流线数值试井理论与方法.ppt

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流线数值试井理论与方法姚军中国石油大学(华东)石油工程学院 传统试井理论与解释方法的局限性传统的试井理论与解释方法基于理想的油藏概念模型，其局限性为：均质、各向同性，无限大、单层油藏；关井测试时的压力、饱和度均匀分布；整个测试层建立一个试井解释模型，没有考虑油藏的非均质性；解释的参数为地层的平均参数；适合于探井和开发早期。 数值试井理论与解释方法基于油藏真实地质模型考虑油藏的复杂边界、生产历史、多相流动、非均质、井网以及井型等因素建立试井解释模型，采用数值求解方法进行求解，利用自动拟合方法进行多参数试井解释，为区别基于解析求解方法为基础的试井解释方法，称之为数值试井解释方法。数值试井解释方法考虑因素多、适用于开发过程，而且可解释渗透率分布和剩余油饱和度分布等重要信息，是将试井资料应用于油藏动态描述的重要途径。 流线数值试井理论与解释方法中国石油大学(华东)从1999年起基于流线方法形成了一套完善的数值试井理论与解释方法，形成了特色鲜明的数值试井解释方法，称之为流线试井解释方法。特点：基于真实油藏地质模型；考虑油藏的复杂边界、生产历史、多相流动、非均质、井网以及井型等因素；测试井周围每条流线建立一个方程联立形成流线试井解释模型；采用流线方法进行数值求解；采用遗传算法和双种群遗传算法进行多参数自动拟合。 流线数值试井理论与解释方法经过近十年的系统研究和完善，流线试井理论与解释方法从砂岩油藏发展到裂缝性双重介质油藏，从单层发展到多层，从水驱油藏发展到聚合物驱、碱驱和化学复合驱油藏，形成了完善的试井理论体系和解释方法，极大丰富了数值试井解释方法。编制了流线数值试井解释方法，在中国石化的胜利油田、中原油田、河南油田以及中国石油的大港油田等推广应用，形成了通过试井资料确定渗透率分布，尤其是剩余油分布的方法。 流线数值试井理论与解释方法根据油藏精细描述成果，建立地质模型流线求解生产阶段渗流数学模型数值求解得到理论压力响应遗传算法自动拟合测试压力建立测试阶段的流线数学模型输出试井解释参数建立生产阶段渗流数学模型历史拟合测试压力拟合不合格合格检验不合格合格技术路线 求解压力响应，自动拟合输出结果建立流线试井解释模型流线追踪压力场＋饱和度场流线数值试井理论与解释方法技术路线 单层水驱油藏流线数值试井解释方法单层水驱油藏流线数值试井解释模型包括生产阶段和测试阶段的流线数学模型。前者为简化的黑油模型，提供测试井测试时刻的压力分布、饱和度分布和流线分布。 测试阶段的流线数学模型：沿流线的渗流方程：内边界条件：生产井：注水井：单层水驱油藏流线数值试井解释方法外边界条件：流线的外边界即为流线的终止端，分别由油藏外边界和由该流线所到达的油水井的工作制度确定。饱和度方程：N—测试井周围的流线条数 单层水驱油藏流线数值试井解释方法生产井的理论压力响应不同油水粘度比的压力响应 多层水驱油藏流线数值试井解释方法多层水驱油藏测试阶段流线数学模型：沿流线的渗流方程：内边界条件：外边界条件：流线的外边界即为流线的终止端，分别由油藏外边界和由该流线所到达的油水井的工作制度确定。饱和度方程：生产井：注水井：N—测试井周围的流线条数;M—测试井的生产层位数； 多层水驱油藏流线数值试井解释方法无窜流时流线分布和压力响应考虑窜流时流线分布和压力响应 多层水驱油藏流线数值试井解释方法考虑窜流各层表皮系数相同时的压力响应不考虑窜流各层表皮系数相同时的压力响应考虑窜流各层表皮系数不同时的压力响应不考虑窜流各层表皮系数不同时的压力响应多层表皮系数的影响 多层水驱油藏流线数值试井解释方法复杂窜流的影响无窜流时的流线分布复杂窜流时的流线分布复杂窜流时由某一平面流线分布有窜流和无窜流时的压力响应对比 多层聚合物驱油藏流线数值试井解释方法多层聚合物驱油藏生产阶段渗流数学模型油组份(油相)渗流方程：水组份(水相)渗流方程：聚合物组分对流扩散方程：饱和度归一化方程： 