一种测定水平井SAGD蒸汽腔扩展速度的方法与流程

本发明涉及一种测定水平井sagd蒸汽腔扩展速度的方法，属于油气田开发工程
技术领域：
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背景技术：
：随着原油开采技术的日渐成熟，稠油和超稠油油藏的开发技术逐渐受到人们的重视。相比于常规油藏，稠油油藏中的原油粘度较大，流动性较差，常规采油技术难以达到较好的采油效果。我国拥有丰富的稠油和超稠油资源，主要的几大油区有：克拉玛依油区、辽河油区、胜利油区、塔里木油区等。目前蒸汽辅助重力泄油(sagd)技术是比较前沿的热力采油技术，最早由butler博士在1978年通过分析研究盐井注水采盐的原理，通过类比方法应用到稠油热采技术过程中，提出sagd技术基本概念。sagd技术在加拿大经过20多年的推广已经得到广泛的应用，已是一套工业化成熟的技术。利用重力原理，sagd技术的采收率最高可以达到70％以上，是常规蒸汽吞吐的2～3倍。sagd是将流体热对流与热传导相结合，以蒸汽作为加热介质，依靠原油的重力作用进行开发的稠油热采技术，因此sagd过程中蒸汽腔的扩展发育对sagd开发效果具有重要影响。同时在sagd开发方式中，蒸汽腔的形成特点及变化扩展趋势对生产效果具有极其重要的影响。sagd技术应用开发过程如下：超稠油经过油层预热形成热连通后，上部注汽井注入蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧向扩展，注入蒸汽与原油发生热交换，加热后的原油和蒸汽冷凝水在重力作用下泄流至下部生产井产出，随着原油的不断采出，蒸汽腔将逐渐扩大。蒸汽腔的扩展可划分为泄油初期(蒸汽腔上升阶段)、泄油高峰期(蒸汽腔沿油层顶部向外扩展阶段)、泄油末期(蒸汽腔扩展到油藏侧边界或井组控制边界时，蒸汽腔沿边界下降阶段)3个阶段，蒸汽腔扩展过程如图1所示。蒸汽腔波及规律研究是sagd跟踪调查的一项必不可少的研究工作，而蒸汽腔扩展速度是研究蒸汽驱波及规律的重要参数，其表征sagd技术在油藏条件下的实施效果。预测求解现场实践中sagd蒸汽腔扩展速度大小对sagd工艺具有重要参考价值，因此对现场指导有重要意义。目前对于蒸汽腔扩展速度的求解主要是采用油藏数值模拟方法：由现场工艺及生产数据，建立油藏数值模拟模型并进行历史拟合，获得实际油藏近似模型，从而模拟油藏sagd开发，预测蒸汽腔扩展速度。此方法计算量较大，不适用于快速预测求解蒸汽腔扩展速度。技术实现要素：针对现有计算蒸汽腔扩展速度方法的不足，本发明提供一种测定水平井sagd蒸汽腔扩展速度的方法。本发明基于一定的假设条件、蒸汽腔扩展理论以及传热导热微分方程，推导出蒸汽腔外缘温度分布函数以及蒸汽腔前缘扩展速度预测模型。根据数学模型并结合现场监测资料，计算水平井组不同时刻蒸汽腔边缘倾斜角以及扩展速度。本发明的技术方案如下：一种测定水平井sagd蒸汽腔扩展速度的方法，包括步骤如下：s1、蒸汽腔简化模型在蒸汽腔沿油层顶部向外扩展阶段，为便于研究蒸汽腔扩展速度，做以下假设：1)蒸汽腔已达油藏顶层，向两侧扩展；2)只考虑蒸汽腔前缘法线方向的一维驱替过程；3)传热方向仅为垂直于蒸汽腔外缘的方向，即一维传热过程；4)蒸汽与冷油之间以平板前缘和恒定速度；5)只考虑垂直于蒸汽腔外缘方向的传导，不考虑对流；6)在一定时刻系统处于准稳态过程，即蒸汽腔沿边缘法线方向以固定速度推进；7)忽略稠油流动过程中的热损失；8)油层热容不随温度变化；9)导热系数随温度线性递减。因此，蒸汽腔扩展过程可简化为如图2所示形式。s2、蒸汽腔扩展简化模型s2.1温度分布函数基本传热微分方程为：式(1)中，k表示油藏导热系数；t表示油藏温度；ρc表示冷凝液密度；cpc表示冷凝液比热容；ρr表示砂岩密度；cpr表示砂岩比热容；表示x、y、z方向上达西速率；表示净热流通量。引入变量表观距离ξ：式(2)中，ux表示蒸汽腔边缘沿x方向上的运移速度；基于s1小节的准稳态等假设条件，并将式(2)带入式(1)，可得：设定边界条件为：式(4)中，tst表示蒸汽注入温度；tr表示油藏原始温度。并设定导热系数是关于温度的线性函数：k＝a+bt(5)式(5)中a、b表示油藏导热系数函数系数。结合式(1)～(4)可推导得蒸汽腔边缘温度分布函数：式(6)中x表示油藏位置距蒸汽腔边缘距离；t表示蒸汽腔边缘推进时间。因此式(6)可有效描述蒸汽腔一维扩展过程中某时刻某位置处的温度。s2.2扩展速度模型由式(6)可知距蒸汽腔边缘距离x处，在已知蒸汽注入温度tst、油藏原始温度tr的条件下，可推导出蒸汽腔扩展速度。在同一监测井下，可分别测得三处不同深度下的温度，如图3所示。