基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，包括以下步骤；S1：预测断层承压界限；S2：计算现今平衡地层压力；S3：计算原始地层压力；S4：比较现今的平衡地层压力与断面承压界限的大小，如果现今平衡地层压力小于断面承压界限，断层是稳定的，可以适当提高生产压力，增加油井产能；如果现今平衡地层压力大于断面承压界限，断层处于不稳定状态，需要按照断块内注采参数优化调整的方法在断层两侧断块内分别进行注采参数调整。本发明基于断层维持稳定性所需的临界压力的预测，改进了油田注水参数优化调整的方法，避免由于异常高地层压力造成断层活化引起生产安全事故的发生。
【专利说明】
基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及油田注水开发技术领域，尤其涉及一种基于断层稳定性评价的油田注 采参数优化调整的方法。
【背景技术】
[0002] 注水开采是我国大多数油田的主要采油方式，利用注水井向油层中出水从而补充 地层能量，提高油层压力，达到油田稳产的效果。但是由于地层岩石物性的差异，不同油层 水驱效果差异较大，地层压力也存在不均衡性，久而久之，尤其是开发历史较长的油田，随 着注水压力的逐渐增大，泥岩亲水蠕变造成油水井的套损及注采不平衡问题，给油田安全 生产带来了隐患，因此需要根据正常地层压力，在既能满足油田提高产液量的地层能力的 需求，又不造成油田安全生产事故的前提下，对油田的注采关系进行优化。
[0003] 现有的油田注采关系优化调整方案的理论基础就是物质平衡法，即采液量与注液 量之间满足一定的比例关系，符合注入量与采液量的物质平衡。计算出注液量与采液量平 衡时的平衡地层压力，将该压力与正常地层压力进行对比，根据对比结果，对注液量和采液 量进行适当的调整，目标是将平衡地层压力调整至低于泥岩蠕变压力，但是现有的油田注 采关系优化调整方法并没有考虑地下断层维持其稳定性所需要临界压力条件。如果调整后 的平衡地层压力大于断层的承压界限，断层将失去稳定性而发生重新活动，即"断层活化"， 将发生油田安全生产事故。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于断层稳定性 评价的油田注采参数优化调整的方法。
[0005] 基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，包括以下步骤；
[0006] S1:预测断层承压界限，包括断层活化模型的构建，断面应力的计算和断层摩擦系 数的计算；
[0007] S2:计算平衡地层压力，包括注入量的计算，采液量的计算，平衡地层压力的计算；
[0008] S3:计算原始地层压力；
[0009] S4:比较现今的平衡地层压力与断面承压界限的大小，如果现今平衡地层压力小 于断面承压界限，断层是稳定的，可以适当提高生产压力，增加油井产能；如果现今平衡地 层压力大于断面承压界限，断层处于不稳定状态，需要按照断块内注采参数优化调整的方 法在断层两侧断块内分别进行注采参数调整。
[0010]优选的，所述断层活化模型的构建过程如下：在对断面进行三维应力分析基础上， 基于Byerlee滑动准则可以建立断层滑动破裂模型:€ =以(〇"+八？）= ^+八？，其中4为断面 摩擦力，μ为断面摩擦系数，ση为应力状态是三个主应力σι，〇2，〇3在断面上引起的正应力，τ η 为三个主应力在断面上引起的剪应力，△ Ρ为地下流体压力的增加量，在正常地层压力条件 下，断面正压力所产生的摩擦力远大于断面剪切应力，断层静止不动，但在油田注水开发过 程中，注水压力将通过地下流体传导至断裂带处，地层压力增加量将抵消一部分断面正压 力，进而使得断面摩擦力减小，当断面摩擦力小于断面剪切应力时，断层将失去切向稳定 性，而发生剪切滑动破裂。
[0011]优选的，所述断面应力的计算中断面所承受的正应力与剪切应力的计算采用 Ramsay推导的计算公式计算，BP
[0012] on=〇icos2a+〇2cos2P+〇3C〇s 2 γ
[0013] τη2= (〇i-〇2)2cos2acos2P+(〇2-o3) 2cos2Pcos2 γ +(〇3-〇i)2cos2 γ cos2a
[0014] 其中，ση为三个主应力σι，σ2，σ 3在断面上引起的正应力；
[0015] τη为三个主应力0^02,03在断面上引起的剪应力，α，β，γ为断面法线与0^02,03方 向间的夹角；
[0016]在实际操作过程中，α，β，γ很难确定，可以利用断层的倾角和走向利用三角函数 转换，求得α，β，γ的余弦值：
[0017] cosa =sin(p cos0
[0018] cosP =sin(p sin0
