CN102953726A - 一种水驱油田优势通道识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种水驱油田优势通道识别方法及装置，应用不稳定压力恢复试井资料对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别，该方法包括设置试井典型特征曲线图版步骤；试井井底压力测量步骤；试井井底压力导数计算步骤；绘制实测试井关系曲线步骤及判断优势通道的存在及其发育级别步骤；该装置包括：设置典型特征曲线图版模块、井底压力测量模块、井底压力导数计算模块、绘制试井关系曲线模块及判断模块。本发明与现有技术相比，准确性高、通用性强，简单易行，具有较强的可操作性，可以为油田下一步增产措施的实施和提高采收率方案的设计提供技术支持。

Description

一种水驱油田优势通道识别方法及装置

技术领域

本发明涉及水驱油田优势通道的识别技术，特别是一种利用不稳定试井方法对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别的水驱油田优势通道识别方法及装置。 

背景技术

在油田的长期注水开发过程中，储层孔隙结构会发生很大变化。油层非均质性等地质因素、开采速度过快等开发因素以及油层压力的变化等都会使储层孔喉半径增大，渗透率增大，从而在储层中形成次生高渗透条带，即优势通道。在油田开发过程中，优势通道最敏感的开发参数是压力和产量，而且试井所录取的资料是各种资料中唯一在油气藏流体流动状态下录取的资料，因此分析结果也最能代表油气藏的动态特性。由于优势通道是在油田开发过程中逐渐形成的，因此优势通道的发育级别不是一成不变的，而是一个由弱到强的动态变化过程。优势通道内流体的流动状态也是逐渐变化的，从达西渗流逐渐演化为非达西渗流。优势通道的出现将造成大量注入水的低效、无效循环，它一方面加剧了油层的非均质性，减小了注入水的波及系数，降低了注入水利用率；另一方面加剧了层内、层间矛盾，严重干扰其它油层的吸水出油状况，导致油井含水上升快，水驱动用程度低；同时，它还会造成其它增产措施实施起来比较困难，加大集输管线和联合站的工作量，使油田开发成本增加，降低了油田的经济采收率，影响油田开发效益的提高。 

因此，如何有效识别优势通道并选取合适的工艺措施对其进行治理，以此来增大注入水波及系数，改善油田水驱开发效果，已经成为中高含水期油藏开发中急需解决的重要问题。而解决该问题的关键以及首要工作就是准确有效地对优势通道进行识别。目前常用的优势通道识别方法主要有：井间示踪剂测试方法、测井方法、水力探测方法和油藏工程方法。示踪剂方法主要通过检测注入示踪剂井周围响应井的示踪剂产出浓度随时间的变化，利用解析法或数值模 拟方法，拟合出浓度变化曲线，通过调整地层参数，利用参数变化来模拟地下优势通道的特征；测井方法主要根据测井资料的异常响应特征确定各个小层的吸水变化情况，进而大体确定因优势通道存在而吸水异常的层位；水力探测方法主要利用压力波由注水井传到采油井所需的时间以及井间压差的变化解释出油层渗透率的变化，进而定量解释出优势通道的参数；油藏工程方法主要将优势通道中水的流动视为一维管流，建立大孔道形成后的数学模型，进而采用流管法计算优势通道的参数。然而现有的优势通道识别方法理论基础不完善，在建立数学模型时往往只基于达西渗流或管流的假设，没有考虑到不同级别优势通道所对应的不同渗流状态及其对优势通道识别的影响，不能准确反映优势通道的特征；此外，示踪剂测试和水力探测方法费用昂贵，而且参数解释过程的定性成分较多、受人为主观影响较强、可操作性弱、不利于现场实施；测井方法能够定性判别优势通道存在的层位，但无法判断优势通道发育的级别，认识程度较低，而且测试过程中会影响油田的正常生产，成本较高；油藏工程方法以管流为基础模型，计算简单易行，但假设过于理想化，不符合优势通道的实际情况。 

因此，研究不同级别优势通道的识别方法，对于中高含水期油藏的开发具有重要的理论和现实意义。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准确性高、通用性强且简单易行的对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别的方法及装置。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种水驱油田优势通道识别方法，其中，应用不稳定压力恢复试井资料对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别，包括如下步骤： 

