用流线方法进行数值求解 采用遗传算法和双种群遗传算法进行多参数自动拟合 流线数值试井理论与解释方法 经过近十年的系统研究和完善 流线试井理论与解释方法从砂岩油藏发展到裂缝性双重介质油藏 从单层发展到多层 从水驱油藏发展到聚合物驱 碱驱和化学复合驱油藏 形成了完善的试井理论体系和解释方法 极大丰富了数值试井解释方法 编制了流线数值试井解释方法 在中国石化的胜利油田 中原油田 河南油田以及中国石油的大港油田等推广应用 形成了通过试井资料确定渗透率分布 尤其是剩余油分布的方法 流线数值试井理论与解释方法 根据油藏精细描述成果 建立地质模型 流线求解生产阶段渗流数学模型 数值求解得到理论压力响应 遗传算法自动拟合测试压力 建立测试阶段的流线数学模型 输出试井解释参数 建立生产阶段渗流数学模型 历史拟合 测试压力拟合 不合格 合格 检验 不合格 合格 技术路线 求解压力响应 自动拟合 输出结果 建立流线试井解释模型 流线追踪 压力场 饱和度场 流线数值试井理论与解释方法 技术路线 单层水驱油藏流线数值试井解释方法 单层水驱油藏流线数值试井解释模型包括生产阶段和测试阶段的流线数学模型 前者为简化的黑油模型 提供测试井测试时刻的压力分布 饱和度分布和流线分布 测试阶段的流线数学模型 沿流线的渗流方程 内边界条件 生产井 注水井 单层水驱油藏流线数值试井解释方法 外边界条件 流线的外边界即为流线的终止端 分别由油藏外边界和由该流线所到达的油水井的工作制度确定 饱和度方程 N 测试井周围的流线条数 单层水驱油藏流线数值试井解释方法 生产井的理论压力响应 不同油水粘度比的压力响应 多层水驱油藏流线数值试井解释方法 多层水驱油藏测试阶段流线数学模型 沿流线的渗流方程 内边界条件 外边界条件 流线的外边界即为流线的终止端 分别由油藏外边界和由该流线所到达的油水井的工作制度确定 饱和度方程 生产井 注水井 N 测试井周围的流线条数 M 测试井的生产层位数 多层水驱油藏流线数值试井解释方法 无窜流时流线分布和压力响应 考虑窜流时流线分布和压力响应 多层水驱油藏流线数值试井解释方法 考虑窜流各层表皮系数相同时的压力响应 不考虑窜流各层表皮系数相同时的压力响应 考虑窜流各层表皮系数不同时的压力响应 不考虑窜流各层表皮系数不同时的压力响应 多层表皮系数的影响 多层水驱油藏流线数值试井解释方法 复杂窜流的影响 无窜流时的流线分布 复杂窜流时的流线分布 复杂窜流时由某一平面流线分布 有窜流和无窜流时的压力响应对比 多层聚合物驱油藏流线数值试井解释方法 多层聚合物驱油藏生产阶段渗流数学模型 油组份 油相 渗流方程 水组份 水相 渗流方程 聚合物组分对流扩散方程 饱和度归一化方程 多层聚合物驱油藏流线数值试井解释方法 物化参数方程 1 聚合物溶液的粘度 2 聚合物的吸附 3 渗透率降低系数 4 阻力系数和残余阻力系数 5 聚合物的不可及孔隙体积分数 多层聚合物驱油藏测试阶段流线数学模型 该模型与多层水驱油藏测试阶段流线数学模型类似 不同之处在需要计算沿流线聚合物浓度分布 多层聚合物驱油藏流线数值试井解释方法 含油饱和度分布 流线上的含油饱和度分布 流线上的聚合物浓度分布 注聚测试井压力响应 注聚后地层中聚合物的浓度分布 多层聚合物驱油藏流线数值试井解释方法 注聚后水驱地层中聚合物的浓度分布 网格上的含油饱和度分布 流线上的含油饱和度分布 流线上的聚合物浓度分布 注入聚合物段塞后测试井压力响应 复杂近井条件下的流线数值试井解释方法 考虑油层部分射开 渗透率比为1时的流线分布 渗透率比为1时的流线分布 不同渗透率比下的压力响应 复杂近井条件下的流线数值试井解释方法 射开厚度比为1 10时的流线分布 射开厚度比为1 5时的流线分布 不同射开厚度比时的压力响应 射开厚度队压力响应的影响 复杂近井条件下的流线数值试井解释方法 射孔部位对压力响应的影响 中部射开时的流线分布 顶部射开时的流线分布 不同射开部位时的压力响应 不规则污染区的对压力响应的影响 复杂近井条件下的流线数值试井解释方法 流线分布图 存在规则 圆型 污染区时的压力响应 局部污染井与全部污染井的压力响应 不同堵塞百分比时的压力响应 多层水驱双重介质油藏流线数值试井解释方法 测试阶段流线数学模型 沿流线的渗流方程 内边界条件和外边界条件同前 饱和度方程 双重孔隙介质多层油藏流线数值试井解释方法 层间有窜流不同渗透率级差时的压力响应 层间无窜流不同渗透率级差时的压力响应 水平井流线数值试井解释模型 生产阶段数学模型采用简化的黑油模型 基本假设 岩石和流体均为弱可压缩 储层非均质 且渗透率各向异性 储层存在油水两相流体 且流动符合达西定律 忽略重力和毛管力的影响 水平井以均匀流量或定流动压力生产 不考虑水平井井筒内的摩擦损失 水平井流线数值试井解释模型 生产阶段的数学模型 测试阶段的数学模型 求生产历史 求压力响应 控制方程 初始条件 