多层聚合物驱油藏流线数值试井解释方法物化参数方程:(1)聚合物溶液的粘度(2)聚合物的吸附(3)渗透率降低系数(4)阻力系数和残余阻力系数(5)聚合物的不可及孔隙体积分数多层聚合物驱油藏测试阶段流线数学模型：该模型与多层水驱油藏测试阶段流线数学模型类似，不同之处在需要计算沿流线聚合物浓度分布 多层聚合物驱油藏流线数值试井解释方法含油饱和度分布流线上的含油饱和度分布流线上的聚合物浓度分布注聚测试井压力响应注聚后地层中聚合物的浓度分布 多层聚合物驱油藏流线数值试井解释方法注聚后水驱地层中聚合物的浓度分布网格上的含油饱和度分布流线上的含油饱和度分布流线上的聚合物浓度分布注入聚合物段塞后测试井压力响应 复杂近井条件下的流线数值试井解释方法考虑油层部分射开渗透率比为1时的流线分布渗透率比为1时的流线分布不同渗透率比下的压力响应 复杂近井条件下的流线数值试井解释方法射开厚度比为1/10时的流线分布射开厚度比为1/5时的流线分布不同射开厚度比时的压力响应射开厚度队压力响应的影响 复杂近井条件下的流线数值试井解释方法射孔部位对压力响应的影响中部射开时的流线分布顶部射开时的流线分布不同射开部位时的压力响应 不规则污染区的对压力响应的影响复杂近井条件下的流线数值试井解释方法流线分布图存在规则(圆型)污染区时的压力响应局部污染井与全部污染井的压力响应不同堵塞百分比时的压力响应 多层水驱双重介质油藏流线数值试井解释方法测试阶段流线数学模型：沿流线的渗流方程：内边界条件和外边界条件同前。饱和度方程： 双重孔隙介质多层油藏流线数值试井解释方法层间有窜流不同渗透率级差时的压力响应层间无窜流不同渗透率级差时的压力响应 水平井流线数值试井解释模型生产阶段数学模型采用简化的黑油模型，基本假设：①岩石和流体均为弱可压缩；②储层非均质，且渗透率各向异性；③储层存在油水两相流体，且流动符合达西定律；④忽略重力和毛管力的影响；⑤水平井以均匀流量或定流动压力生产，不考虑水平井井筒内的摩擦损失。水平井流线数值试井解释模型生产阶段的数学模型测试阶段的数学模型求生产历史求压力响应 控制方程初始条件外边界条件生产阶段的数学模型简化的黑油模型（封闭外边界）（定压外边界）（压力初始条件）（饱和度初始条件）（油相）（水相）水平井流线数值试井解释模型 水平井内边界条件的确定水平井井筒流入动态的描述：直井径向流方程椭圆流方程水平井流线数值试井解释模型 水平井内边界条件的确定定压内边界条件定产量内边界条件水平井流线数值试井解释模型 内边界条件均匀流量无限导流控制方程下标j表示流线序号；上标m表示由水平段穿过的网格序号。外边界条件按流线终点的位置分为油（水）井外边界条件和油藏外边界条件两类。测试阶段的流线数学模型j=1,2,…,Nmm=1,2,…,M(变井储)(变井储)(定井储)(定井储)水平井流线数值试井解释模型 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性水平井的压力响应特征hLhLWzwxwyw反五点法水平井与直井混合井网典型模型假定水平井的水平段全部射开水平井示意图 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性压力分布流线分布压力响应曲线压力和流线剖面 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性井筒储存阶段压力和压力导数与时间成正比，在压力和压力导数双对数图上，呈单位斜率直线。 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性早期径向流（垂直平面内） 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性线性流 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性晚期径向流（水平平面内）压力响应到达距离水平井更远的地方，流体从各个方向向水平井会集（或发散），水平井在水平平面内呈现出类似于垂直井的流动，形成平面径向流，这时流线呈类似于圆形的分布形态。 水平井流线数值试井解释模型压力响应特征及参数敏感性拟稳定流（水平平面内）压力响应到达油藏的各个外边界，油藏内各点的压力变化速度相等，压力和压力导数曲线呈单位斜率直线。 