油气层非均质性预测方法研究.pdf

2 6 钻 采 工 艺 DRI L L I NG ＆ P RODUC T I ON T ECHN0L OGY 2 0 0 9年 3月 Ma r c h 2 o o 9 油气层非均质性预测方法研究 张荣军 西安石油大学石油工程学院 张荣军．油气层非均质性预测方法研究． 钻采工艺 ， 2 0 0 9 ， 3 2 2 2 6 2 8 摘要 随着技术的进步和油气田开发 需求的 日益增加 ， 油 气田示踪技 术 已逐步成 为油气田二次采 油和三次 采油气过程 中一种重要的油 气藏工程手段 并被 迅速 地推 广应 用。为了预测水驱 油气藏井 网中示踪 剂的 突破 时间、 示踪剂最大浓度， 需要研究储层的层数、注入和采出的体积、示踪剂在油气层中固有的弥散 系数以及储层体积参 数 井距、孔隙度 、厚度 。通过 对油气藏进行假设 ， 推 导 出对应 的方程 ， 并 用数 学方 法进 行 求解。利 用数 学的方 法对油藏中注入示踪剂后流动的特性做 了预测， 为进一步研究和认识注入流体的运动规律和油气藏非均质特征以 及注水开发方案的调整提供了有效的理论依据 ， 使注入水能够更好的发挥作用， 对提 高油藏的采收率具有重要的 现实意义。 关键词 示踪剂 ； 流动特性 ；注水；预测 中图分类号 T E 3 1 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 7 6 8 X 2 0 0 9 0 20 0 2 6 0 3 示踪剂是指那些易溶， 在极低温度下仍可被监 测 ， 用以指示溶解它的液体在多孔介质 中的存在 、 流 动方向或渗流速度的物质。在注水井中注入能够与 流体配伍 、 且在地层中化学稳定 ， 追踪注入的流体， 从而标记注入流体 的运动轨迹 ， 通过检测采油井 中 该注人物质的突破时间、 峰值大小及个数 ， 反馈出有 关油层特性信息的技术， 就是井间示踪剂技术。它 是直接测定油层特性的方法 ， 通过生产井检测到的 示踪剂浓度突破曲线 ， 反应出有关油层特性的信息， 观察示踪剂在采油井中开采动态 ， 如示踪剂在生产 井 中突破时间、 峰值的大小及个数、 相应注入流体总 量等参数， 可进一步研究和认识注入流体 的运动规 律和油藏非均质特征 。 一 、弥散所 引起 的混合效应 以流度 比为 1的均质五点系统为例 ， 分别处理 影响突破动态 的两种效应， 即弥散引起的混合效应 和井网扫及效率 ， 然后再进行数学加工 。 1 ． 径向流中的一维对流扩散方程及其求解过程 基本假设 ①驱替液 示踪剂段塞和注入水 和 被驱替液 油 ， 水混合物 的流度 比等于 1 ， 并呈一维 流动 ； ②示踪剂不被 岩石表面吸附 ， 也不起 化学反 应 ； ③示踪剂段塞比孔隙体积小 ； ④原始状况下地层 中不含示踪剂 ； ⑤示踪剂扩散现象符合费克定律 ， 而 流体渗透规律符合达西定律。 在上述假设 的基础上 ， 根据连续性方程和质量 守恒定律可得一维带传质扩散渗流 的连续性方程 为 K氅 一 砒 以 式中 一弥散系数， m ／ s ； 一渗流速度 ， m ／ s ； c 一示 踪剂浓度 ， m L 。 n 将式 1 中的 用 表示 ， 其 中 2 7 r c r K ／ Q 或 厶 n l r k ／ Q 可用 代替 为任意给定的多孔介 质中的 常数 。这样方程可改写为 r O C C 2 R a i m o n d i 等人指出， 如果方程右边 的项同其他 项相比相 当小的话 ， 就可以解这个方程 ， 二元偏微分 的值就可 以在假定右边是零的条件下近似的计算出 来 。则方程 2 可变形为 C C 一 Q 0 7 3 在一个无限大的径 向多孔介质 中， 当一种流体 驱替另一种流体时 ， 方程 3 的解是 收稿 日期 2 0 0 81 2 2 4 基金项 目“ 十一五” 国家科技支撑计划“ 延长特低／ 超低渗透油藏注水开发方式优化研究 ” 2 0 0 7 B A B 1 7 B 0 2 项 目资助 。 