CN110162851B - 一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法，包括如下步骤：S1、判断电缆地层测试测压资料的流型并求取相应的流度；S2、探针在井壁上打开测试孔，侵入带及地层流体开始流向井筒，取样器抽取地层流体，地层流体瞬间流动并形成流动形态和连续传导，产生波及范围，并以椭球体模拟地层流体流动连续传导形成的波及范围；S3、在给定储层物性参数、侵入深度的基础上，依据算法求取得到测前预测泵抽突破时间、泵纯时间及相应体积；S4、由电缆地层测试泵抽监测参数，拾取泵抽突破时间及体积，通过优化算法拟合函数及模拟计算对泵抽结果实现校正，及时得到泵抽的实际效果，指导工程作业，从而提高作业效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探开发技术领域，特别涉及一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法。
背景技术
电缆地层测试技术始于1950年，随着技术的发展，地层测试测井仪器已经可以满足不同地层和井眼条件下地层压力测试、井下流体分析、井下流体取样、不稳定测试、微型压裂等五大类应用需求。
最新一代的电缆地层测试器都配备了一些必需部件。如光学流体分析仪(OFA)可以区分液体和气体，还可以区分水和油，OFA的光学响应与原油密度、饱和压力、原油压缩系数、地层体积系数以及气油比都有很好的相关性。
随着地层测试采集技术的发展，斯伦贝谢地层测试测井解释软件也经历了多次更新升级，从原来的PDPlot软件、到InSitu软件和InSitu Pro软件、直到现在的Techlog软件。目前，地层测试测井全面分析与应用技术已经成为Techlog软件的一个应用模块，即Formation TestingSuite地层测试测井高级分析及应用技术。而井下流体分析技术(Downhole FluidAnalysis[DFA])发展迅速，DFA主要用于对地层测试测井仪器井下流体识别模块测量到的泵抽管线内流体的下列数据进行综合分析，应用的参数包括：电阻率、温度、压力、密度、粘度、荧光、气泡探测、吸收光谱及衍射光谱、PH值、受油基泥浆污染程度。
但目前电缆地层测试的应用应急需解决以下问题，1、解决由于受钻井液性能影响，泥饼封堵性差，特别是在低孔渗储层，钻井液侵入过程延长，侵入量大，储层受污染严重，并且在泵抽取样阶段静态侵入不断发生时，难以评估泵抽效果问题；2、建立测压取样作业设计标准，形成指导泵抽取样实时决策的定量评价手段，解决生产作业中，测压、泵抽作业的决策标准问题；建立泵抽模拟模型，为作业关键决策点提供可靠依据，以期节省作业时间，降低作业风险；3、利用泵抽过程模拟结合实际泵抽监测流体参数，提高低渗储层长时间泵抽取样样品代表性；深入挖掘泵抽各过程参数的研究与应用，获取可靠的有效的渗透率，指导DST测试作业。
发明内容
本发明的目的是提供一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法，在电缆地层测试流体流型分类基础上，依据体积模型数值模拟及智能优化方法，观察泵抽阶段进入探头的泥浆滤液与样品总体积的比值与泵抽时间、泵抽体积的变化，计算电缆地层测试泵抽的突破时间及泵抽完成时间，利用数值模拟结果与检测参数比对实现泵抽模拟的校正。
为了解决上述问题，本发明提供一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法，所述方法包括如下步骤：
S1、利用常规测井资料，获得储层的基本参数地层孔隙度、渗透率、储层厚度、泥浆性能、井眼尺寸、电缆地层测试泵抽基本参数、泥浆侵入情况，判断电缆地层测试测压资料的流型并求取相应的流度；