[0019] cosy =οο?φ
[0020] 其中，Θ为断面走向，单位为％
[0021] φ为断面倾角，单位为％
[0022] 而地应力的计算采用石油大学黄荣樽教授得出的计算地应力公式计算，即
[0025]其中，α、β为两个水平方向上构造应力大小的两个常数，对于给定的地区是一个定 值；
[0026] σ为岩石泊松比；
[0027] σν为上覆岩层地应力；
[0028] Ρρ为地层流体压力；
[0029] α、β的计算公式为：
[0032]优选的，所述断层摩擦系数的计算过程中利用断层和地层的地震解释成果建立断 层圈闭控圈断裂三维构造模型，计算出断面每点的垂直断距值，同时利用录井、测井资料计 算断移地层泥质含量，再利用SGR算法计算断面每点的SGR值。
[0033] 优选的，所述注液量的计算公式为：
[0034] Qi = IX(Pl-P)XNw
[0035] 其中，Qi为日注入量，单位为m3/d;
[0036] I为吸水指数，单位为m3/(MPaXd);
[0037] Pi为注水井井底流压，单位为MPa;
[0038] P为地层压力，单位为MPa;
[0039] Nw为水井数，单位为口；
[0040]吸水指数I的计算公式为：
[0041] I = Qwi/(Pl-P)
[0042] 其中，Qwi为单井日注液量，单位为m3/d;
[0043] Pi为注水井井底流压，单位为MPa;
[0044] P为地层压力，单位为MPa;
[0045] 注井井底流压、地层压力以及水井数可以由油田生产动态数据获取到，由此，即可 计算出某一区块内的注液量。
[0046] 优选的，所述采液量的计算公式为：
[0047] Q1 = BXBiXaXJX (P-Pwf) XN。
[0048] 其中，Qi为日采液量，m3/d;
[0049] B为注采比，单位为无量纲；
[0050] Βι为原油体积系数，常数1.35;
[0051 ] a为无因次采液指数，单位为无量纲；
[0052] J为初期采液指数，单位为m3/(MPa X d);
[0053] P为地层压力，单位为MPa;
[0054] Pwf为油井井底流压，单位为MPa;
[0055] N。为油井数，单位为口。
[0056]优选的，所述采液量计算公式中各参数的计算为：
[0057] (1)无因次采液指数a = Qn/Qb，
[0058] 其中，α为无因次采液指数，单位为无量纲；
[0059] Qn为现今采液量，单位为m3;
[0060] Qb为初期采液量，单位为m3;
[0061] (2)注采比 Β = 〇?±/〇*，
[0062 ]其中，Qa为断块内所有相同井别的注水井的注入量累加和的地下体积，单位为m3;
[0063] Q*为断块内所有相同井别的采油井的采液量累加和的地下体积，单位为m3;
[0064] ⑶初期采液指数】 = 〇η/(Ρ?-ΡνΗ)，
[0065] 其中，J为初期采液指数，单位为m3/(MPaXd);
[0066] Qh为单井初期日采液量，单位为m3/d;
[0067] Pi为初始地层压力，单位为MPa;
[0068] Pwf i为油井初始井底流压，单位为MPa;
[0069] (4)单井日采液量 Qii = 1 · 35 X Q〇i+Qwi，
[0070] 其中，Qh为单井日采液量，单位为m3/d;
[0071] Qoi为单井日采油量，单位为t/d;
[0072] Qwi为单井日采水量，单位为m3/d;
[0073] (5)原始地层压力P〇i = 0·〇98 X (38+0·〇82 X (H〇-Hb))
[0074] 其中，Poi为原始地层压力，单位为MPa;
[0075] Η。为油层中部深度，单位为m;
[0076] Hb为补心海拔，单位为m。
[0077] 优选的，所述平衡地层压力的计算公式为：
[0079] 其中，I为吸水指数，单位为m3/(MPaXd);
[0080] Pi为初始地层压力，单位为MPa;
[0081 ] Nw为水井数，单位为口；
[0082] B为注采比，单位为无量纲；
[0083] Bi为原油体积系数，常数1.35;
[0084] α〇为无因次采液指数，单位为无量纲；
[0085] J为初期采液指数，单位为m3/(MPa X d);
[0086] Pwf为油井井底流压，单位为MPa;
[0087] N。为油井数，单位为口。
[0088] 优选的，所述断面承压界限与断层承压界限的计算方法相同。
[0089] 本发明提出的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法结合断层维 持稳定性所需的临界压力，改进油田注水参数优化调整的方法，避免由于异常高地层压力 造成断层活化引起生产安全事故的发生。