外边界条件 生产阶段的数学模型 简化的黑油模型 封闭外边界 定压外边界 压力初始条件 饱和度初始条件 油相 水相 水平井流线数值试井解释模型 水平井内边界条件的确定 水平井井筒流入动态的描述 直井径向流方程椭圆流方程 水平井流线数值试井解释模型 水平井内边界条件的确定 定压内边界条件定产量内边界条件 水平井流线数值试井解释模型 内边界条件 均匀流量 无限导流 控制方程 下标j表示流线序号 上标m表示由水平段穿过的网格序号 外边界条件 按流线终点的位置分为油 水 井外边界条件和油藏外边界条件两类 测试阶段的流线数学模型 j 1 2 Nmm 1 2 M 变井储 变井储 定井储 定井储 水平井流线数值试井解释模型 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性 水平井的压力响应特征 反五点法水平井与直井混合井网典型模型假定水平井的水平段全部射开 水平井示意图 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性 压力分布 流线分布 压力响应曲线 压力和流线剖面 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性 井筒储存阶段压力和压力导数与时间成正比 在压力和压力导数双对数图上 呈单位斜率直线 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性 早期径向流 垂直平面内 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性 线性流 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性 晚期径向流 水平平面内 压力响应到达距离水平井更远的地方 流体从各个方向向水平井会集 或发散 水平井在水平平面内呈现出类似于垂直井的流动 形成平面径向流 这时流线呈类似于圆形的分布形态 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性 拟稳定流 水平平面内 压力响应到达油藏的各个外边界 油藏内各点的压力变化速度相等 压力和压力导数曲线呈单位斜率直线 流线数值试井解释软件 数值试井自动拟合解释方法的基本原理 解释参数 测试井区域的渗透率分布 剩余油饱和度分布 井筒存储系数 表皮系数以及边界类型和距离 S C K 等取何值时 上式取得最小值 双种群遗传算法 流线数值试井解释软件 软件总体方案设计 流线数值试井解释方法及软件的应用 以此技术体系为依托 完成了以下项目 1 中国石油股份公司 九五 科研项目 试井分析理论模型求解新方法研究 2 中国石化胜利油田公司项目 聚合物驱后油藏高渗透条带试井解释方法研究 3 中国石化中原油田分公司项目 用试井方法研究剩余油饱和度监测技术 4 中国石化河南油田分公司项目 应用试井技术研究聚合物驱后剩余油分布规律 5 中国石油股份公司大港油田分公司项目 数值试井方法定量描述剩余油分布和储层参数技术研究与应用 6 中国石化中原油田分公司项目 用数值方法研究剩余油饱和度研究 1 在河南双河油田437断块的应用情况1977年投产 分5个小层进行开采 共经历了合注合采 细分调整 井网一 二次加密调整 井网局部完善调整及三次采油 聚合物驱 六个开发阶段 井位图 流线数值试井解释方法及软件的应用 流线数值试井解释方法及软件的应用 31层 32层 33层 34层 测试时刻的流线分布 流线数值试井解释方法及软件的应用 t h 井筒储存系数为0 42m3 MPa 各层的表皮系数依次为3 6 3 4 2 6和4 3 p p t MPa J2221井压力响应拟合曲线 流线数值试井解释方法及软件的应用 J2221井解释的渗透率分布 31层 32层 33层 34层 流线数值试井解释方法及软件的应用 全部测试井综合解释的渗透率分布 33 31 34 32 35 流线数值试井解释方法及软件的应用 全部测试井综合解释的剩余油分布 2005年8月 33 31 34 32 35 流线数值试井解释方法及软件的应用 2 在大港羊三木油田Ng 上3 4的应用情况羊三木油田Ng 上自上而下分为四个小层 1 2 3 4小层 其中3 4小层油层厚度大占地质储量的绝大部分 为Ng 上油组的主力层 其开发历程如下 1 钻开发井网 投入开发 1971年8月 1972年2月 2 全面注水开发 1974年10月 1977年 3 第一次井网调整 1980 1983年 4 第二次井网调整 1985年 5 第三次井网调整 1987 1989年 6 开展碱 聚合物驱先导试验 1999年3月 流线数值试井解释方法及软件的应用 历史上的井油井 121口水井 56口注聚井 7口 3口正在注 测试概况油井 6口水井 13