a、设置试井典型特征曲线图版步骤：设置优势通道识别的试井典型特征曲线图版；

b、试井井底压力测量步骤：将压力计下入试井测试目的层中部，地面关井，利用压力计记录试井井底压力随测试时间恢复的资料井底压力； 

c、试井井底压力导数计算步骤：计算所述试井的井底压力对时间自然对数的一阶导数作为井底压力导数； 

d、绘制实测试井关系曲线步骤：以测试时间为横坐标，以井底流压和压力导数为纵坐标，在双对数坐标系中绘制所述井底压力或所述井底压力导数随时间变化的实测试井关系曲线； 

e、判断优势通道的存在及其发育级别步骤：将所述实测试井关系曲线与优势通道识别的所述试井典型特征曲线进行形态比较，判断优势通道是否存在并确定其发育级别。 

上述的水驱油田优势通道识别方法，其中，在所述绘制实测试井关系曲线步骤前，还包括： 

d0、数据平滑处理步骤：将所述井底压力或所述井底压力导数与时间的关系进行数据平滑处理以降低噪声。 

上述的水驱油田优势通道识别方法，其中，所述数据平滑处理步骤采用小波变换法、线性插值平滑法或傅立叶变换法对所述井底压力或所述井底压力导数进行数据平滑处理。 

上述的水驱油田优势通道识别方法，其中，所述设置试井典型特征曲线图版步骤包括设置正常储层试井特征曲线图版和设置优势通道试井典型特征曲线图版。 

上述的水驱油田优势通道识别方法，其中，所述正常储层试井特征曲线图版为均质无限大地层中心一口井的不稳定渗流模型曲线图版。 

上述的水驱油田优势通道识别方法，其中，所述设置优势通道试井典型特征曲线图版包括： 

a1、给定模型假设条件：按照优势通道的成因及发育级别给定模型的假设条件； 

a2、建立数学模型：按照所述优势通道的成因及发育级别的假设条件分别建立相应的数学模型； 

a3、模型求解及典型特征曲线绘制：分别对所述数学模型求解并根据求解结果绘制相应的优势通道试井典型特征曲线图版。 

上述的水驱油田优势通道识别方法，其中，所述优势通道试井典型特征曲线图版按照优势通道的成因及发育级别由弱到强，包括普通高渗透层特征曲线图版、强高渗条带特征曲线图版和大孔道特征曲线图版。 

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种水驱油田优势通道识别装 置，其中，应用不稳定压力恢复试井资料对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别，包括：

设置典型特征曲线图版模块：用于设置并存储优势通道识别的试井典型特征曲线图版； 

井底压力测量模块：包括压力计和压力记录单元，所述压力计用于测试试井随测试时间恢复的井底压力，并将测试得到的所述井底压力输送入所述压力记录单元； 

井底压力导数计算模块：用于计算所述井底压力对时间自然对数的一阶导数，作为井底压力导数并存储该井底压力导数； 

绘制试井关系曲线模块：用于在双对数坐标系中绘制所述井底压力或所述井底压力导数随时间变化的实测试井关系曲线； 

判断模块：用于将所述实测试井关系曲线与优势通道识别的所述试井典型特征曲线进行形态比较，判断优势通道是否存在并确定其发育级别。 

上述的水驱油田优势通道识别装置，其中，还包括： 

数据平滑处理模块：用于将所述井底压力或所述井底压力导数与时间的关系进行数据平滑处理后输入所述绘制实测试井关系曲线模块。 

本发明的技术效果在于：本发明在不稳定试井测试的基础上，通过对不同级别优势通道渗流特点的理论分析，绘制了针对不同级别优势通道的典型特征曲线，建立了一套准确有效地识别水驱油田优势通道的新方法。本发明经现场实施，及以常规技术进行的验证，均取得了较好的效果。该技术与常规技术相比，准确性高、通用性强，简单易行，具有较强的可操作性，可以为油田下一步增产措施的实施和提高采收率方案的设计提供技术支持。 

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 

附图说明

图1为本发明的水驱油田优势通道识别方法流程图； 

图2为储层为正常储层(储层中不存在优势通道)时的试井典型特征曲线； 

图3为储层中存在普通高渗透层时的试井典型特征曲线； 

图4为储层中存在强高渗条带时的试井典型特征曲线； 

图5A为大孔道的试井解释模型示意图； 

图5B为储层中存在大孔道时的试井典型特征曲线； 

图6为本发明的水驱油田优势通道识别装置框图； 

图7为本发明一实施例的不稳定试井测试结果； 

图8为本发明一实施例的第二次不稳定试井测试结果； 

图9为本发明一实施例的不稳定试井测试结果。 

其中，附图标记 

1  设置典型特征曲线图版模块 

2  井底压力测量模块 

3  井底压力导数计算模块 

4  数据平滑处理模块 

5  绘制试井关系曲线模块 

6  判断模块 

M  压力导数随时间的变化曲线 

N  压力随时间的变化曲线 

a～e、b0、a1～a3  步骤 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述： 

本发明公开了一种基于不稳定试井的水驱油田优势通道识别方法及装置。主要通过对油井进行压力恢复测试，利用实测的井底压力及其导数随时间变化的曲线，对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别。对优势通道进行识别主要涉及到两大方面的问题：(1)确定储层中是否存在优势通道；(2)诊断优势通道发育的程度。 

本发明为了解决优势通道识别过程中的上述两大问题，克服常规优势通道识别方法不准确、不完善、受主观因素影响大的缺点，以不稳定试井测试为基础，建立了一种针对不同级别优势通道的识别技术，以此为油田下一步增产措施的实施和提高采收率方案的设计提供技术支持。 

参见图1，图1为本发明的水驱油田优势通道识别方法流程图。本发明提供了一种基于不稳定试井的水驱优势通道识别方法。其主要是应用不稳定压力 恢复试井资料对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别，通过对油井进行压力恢复测试，利用所得到的压力和压力导数曲线对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别。包括如下步骤： 

设置试井典型特征曲线图版步骤a：设置优势通道识别的试井典型特征曲线图版； 

试井井底压力测量步骤b：将压力计(本实施例优选为高精度电子压力计)下入试井测试目的层中部，地面关井，利用压力计记录试井随测试时间恢复的井底压力； 

试井井底压力导数计算步骤c：计算所述试井的井底压力对时间自然对数的一阶导数作为井底压力导数； 

绘制实测试井关系曲线步骤d：以测试时间为横坐标，以井底流压和压力导数为纵坐标，在双对数坐标系中绘制所述井底压力或所述井底压力导数随时间变化的实测试井关系曲线；所述实测试井关系曲线为无因次井底压力与无因次时间的双对数关系曲线或无因次井底压力导数与无因次时间的双对数关系曲线。 

