一种水驱油藏井组调堵决策方法与流程

本发明涉及油气田开发研究领域，更具体地说，是涉及一种水驱油藏井组调堵决策方法。

背景技术：

油水井堵水调剖是优势渗流通道发育的水驱油稳油控水、提高水驱开发效果的重要手段。但其成功的关键在于准确选取发育优势渗流通道的井组，不适当的措施则会抑制生产井产能、注水井的注入能力造成开发效果变差。进行调堵措施前，需要先获取两方面认识：一是判断是否发育优势渗流通道，它是决策是否有必要进行调堵工作的依据；二是定量描述优势渗流通道的参数，这是决定油田现场堵剂用量的关键参数。此处优势渗流通道的关键参数主要包括两个：一是优势渗流通道的孔吼尺寸，孔吼尺寸决定后续调剖调驱等措施注入段塞的浓度或者颗粒大小，注入段塞浓度过低、颗粒过小无法形成有效封堵，浓度过高、颗粒过大会造成注入困难，近井堵塞影响堵剂运移范围和措施效果；二是优势渗流通道的发育规模，发育规模决定了堵剂用量，用量过少难以实现深部封堵，造成堵水有效期较短或难以实现控水效果，用量过多注入困难且造成浪费，影响项目经济性。

目前业界常用优势渗流通道识别方法主要有：测井方法、井间动态监测方法、试井方法、取心方法和示踪剂方法等。但测井、取心等方法仅仅反应测试点处，无法反应优势渗流通道整体发育规模和井间情况，更无法准确计算优势渗流通道的发育规模及井间尺寸。示踪剂及试井依赖于专门的测试，周期长、费用高。现有的井间动态监测方法大多聚焦于对是否发育优势渗流通道做定性判断，对其参数的定量描述欠缺，并且上述现有技术往往受矿场测试少、费用高、周期长、占用海上平台作业空间等限制，应用受限，难以满足海上油田开发生产的实际需求，需要寻求更为便捷、准确的油藏工程方法实现优势渗流通道的定量描述，并建立一套水驱油藏井组调堵决策方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术在老油田优势渗流通道定量描述、井组调堵决策方面的不足，本发明基于油藏工程方法，矿场基础静态参数、生产动态参数和岩心实验分析结果，提出一种水驱油藏井组调堵决策方法，实现优势渗流通道是否发育的快速判定，以及优势渗流通道孔吼半径和发育规模的快速计算，可以进行水驱油藏井组调堵决策；所用参数简单易获取，可以有效指导矿场实践。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明水驱油藏井组调堵决策方法，包括以下过程：

第一步：对于研究区块井组的生产井生产动态数据，采用平滑算法消除噪点计算含水率导数，绘制含水率、含水率导数与时间的关系曲线，根据含水率导数曲线是否呈现双峰特征，判断是否存在优势渗流通道发育，确定优势渗流通道及正常储层的见水时间；

第二步：根据以b-l方程为基础推导出的见水时间和物性关系式，采用比值的方式消除参数，最终得到含水率导数特征值与物性关计算式，求取优势渗流通道与正常储层渗透率之比，进而得到优势渗流通道渗透率；

第三步：利用第二步所求得的优势渗流通道渗透率，基于所在矿区岩心实验结果，求取优势渗流通道的平均孔吼半径；

第四步：利用第二步所求得的优势渗流通道渗透率，结合已知开发参数求取优势渗流通道体积；

第五步：利用第二步中优势渗流通道与正常储层渗透率之比筛选调堵井组，利用第三步求得的优势渗流通道的平均孔吼半径和第四步求得的优势渗流通道体积，指导调堵剂类型和注入量的设计。

第一步中计算含水率导数，绘制含水率、含水率导数与时间的关系曲线，根据含水率导数曲线是否呈现双峰特征，判断是否存在优势渗流通道发育，确定优势渗流通道及正常储层的见水时间，具体过程如下:

为方便叙述计算过程区分优势渗流通道和正常储层参数，将参数附加下标i，i＝1时代表优势渗流通道，i＝2时代表正常储层；

采用如下公式对研究区块井组的生产井生产动态数据降噪：

式中：fw、f′w分别为生产井综合含水率、含水率导数，f；fwj-1、fwj、fwj+1分别为第j-1、j、j+1时刻的含水率，f；tj-1、tj、tj+1分别为第j-1、j、j+1时刻的生产时间，d；下标j代表时间步长；

存在优势渗流通道的井组含水率实际为正常储层与优势渗流通道储层含水率的叠加反映；

式中：qi为优势渗流通道或正常储层的产液量，m³/s；fwi为优势渗流通道或正常储层的含水率，f；

正常储层见水后含水率上升平滑，含水率导数曲线在见水时刻出现峰值，随后单调递减；发育优势渗流通道的井：注入水首先沿高渗优势渗流通道到达生产井，即第一见水时刻，这也是含水率导数曲线的第一个峰值对应的时间；随后注入水沿渗透率较低正常储层到达生产井，即第二见水时刻，由于水驱前缘含水率是一个跃变，这也是对应含水率导数曲线的第二个峰值；发育优势渗流通道的井含水率曲线特征为迅速上升后有一个平缓段，然后再上升，含水率导数曲线的特征是出现双峰；通过含水率和含水率导数曲线，确定优势渗流通道是否存发育，并确定优势渗流通道或正常储层的见水时间ti值。

第二步中优势渗流通道渗透率的计算方法及理论推导包括：

(ⅰ)建立定压条件下的双层非活塞式水驱油模型

优势渗流通道或正常储层的渗流符合非活塞式水驱油，水驱前缘位置为：

式中：xfi为优势渗流通道或正常储层的水驱前缘位置，m；swf为水驱前缘含水饱和度，f；f′w(swf)为水驱前缘饱和度下的含水率导数，f；为优势渗流通道或正常储层的孔隙度，f；为从0到t时刻优势渗流通道或正常储层的累积注入量，m³；ai为优势渗流通道或正常储层的渗流截面积，m²；

依据b-l理论，两相区某一点a与注入端压差：

式中：krw为水相相对渗透率，10^-3μm²；δpai为优势渗流通道或正常储层的某点a与注入端之间压差，mpa；xa为a位置与原点距离，m；pai为优势渗流通道或正常储层x＝a位置处压力，mpa；pinj为注入井底压力，mpa；v为总渗流速度，m/s；ki为优势渗流通道或正常储层的储层渗透率，10^-3μm²；fw(sw)为含水饱和度sw下的含水率，f；μw为水相黏度，mpa·s；

结合式(3)、(4)，注入井至水驱前缘任意处压差与含水饱和度关系：

式中，

式中：f′w(sw)为含水饱和度sw下的含水率导数，f；swa为x＝a位置的含水饱和度，当swa＝swf，则得到f(swf)＝c(常数)；联立上述两个方程积分整理后，得到0～t时刻两相区的累积注入量为：

式中：δp为注入端与产出端之间压差，mpa；t为生产时间，s；l为注采井距，m；μo为油相黏度，mpa·s；

上式与等饱和度面移动方程结合：

水驱前缘到达采油井，xfi＝l，见水时间由下式求得：

(ⅱ)计算优势渗流通道渗透率

采用比值方法约去相关参数，可以得到优势渗流通道与正常储层的见水时间之比为：

令进行简化，则优势渗流通道的渗透率计算式：

第三步中优势渗流通道的平均孔吼半径计算方法：根据油田已有的孔喉半径与渗透率关系，将第二步中获得的优势渗流通道渗透率带入其中，获取优势渗流通道的平均孔吼半径。

第四步中优势渗流通道发育体积计算方法：

在t2时刻，由于优势渗流通道早已见水，完全处于两相渗流区，而正常储层的水驱前缘刚刚抵达生产井，若将该时刻含水率取跃变前一刻的值，此时fw2(t2)＝0，因此得到全井含水率满足：