【具体实施方式】
[0090 ]下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
[0091] 本发明提出的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，包括以下步 骤；
[0092] S1:预测断层承压界限，包括断层活化模型的构建，断面应力的计算和断层摩擦系 数的计算；
[0093] S2:计算平衡地层压力，包括注入量的计算，采液量的计算，平衡地层压力的计算；
[0094] S3:计算原始地层压力；
[0095] S4:比较现今的平衡地层压力与断面承压界限的大小，如果现今平衡地层压力小 于断面承压界限，断层是稳定的，可以适当提高生产压力，增加油井产能；如果现今平衡地 层压力大于断面承压界限，断层处于不稳定状态，需要按照断块内注采参数优化调整的方 法在断层两侧断块内分别进行注采参数调整。
[0096]本发明中，所述断层活化模型的构建过程如下：在对断面进行三维应力分析基础 上，基于Byerlee滑动准则可以建立断层滑动破裂模型:€ =以(〇"+八？）= ^+八？，其中4为断 面摩擦力，μ为断面摩擦系数，ση为三个主应力〇1， 〇2，〇3在断面上引起的正应力，τη为三个主 应力，〇2， 〇3在断面上引起的剪应力，△ Ρ为地下流体压力的增加量，在正常地层压力条件 下，断面正压力所产生的摩擦力远大于断面剪切应力，断层静止不动，但在油田注水开发过 程中，注水压力将通过地下流体传导至断裂带处，地层压力增加量将抵消一部分断面正压 力，进而使得断面摩擦力减小，当断面摩擦力小于断面剪切应力时，断层将失去切向稳定 性，而发生剪切滑动破裂。
[0097] 本发明中，所述断面应力的计算中断面所承受的正应力与剪切应力的计算采用 Ramsay推导的计算公式计算，BP
[0098] on=icos2a+〇2cos20+〇3cos2 γ
[0099] τη2= (〇i-〇2)2cos2acos2P+(〇2-o3) 2cos2Pcos2 γ +(〇3-〇i)2cos2 γ cos2a
[0100] 其中，〇n为三个主应力〇1，o2,o 3在断面上引起的正应力；
[0101] τη为三个主应力0^02,03在断面上引起的剪应力，α，β，γ为断面法线与0^02,03方 向间的夹角；
[0102] 在实际操作过程中，α，β，γ很难确定，可以利用断层的倾角和走向利用三角函数 转换，求得α，β，γ的余弦值：
[0103] cosa =sin(p cosG
[0104] cosp =sin(p sin0
[0105] COSY =cos(p
[0106] 其中，Θ为断面走向，单位为％
[0107] φ为断面倾角，单位为％
[0108] 而地应力的计算采用石油大学黄荣樽教授得出的计算地应力公式计算，即
[0111] 其中，α、β为两个水平方向上构造应力大小的两个常数，对于给定的地区是一个定 值；
[0112] 〇为岩石泊松比；
[0113] σν为上覆岩层地应力；
[0114] Ρρ为地层流体压力；
[0115] α、β的计算公式为：
[0117] 本发明中，所述断层摩擦系数的计算过程中利用断层和地层的地震解释成果建立 断层圈闭控圈断裂三维构造模型，计算出断面每点的垂直断距值，同时利用录井、测井资料 计算断移地层泥质含量，再利用SGR算法计算断面每点的SGR值。
[0118] 本发明中，所述注液量的计算公式为：
[0119] Qi = IX(Pl-P)XNw
[0120] 其中，Qi为日注入量，单位为m3/d;
[0121] I为吸水指数，单位为m3/(MPa X d);
[0122] Pi为注水井井底流压，单位为MPa;
[0123] P为地层压力，单位为MPa;
[0124] Nw为水井数，单位为口；
[0125] 吸水指数I的计算公式为：
[0126] I = Qwi/(Pl-P)
[0127] 其中，Qwi为单井日注液量，单位为m3/d;
[0128] Pi为注水井井底流压，单位为MPa;
[0129] P为地层压力，单位为MPa;
[0130] 注井井底流压、地层压力以及水井数可以由油田生产动态数据获取到，由此，即可 计算出某一区块内的注液量。
[0131 ]本发明中，所述采液量的计算公式为：
[0132] Q1 = BXBiXaXJX (P-Pwf) XN。
[0133] 其中，Qi为日采液量，m3/d;
[0134] B为注采比，单位为无量纲；
[0135] Βι为原油体积系数，常数1.35;
[0136] a为无因次采液指数，单位为无量纲；
[0137] J为初期采液指数，单位为m3/(MPa X d);
[0138] P为地层压力，单位为MPa;
