油田大孔道定量描述方法研究

油田大孔道定量描述方法研究

在油田的长期开采过程中，由于油层非均质性等地质因素和不合理的工作制度，储层渗透性增加，喉咙半径增加，形成大井。大孔道已成为影响注水开发效果的主要因素,一方面加剧了层间矛盾,使纵向波及系数难以提高;另一方面由于水沿大孔道大量流走,同层位其他方向受效变差,造成极其严重的平面矛盾,平面波及系数亦难以提高。如何有效识别以及定量计算大孔道参数,对大孔道的治理和采收率的提高具有重要的意义。从中国现状来看,关于大孔道定性描述的方法有很多,然而对于大孔道的定量计算方法很少。窦之林等通过灰色理论判断大孔道,然后用概算法估算大孔道的渗透率和孔喉半径,该方法只是从生产井上考虑,没有考虑注入情况,并且只能用于一注一采井;王学忠利用井间示踪剂资料提出了计算大孔道厚度和渗透率的一般方法,该方法计算的大孔道渗透率可靠,但是计算厚度时利用了经验公式,应用范围较小;刘月田等利用流体力学理论建立了计算大孔道体积的方法,但是不能计算大孔道渗透率。因此笔者提出了用过量水—模糊评判识别和定量描述大孔道的方法。该方法既考虑注水井的注入情况,又考虑生产井的生产动态,用模糊数学的方法将过量水劈分到各注采井间,然后计算出大孔道渗透率和喉道半径,以期为大孔道的精确计算提供良好的理论基础。1地层渗流和渗流的计算为保证计算过程的合理性,大孔道参数定量计算过程中做以下基本假设:①原油藏为宏观均质油藏;②大孔道形成后,过量水在大孔道中无效循环,仅剩残余油;③大孔道形成后,把原地层看成是大孔道和原始地层的并联,且渗流过程服从达西定律;④大孔道中的水流动可看作一维流动,采用流管法进行计算。利用动态资料计算大孔道参数的求解思路是:首先通过平面径向流公式计算注入井的理论水,再通过实际水得到注入井的过量水,并利用模糊评判的方法对过量水进行劈分获得各注采方向的过量水;然后利用各注采方向的过量水和生产井的理论产水量计算大孔道的体积,根据体积计算大孔道的渗透率;最后利用Carman-Kozeny公式计算大孔道喉道半径(图1)。1.1注水压差的影响过量水就是注水井的实际注水量与理论注水量(现有的注水压差、原始地层条件下注入地层的水量)的差值,也可以理解为在大孔道中产出的对水驱油没有产生任何作用的水。1.1.1储层注水产水王学忠利用甲型水驱特征曲线法估算油田的无效注水量,但该方法计算的是区块总的无效注水量,无法将其劈分到每口井上,因此无法应用到注采井间大孔道参数的计算上。笔者基于渗流力学的平面径向流理论,提出了过量水的理论计算公式Qwg=Qgs-Qi(1)Qwg=Qgs−Qi(1)其中Qi=0.01728πΚrwΚhΔpμwlnrirw(2)Qi=0.01728πKrwKhΔpμwlnrirw(2)式中:Qwg为注水井总的过量水,m3/d;Qgs为实际注水量,m3/d;Qi为理论注水量,m3/d;Krw为水的相对渗透率;K为储层原始渗透率,μm2;h为吸水层段有效厚度,cm;Δp为注水压差,MPa;μw为注入水的粘度,mPa·s;ri为注水井控制半径,m;rw为井筒半径,m。由式(1)和式(2)计算出的过量水,对于简单的地层来说是准确的;但是对于复杂地层,特别是非均质厚油层计算误差较大。对于复杂地层应该结合吸水剖面资料把过量水劈分到每层上,忽略地层系数较大但实际吸水量过少的层,进行其他参数的计算。1.1.2确定不足量表及决策模型目前模糊评判的方法应用比较广泛,很多学者也将其应用到大孔道的描述上,但是仅限于大孔道的定性识别,并没应用到定量计算上,如刘月田等利用油藏的静态资料和动态资料识别大孔道,并建立了大孔道识别的静态模型和动态模型以及综合判断标准。笔者在计算出总过量水的基础上,考虑各生产井动态资料,利用模糊数学方法,将过量水沿各注采方向进行劈分,计算出各注采方向大孔道的过量水。其具体计算过程如下。第一,利用隶属函数求得每项指标的隶属度。