判断优势通道的存在及其发育级别步骤e：将所述实测试井关系曲线与优势通道识别的所述试井典型特征曲线进行形态比较，判断优势通道是否存在并确定其发育级别。 

在所述绘制实测试井关系曲线步骤d前，还包括： 

数据平滑处理步骤d0：将所述井底压力或所述井底压力导数与时间的关系进行数据平滑处理以降低噪声。其中，所述数据平滑处理步骤可采用小波变换法、线性插值平滑法或傅立叶变换法对所述井底压力或所述井底压力导数进行数据平滑处理。由于不稳定试井过程中存在着许多不确定因素，这些不确定因素会使高精度压力计记录的井底压力信号中混入干扰信号(噪声)。如果不采用合适的算法进行降噪，则会造成井底压力和压力导数曲线出现较大的波动，造成曲线特征不明显，可能会影响该发明的实际应用效果。因此本实施例优选采用数学中的小波变换方法对实测的井底压力数据进行光滑处理，以达到降噪的目的。 

所述设置试井典型特征曲线图版步骤包括设置正常储层试井特征曲线图版和设置优势通道试井典型特征曲线图版。其中，储层为正常储层(储层中不 存在优势通道)时，将其视为均质油藏。该类储层的试井解释模型即为传统的均质无限大地层中心一口井的不稳定渗流模型，可采用laplace变换进行解析求解或者有限差分法进行数值求解。该类储层的典型试井曲线为现有技术中的常用曲线，模型的具体求解过程和典型曲线均为较成熟的现有技术，在此不作赘述。本实施例中，所述正常储层试井特征曲线图版为均质无限大地层中心一口井的不稳定渗流模型曲线图版。参见图2，图2为储层为正常储层(储层中不存在优势通道)时的试井典型特征曲线。其中，附图中M为压力导数随时间的变化曲线，N为压力随时间的变化曲线，以下各图中M、N含义相同。压力和压力导数在试井学科中具有固定的含义。 

本实施例中，根据优势通道的成因及发育级别，将优势通道由弱到强划分为三类：普通高渗透层，强高渗条带和大孔道，分别根据其渗流特点抽象出典型的物理模型，以此来建立相应的试井解释数学模型，并对其进行求解，绘制不同级别优势通道识别的典型特征曲线。 

其中，所述设置优势通道试井典型特征曲线图版具体包括： 

建立模型设置条件步骤a1：按照优势通道的成因及发育级别建立模型设置的假设条件； 

建立数学模型步骤a2：按照所述优势通道的成因及发育级别的假设条件分别建立对应的数学模型； 

模型求解及典型特征曲线绘制步骤a3：分别对所述数学模型求解并根据求解结果绘制相应的优势通道试井典型特征曲线图版。 

其中，所述优势通道试井典型特征曲线图版按照优势通道的成因及发育级别由弱到强包括普通高渗透层特征曲线图版、强高渗条带特征曲线图版和大孔道特征曲线图版。 

下面具体说明普通高渗透层特征曲线图版、强高渗条带特征曲线图版和大孔道特征曲线图版的建立过程。 

参见图3，图3为储层中存在普通高渗透层时的试井典型特征曲线。储层中存在普通高渗透层时，将其视为多层油藏。 

a1、模型假设条件如下： 

①油井以定产量生产； 

②地层流体和岩石均微可压缩，且压缩系数为常数； 

③地层流体为单相，且在两个渗流场内的流动均符合达西定律； 

④考虑井筒存储与表皮效应的影响； 

⑤油井测试前地层中各点压力相同，均为p_i； 

⑥忽略重力和毛管力的影响，且地层中压力梯度较小； 

⑦每种介质的孔隙度与另一种介质的压力变化相互独立； 

⑧两层之间相连通，且两者之间发生拟稳态窜流； 

a2、建立数学模型 

无因次量定义 

模型中下标1代表正常储层，下标2代表普通高渗透层。 

①无因次压力： 

$P_{\mathrm{Dj}}=\frac{k_1{h}_1+k_2{h}_2}{1.842\×{10}^{-3}\mathrm{q\μB}}\mathrm{\Δ}{p}_j$

式中：Δp_j＝p_i-p_j，j＝1，2 

②无因次时间： 

$t_D=\frac{3.6(k_1{h}_1+k_2{h}_2)}{[{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_1+{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_2]\mathrm{\μ}{r}_w^2}t$

③无因次井筒存储系数 

$C_{D1}=\frac{C}{2\mathrm{\π}{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_1{r}_w^2},$ $C_{D2}=\frac{C}{2\mathrm{\π}{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_2{r}_w^2}$

$C_D=\frac{C}{2\mathrm{\π}[{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_1+{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_2]r_w^2}$

④储能比 

$\mathrm{\ω}=\frac{{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_1}{{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_1+{\left(\mathrm{\φ}{C}_{t}h\right)}_2}$

⑤窜流系数 

$\mathrm{\λ}={\mathrm{\αr}}_w^2\frac{k_1{h}_1}{k_1{h}_1+k_2{h}_2}$

⑥地层系数比 

$\mathrm{\κ}=\frac{k_1{h}_1}{k_1{h}_1+k_2{h}_2}$

⑦无因次半径 

$r_D=\frac{r}{r_w}$

数学模型 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\κ}\frac{1}{r_D}\frac{\∂}{\∂r_D}\left(r_D\frac{\∂P_{D1}}{\∂r_D}\right)-\mathrm{\λ}(P_{D1}-P_{D2})=\mathrm{\ω}\frac{\∂P_{D1}}{\∂t_D}\\ (1-\mathrm{\κ})\frac{1}{r_D}\frac{\∂}{\∂r_D}\left(r_D\frac{\∂P_{D2}}{\∂r_D}\right)+\mathrm{\λ}(P_{D1}-P_{D2})=(1-\mathrm{\ω})\frac{\∂P_{D2}}{\∂t_D}\\ P_{D1}(r_D,0)=P_{D2}(r_D,0)=0\\ C_D\frac{{\mathrm{dP}}_{\mathrm{wD}}}{\mathrm{dt}}-\mathrm{\κ}\frac{\∂P_{D1}}{\∂r_D}{|}_{r_D=1}-(1-\mathrm{\κ})\frac{\∂P_{D2}}{\∂r_D}{|}_{r_D=1}=1\\ P_{\mathrm{wD}}={[P_{D1}-S_1\left(r_D\frac{{\∂P}_{D1}}{\∂r_D}\right)]}_{r_D=1}{[P_{D2}-S_2\left(r_D\frac{\∂P_{D2}}{\∂r_D}\right)]}_{r_D=1}\\ P_{D1}(r_{\mathrm{eD}},t_D)=P_{D2}(r_{\mathrm{eD}},t_D)=0\end{array}\right.$

