非均质储层水平井砂液产出剖面动态演化模拟与预测方法技术

本发明专利技术公开了非均质储层水平井砂液产出剖面动态演化模拟与预测方法，涉及油气开采工程技术领域，利用本发明专利技术提供的方法，可以简易快速模拟砂液产出剖面演化过程，预测给定生产条件和生产时间下的地层流体和地层砂产出剖面，为水平井控砂和控水管柱设计提供重点产出部位，即重点控制井段和位置，提供控砂控水的目的性和综合效果。利用本发明专利技术提供的方法，可以快速识别非均质储层水平井的高速入流位置，判断防砂控水完井筛管的高冲蚀发生位置，指导优化筛管结构，在高冲蚀风险位置使用高抗冲蚀的筛管，提高完井筛管的综合抗冲蚀能力。另外，利用本发明专利技术提供的局部入流系数可以快速计算实际局部高速入流位置的最高流速，用于冲蚀损坏速率预测及预防。坏速率预测及预防。坏速率预测及预防。

【技术实现步骤摘要】
非均质储层水平井砂液产出剖面动态演化模拟与预测方法


[0001]本专利技术涉及油气开采工程
，具体涉及非均质储层水平井砂液产出剖面动态演化模拟与预测方法。

技术介绍

[0002]水平井技术作为石油与天然气开发的重要技术手段，具有生产井段长（几百米至上千米）、泄流面积大、采油速度快等优点。对于疏松砂岩易出砂油气藏的水平井，其开采面临出砂和出水两大棘手问题。长井段水平井的控砂和控水是保证其正常开采生产的核心技术之一。
[0003]水平井生产过程中，一般认为或假设为储层向水平井筒的供液入流剖面是均匀的。无论对于高产气井（例如每天200万方产量）还是油井（例如每天2000方产液量），如果按照水平段均匀入流计算，流体到达井筒内筛管的流速极低，远远达不到冲蚀破坏条件。但大量现场实践表明，部分出砂的油井和气井水平井，出现了完井筛管的冲蚀损坏现象，并且在有限较长井段内，冲蚀穿孔位置唯一，如图8所示。由此推断，储层向水平井的供液入流剖面是非均匀的。
[0004]由于油气储层本身存在胶结强度、渗透率等非均质性，以及储层在出砂过程中会对储层的孔隙度、渗透率的分布规律产生影响而改变；而沿井筒轴线方向储层孔隙度、渗透率分布的变化又会影响储层流通性和入流剖面，进而进一步反向影响出砂规律。即非均质易出砂储层的地层砂和流体产出剖面存在协同影响机制。上述协同影响机制导致非均质储层水平井的砂液入流剖面随生产时间而发生动态演化，使得砂液入流的非均质性越来越强，如图9所示。
[0005]易出砂储层水平井控砂和控水是保证高效生产的关键技术。由于水平井生产段长度大，储层物性差异导致水平井长生产段的产液剖面和出砂剖面具有非均质性，并且其非均质性随生产时间存在动态演化。对砂液产出剖面的准确刻画能够使防砂控水作业有的放矢，提高控砂控水效果。目前对储层物性认识主要以开发初期测得的静态数据为主，对于非均质储层水平井砂液产出剖面动态演化缺少模拟与预测方法，导致非均质储层的控砂控水措施优化设计缺乏动态依据。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述技术问题，提供了非均质储层水平井砂液产出剖面动态演化模拟与预测方法，实现非均质储层水平井生产段砂液产出剖面随生产时间的动态演化过程模拟和产出剖面预测。最终将对水平井出砂和出水剖面的判断识别由初始静态提升到动态层面，为解决长井段水平井砂水协同控制难题提供有效支撑，对于水平井长期开发方式动态优化、单井生产制度实时优化都具有普遍参考价值和科学意义。
[0007]专业术语解释：入流剖面包括“综合入流系数剖面”、“入流速度剖面”、“出砂强度剖面”，“综合入流系数剖面”、“入流速度剖面”、“出砂强度剖面”分别为全井段综合入流系
数、入流速度和出砂强度在该时刻的集合。
[0008]本专利技术解决技术问题的技术方案为：非均质储层水平井砂液产出剖面动态演化模拟与预测方法，包括以下步骤：S1：根据水平井井身结构和水平生产段长度，对水平井水平生产段进行网格划分；根据初始声波时差、密度和中子测井资料计算得到储层岩石内聚强度、孔隙度、渗透率的非均质分布剖面；根据生产层位测试物性数据进行孔隙度和渗透率总体校正；所述步骤S1中，对水平井长生产井段以ΔH（建议取0.2~0.5m）为间隔进行分段网格划分，共分为N段，用序号i表示任一分段的序号，1≤i≤N，如图1所示；根据声波时差、密度测井资料计算储层岩石内聚强度的公式如式（1）所示：(1)式中，为第j个测井深度岩石内聚强度，MPa；σ
c
为岩石单轴抗压强度，MPa；ρ
r
为地层岩石密度，kg/m3；
∆
t
h
为横波时差，μs/m；
∆
t
v