式中：fwt2为t2时刻全井综合含水率值，f；fw1(t2)与fw2(t2)分别为t2时刻优势渗流通道和正常储层的含水率，f；q1(t2)与q2(t2)分别为t2时刻优势渗流通道和正常储层的产液量，f；

计算前先对产量方程进行处理变形：

由等饱和度面移动方程取微分得：

含水率方程：

式中：kro、krw分别为油相、水相相对渗透率，f；

则产量方程：

其中，

式中：fw(swf)为水驱前缘饱和度下的含水率，f；f′w(swei)为优势渗流通道或正常储层的出口端含水饱和度下的含水率导数，f；

本计算方法的具体步骤为：

a)首先已知注采井间渗流截面a，假设其中优势渗流通道的渗流截面a1，则其中正常储层渗流截面a2＝a-a1；

b)分别计算初始时刻各层的注入量，设置时间步长，采用迭代计算至t2时刻，若此时含水率等于fwt2，则保留a1，否则修改a1值重新计算；

c)利用计算得到的a1值计算优势渗流通道的发育体积：

式中：v1为优势渗流通道发育体积，m³；v为注采井间波及体积，m³。

第五步中筛选调堵井组、指导调堵剂类型和注入量的设计：

当优势渗流通道与正常储层渗透率比值视为优势渗流通道弱发育，优势渗流通道与正常储层渗透率比值视为优势渗流通道强发育，建议进行调堵措施；调堵剂地下颗粒半径应达到优势渗流通道平均孔吼半径的1/10～1/3，以达到有效封堵优势渗流通道的目的；调堵剂注入量根据计算得到的优势渗流通道体积进行设计：

式中：v调堵为调堵段塞用量，m³；v为注采井间波及体积，m³；δ为注入孔隙体积倍数，f；

注入孔隙体积倍数δ，可以根据具体调堵剂，采用油藏工程方法进行模拟优化，通过模拟不同注入孔隙体积倍数条件下堵剂用量对应的措施效果，优化出最优的堵剂用量。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明针存在优势渗流通道的注采井见水后含水率的叠加跃变现象，利用求导方法放大差异，实现了优势渗流通道发育情况的判别。

(2)本发明对注水开发的油田提供了一套优势渗流通道参数定量计算的方法，包括优势渗流通道的孔吼尺寸和发育体积，该方法依据常规的动态参数和矿场基本数据，以非活塞水驱油理论为基础，建立优势渗流通道与正常储层各项参数之间的关系式，进而联立求取优势渗流通道参数。

(3)本发明基于得到的优势渗流通道参数可以进行油水井调堵决策，同时根据优势渗流通道孔吼半径尺寸和发育体积指导调堵措施的设计。

(4)基于以上三点，本发明进一步提高了优势渗流通道的计算精度、油水井调堵措施效果，并且无需额外测试工作，节省了费用及时间，实现了优势渗流通道的快速定量评价、调堵措施定量决策，为油田开发提供有力保障。

附图说明

图1是本发明水驱油藏井组调堵决策方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的含水率导数特征值确定方法图；

图3为本发明实施例提供的q油田岩心平均孔喉半径与渗透率关系图；

图4为本发明实施例提供的优势渗流通道发育体积计算程序图；

图5为本发明实施例提供的x井生产曲线图；

图6为本发明实施例提供的x井含水率及导数曲线图；

图7为本发明实施例提供的x井组调驱后的效果曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明水驱油藏井组调堵决策方法，如图1所示，具体实现过程如下：

第一步：对于研究区块井组的生产井生产动态数据，采用平滑算法消除噪点计算含水率导数，绘制含水率、含水率导数与时间的关系曲线，根据含水率导数曲线是否呈现双峰特征，判断是否存在优势渗流通道发育，确定优势渗流通道及正常储层的见水时间。具体过程如下：