a3、模型求解 

此处采用Douglas-Jones预估校正法可以实现对该模型的差分求解。利用求解的结果即可绘制普通高渗透层的试井典型曲线(参见图3)。 

参见图4，图4为储层中存在强高渗条带时的试井典型特征曲线。储层中存在强高渗条带时，将其视为水平裂缝。 

在流体微可压缩、上下边界封闭的无限大油藏条件下，一连续点源位于(x_w，y_w，z_w)处，观测点位于(x，y，z)处，点源产生的压力分布的拉普拉斯空间解为： 

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δp}}=\frac{\tilde{q}u}{2\mathrm{\πkL}{h}_{D}s}[K_0\left(r_D\sqrt{u}\right)+2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{K}_0\left(r_D{\mathrm{\ϵ}}_n\right)\cos \mathrm{n\π}\frac{z}{h}\cos \mathrm{n\π}\frac{z_w}{h}]$

式中 

——压差分布的拉普拉斯空间解； 

——点源的产量，cm³/s； 

μ——液体粘度，mPa·s； 

k——地层渗透率，μm²； 

L——参考长度，cm； 

s——拉普拉斯空间变量； 

K₀——第二类修正的贝塞尔函数； 

h——油藏厚度，cm； 

u——u＝sf(s)，其中f(s)为与油藏性质有关的量。当油藏为均质油 藏时，f(s)＝1；当油藏为双重介质油藏时，f(s)为窜流系数、弹性储能比和拉普拉斯空间变量的函数。 

定义无因次变量如下： 

$x_D=\frac{x}{L};$ $y_D=\frac{y}{L};$ $h_D=\frac{h}{L}\sqrt{\frac{k}{k_z}};$

${\mathrm{\ϵ}}_n=\sqrt{u+n^2{\mathrm{\π}}^2/h_D^2};$

$r_D^2={(x_D-x_{\mathrm{wD}})}^2+{(y_D-y_{\mathrm{wD}})}^2.$

根据叠加原理，将连续点源解在矩形的强高渗条带平面上进行积分，可得均匀流量的强高渗条带的压力响应公式为 

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δp}}={\∫}_{X-L_f}^{X+L_f}{\∫}_{Y-\frac{b}{2}}^{Y+\frac{b}{2}}\frac{\tilde{q}\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\πkL}{h}_{D}s}[K_0\left(r_D\sqrt{u}\right)+2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{K}_0\left(r_D{\mathrm{\ϵ}}_n\right)\cos \mathrm{n\π}\frac{z}{h}\cos \mathrm{n\π}\frac{z_w}{h}]d{y}_w{\mathrm{dx}}_w$

式中(X，Y)——优势通道井的井点在平面上的位置； 

L_f——优势通道的半长，cm； 

b——优势通道的宽度，cm。 

定义 $\widetilde{L_f}=\frac{L_f}{L},$ $\tilde{b}=\frac{b}{L},$ 则 

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δp}}=\frac{\tilde{q}\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\πkL}{h}_{D}s}\left[L^2{\∫}_{X-\widetilde{L_f}}^{X+\widetilde{L_f}}{\∫}_{Y-0.5\tilde{b}}^{Y+0.5\tilde{b}}{K}_0(\sqrt{{(x_D-x_{\mathrm{wD}})}^2+{(y_D-y_{\mathrm{wD}})}^2}\·\sqrt{u}){\mathrm{dy}}_{\mathrm{wD}}{\mathrm{dx}}_{\mathrm{wD}}\right]$

$+\frac{\tilde{q}\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\πkL}{h}_{D}s}\left[2L^2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\cos \mathrm{n\π}\frac{z}{h}\cos \mathrm{n\π}\frac{z_w}{h}{\∫}_{X-\widetilde{L_f}}^{X+\widetilde{L_f}}{\∫}_{Y-0.5\tilde{b}}^{Y+0.5\tilde{b}}{K}_0(\sqrt{{(x_D-x_{\mathrm{wD}})}^2+{(y_D-y_{\mathrm{wD}})}^2}\·{\mathrm{\ϵ}}_n)\right]{\mathrm{dy}}_{\mathrm{wD}}{\mathrm{dx}}_{\mathrm{wD}}$

定义α，β为积分变量，分别代表某点源与井点无因次的横纵坐标之差，可得到：

x方向上：x_wD-X_D＝α 

y方向上：y_wD-Y_D＝β 

则： 

x_D-x_wD＝x_D-(X_D+α)＝x_D-X_D-α 

y_D-y_wD＝y_D-(Y_D+β)＝y_D-Y_D-β 

定义 $\widetilde{x_D}=x_D-X_D-\mathrm{\α},$ $\widetilde{y_D}=y_D-Y_D-\mathrm{\β},$ 则可以得到 