为纵波时差，μs/m；根据中子测井资料计算储层孔隙度的公式如式（2)、(3）所示：(2)(3)式中，为中子孔隙度，无量纲；为岩石骨架密度，g/cm3;为地层水密度，g/cm3;为泥质含量，无量纲；为泥质密度，g/cm3;为计算得到初始孔隙度，无量纲；为密度孔隙度，无量纲；一般砂岩储层分别取2.65、1、2.42。
[0009]计算储层渗透率的计算公式如(4)所示：(4)式中，k为渗透率，mD；S
wi
为束缚水饱和度，无量纲。
[0010]定义孔隙度校正系数、渗透率校正系数为：储层油藏工程标定的储层平均孔隙度、渗透率与根据测井资料计算得到的非均匀剖面的孔隙度、渗透率的平均值的比值，用(5)、(6)计算：(5)(6)式中分别为孔隙度校正系数、渗透率校正系数，无量纲；分别为储层油藏工程标定的储层平均孔隙度和渗透率，单位分别为小数（无量纲）和mD；分别为根据测井资料和式（3）、(4）计算得到的第j个测井深度的初始孔隙度和渗透率，单位分别为小数（无量纲）和mD；M为测井数据数量，无量纲。
[0011]根据油藏工程标定的储层平均孔隙度和渗透率，校正根据测井数据得到的孔隙度、渗透率的非均匀分布数据，如式（7)、(8）所示：(7)(8)式中，为校正后第j个测井深度的初始孔隙度，无量纲；为校正后第j个测井深
度的初始渗透率，mD；定义为i井段平均孔隙度，无量纲，其计算方法为i井段范围内全部的算术平均值。
[0012]S2：根据水平井产量、渗透率、生产段长度和生产压差，拟合计算平均拟采油指数、拟采气指数和拟采水指数；按照生产段均匀入流情形计算水平段入流强度分布；根据水平段入流强度分布和地层静压及趾端井底流压，计算水平段流动压降及各网格段井筒压力；根据本专利技术优选的，所述步骤S2中，定义拟采油/水/气指数分别如式（9)、(10)、(11）所示并用其计算：(9)(10)(11)式中，为平均拟采油指数，；为水平井产油量，m3/d;k0为储层油藏工程标定的储层平均渗透率，mD；L
h
为水平井生产段长度，m；为生产压差，MPa；J
XW
为平均拟采水指数，m2/（N
·
s）；Q
w
为水平井产水量，m3/d;J
xg
为平均拟采气指数，m2/（N
·
s）；Q
g
为水平井产气量，m3/d。
[0013]按照全井均匀入流剖面初始化井筒入流强度，用于计算井筒压力分布，水平段各井段的实际井底流压的计算公式如式（12）所示：(12)式中，P
wf(i)
为第i井段实际井底流压，MPa，当i=1时，，为标定井底流压；为第i井段单位长度流动压力损失，MPa/m；根据流动摩阻压降公式计算得到，第i井段实际井筒流量为该井段至趾端全部网格入流量之和。
[0014]S3：使用地层静压减去井筒压力得到各网格段的储层入流生产压差；根据拟采油指数、拟采气指数和拟采水指数计算网格段的油、气、水入流强度，形成初始入流剖面；根据本专利技术优选的，所述步骤S3中，水平段各井段的实际生产压差的计算公式如式（13）所示：(13)式中，P
r
—地层静压，MPa；—第i点的实际生产压差，MPa。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非均质储层水平井砂液产出剖面动态演化模拟与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据水平井井身结构和水平生产段长度，对水平井水平生产段进行网格划分：对水平井长生产井段以ΔH为间隔进行分段网格划分，共分为N段，用序号i表示任一分段的序号，1≤i≤N；根据初始声波时差、密度和中子测井资料计算得到岩石内聚强度、孔隙度、渗透率的非均质分布剖面：根据声波时差、密度测井资料计算储层岩石内聚强度的公式如式（1）所示：(1)式中，为第j个测井深度岩石内聚强度，MPa；σ
c
为岩石单轴抗压强度，MPa；ρ
r
为地层岩石密度，kg/m3；
∆
t
h
为横波时差，μs/m；
∆
t
v
为纵波时差，μs/m；根据中子测井资料计算储层中子孔隙度的公式如式（2)、(3）所示：(2)(3)式中，为中子孔隙度，无量纲；为岩石骨架密度，g/cm3;为地层水密度，g/cm3;为泥质含量，无量纲；为泥质密度，g/cm3;为计算得到初始孔隙度，无量纲；为密度孔隙度，无量纲；计算储层渗透率的计算公式如(4)所示：(4)式中，k为渗透率，mD；S
wi