为方便叙述计算过程区分优势渗流通道和正常储层参数，将见水时间、渗透率等参数附加下标i，i＝1时代表优势渗流通道，i＝2时代表正常储层。

为了保障含水率及其导数曲线具有较好的光滑性和比进度，提高准确性和可靠性，采用如下公式对研究区块井组的生产井生产动态数据降噪：

式中：fw、f′w分别为生产井综合含水率、含水率导数，f；fwj-1、fwj、fwj+1分别代表第j-1、j、j+1时刻的含水率，f；tj-1、tj、tj+1分别代表第j-1、j、j+1时刻的生产时间，d。下标j代表时间步长。

存在优势渗流通道的井组含水率实际为正常储层与优势渗流通道储层含水率的叠加反映。

式中：qi为优势渗流通道或正常储层的产液量，m³/s；fwi为优势渗流通道或正常储层的含水率，f。

正常储层见水后含水率上升平滑，含水率导数曲线在见水时刻出现峰值，随后单调递减。发育优势渗流通道的井：注入水首先沿高渗优势渗流通道到达生产井，即第一见水时刻，这也是含水率导数曲线的第一个峰值对应的时间；随后注入水沿渗透率较低正常储层到达生产井，即第二见水时刻，由于水驱前缘含水率是一个跃变，这也是对应含水率导数曲线的第二个峰值。发育优势渗流通道的井含水率曲线特征为迅速上升后有一个平缓段，然后再上升，含水率导数曲线的特征是出现双峰。如图2所示，通过含水率和含水率导数曲线，可确定优势渗流通道是否存发育，并确定ti值，ti为优势渗流通道或正常储层的见水时间，s。

第二步：根据以b-l方程为基础推导出的见水时间和物性关系式，采用比值的方式消除压差、井距等参数，最终得到含水率导数特征值与物性关计算式，求取优势渗流通道与正常储层渗透率之比，进而得到优势渗流通道渗透率。

其中，优势渗流通道渗透率的计算方法及理论推导包括：

(ⅰ)建立定压条件下的双层非活塞式水驱油模型

优势渗流通道或正常储层的渗流符合非活塞式水驱油，水驱前缘位置为：

式中：xfi为优势渗流通道或正常储层的水驱前缘位置，m；swf为水驱前缘含水饱和度，f；f′w(swf)为水驱前缘饱和度下的含水率导数，f；为优势渗流通道或正常储层的孔隙度，f；为从0到t时刻优势渗流通道或正常储层的累积注入量，m³；ai为优势渗流通道或正常储层的渗流截面积，m²；

依据b-l理论，两相区某一点a与注入端压差：

式中：krw为水相相对渗透率，10^-3μm²；δpai为优势渗流通道或正常储层的某点a与注入端之间压差，mpa；xa为a位置与原点距离，m；pai为优势渗流通道或正常储层x＝a位置处压力，mpa；pinj为注入井底压力，mpa；v为总渗流速度，m/s；ki为优势渗流通道或正常储层的储层渗透率，10^-3μm²；fw(sw)为含水饱和度sw下的含水率，f；μw为水相黏度，mpa·s；

结合式(3)、(4)，注入井至水驱前缘任意处压差与含水饱和度关系：

式中，

式中：f′w(sw)为含水饱和度sw下的含水率导数，f；swa为x＝a位置的含水饱和度，当swa＝swf，则得到f(swf)＝c(常数)。联立上述两个方程积分整理后，可以得到0～t时刻两相区的累积注入量为：