[0139] Pwf为油井井底流压，单位为MPa;
[0140] N。为油井数，单位为口。
[0141] 本发明中，所述采液量计算公式中各参数的计算为：
[0142] (1)无因次采液指数a = Qn/Qb，
[0143] 其中，α为无因次采液指数，单位为无量纲；
[0144] Qn为现今采液量，单位为m3;
[0145] Qb为初期采液量，单位为m3;
[0146] (2)注采比 Β = 〇?±/〇*，
[0147] 其中，Qa为断块内所有相同井别的注水井的注入量累加和的地下体积，单位为m3;
[0148] Q*为断块内所有相同井别的采油井的采液量累加和的地下体积，单位为m3;
[0149] ⑶初期采液指数J = Qii/(Pi-Pwfi)，
[0150] 其中，J为初期采液指数，单位为m3/(MPa X d);
[0151] Qh为单井初期日采液量，单位为m3/d;
[0152] Pi为初始地层压力，单位为MPa;
[0153] Pwfi为油井初始井底流压，单位为MPa;
[0154] (4)单井日采液量 Qii = 1 · 35 X Q〇i+Qwi，
[0155] 其中，Qh为单井日采液量，单位为m3/d;
[0156] Qoi为单井日采油量，单位为t/d;
[0157] Qwi为单井日采水量，单位为m3/d;
[0158] (5)原始地层压力P〇i = 0·098 X (38+0·082 X (H〇-Hb))
[0159] 其中，Poi为原始地层压力，单位为MPa;
[0160] Η。为油层中部深度，单位为m;
[0161] Hb为补心海拔，单位为m。
[0162] 本发明中，所述平衡地层压力的计算公式为：
[0164] 其中，I为吸水指数，单位为m3/(MPaXd);
[0165] Pi为初始地层压力，单位为MPa;
[0166] Nw为水井数，单位为口；
[0167] B为注采比，单位为无量纲；
[0168] Bi为原油体积系数，常数1.35;
[0169] α〇为无因次采液指数，单位为无量纲；
[0170] J为初期采液指数，单位为m3/(MPaXd);
[0171] Pwf为油井井底流压，单位为MPa;
[0172] N。为油井数，单位为口。
[0173] 本发明中，所述断面承压界限与断层承压界限的计算方法相同。
[0174] 本发明提出的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法结合断层维 持稳定性所需的临界压力，改进油田注水参数优化调整的方法，避免由于异常高地层压力 造成断层活化引起生产安全事故的发生。
[0175] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特征在于，包括W下步骤； S1:预测断层承压界限，包括断层活化模型的构建，断面应力的计算和断层摩擦系数的 计算； S2:计算现今平衡地层压力，包括注入量的计算，采液量的计算，平衡地层压力的计算； S3:计算原始地层压力； S4:比较现今的平衡地层压力与断面承压界限的大小，如果现今平衡地层压力小于断 面承压界限，断层是稳定的，可W适当提高生产压力，增加油井产能；如果现今平衡地层压 力大于断面承压界限，断层处于不稳定状态，需要按照断块内注采参数优化调整的方法在 断层两侧断块内分别进行注采参数调整。2. 根据权利要求1所述的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特 征在于，所述断层活化模型的构建过程如下：在对断面进行Ξ维应力分析基础上，基于 Byerlee滑动准则可W建立断层滑动破裂模型:f = μ(On+ΔP) = τn+ΔP，其中，f为断面摩擦 力，μ为断面摩擦系数，On为Ξ个主应力〇1，〇2，〇3在断面上引起的正应力，和为立个主应力σι， 02，化在断面上引起的剪应力，A Ρ为地下流体压力的增加量，在正常地层压力条件下，断面 正压力所产生的摩擦力远大于断面剪切应力，断层静止不动，但在油田注水开发过程中，注 水压力将通过地下流体传导至断裂带处，地层压力增加量将抵消一部分断面正压力，进而 使得断面摩擦力减小，当断面摩擦力小于断面剪切应力时，断层将失去切向稳定性，而发生 剪切滑动破裂。3. 