各生产井含水率、产水强度、产水指数、聚合物产出资料都采用升半梯形分布计算,其数学模型为μA={0x≤aminx-aminamax-aminamin＜x≤amax1amax<x(3)μA=⎧⎩⎨⎪⎪0x−aminamax−amin1x≤aminamin＜x≤amaxamax<x(3)式中:μA为隶属度函数;x为生产井动态资料的单项指标值;amin和amax分别为生产井动态资料单项指标的最小值和最大值。生产井含水率越高、产水强度越大、产水指数越大、聚合物产出浓度越高,劈产就越多。第二,利用升半梯形公式计算各因素对劈产的隶属度,计算结果组成单因素决策因子矩阵F(j,i)4×n=[FFw(1)⋯FFw(n)FQΗ(1)⋯FQΗ(n)FQp(1)⋯FQp(n)FC(1)⋯FC(n)](4)F(j,i)4×n=⎡⎣⎢⎢⎢⎢FFw(1)FQH(1)FQp(1)FC(1)⋯⋯⋯⋯FFw(n)FQH(n)FQp(n)FC(n)⎤⎦⎥⎥⎥⎥(4)式中:F(j,i)4×n为单因素决策因子矩阵,第i口井第j种因素的决策因子为F(j,i);FFw(i),FQH(i),FQp(i),FC(i)分别为第i口生产井含水率、产水强度、产水指数和产出聚合物浓度的隶属度;n为参与劈分的总井数。第三,利用多因素综合模糊评判科学合理地将过量水劈分开,求出过量水劈分的多因素模糊决策因子,其决策模型为FΖ(i)1×n=λ(j)1×4F(j,i)4×n(5)FZ(i)1×n=λ(j)1×4F(j,i)4×n(5)式中:FZ(i)1×n为第i口井的多因素模糊决策因子矩阵;λ(j)1×4为综合评判的权重系数矩阵,j=1,2,3和4,分别表示含水率、产水强度、产水指数和产出的聚合物浓度。第四,将多因素模糊决策因子归一化,求出劈分系数,进而确定各注采井间大孔道的过量水qiwd=λiQwg(6)qiwd=λiQwg(6)其中λi=FΖ(i)n∑i=1FΖ(i)(7)式中:qiwd为各注采井间大孔道的过量水,m3/d;λi为各生产井方向过量水的劈分系数。1.2大孔道的体积、喉道半径和产水量根据大孔道的过量水和无大孔道时的理论产水量计算大孔道的体积。利用式(2)计算每口生产井的理论产水量,直接将地层系数作为劈分系数把该井的理论产水量劈分到各注采方向,根据计算出的各注采方向的过量水、理论产水量和各注采方向控制孔隙体积,计算大孔道的体积。其计算式为Vd=Vqiwdqwl(8)式中:Vd为大孔道的体积,m3;V为各注采方向控制的孔隙体积,m3;qwl为没有大孔道时的理论产水量,m3/d。将大孔道中的流动看成一维流动,根据计算出的大孔道体积和线性流的变形公式计算大孔道的渗透率为Κd=qwdμwl20.00864ΚrwVdΔp(9)式中:Kd为大孔道的渗透率,μm2;l为井排距离,cm。根据式(9)计算出的大孔道渗透率,利用Carman-Kozeny公式计算大孔道的喉道半径rd=√8Κdτ2ϕ(10)式中:rd为大孔道喉道半径,μm;τ为迂曲度,其值为1.5~5.5;ϕ为孔隙度。2储层大孔道量表海上某油田是在古潜山背景上发育起来的披覆半背斜,构造呈北东—南西向展布,顶部较缓,翼部较陡。该油田储层连通性好,油层分布稳定,油层厚度大,含油砂层多。但储层非均质强,孔隙度为28%~35%,平均为31%,平均渗透率为2μm2,储层原油粘度高、密度大。试验井组自从2005年实施注聚以来,生产井见聚速度快,含水率上升快,注聚效果下降,初步断定该井组存在大孔道。根据笔者提出的过量水—模糊评判方法编制了大孔道定量描述软件,并对该试验井组内大孔道的体积、渗透率和喉道半径进行了计算(表1)。由表1可知,生产井A1井与注入井A5井、A6井和A7井均形成了大孔道,其中A1与A5井间的大孔道体积最大,A1与A6井间的大孔道渗透率和喉道半径最大;而且这些井对之间大孔道的渗透率和喉道半径远大于其他井对之间的,说明A1井与A5井、A6井和A7井之间的大孔道发育,急需进行治理,这点可由A1井产出液中聚合物浓度大幅度增加得到验证,计算结果与现场认识相吻合,充分证明了该方法的有效性。3利用试验井组内的大孔道在充分考虑油田静态资料和动态资