S2、探针在井壁上打开测试孔，侵入带及地层流体开始流向井筒，取样器抽取地层流体，地层流体瞬间流动并形成流动形态和连续传导，产生波及范围，并以椭球体模拟地层流体流动连续传导形成的波及范围；井筒外的地层流动形成的部分与井筒内的部分呈互补关系，其整合为一个完整的椭球体，椭球体长短轴的大小取决于储层的渗透率及储层厚度，通过计算得到体积模型中的圆柱体、椭球体和圆柱抛物体之间的体积关系，定义井筒为圆柱体，污染带为椭球体，原状地层流体为圆柱抛物体，处理泵抽作业测压资料，通过分析测压点的流度信息及泵抽点可能的流型特征，将压力梯度曲线、球形流梯度曲线和径向流梯度曲线组合在一起，判断地层流体的流动形态；
S3、输入储层参数、电缆地层测试作业参数、储层侵入深度，计算模型的圆柱体(井筒)、椭球体(污染带)和圆柱抛物体(原状地层流体)之间的体积；其地层压力测试及流体采样作业中，油气突破时间与完成时间为主要时间；
S4、电缆地层测试泵抽作业时，利用井下流体分析技术(Downhole FluidAnalysis[DFA])对电缆地层测试器井下流体识别模块测量到的泵抽管线内流体的下列数据进行综合分析，通过优化算法拟合函数及模拟计算对泵抽结果实现校正，应用的参数包括：流入/流出管线电阻率、温度、压力、密度、含水率、粘度、荧光、气泡探测、吸收光谱及衍射光谱、PH值、受油基泥浆污染程度；依据泵抽突破时间，可计算得到侵入带的侵入半径，该侵入半径就是对泵抽过程校正的重要依据。
进一步地，所述步骤S3中计算模型的圆柱体、椭球体和圆柱抛物体之间的体积关系为：
x-x0＝a2(y2+z2)，
(x+R)2+y2＝R2，
式中，x0为旋转抛物面顶点在x轴的交点坐标；
a为圆柱抛物面系，
b为椭球体的水平轴长度，单位为米；
c为椭球体的垂直轴长度，单位为米；
R为圆柱体的半径，单位为米；
圆柱抛物体与椭球体交线围成的区域为V1：
椭球体被圆柱体所截部分体积为V2:
其中，
a0＝-c,b0＝c，
n区间为[-c,c]，
侵入带流体占据的空间，是通过椭球体体积减去V1和V2，定义V3为椭球体被地层原始流体和井筒流体切割后的剩余体积：
进一步地，步骤S3中突破时间与完成时间的算法为：
定义侵入带流体占据总测试流体的体积百分数称为污染率，电缆地层测试器泵抽过程中，污染率＝95％时为泵抽的突破时间，而污染率＝5％的时为完成时间：
计算椭球体的水平轴与垂直轴(b、c)，b、c的单位为m，
b＝c1×Qa×t×DP
c＝c2×Qa×t×DP)
计算椭球体到达侵入带的时间(t0)，t0的单位为s，
b＝Di
计算旋转抛物体的运动速度，sd0的单位为m/s，
sd0＝c3×DP×Qa
计算椭球体的系数a，a的单位为m，
a＝c4×Kv/Kh
上式中，
h为地层厚度，单位为m；
Kh为地层水平渗透率，单位为md；
Kv/Kh为各向异性系数；
Di为侵入深度，单位为m；
Uf为地层流体粘度，单位为cp；
Um为泥浆滤液粘度，单位为cp；
Ps为探针距顶界位置，默认居中位置，单位为m；
R为井筒半径，单位为m；
Qa为泵速，单位为m3/s；
t为泵排时间，单位为s；
DP为压差，单位为MPa；
sd0为旋转抛物体向探针方向运动的速度；
t0为椭球体在膨胀过程中，外边界到达侵入带的时间；
b的表达式，说明椭球体的外边界到达侵入带了，据此，得到t0的表达式；
sd0的含义是，旋转抛物体向探针方向运动的速度；
Qa×t的物理含义为反映椭球体的扩展速度；
上述方程中c1、c2、c3、c4等系数是建立在地层测试参数压差(DP)，测试流速(Qa)，以及地层各向异性系数(Kv/Kh)之间的关系，
c1单位为MPa-1*m-2；
c2单位为MPa-1*m-2；
c3单位为MPa-1*m-2；
c4单位为m；
计算x0值(圆柱抛物体顶点与探针点的距离)，当泵抽时间t大于t0时，即椭球体开始与侵入带圆柱面开始相切时，圆柱抛物体(包含地层原始流体)开始向椭球体内部锥进，即：
t≥t0
x0＝Di-sd0(t-t0)
按照步骤S2得到的V1、V2、V3，计算污染率C，
t≥t0