根据权利要求1所述的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特 征在于，所述断面应力的计算中断面所承受的正应力与剪切应力的计算采用Ramsay推导的 计算公式计算，即其中，On为Ξ个主 应力〇1，〇2,〇3在断面上引起的正应力； Τη为Ξ个主应力〇1，〇2，〇3在断面上引起的剪应力，α，β，丫为断面法线与〇1，〇2，〇3方向间 的夹角； 在实际操作过程中，α，β，丫很难确定，可W利用断层的倾角和走向利用Ξ角函数转换， 求得α，β，丫的余弦值： C0忌Gt =这i.n:(p COS? cosg =s:in:(p s'i:n0 cosy 二coscp 其中，Θ为断面走向，单位为％ φ为断面倾角，单位为％ 而地应力的计算采用石油大学黄荣樽教授得出的计算地应力公式计算，即其中，α、β为两个水平方向上构造应力大小的两个常数，对于给定的地区是一个定值； σ为岩石泊松比； 0V为上覆岩层地应力； 巧为地层流体压力； α、β的计算公式为：4. 根据权利要求1所述的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特 征在于，所述断层摩擦系数的计算过程中利用断层和地层的地震解释成果建立断层圈闭控 圈断裂Ξ维构造模型，计算出断面每点的垂直断距值，同时利用录井、测井资料计算断移地 层泥质含量，再利用SGR算法计算断面每点的SGR值。5. 根据权利要求1所述的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特 征在于，所述注液量的计算公式为： Qi = IX(Pl-P)XNw 其中，Qi为日注入量，单位为m3/d; I为吸水指数，单位为mV(MPaXd); Pi为注水井井底流压，单位为MPa; P为地层压力，单位为MPa; Nw为水井数，单位为口； 吸水指数I的计算公式为： I = Qwi/(Pl-P) 其中，Qwi为单井日注液量，单位为mVd; Pi为注水井井底流压，单位为MPa; P为地层压力，单位为MPa; 注井井底流压、地层压力W及水井数可W由油田生产动态数据获取到，由此，即可计算 出某一区块内的注液量。6. 根据权利要求1所述的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特 征在于，所述采液量的计算公式为： 化= BXBiX曰 XJX(P-Pwf) XN。 其中，Qi为日采液量，mVd; B为注采比，单位为无量纲； Bi为原油体积系数，常数1.35; α为无因次采液指数，单位为无量纲； J为初期采液指数，单位为m3/(MPa X d); P为地层压力，单位为MPa; Pwf为油井井底流压，单位为MPa; N。为油井数，单位为口。7. 根据权利要求6所述的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特 征在于，所述采液量计算公式中各参数的计算为： (1) 无因次采液指数a = Qn/Qb， 其中，α为无因次采液指数，单位为无量纲； Qn为现今采液量，单位为m3; 化为初期采液量，单位为m3; (2) 注采比6 =始/撫， 其中，Q注为断块内所有相同井别的注水井的注入量累加和的地下体积，单位为m3; Q*为断块内所有相同井别的采油井的采液量累加和的地下体积，单位为m3; (3) 初期采液指数J = Qii/(Pi-Pwfi)， 其中，J为初期采液指数，单位为m3/(MPa X d); 化1为单井初期日采液量，单位为m3/d; Pi为初始地层压力，单位为MPa; Pwfi为油井初始井底流压，单位为MPa; (4) 单井日采液量化i = 1.35 X Qoi+Qwi， 其中，Qii为单井日采液量，单位为m3/d; Qdi为单井日采油量，单位为t/d; Qwi为单井日采水量，单位为m3/d; (5) 原始地层压力Poi = 0.098 X (38+0.082 X 化。-Hb)) 其中，Poi为原始地层压力，单位为MPa; Ho为油层中部深度，单位为m; 化为补屯、海拔，单位为m。8. 根据权利要求1所述的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特 征在于，所述平衡地层压力的计算公式为：其中，功吸水指数，单位为m3/(MPa X d); Pi为初始地层压力，单位为MPa; Nw为水井数，单位为口； B为注采比，单位为无量纲； Bi为原油体积系数，常数1.35; 曰〇为无因次采液指数，单位为无量纲； J为初期采液指数，单位为m3/(MPa X d); Pwf为油井井底流压，单位为MPa; N。为油井数，单位为口。9.根据权利要求1所述的基于断层稳定性评价的油田注采参数优化调整的方法，其特 征在于，所述断面承压界限与断层承压界限的计算方法相同。
【文档编号】G06F19/00GK106096308SQ201610473535
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月25日
【发明人】刘哲, 史集建, 孙同文, 王超, 刘峻桥, 展铭望
【申请人】东北石油大学