流线数值试井解释软件数值试井自动拟合解释方法的基本原理：解释参数：测试井区域的渗透率分布、剩余油饱和度分布、井筒存储系数、表皮系数以及边界类型和距离。S,C,K,…，等取何值时，上式取得最小值。双种群遗传算法。 流线数值试井解释软件流线数值试井解释软件地质建模及生产历史计算多参数试井解释计算结果显示计算结果输出地质储层建模自动历史拟合常规试井解释各种场图显示现代试井解释数值试井解释其它辅助功能流线图显示试井拟合曲线其它图形显示生产历史结果试井解释结果各种场图输出各种曲线输出生产历史计算软件总体方案设计 流线数值试井解释方法及软件的应用以此技术体系为依托，完成了以下项目：(1)中国石油股份公司“九五”科研项目“试井分析理论模型求解新方法研究”；(2)中国石化胜利油田公司项目“聚合物驱后油藏高渗透条带试井解释方法研究”；(3)中国石化中原油田分公司项目“用试井方法研究剩余油饱和度监测技术”；(4)中国石化河南油田分公司项目“应用试井技术研究聚合物驱后剩余油分布规律”；(5)中国石油股份公司大港油田分公司项目“数值试井方法定量描述剩余油分布和储层参数技术研究与应用”；(6)中国石化中原油田分公司项目“用数值方法研究剩余油饱和度研究”。 1.在河南双河油田437断块的应用情况1977年投产，分5个小层进行开采，共经历了合注合采、细分调整、井网一、二次加密调整、井网局部完善调整及三次采油(聚合物驱)六个开发阶段。井位图流线数值试井解释方法及软件的应用 流线数值试井解释方法及软件的应用31层32层33层34层测试时刻的流线分布 流线数值试井解释方法及软件的应用t/h井筒储存系数为0.42m3/MPa，各层的表皮系数依次为3.6、3.4、2.6和4.3。Δp,Δp’·t/MPaJ2221井压力响应拟合曲线 流线数值试井解释方法及软件的应用J2221井解释的渗透率分布31层32层33层34层 流线数值试井解释方法及软件的应用全部测试井综合解释的渗透率分布3331343235 流线数值试井解释方法及软件的应用全部测试井综合解释的剩余油分布（2005年8月）3331343235 流线数值试井解释方法及软件的应用2.在大港羊三木油田NgⅡ上3,4的应用情况羊三木油田NgⅡ上自上而下分为四个小层(1，2，3，4小层)，其中3,4小层油层厚度大占地质储量的绝大部分，为NgⅡ上油组的主力层，其开发历程如下：1）钻开发井网，投入开发(1971年8月～1972年2月)2）全面注水开发(1974年10月～1977年)3）第一次井网调整(1980～1983年)4）第二次井网调整(1985年)5）第三次井网调整(1987～1989年)6）开展碱/聚合物驱先导试验(1999年3月) 流线数值试井解释方法及软件的应用历史上的井油井：121口水井：56口注聚井：7口（3口正在注）测试概况油井：6口水井：13口（15井次）曾注聚井：2口正注聚井：3口总共：24口（26井次） 流线数值试井解释方法及软件的应用羊10-16羊新11-17羊10-15-1水区油区段塞区 流线数值试井解释方法及软件的应用馆II上3层含油饱和度分布馆II上4层含油饱和度分布 流线数值试井解释方法及软件的应用馆II上3层储量丰度分布(t/m2)馆II上4层储量丰度分布(t/m2) 流线数值试井解释方法是自创的一种实用性强的数值试井解释方法，它与目前所有的数值试井解释方法相比，具有速度快、精度高、考虑因素全、计算规模大等优点。结论名称指标SaphirEPSWelltest200本方法网格类型PEBI网格三角形网格PEBI网格有限单元体矩形网格(只是计算第一步需要网格)离散方法有限差分方法有限元方法有限元流线方法解的稳定性差好好较好计算速度慢很慢很慢很快油藏类型砂岩、单层砂岩、单层砂岩、单层砂岩和裂缝性双重介质油藏；单层和多层驱动类型水驱水驱水驱水驱、聚合物驱、二元(聚合物和碱)复合驱应用规模井数<10口井数<10口井数<10口井数〉100口生产历史考虑、不参与自动拟合考虑、不参与自动拟合考虑、不参与自动拟合考虑、参与自动拟合井条件井储效应污染效应井储效应污染效应井储效应污染效应井储效应、污染效应、部分射开、不规则污染区