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δp}}=\frac{\tilde{q}\mathrm{\μL}}{2\mathrm{\πk}{h}_{D}s}[{\∫}_{-\mathrm{Lf}}^{\mathrm{Lf}}{\∫}_{-0.5b}^{0.5b}{K}_0(\sqrt{{\widetilde{x_D}}^2+{\widetilde{y_D}}^2}\·\sqrt{u})\mathrm{d\αd\β}+2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\cos \mathrm{n\π}\frac{z}{h}\cos \mathrm{n\π}\frac{z_w}{h}\×$

${\∫}_{-\mathrm{Lf}}^{\mathrm{Lf}}{\∫}_{-0.5b}^{0.5b}{K}_0(\sqrt{{\widetilde{x_D}}^2+{\widetilde{y_D}}^2}\·{\mathrm{\ϵ}}_n)\mathrm{d\αd\β}$

取井点的坐标为(0，0，z_w)，参考长度为强高渗条带的半长，利用以下关系式对其进行无因次化： 

$q=\tilde{q}\·2\mathrm{Lfb}$

$\stackrel{\‾}{p_D}=\frac{2\mathrm{\πkh}\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δp}}}{\mathrm{q\μ}}$

$\stackrel{\‾}{p_D}=\frac{h}{2\mathrm{bs}{h}_S}[{\∫}_{-\widetilde{L_f}}^{\widetilde{L_f}}{\∫}_{-0.5\tilde{b}}^{0.5\tilde{b}}{K}_0(\sqrt{{(x_D-\mathrm{\α})}^2+{(y_D-\mathrm{\β})}^2}\·\sqrt{u})\mathrm{d\αd\β}+$

$2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\cos }^2\mathrm{n\π}\frac{z_w}{h}{\∫}_{-L_f}^{L_f}{\∫}_{-0.5b}^{0.5b}{K}_0(\sqrt{{(x_D-\mathrm{\α})}^2+{(y_D-\mathrm{\β})}^2}\·{\mathrm{\ϵ}}_n)\mathrm{d\αd\β}]$

定义 $L_D=\frac{1}{h_D}=\frac{L_f}{h},$ $e=\frac{b}{L_f},$ 可得 

$\stackrel{\‾}{p_D}=\frac{1}{2\mathrm{se}}[{\∫}_{-1}^1{\∫}_{-0.5e}^{0.5e}{K}_0(\sqrt{{(x_D-\mathrm{\α})}^2+{(y_D-\mathrm{\β})}^2}\·\sqrt{u})\mathrm{d\αd\β}+$

$2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\cos }^2\mathrm{n\π}\frac{z_w}{h}{\∫}_{-1}^1{\∫}_{-0.5e}^{0.5e}{K}_0(\sqrt{{(x_D-\mathrm{\α})}^2+{(y_D-\mathrm{\β})}^2}\·{\mathrm{\ϵ}}_n)\mathrm{d\αd\β}]$

则井底压差的拉普拉斯空间解为： 

$\stackrel{\‾}{p_D}=\frac{1}{2\mathrm{se}}[{\∫}_{-1}^1{\∫}_{-0.5e}^{0.5e}{K}_0(\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}\·\sqrt{u})\mathrm{d\αd\β}+$

$2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\cos }^2\mathrm{n\π}\frac{z_w}{h}{\∫}_{-1}^1{\∫}_{-0.5e}^{0.5e}{K}_0(\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}\·{\mathrm{\ϵ}}_n)\mathrm{d\αd\β}]$

式中 ${\mathrm{\ϵ}}_n-$ ${\mathrm{\ϵ}}_n=\sqrt{u+n^2{\mathrm{\π}}^2{L}_D^2};$

u——u＝sf(s)，均质油藏中f(s)＝1，双重介质油藏中f(s)为弹性储容比、窜流系数的函数。 

进一步利用拉普拉斯流量褶积关系，考虑井筒存储系数C_D和表皮系数S的影响时，强高渗条带模型的拉普拉斯空间解为： 

$\stackrel{\‾}{p_{\mathrm{wD}}}=\frac{s\stackrel{\‾}{p_D}+S}{s+C_D{s}^2(s\stackrel{\‾}{p_D}+S)}$

采用Stehfest数值反演方法可将拉普拉斯空间解反演到真实空间中。然后利用求解结果即可绘制强高渗条带的试井典型曲线(参见图4)。 

参见图5A及图5B，图5A为大孔道的试井解释模型示意图，图5B为储层中存在大孔道时的试井典型特征曲线。储层中存在大孔道时，其流动为一维非达西渗流。 

该部分将大孔道中流体的流动视为一维非达西渗流，建立了与油藏渗流的耦合流动模型，并采用解析数值混合方法对该模型进行求解。模型示意图如图5A所示。 

a1、假设条件 

①单相、等温、微可压缩流体，综合压缩系数为C，流体粘度为μ； 

②储层各向异性，水平方向渗透率为k，垂直方向渗透率为k_z； 

③顶底界面封闭，即z＝0，z＝h处不渗透； 

④外边界为无限大； 

⑤由于大孔道的体积很小，假设大孔道内为一维的非达西渗流； 

⑥x＝0处产量q为定值，x＝L处流量为0，流体只通过大孔道的壁面流入井中； 

⑦不同时间不同位置处由油藏流入井中的流量不同，单位时间单位长度内由油藏流入大孔道中流体的量为q_h(x，t)，则位置x处大孔道内的流量为： 

$q_d(x,t)={\∫}_x^L{q}_h(x^{\′},t)d{x}^{\′}.$

a2、建立数学模型 

无因次化 

①无因次压力： 

$p_D=\frac{\mathrm{kh}(p_i-p)}{1.842\×{10}^{-3}\mathrm{q\μ}}$

②无因次时间： 

$t_D=\frac{3.6\mathrm{kt}}{\mathrm{\φ\μ}{C}_t\·{(L/2)}^2}$

③无因次坐标： 

$x_D=\frac{x}{L/2},$ $y_D=\frac{y}{L/2},$ $z_{\mathrm{wD}}=\frac{z_w}{h},$ $L_D=\frac{L}{2h}\sqrt{\frac{k_v}{k}}$