当t≤t0时，污染率C(t)＝1.0；t从t0以后开始增加，污染率C(t)开始降低；当C(t)＝0.95的测试经历时间，为突破时间；当C(t)＝0.05的测试经历时间，为完成时间。
进一步地，所述步骤S4中利用数值模拟智能优化算法对泵抽结果进行校正，其建立拟合函数及模拟计算为：
设m种测井数据参与最优化计算，用向量a表示，
a＝(a1,a2,...,am)T
向量x为m种待求的未知参数：
x＝(x1,x2,...,xm)T
根据上述所采用的体积模型变化，将各种响应方程表示为：
ai＝fi(x,z),(i＝1,2,...,m)
其中，向量z为区域性解释参数(地层水平渗透率Kh、各向异性系数Kv/Kh和侵入深度Di)，其拟合函数为：
式中，ei、fi分别为第i种实际测井数据的测量误差和测井响应方程的误差。
本发明的有益效果是：依据电缆地层测试器泵抽过程中，仪器探针附件泥浆污染带的体积变化，模拟仪器泵抽效率及泵抽突破时间、泵抽泵纯时间，同时根据泵抽过程中，仪器检测参数，对泵抽预测进行校正，从而实现利用泵抽作业预测及校正的目的，为提高电缆地层测试器泵抽、取样的作业效率及保障仪器的作业安全。
附图说明
图1是本发明实施例中数值校正方法的流程图；
图2是本发明实施例中建立的椭球体地层流体流动的坐标系示意图；
图3是本发明实施例中泵抽突破时间及泵抽完成时间的取样图；
图4是本发明实施例中仪器监测参数交互解释的参数图；
图5是本发明实施例中提供的泵抽突破时间实时拾取的参数图；
图6是本发明实施例中泵抽突破时间拾取后反算泥浆侵入深度数据图；
图7是本发明实施例中计算泵抽模拟结果校正的对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1所示，一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法，它包括如下步骤：
S1、利用常规测井资料，获得储层的基本参数(地层孔隙度、渗透率、储层厚度、泥浆性能、井眼尺寸、电缆地层测试泵抽基本参数、泥浆侵入情况等)，判断电缆地层测试测压资料的流型并求取相应的流度；
S2、探针在井壁上打开测试孔，侵入带及地层流体开始流向井筒，取样器抽取地层流体，地层流体瞬间流动并形成流动形态和连续传导，产生波及范围，并以椭球体模拟地层流体流动连续传导形成的波及范围；井筒外的地层流动形成的部分与井筒内的部分呈互补关系，其整合为一个完整的椭球体，椭球体长短轴的大小取决于储层的渗透率及储层厚度，通过计算得到体积模型中的圆柱体、椭球体和圆柱抛物体之间的体积关系，定义井筒为圆柱体，污染带为椭球体，原状地层流体为圆柱抛物体；通过分析测压点的流度信息及泵抽点可能的流型特征，将压力梯度曲线、球形流梯度曲线和径向流梯度曲线组合在一起，判断地层流体的流动形态；
S3、输入储层参数、电缆地层测试作业参数、储层侵入深度，计算如图2模型的圆柱体(井筒)、椭球体(污染带)和圆柱抛物体(原状地层流体)之间的体积。
定义圆柱抛物体(原状地层流体)、椭球体(污染带)、圆柱体(井筒)的方程分别为
x-x0＝a2(y2+z2)，
和
(x+R)2+y2＝R2，
其中参数x0为旋转抛物面顶点在x轴的交点坐标，a为圆柱抛物面系，b，c分别为椭球体的水平轴长度和垂直轴长度，米，R为圆柱体的半径，米。
圆柱抛物体与椭球体交线围成的区域为V1：
椭球体被圆柱体所截部分体积为V2:
其中，
a0＝-c,b0＝c，n视区间[-c,c]长度而定，通常取80即可，侵入带流体占据的空间，就是用椭球体体积减去V1和V2，即为椭球体被地层原始流体和井筒流体切割后的剩余体积，设为V3，
计算电缆地层测试泵抽的突破时间与泵纯时间，定义侵入带流体占据总测试流体的体积百分数称为污染率，在电缆地层测试器泵抽过程中，污染率等于95％时刻为泵抽的突破时间，而污染率达到5％的时刻，为泵纯(或完成时间)时间。污染率计算的输入参数：
h为地层厚度，单位为m；
Kh为地层水平渗透率，单位为md；
Kv/Kh为各向异性系数；
Di为侵入深度，单位为m；