式(6)可简化表示为：式(7)中：c1，c2表示扩展速度函数系数。在同一时刻测得的两处深度、温度：其中x可由深度表示：x0、x1、x2分别表示同一时刻蒸汽腔边缘外同一监测位置下三个监测点x方向坐标，h0、h1、h2表示所对应深度。由式(9)(10)化简可得：式(11)可写为：因此，蒸汽腔水平扩展速度u为：根据式(13)可在测得监测深度h及对应监测温度t的条件下求得此刻蒸汽腔扩展速度。当油藏导热系数k视为常数时，蒸汽腔水平扩展速度u为：s3、扩展速度求解s3.1饱和岩石导热系数求解由岩石、原油、水等物质的导热系数，经过理论公式求得：油藏导热系数k可由下式求得：式中：λd—干燥砂岩的导热系数，w/(m·℃)，取值0.877w/(m·℃)；λw—水的导热系数，w/(m·℃)，取值0.675w/(m·℃)；λa—空气的导热系数，w/(m·℃)，取值0.040w/(m·℃)；ρl—饱和砂岩的密度，g/cm3；ρd—干燥砂岩的密度，g/cm3，取值2.08g/cm3；m—胶结系数，无因次，取值1.8。热容量m是指单位体积的油藏岩石，温度升高1℃所需的热量，单位为kj/(m3·℃)，与密度ρ、比热容c的关系为：m＝ρgc(16)油藏热容量可由下式求得：式(17)中bi表示体积系数，下标r,o,w,g分别表示砂岩、原油、水与气体；s表示饱和度。s3.2倾斜角求解由公式(7)和(13)可知，在注入井深度和蒸汽腔顶层深度范围内，深度差h-h1与温度函数f(t)-f(t1)成正比。测定监测温度数据(t、t1)、可求得深度差与温度函数的回归参数c，从而可求得当温度t＝tst时的假想深度h0。根据几何关系求得蒸汽腔外缘倾斜角度θ：式中h2表示水平生产井深度；s表示水平生产井与监测井水平距离。s3.3蒸汽腔扩展速度求解由蒸汽腔速度扩展理论公式(13)，结合所求物性参数及蒸汽腔边缘倾斜角，可获得蒸汽腔水平扩展速度。s3.4蒸汽腔扩展位置求解由生产井位置及蒸汽腔边缘倾斜角，可获得蒸汽腔在盖层扩展位置：s＝(hcap-h0)/tanθ(20)式(20)中s表示蒸汽腔扩展边缘在盖层处的位置与生产井水平距离；hcap表示盖层深度。由生产井深度即可求得蒸汽腔扩展位置。本发明的有益效果：本发明采用上述方法可直接采用监测井监测温度数据测定蒸汽腔扩展速度，与现有预测蒸汽腔扩展速度方法比较，节省现有方法繁琐过程和冗长时间，节约人力物力财力，快捷准确的获得扩展速度值。附图说明图1为本发明蒸汽腔扩展示意图。图2为本发明蒸汽腔扩展原理图。图3为本发明蒸汽腔温度监测图。具体实施方式下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。实施例1以某井区某水平井组注蒸汽开采工程为例，通过对应观察井可检测到距水平注入井13.9米处的垂向温度分布。设定蒸汽腔温度为250℃，油藏原始温度为15℃，生产井深度350米。根据观察井资料，选取下表数据(三个时间节点，每个时间节点六点监测点数据)：表1观察井深度-温度资料(1)物性参数水平井组所对应油层孔隙度为29.7％，渗透率为1078.1md，含油饱和度为70％。原油与岩石物性如表2所示。表2观察井深度-温度资料将数据带入式(15)可求得油藏导热系数为2.1808w/(m·℃)。将数据带入式(17)可求得油藏热容量为1.8574×106j/m3·℃。(2)倾斜角导热系数的回归参数a比b的数量级高出很多，因此式(13)中简化系数c1近似等于0。因此由式(7)(13)可知，在注入井深度和蒸汽腔顶层深度范围内，深度差h-h1与温度函数f(t)-f(t1)成正比。由表1所列时间1监测数据可求得回归参数c＝5.4903。从而可求得当温度t＝tst时的深度h0＝320.4809m。根据式(19)可求得蒸汽腔外缘倾斜角度，即θ＝64.7851°(tanθ＝2.1237)。同理可求得其他两个监测时间点处的倾斜角，如表3所示。表3倾斜角时间1时间2时间3θ64.785164.184964.4188(3)蒸汽腔扩展速度由蒸汽腔速度扩展理论公式，结合所求物性参数及蒸汽腔边缘倾斜角，可获得蒸汽腔水平扩展速度。蒸汽腔水平扩展速度理论公式为：监测井三个监测时间点所对应的扩展速度如表4所示。表4蒸汽腔水平扩展速度时间1时间2时间3um/月0.95481.26180.7911结合工程实践以及国内外参考文献可知，蒸汽腔扩展速度范围为0.7～1.5m/月，对比计算结果表明该方法对预测蒸汽腔扩展速度有一定的准确性。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关
技术领域：
的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。当前第1页12