④大孔道的无因次半径： 

$r_{\mathrm{wD}}=\frac{r_{\mathrm{we}}}{h}=\frac{r_w}{2h}[{\left(\frac{k}{k_v}\right)}^{\frac{1}{4}}+{\left(\frac{k_v}{k}\right)}^{\frac{1}{4}}]$

式中：r_we为大孔道在各向异性油藏中的等效半径； 

⑤无因次流量为： 

$q_{\mathrm{dD}}=\frac{q_d}{q};$ $q_{\mathrm{hD}}=\frac{q_{h}L}{q}$

⑥大孔道的无因次导流能力为： 

$C_{\mathrm{dD}}=\frac{k_f{\mathrm{\πr}}_w^2}{\mathrm{kh}(L/2)}$

⑦无因次流量常数为： 

${\left(q_{\mathrm{DND}}\right)}_d=\frac{{10}^{-3}}{86400}\·\frac{k_f\mathrm{\ρ\βq}}{\mathrm{\π}{r}_w^2\mathrm{\μ}}$

数学模型 

①大孔道内的非达西流动模型 

$p_{\mathrm{wD}}-p_{\mathrm{dDj}}=\frac{2\mathrm{\π}}{C_{\mathrm{dD}}}{\∫}_0^{x_{\mathrm{Dj}}}{q}_{\mathrm{dD}}{\mathrm{dx}}_D^{\′}+\frac{2\mathrm{\π}}{C_{\mathrm{dD}}}{\left(q_{\mathrm{DND}}\right)}_d{\∫}_0^{x_{\mathrm{Dj}}}{q}_{\mathrm{dD}}^2{\mathrm{dx}}_D^{\′}$

对上式进行差分离散： 

${\∫}_0^{x_{\mathrm{Dj}}}{q}_{\mathrm{dD}}{\mathrm{dx}}_D^{\′}=\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{\mathrm{\Δx}}{2}{q}_{\mathrm{dDi}}+\frac{\mathrm{\Δx}}{2}{q}_{\mathrm{dDi}+1})+\frac{3}{8}\mathrm{\Δx}\·q_{\mathrm{dDj}}+\frac{1}{8}\mathrm{\Δx}\·q_{\mathrm{dDj}+1}$

${\∫}_0^{x_{\mathrm{Dj}}}{q}_{\mathrm{dD}}^2{\mathrm{dx}}_D^{\′}=\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{\mathrm{\Δx}}{3}{q}_{\mathrm{dDi}}^2+\frac{\mathrm{\Δx}}{3}{q}_{\mathrm{dDi}}{q}_{\mathrm{dDi}+1}+\frac{\mathrm{\Δx}}{3}{q}_{\mathrm{dDi}+1}^2)+\frac{7}{24}\mathrm{\Δx}{q}_{\mathrm{dDj}}^2+\frac{1}{6}\mathrm{\Δx}{q}_{\mathrm{dDj}}{\·q}_{\mathrm{dDj}+1}+\frac{1}{24}{\mathrm{\Δxq}}_{\mathrm{dDj}+1}^2$

②油藏渗流模型 

$p_{\mathrm{dD}}(x_{\mathrm{Dj}},r_{\mathrm{wD}},t_D)=\widehat{p_{\mathrm{dD}}}(x_{\mathrm{Dj}},r_{\mathrm{wD}},t_{\mathrm{DN}})+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{2(q_{\mathrm{dDi}}-q_{\mathrm{dDi}+1})}{\mathrm{\Δx}}{\∫}_0^{t_{\mathrm{DN}}-t_{\mathrm{DN}-1}}{S}_i(x_{\mathrm{Dj}},t_D^{\′})d{t}_D^{\′}$

式中： 

$\widehat{p_{\mathrm{dD}}}(x_{\mathrm{Dj}},r_{\mathrm{wD}},t_{\mathrm{DN}})=\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{hDi}}\left(t_{\mathrm{Dk}}\right)[{\∫}_0^{t_{\mathrm{DN}}-t_{\mathrm{Dn}-1}}{S}_i(x_{\mathrm{Dj}},t_D^{\′}){\mathrm{dt}}_D^{\′}-{\∫}_0^{t_{\mathrm{DN}}-t_{\mathrm{Dn}}}{S}_i(x_{\mathrm{Dj}},t_D^{\′})d{t}_D^{\′}]$

$S_i(x_D,\mathrm{\τ})=\frac{\sqrt{\mathrm{\π}}}{4}[\mathrm{erf}\left(\frac{x_D-\frac{2i-2}{M}}{2\sqrt{\mathrm{\τ}}}\right)-\mathrm{erf}\left(\frac{x_D-\frac{2i}{M}}{2\sqrt{\mathrm{\τ}}}\right)]$