Uf为地层流体粘度，单位为cp；
Um为泥浆滤液粘度，单位为cp；
Ps为探针距顶界位置，默认居中位置，单位为m；
R为井筒半径，单位为m；
Qa为泵速，单位为m3/s；
t为泵排时间，单位为s；
DP为压差，单位为MPa；
计算椭球体的水平轴与垂直轴(b、c),b、c的单位为米。
b＝c1×Qa×t×DP
c＝c2×Qa×t×DP
计算椭球体到达侵入带的时间(t0)，t0的单位为秒。
计算旋转抛物体的运动速度，sd0的单位是米/秒。
sd0＝c3×DP×Qa
计算椭球体的系数a，a的单位是米。
a＝c4×Kv/Kh
式中，t0的含义是，椭球体在膨胀过程中，外边界到达侵入带的时间。参见b的表达式，b＝Di,说明椭球体的外边界到达侵入带了，据此，得到t0的表达式。
sd0的含义是，旋转抛物体向探针方向运动的速度。
Qa×t的物理含义是：反映椭球体的扩展速度。
上述方程中c1、c2、c3、c4等系数是建立在地层测试参数压差(DP)，测试流速(Qa)，以及地层各向异性系数(Kv/Kh)之间的关系，根据现有的国际单位制，确定这些系数的单位如下表。
| 参数 | c<sub>1</sub> | c<sub>2</sub> | c<sub>3</sub> | c<sub>4</sub> |
| 量纲 | MPa<sup>-1</sup>*m<sup>-2</sup> | MPa<sup>-1</sup>*m<sup>-2</sup> | MPa<sup>-1</sup>*m<sup>-2</sup> | m |
计算x0值(圆柱抛物体顶点与探针点的距离)，当前的泵抽时间(t)大于t0时，也就是椭球体开始与侵入带圆柱面开始相切的时刻，圆柱抛物体(包含地层原始流体)开始向椭球体内部锥进。
t≥t0
x0＝Di-sd0(t-t0)
按照步骤3)得到的V1、V2、V3，计算污染率C，
t≥t0
结合图3所示，当t≤t0时，污染率C(t)＝1.0；t从t0以后开始增加，污染率C(t)开始降低；当C(t)＝95％的测试经历时间，定义为突破时间；当C(t)＝5％的测试经历的时间，就是完成时间。
S4、电缆地层测试泵抽作业时，利用井下流体分析技(Downhole FluidAnalysis[DFA])对电缆地层测试器井下流体识别模块测量到的泵抽管线内流体的下列数据进行综合分析，结合图4所示，应用的参数包括：流入/流出管线电阻率、温度、压力、密度、含水率、粘度、荧光、气泡探测、吸收光谱及衍射光谱、PH值、受油基泥浆污染程度，图5所示的是依据上述方法实时拾取泵抽的突破时间的实例图，依据泵抽突破时间，如图6所示，可计算得到侵入带的侵入半径，该侵入半径就是对泵抽过程校正的重要依据。
结合图7所示是利用测中得到的侵入带侵入深度，利用数值模拟智能优化算法对泵抽结果进行校正，其主要算法(建立拟合函数及模拟计算)如下：
设m种测井数据参与最优化计算，用向量a表示，
a＝(a1,a2,...,am)T；
向量x为m种待求的未知参数：
x＝(x1,x2,...,xm)T
根据上述所采用的体积模型变化，将各种响应方程可以抽象地表示为：
ai＝fi(x,z),(i＝1,2,...,m)
其中，向量z为区域性解释参数(研究中确定为：地层水平渗透率Kh、各向异性系数Kv/Kh和侵入深度Di)。我们选择以下形式的拟合函数：
式中，ei、fi分别为第i种实际测井数据的测量误差和测井响应方程的误差。
综上所述，本发明通过在电缆地层测试流体流型分类基础上，依据体积模型数值模拟及智能优化方法，观察泵抽阶段进入探头的泥浆滤液与样品总体积的比值与泵抽时间、泵抽体积的变化，计算电缆地层测试泵抽的突破时间及泵抽完成时间，从而实现建立泵抽的数值模拟模型，利用数值模拟结果与检测参数比对进行泵抽模拟校正，提前预估泵抽点作业时间，为泵抽取样实时决策提供参考，提高泵抽取样作业效率及取样成功率。
Claims (3)
1.一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、判断电缆地层测试测压资料的流型并求取相应的流度；