作者简介张荣军 1 9 6 8一 ， 副教授 ， 博士 ， 从 事油气 田开发工 程方 面的教学 与科研 工作 。地址 7 1 0 0 6 5 陕西 省西安 市 ， 电话 0 2 9 8 8 3 8 2 6 7 1 ， Ema i l r j z h a n g s 8 8 1 6 3 ． t o m 第 3 2卷第 2期 Vo 1 ． 3 2 No ． 2 钻 采 工 艺 D R I L L I N G＆P R O D U C T I O N T E C H N O L O G Y 27 r 1 Co - 2 e c I 2 丽 J I 2 4 得到示 踪 剂段 塞 的最 大 浓度 或 中点 的浓度 C ， 在 Q t r 2 ／ 2这一点上 ， 其 中 Q t 是衡量注入示 踪剂数量的尺度 ， 如果段塞在储层运动过程 中没有 混合作用的话 ， 它的未稀释“ 宽度” ， 可表示为 r W Q t ， 而方程的解可改写为 每 5 当误差函数 自变量小于 0 ． 1左右时， 这个 函数 就是线性的 ， 常数为 1 ． 1 2 8 。在示踪剂工作 中， 希望 采出示踪剂浓度几乎总是小于注人浓度的 1 ／ 1 0 ， 所 以方程 5 可简化为 6 C o 2 2 ． 示踪剂用量公式推导 注入示踪剂 的质量等于下列 参数的乘积 宽、 高、 孔隙度、 饱和度 、 浓度、 密度。 对于水驱示踪剂为 m 3 ． 5 3 r r L W h o S C o 7 式中 一注采井距 ， m； C 一注入浓度。 由式 6 得 C o 代人式 7 ， 即得 1 ． 1 3 4 3 W m 1 5 ． 8 h O s C L O t 8 二、 采出的最大浓度 由于整个井 网和弥散系数 的影响 ， 在一 口井上 采出的峰值浓度 比油层 中的峰值浓度要小的多。根 据实际经验 ， 得出下面计算公式 1 ． 8 9 9 式中 C 一从油层中采出的最大浓度。 现在式 9 可以和式 8 合并， 以便得到一个五 点几何井 网的工作方程。 由式 8 得 ，1 一 唧 一1 ．58 h o s w L‘ ～ 代入式 9 即得 c 1 0 8 9 3 h p 一 ． 0 S wO t O “ ‘ u， 式中 一注采井距 ， 1 0 m。 三、 油藏分层状况 以前所有的计算都是以均质油藏为基础， 可惜 这种情况并不存在。但可用某些进一步的假定对实 际油层的非均质性进行校正。 处理非均质性最普通的方法是将油层进行数学 加工 ， 人为将油层分为多个小层， 每个层赋予一个渗 透率 ， 并且假定小层与小层之间不发生交叉流动， 当 然也不会完全相信这些假定， 支持这种模型仍能应 用 的理由是它在预测油层动态方面还是可以的。 1 ． 油藏中各小层最高示踪剂浓度的预测 如果一个油层被分为许多小层 ， 而且进入每个 小层的示踪剂数量同它的渗透率成正比的话 ， 那么 根据式 8 ， 在那个小层 中流动的示踪剂浓度也是 同它的渗透率成正比， 在生产井层底 ， 某一小层中的 示踪剂浓度将受到来 自其它小层流量的稀释 ， 这种 稀释作用同该层的 值与整个油层 值之 比成正 比， 因而导致采出浓度为如下形式 c 哇 ‘h i { k i ] 1 1 式中 C i 一第 i 小层最高浓度 ； C 。 一均质油层的最高浓度 ； 一 第 i 层渗透率 ； 后 一油层平均渗透率 ； 一第 i 小层的厚度 ； 一 油层总厚度。 2 ． 小层突破时间的计算 由于第 i 小层流动速度同它的渗透率成正 比， 那么该层突破时间就同它的渗透率成正 比。 t t a n g 1 2 式中 t i 一第 i 层突破时间； 一 均质油层突破时间。 