$\{1+2\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\exp [-n^2{\mathrm{\π}}^2{L}_D^2\mathrm{\τ}\left]\cos \right[\mathrm{n\π}(z_{\mathrm{wD}}+r_{\mathrm{wD}})\left]\cos \left({\mathrm{n\πz}}_{\mathrm{wD}}\right)\right\}$

a3、模型求解 

将大孔道内的非达西渗流模型与油藏的达西渗流模型进行耦合，可得： 

$p_{\mathrm{wD}}-\widehat{p_{\mathrm{dD}}}(x_{\mathrm{Dj}},r_{\mathrm{wD}},t_{\mathrm{DN}})-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{2(q_{\mathrm{dDi}}-q_{\mathrm{dDi}+1})}{\mathrm{\Δx}}{\∫}_0^{t_{\mathrm{DN}}-t_{\mathrm{DN}-1}}{S}_i(x_{\mathrm{Dj}},t_D^{\′}){\mathrm{dt}}_D^{\′}$

$=\frac{2\mathrm{\π}}{C_{\mathrm{dD}}}[\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{\mathrm{\Δx}}{2}{q}_{\mathrm{dDi}}+\frac{\mathrm{\Δx}}{2}{q}_{\mathrm{dDi}+1})+\frac{3}{8}\mathrm{\Δx}\·q_{\mathrm{dDj}}+\frac{1}{8}\mathrm{\Δx}\·q_{\mathrm{dDj}+1}]+$

$\frac{2\mathrm{\π}}{C_{\mathrm{dD}}}{\left(q_{\mathrm{DND}}\right)}_d\left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{j-1}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{\mathrm{\Δx}}{3}{q}_{\mathrm{dDi}}^2+\frac{\mathrm{\Δx}}{3}{q}_{\mathrm{dDi}}{q}_{\mathrm{dDi}+1}+\frac{\mathrm{\Δx}}{3}{q}_{\mathrm{dDi}+1}^2)\\ +\frac{7}{24}\mathrm{\Δx}{q}_{\mathrm{dDj}}^2+\frac{1}{6}\mathrm{\Δx}{q}_{\mathrm{dDj}}\·q_{\mathrm{dDj}+1}+\frac{1}{24}\mathrm{\Δx}{q}_{\mathrm{dDj}+1}^2\end{array}\right]$

将大孔道分为M段，则有q_dDi(i＝1，2，…，M+1)。因此上式中一共M+2个未知数：p_wD，q_dDi(i＝1，2，…，M+1)。 

利用式上式可列M个方程，再加上两个边界条件： 

q_dD(1)＝q，q_dD(M)＝0 

因此上式可进行求解。但是其为非线性方程，因此采用Newton-Raphson迭代方法求解。利用求解结果即可绘制大孔道的试井典型曲线(参见图5B)。 

参见图6，图6为本发明的水驱油田优势通道识别装置框图。本发明的水驱油田优势通道识别装置，应用不稳定压力恢复试井资料对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别，包括： 

设置典型特征曲线图版模块1：用于设置并存储优势通道识别的试井典型特征曲线图版； 

井底压力测量模块2：包括压力计和压力记录单元，所述压力计用于测试试井随测试时间恢复的井底压力并将测试得到的所述井底压力输送入所述压力记录单元； 

井底压力导数计算模块3：用于计算所述井底压力对时间自然对数的一阶导数作为井底压力导数并存储该井底压力导数； 

绘制试井关系曲线模块5：用于在双对数坐标系中绘制所述井底压力或所述井底压力导数随时间变化的实测试井关系曲线； 

判断模块6：用于将所述实测试井关系曲线与优势通道识别的所述试井典型特征曲线进行形态比较，判断优势通道是否存在并确定其发育级别。 

还可包括： 

数据平滑处理模块4：用于将所述井底压力或所述井底压力导数与时间的关系进行数据平滑处理后输入所述绘制实测试井关系曲线模块。 

上述各个模块可设置在计算机中，通过设定计算机对各模块的控制，可以实现自动检测和判断。同时可以利用计算机的显示输出模块及其显示输出设备(例如显示屏、打印机等)，将检测和判断结果显示或输出。也可将绘制好的典型特征曲线图版提前存储在计算机的存储记忆模块中，直接执行步骤b～步骤e。该步骤在计算机中的循环执行及判断优势通道是否存在并确定其发育级别的具体流程均可采用较成熟的现有技术，在此不作赘述。 

下面以具体三次测试结果为例来说明基于不稳定试井的优势通道识别方法的实际应用情况。 

实施例一 

所选试井油田储层物性好，为高孔中高渗储层，岩石胶结疏松，填隙物含量较少。经过多年的开采，目前已进入高含水期，区块内优势通道发育严重，造成油井排剩余油饱和度高，水井排水淹严重，纵向吸水剖面差异很大，水线突破速度很快。优势通道的存在已经对该油田采收率的进一步提高造成了严重的影响。 

下面以该油田A井为例说明基于不稳定试井的优势通道识别方法的实际应用情况。事先对该油田A井分别进行了两次不稳定试井测试，这两次测试时间相隔了1年多。两次测试过程均依照《SY/T6172-2006中华人民共和国石油天然气行业标准——油井试井技术规范》进行，并记录测试过程中的井底流压，计算压力导数，在双对数坐标系下绘制实测的井底流压及其压力导数随时间变化的测试曲线。前后两次测试结果所绘制的测试曲线分别如附图7、图8所示。 

将该油田A井第一次测试所得到的井底流压和压力导数随时间变化的曲线(见附图7)与本发明提供的不同级别优势通道的试井典型特征曲线(见附图2、附图3、附图4和附图5A)做比较，可以发现附图7中测试曲线与图3中典 型特征曲线的趋势完全一致，而与其它的典型特征曲线相差很大，因此可判断出A井在第一次测试时周围存在优势通道，但优势通道的发育级别较低，可归为普通高渗透层。 