S2、探针在井壁上打开测试孔，侵入带及地层流体开始流向井筒，取样器抽取地层流体，地层流体瞬间流动并形成流动形态和连续传导，产生波及范围，并以椭球体模拟地层流体流动连续传导形成的波及范围；井筒外的地层流动形成的部分与井筒内的部分呈互补关系，其整合为一个完整的椭球体，椭球体长短轴的大小取决于储层的渗透率及储层厚度，通过计算得到体积模型中的圆柱体、椭球体和圆柱抛物体之间的体积关系，定义井筒为圆柱体，污染带为椭球体，原状地层流体为圆柱抛物体；
S3、给定储层物性参数、侵入深度的基础上，依据算法得到测前预测泵抽突破时间、完成时间及相应体积；
S4、由电缆地层测试泵抽监测参数，拾取泵抽突破时间及体积，通过优化算法拟合函数及模拟计算对泵抽结果实现校正；
步骤S3中突破时间与完成时间的算法为：
定义侵入带流体占据总测试流体的体积百分数称为污染率，电缆地层测试器泵抽过程中，污染率＝95％时为泵抽的突破时间，而污染率＝5％的时为完成时间：
计算椭球体的水平轴与垂直轴(b、c)，b、c的单位为m，
b＝c1×Qa×t×DP
c＝c2×Qa×t×DP
计算椭球体到达侵入带的时间t0，t0的单位为s，
b＝Di
计算旋转抛物体的运动速度，sd0的单位为m/s，
sd0＝c3×DP×Qa
计算椭球体的系数a，a的单位为m，
a＝c4×Kv/Kh
上式中，
h为地层厚度，单位为m；
Kh为地层水平渗透率，单位为md；
Kv/Kh为各向异性系数；
Di为侵入深度，单位为m；
Uf为地层流体粘度，单位为cp；
Um为泥浆滤液粘度，单位为cp；
Ps为探针距顶界位置，默认居中位置，单位为m；
R为井筒半径，单位为m；
Qa为泵速，单位为m3/s；
t为泵排时间，单位为s；
DP为压差，单位为MPa；
计算x0值为圆柱抛物体顶点与探针点的距离，当泵抽时间t大于t0时，即椭球体开始与侵入带圆柱面开始相切时，圆柱抛物体包含地层原始流体，开始向椭球体内部推进，即：
t≥t0
x0＝Di-sd0(t-t0)
按照步骤S2得到的V1、V2、V3，计算污染率C，
t≥t0
当t≤t0时，污染率C(t)＝1.0；t从t0以后开始增加，污染率C(t)开始降低；当C(t)＝0.95时，为突破时间；当C(t)＝0.05时，为完成时间。
2.如权利要求1所述的一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法，其特征在于，步骤S2中计算模型的圆柱体、椭球体和圆柱抛物体之间的体积关系为：
x-x0＝a2(y2+z2)，
(x+R)2+y2＝R2
式中，x0为旋转抛物面顶点在x轴的交点坐标；
a为圆柱抛物面系，
b为椭球体的水平轴长度，单位为米；
c为椭球体的垂直轴长度，单位为米；
R为圆柱体的半径，单位为米；
圆柱抛物体与椭球体交线围成的区域为V1：
椭球体被圆柱体所截部分体积为V2:
其中，
a0＝-c,b0＝c，
n区间为[-c,c]，
侵入带流体占据的空间，是通过椭球体体积减去V1和V2，定义V3为椭球体被地层原始流体和井筒流体切割后的剩余体积：
3.如权利要求1所述的一种电缆地层测试泵抽数值模拟及其过程的数值校正方法，其特征在于，步骤S4中利用数值模拟智能优化算法对泵抽结果进行校正，其建立拟合函数及模拟计算为：
设m种测井数据参与最优化计算，用向量a′表示，
a′＝(a1,a2,...,am)T
向量x′为m种待求的未知参数：
x′＝(x1,x2,...,xm)T
根据所采用的体积模型变化，将各种响应方程表示为：
ai＝fi(x′,z),i＝1,2,…,m
其中，向量z为区域性解释参数：地层水平渗透率Kh、各向异性系数Kv/Kh和侵入深度Di，其拟合函数为：
式中，ei、fi分别为第i种实际测井数据的测量误差和测井响应方程的误差。
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