当式 1 O 、 式 1 1 、 式 1 2 与外界井的影响配 合应用时， 对于任一 给定的五点井网条件下的最高 浓度 ， 浓度分布以及每个小层突破时间都可计算。 四、 应用 利用实际油气 田中一井组注示踪剂测试数据 ， 对 以上工作进行验证。选择面积为 1 0 1 2 5 m 的反 五点井 网， 油井和注水井 的连通面积为 2 0 9 1 T I ， 其 有效厚度 3 ． 6 5 7 6 I T I 左右 ， 平均孔隙度 2 6 ％ ， 含水饱 和度为 5 5 ％ ， 根据岩心分析资料 ， 砂岩平均空气渗 透率 1 ． 4 7 9 I．L m ， 其 中有将近 4 ． 9 3 m 的条带， 岩心 混合实验资料得出0 【 为0 ． 0 1 5 m， 注采井距为7 0 n l 。 其 中一 口生产井的示踪剂产出曲线如图 1 。 由图 1看出， 将油藏大致分为三个小层， 计算并 分析得到油藏分层情况及各层参数， 见表 1 。 2 8 钻 采 工 艺 DRI LL I NG ＆ P RODUCT 1 0N TECHNOLOGY 2 0 0 9年 3月 Ma r c h 2 0 o 9 3 0 ∞ 目 2 0 1 0 岱 l 0 l O 2 0 3 0 4 0 5 0 示踪剂注入时间 d 图1 示踪剂产 出曲线 表 1 油藏分层情况以及各层参数表 厚度 渗透率 突破时间 最高浓度 层位 m m d m g ／ L 1 0． 03 7 4． 5 861 9． O 2 5． 4 2 0． 081 2． 3 56 6 1 5． 5 3 2．1 3 0． 4 5 4 1 ．1 41 5 3 7． 5 1 6． 9 把以上计算所得到的数据与实际油藏的数据 比 较 ， 基本相符， 可见 以上所做工作与矿厂实践相符 合 ， 所以可以应用到以后的实际工作中去， 为在注水 后期重新认识分析油藏中情况 ， 提供方便 ， 为进一步 制定有效的注水开发方案提供依据 。 五、 结论 通过对示踪剂在注水油藏中流动特性 的分析研 究， 可以重新认识油藏， 尤其是在注水后期 。为预测 储层中示踪剂流动动态 ， 推导出了应用方程 ， 得到了 五点井 网中水溶性示踪剂在流度 比为 1 1条件下 的特定方程式 ， 这些条件在某些程度上限制了使用 范围 ， 但在大多数弥散现象或流场分布 已知时应用 已足够。通过应用这些方程 以及示踪剂 的开采 动 态 ， 可以计算储层中的成层程度 ， 和各层 中的地层参 数 ， 以及各小层 中的示踪剂最高浓度和 突破 时问。 应用矿厂数据对其验证， 结果表 明这些方程计算出 的细分层情况和开采浓度值是正确的， 所 以可以应 用到矿厂实践中去。 参考文献 f 1 ] KY 0MAA H K a n d BR ENN EN C E． S ma l l a mp l i t u d e k i n e m a t i c w a v e p r o p o g a t i o n i n t w o c o mp o n e n t m e d i a[ J ] ． I n t J Mu l t i p h a s e F l o w．1 9 9 1 ． 1 7 9 1 1 1 3一l 6 ． [ 2 ] h s o o d A b b a s z a d e h D e h g h a n i ， B r i g h a m W E ．A n a l y s i s o f we l l -t o -we l l t r a c e r flo w t o de t e r mi n e r e s e r v o i r l a y e ring l J 1 ． J ． P ． T ． ， O c t ． 1 9 8 4 ． [ 3 ] L a k e L W．E n h a n c e d o i l r e c o v e r [ M] ．