按照同样的步骤，对A井第二次测得的井底流压及其压力导数随时间变化的曲线(见附图8)进行分析。发现附图8中的测试曲线与图4中典型特征曲线的趋势完全一致，而与其它的典型特征曲线相差很大，因此可判断出A井在第二次测试时周围仍存在优势通道，且优势通道的发育级别提高，可归为强高渗条带。 

该井在两次不稳定试井测试后均进行了井间示踪剂监测。示踪剂监测解释结果也与不稳定试井方法的解释结果完全一致。 

实施例二 

以测试油田B井为例说明基于不稳定试井的优势通道识别方法的实际应用情况。将B井测试所得到的井底流压及其压力导数随时间变化的曲线(见附图9)与本发明提供的不同级别优势通道的试井典型特征曲线(见附图2、附图3、附图4和附图5A)做比较，可以发现附图9中的测试曲线与图5中典型特征曲线的趋势完全一致，而与其它的典型特征曲线相差很大，因此可判断出B井在测试时周围存在发育级别很高的优势通道，可归为大孔道。 

该井的解释结果与油田现场的认识完全一致，且在对该井进行不稳定试井以后，对该井对应的水井注入凝胶颗粒进行调剖。堵剂注入时的水井动态表明B井周围存在大孔道，与不稳定试井方法的识别结果相符。 

本发明通过对油井进行压力恢复测试，记录测试过程中井底压力随时间恢复的资料，计算井底压力导数；在双对数坐标系中绘制实测的无因次井底压力及其导数随无因次时间变化的关系曲线；将实测曲线与本发明中提供的不同级别优势通道的试井典型曲线进行比较，即可检测和判断该井周围是否存在优势通道以及其发育级别，该方法具有准确性高、可操作性强等特点，可为油田增产措施的实施提供指导。 

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (10)

1.一种水驱油田优势通道识别方法，其特征在于，应用不稳定压力恢复试井资料对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别，包括如下步骤：

a、设置试井典型特征曲线图版步骤：设置优势通道识别的试井典型特征曲线图版；

b、试井井底压力测量步骤：将压力计下入试井测试目的层中部，地面关井，利用压力计记录井底压力随测试时间恢复的数据；

c、试井井底压力导数计算步骤：计算所述试井的井底压力对时间自然对数的一阶导数作为井底压力导数；

d、实测试井关系曲线绘制步骤：以测试时间为横坐标，以井底流压和压力导数为纵坐标，在双对数坐标系中绘制所述井底压力或所述井底压力导数随时间变化的实测试井关系曲线；

e、判断优势通道的存在及其发育级别步骤：将所述实测试井关系曲线与优势通道识别的所述试井典型特征曲线进行形态比较，判断优势通道是否存在并确定其发育级别。

2.如权利要求1所述的水驱油田优势通道识别方法，其特征在于，在所述绘制实测试井关系曲线步骤前，还包括：

d0、数据平滑处理步骤：将所述井底压力或所述井底压力导数与时间的关系进行数据平滑处理以降低噪声。

3.如权利要求2所述的水驱油田优势通道识别方法，其特征在于，所述数据平滑处理步骤采用小波变换法、线性插值平滑法或傅立叶变换法对所述井底压力或所述井底压力导数进行数据平滑处理。

4.如权利要求1、2或3所述的水驱油田优势通道识别方法，其特征在于，所述实测试井关系曲线为无因次井底压力与无因次时间的双对数关系曲线或无因次井底压力导数与无因次时间的双对数关系曲线。

5.如权利要求1、2或3所述的水驱油田优势通道识别方法，其特征在于，所述设置试井典型特征曲线图版步骤包括设置正常储层试井特征曲线图版和设置优势通道试井典型特征曲线图版。

6.如权利要求5所述的水驱油田优势通道识别方法，其特征在于，所述正常储层试井特征曲线图版为均质无限大地层中心一口井的不稳定渗流模型曲线图版。

7.如权利要求5所述的水驱油田优势通道识别方法，其特征在于，所述设置优势通道试井典型特征曲线图版包括：

a1、建立模型设置条件：按照优势通道的成因及发育级别建立模型设置的假设条件；

a2、建立数学模型：按照所述优势通道的成因及发育级别的假设条件分别建立相应的数学模型；

a3、模型求解及典型特征曲线绘制：分别对所述数学模型求解并根据求解结果绘制相应的优势通道试井典型特征曲线图版。

8.如权利要求7所述的水驱油田优势通道识别方法，其特征在于，所述优势通道试井典型特征曲线图版按照优势通道的成因及发育级别由弱到强包括普通高渗透层特征曲线图版、强高渗条带特征曲线图版和大孔道特征曲线图版。

9.一种水驱油田优势通道识别装置，其特征在于，应用不稳定压力恢复试井资料对水驱油田开发过程中所形成的优势通道进行识别，包括：

设置典型特征曲线图版模块：用于设置并存储优势通道识别的试井典型特征曲线图版；

井底压力测量模块：包括压力计和压力记录单元，所述压力计用于测试试井随测试时间恢复的井底压力并将测试得到的所述井底压力输送入所述压力记录单元；

井底压力导数计算模块：用于计算所述井底压力对时间自然对数的一阶导数作为井底压力导数并存储该井底压力导数；

绘制试井关系曲线模块：用于在双对数坐标系中绘制所述井底压力或所述井底压力导数随时间变化的实测试井关系曲线；

判断模块：用于将所述实测试井关系曲线与优势通道识别的所述试井典型特征曲线进行形态比较，判断优势通道是否存在并确定其发育级别。

10.如权利要求9所述的水驱油田优势通道识别装置，其特征在于，还包括：

数据平滑处理模块：用于将所述井底压力或所述井底压力导数与时间的关系进行数据平滑处理后输入所述绘制实测试井关系曲线模块。

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