为束缚水饱和度，无量纲；根据生产层位测试物性数据进行孔隙度和渗透率总体校正：定义孔隙度校正系数、渗透率校正系数分别为储层油藏工程标定的储层平均孔隙度、渗透率与根据测井资料计算得到的非均匀剖面的孔隙度、渗透率的平均值的比值，用(5)、(6)计算：(5)(6)式中分别为孔隙度校正系数、渗透率校正系数，无量纲；分别为储层油藏工程标定的储层平均孔隙度和渗透率，单位分别为小数(无量纲)和mD；分别为根据测井资料和(3)、(4)计算得到的第j个测井深度点的初始孔隙度和渗透率，单位分别为小数无量纲和mD；M为测井数据数量，无量纲；根据油藏工程标定的储层平均孔隙度和渗透率，校正根据测井数据得到的孔隙度、渗透率的非均匀分布数据，如(7)、(8)所示：
(7)(8)式中，为校正后第j个测井深度的初始孔隙度，无量纲；为校正后第j个测井深度的初始渗透率，mD；定义为i井段平均孔隙度，无量纲，其计算方法为i井段范围内全部算术平均值；S2：根据水平井产量、渗透率、生产段长度和生产压差，拟合计算平均拟采油指数、拟采气指数和拟采水指数；根据水平段入流强度分布和地层静压及趾端井底流压，计算水平段流动压降及各网格段井筒压力；平均拟采油/水/气指数分别用式（9)、(10)、(11）计算：(9)(10)(11)式中，为平均拟采油指数，；为水平井产油量，m3/d;k0为储层油藏工程标定的储层平均渗透率，mD；L
h
为水平井生产段长度，m；为生产压差，MPa；J
XW
为平均拟采水指数，m2/（N
·
s）；Q
w
为水平井产水量，m3/d;J
xg
为平均拟采气指数，m2/（N
·
s）；Q
g
为水平井产气量，m3/d；按照全井均匀入流剖面初始化井筒入流强度，用于计算井筒压力分布，水平段各井段的实际井底流压的计算公式如式（12）所示：(12)式中，P
wf(i)
为第i井段实际井底流压，MPa，当i=1时，，为标定井底流压；为第i井段单位长度流动压降，MPa/m；根据流动摩阻压降公式计算得到；S3：使用地层静压减去各井段实际井筒压力得到各网格段的储层入流生产压差；根据拟采油指数、拟采气指数和拟采水指数计算网格段的油、气、水入流强度，形成初始入流剖面：水平段各井段的实际生产压差的计算公式如式（13）所示：(13)式中，—第i点的实际生产压差，MPa；P
r
—地层静压，MPa；各分井段的储层岩石骨架体积计算公式如式（14）所示：(14)式中，TV
(i)
为第i井段储层岩石骨架体积，m3；R
w
为井筒半径，m；R
m
为地层出砂半径，m；流体入流强度计算公式如式（15)、(16)、(17)、(18）所示：(15)
(16)(17)(18)式中，Q
o(i)
为i段处油入流强度，m3/(d
·
m）；Q
w（i）
为i段处水入流强度，m3/（d
·
m）；Q
g（i）
为i段处气体入流强度，m3/（d
·
m）；Q
l(i)
为i段处流体入流强度，m3/（d
·
m）；k
（i）
为i井段内的全部k
0j
的平均值；总流速计算公式如式（19）所示：(19)V
f(i)
为流体入流流速，m/min；D
w
为井筒直径，m；S4：根据各网格段流体入流流速和岩石内聚强度计算出砂速率和含砂浓度，形成出砂强度非均匀分布剖面；计算综合入流系数得到综合入流非均匀剖面：计算全井段的各段处的V
f(i)
与各测井深度的S
0j
，再通过全井段计算平均值得到平均流体入流流速V
fa
和平均内聚强度S
0a
，所述的V
fa
、S
0a
分别为全井段的V
f(i)
和S
0j
的算术平均值：拟出砂指数计算公式如式（20）所示：(20)式中，J
xs
为拟出砂指数，m/s；L
qs
为出砂强度，L/（d
·
m）；U
f
为流体黏度，mPa.s；根据入流条件计算出砂速率和含砂浓度，如式（21）所示：(21)Q
s（i）
为i井段处出砂速率，L/（d
·
m）；S
0（i）
为第i井段的平均内聚强度，为第i井段内的全部S
0j
的平均值；含砂浓度计算公式如式（22）所示：(22)C
s（i）
为i井段处含砂浓度，无量纲；综合入流系数计算公式如式（23）所示：(23)式中，Z
（i）
为综合入流系数，无量纲；Q
sa
为全井段平均出砂速率，L/（d
·
m），为对各井段的Q
s（i）
计算平均值；S5：绘制初始时刻（t=0）投产状态的水平段储层岩石内聚强度、孔隙度、渗透率、油气水入流强度、出砂强度、液体含砂率、综合入流指数等指标的非均匀分布剖面图：以水平井井深为横坐标，分别以水平井各井段储层岩石内聚强度、孔隙度、渗透率、油气水入流强度、出砂强度、液体含砂率、综合入流指数等指标为纵坐标，绘制非均匀分布剖面折线图；S6：设定生产时间步长
∆
t，在初始时刻（t=0）各指标非均匀入流剖面基础上，计算

【专利技术属性】
技术研发人员：董长银，王力智，甘凌云，皇凡生，王卫阳，陈德春，周博，宋雅君，陈琛，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：