P ri n t e d i n t h e U n i t e d S t a t e s o f Ame ric a n，1 9 8 9． [ 4] A l l i s o n S B ，P o p e G A a n d S e p e h r n o o ri K ． A n a l y s i s o f fi e l d t r a c e r f o r r e s e r v o i r d e s c ri p t i o n [ J ] ．J ． P e t ． S c i ． E n g ． ， 1 991， 5 1 7 3 1 8 6． [ 5 ] 冯宝峻． 油田井间示踪剂译文集[ M] ． 北京 石油工业 出版社 ， 1 9 9 4 ． 编辑 黄晓川 上接第 2 5页 国外在可控弯接头的研究工作起步较早 ， H a l l i b u o n公司的 S p e r r y S u n钻井服务公司于 1 9 9 9年 推出了第一代 的 G e oP i l o t 旋转导向钻井系统 ， 该 系统已经达 到 了 9 0年代 末世 界先 进 的 R C L S和 S R D系统水平。在 G e o P i l o t 7 6 0 0 、 G e o P i l o t 9 6 O 0 系列的基础上 ， 2 0 0 5年 Ha l l i b u r t o n公 司的第三代产 品 G e oP i l o t 5 2 0 0系列 已经完成很多关键技术 的 测试并且逐渐商业化 ， 为 1 5 2～1 7 1 ． 4 m m井眼提供 了解决方案。为满足各种不同的工况并提高钻井效 率及设备可靠性 ， H a l l i b u r t o n公 司在 G e oP i l o t 旋 转导向钻井系统的基础上又推出了 G e oP i l o t G X T S y s t e n l 和 Ge oP i l o t XL S y s t e m[ 。 参考文献 [ 1 ] 肖义昭． 钻井技术[ M] ． 北京 石油工业出版社， 1 9 9 1 [ 2 ] 张东海 ， 席继强 ， 贾建 明． 国外钻 井技术 发展现 状 [ J ] ． 断块油气 田 ， 2 0 0 0 ， 7 5 6 46 8 ． [ 3 ] 张光伟． 可变径稳定器发展综述[ J ] ． 石油机械， 2 0 0 4， 3 2 增 刊 1 1 91 2 1 ． [ 4 ] 李松林 ， 苏义脑， 董海平． 美国自动旋转导向钻井工具 结构原理及特点 [ J ] ． 国外石油机械 ， 2 0 0 0 ， 2 8 1 4 2 4 4． 5 5． [ 5 ] 狄勤丰． 旋转导向钻井井下闭环钻井技术 [ M] ． 西安 陕西科学技术 出版社 ， 1 9 9 9 ， 6 ． [ 6 ] 于永南 ， 帅健， 吕英民． 带弯接头下部钻具组合的特性 分析[ J ] ． 石油钻采工艺， 1 9 9 3 ， 1 5 4 81 3 ． [ 7 ] S a n d r o P o l i ，F r a n c o D o n a t ，J o a c h i m O p p e h ，e t a 1 ．A d v a n c e d T o o l s for Ad v a n c e d We l l s Ro t a r y C l o s e d L o o p D ri l l i n g S y s t e m[ J ] ． S P E 3 6 8 8 4 ， 1 9 9 8 6 2 7 2 ． [ 8 ] H al l i b u r t o n ． G e oP i l o t R o t a ry S t e e r a b l e S y s t e m．w w w ． ha l l i b u r t o n． c o n， 2 0 07， 0 8． 编辑 黄晓川