式中：δp为注入端与产出端之间压差，mpa；t为生产时间，s；l为注采井距，m；μo为油相黏度，mpa·s；

上式与等饱和度面移动方程结合：

水驱前缘到达采油井，xfi＝l，见水时间可以由下式求得：

(ⅱ)计算优势渗流通道渗透率

为了消除等参数波动及计量带来的误差并进一步简化计算，采用比值方法约去相关参数，可以得到优势渗流通道与正常储层的见水时间之比为：

发育优势渗流通道后孔隙度并未发生变化，主要是孔吼结构导致的渗透率变化，因此可以令进行简化，则优势渗流通道的渗透率计算式：

第三步：利用第二步所求得的优势渗流通道渗透率，基于所在矿区岩心实验结果(见图3)，求取优势渗流通道的平均孔吼半径。

其中，优势渗流通道的平均孔吼半径计算方法：根据油田已有的孔喉半径与渗透率关系，将第二步中获得的优势渗流通道渗透率带入其中，获取优势渗流通道的平均孔吼半径。

第四步：利用第二步所求得的优势渗流通道渗透率，结合相渗、井距、注采井间波及面积等已知开发参数求取优势渗流通道体积。

其中，优势渗流通道发育体积计算方法：

在t2时刻，由于优势渗流通道早已见水，完全处于两相渗流区，而正常储层的水驱前缘刚刚抵达生产井，若将该时刻含水率取跃变前一刻的值，此时fw2(t2)＝0，因此可以得到全井含水率满足：

式中：fwt2为t2时刻全井综合含水率值，f；fw1(t2)与fw2(t2)分别为t2时刻优势渗流通道和正常储层的含水率，f；q1(t2)与q2(t2)分别为t2时刻优势渗流通道和正常储层的产液量，f。

上述方程中，qi在每个时刻都是变值，两类储层的渗流截面之和即为井组渗流截面，因此优势渗流通道的渗流截面采用迭代求解。由于优势渗流通道一般发育在正常储层底部，注采井间波及体积已知，进而可以得出优势渗流通道的发育体积。

计算前先对产量方程进行处理变形：

由等饱和度面移动方程取微分得：

含水率方程：

式中：kro、krw分别为油相、水相相对渗透率，f，均与含水饱和度有关。

则产量方程：

其中，

式中：fw(swf)为水驱前缘饱和度下的含水率，f；f′w(swei)为优势渗流通道或正常储层的出口端含水饱和度下的含水率导数，f。

本计算方法的计算程序见图4，具体步骤为：

a)首先已知注采井间渗流截面a，假设其中优势渗流通道的渗流截面a1，则其中正常储层渗流截面a2＝a-a1；

b)分别计算初始时刻各层的注入量，设置时间步长，采用迭代计算至t2时刻，若此时含水率等于fwt2，则保留a1，否则修改a1值重新计算；

c)利用计算得到的a1值计算优势渗流通道的发育体积：

式中：v1为优势渗流通道发育体积，m³；v为注采井间波及体积，m³。

第五步：利用第二步中优势渗流通道与正常储层渗透率之比筛选调堵井组，利用第三步求得的优势渗流通道的平均孔吼半径和第四步求得的优势渗流通道体积，指导调堵剂类型和注入量的设计。具体过程如下：

当优势渗流通道与正常储层渗透率比值视为优势渗流通道弱发育，优势渗流通道与正常储层渗透率比值视为优势渗流通道强发育，建议进行调堵措施。调堵剂地下颗粒半径应达到优势渗流通道平均孔吼半径的1/10～1/3，以达到有效封堵优势渗流通道的目的。调堵剂注入量根据计算得到的优势渗流通道体积进行设计：

式中：v调堵为调堵段塞用量，m³；v为注采井间波及体积，m³；δ为注入孔隙体积倍数，m³。

注入孔隙体积倍数δ，可以根据具体调堵剂，采用油藏工程方法进行模拟优化，通过模拟不同注入孔隙体积倍数条件下堵剂用量对应的措施效果，优化出最优的堵剂用量。

如图5所示为本发明实施例提供的x井生产曲线图，利用该井曲线进行平滑处理绘制含水率及导数曲线图。

图6为本发明实施例提供的x井含水率及导数曲线图。含水率导数曲线出现明显偏折，说明该井发育优势渗流通道，依据本发明算法及区块基本参数计算结果该井组的优势渗流通道参数如表1所示。解释成果指导对应注水井采用适用于6000～8000md的纳米微球药剂进行调驱作业，如图7所示调驱后x井含水率大幅下降，产油量大幅增加，证实对于优势渗流通道的预测和计算较为准确，可以有效指导现场实践。

表1x井优势渗流通道参数解释成果表

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。