CN111520132A - 一种确定地层中洞距离的方法及*** - Google Patents
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Abstract
一种确定地层中洞距离的方法及***,其中,该方法包括:步骤一、建立缝洞型油藏试井模型,并将地层中的溶洞视作点源;步骤二、根据缝洞型油藏试井模型,采用叠加原理获得地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解;步骤三、利用多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解与实测的井底压力数据进行拟合,根据拟合结果确定出溶洞到井筒的距离。本方法为缝洞型油藏储层参数计算及储量计算提供了配套的解释方法,其能够直接解释缝洞型油藏中溶洞的个数及距离,为油田开发方案的制定提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探开发技术领域,具体地说,涉及一种确定地层中洞距离的方法及***。
背景技术
碳酸盐岩缝洞型油藏基质基本不含油,储集空间以裂缝、溶洞为主,原油在裂缝、溶洞中的流动存在管流和渗流。原油在深大断裂裂缝和溶洞中流动时,垂向流动明显。目前针对缝洞型储层的试井解释方法有三重介质和等势体两种理论基于这两种理论都无法判断地层中是否存在溶洞,并给出洞距离。
三重介质理论把缝洞型储层储油空间分为洞、缝和基质。其中,基质是主要储油空间。裂缝直接与井筒连通,溶洞向裂缝供液、基质向裂缝和溶洞供液,基于渗流理论建立了一套较完整的试井理论体系。
等势体理论假设:1)缝洞型储层储集空间只有溶洞,但不考虑流体在溶洞中的流动,压力波在洞中瞬间传播,2)裂缝不是储油空间只是渗流通道,3)基质既不是储油空间、也不是渗流通道。
目前这两种理论都是基于常规试井解释理论,而基于常规试井解释给出的结果是渗透率、储容比及窜流系数等参数,这些参数只是地层中裂缝、基质及溶洞参数中的平均值,使用这些参数无法认识缝洞特征,不能确定缝洞体积参数,不能确定缝洞大小、个数及距离等直接服务缝洞型油田开发的参数(尤其是当地层中存在多个溶洞时,洞到井筒的距离是油田开发中重要的参数)。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种确定地层中洞距离的方法,所述方法包括:
步骤一、建立缝洞型油藏试井模型,并将地层中的溶洞视作点源;
步骤二、根据所述缝洞型油藏试井模型,采用叠加原理获得地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解;
步骤三、利用多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解与实测的井底压力数据进行拟合,根据拟合结果确定出溶洞到井筒的距离。
根据本发明的一个实施例,所述步骤二包括:
步骤a、对所述缝洞型油藏试井模型进行拉普拉斯变换,得到第一拉普拉斯空间井底压力解函数;
步骤b、采用叠加原理,确定源汇在井筒处的无因次压力函数;
步骤c、根据所述源汇在井筒处的无因次压力函数进行拉普拉斯变换,得到第二拉普拉斯空间井底压力解函数;
步骤d、根据所述第一拉普拉斯空间井底压力解函数和第二拉普拉斯空间井底压力解函数确定考虑点源函数后的拉普拉斯空间上的井底压力解函数;
步骤e、根据考虑点源函数后的拉普拉斯空间上的井底压力解函数反演得到地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解。
根据本发明的一个实施例,在所述步骤a中,所述第一拉普拉斯空间井底压力解函数表示为:
根据本发明的一个实施例,根据如下表达式计算中间参数:
其中,M1、M2、M3、M4、T表示中间参数,K0表示零阶第二类贝塞尔函数,sw表示井筒的表皮系数,sv表示溶洞的表皮系数,rvD表示无因次溶洞半径,K1表示一阶第二类贝塞尔函数,CwD表示无因次井筒储集系数,λ表示无因次高度,CvD表示无因次溶洞储集系数,α表示修正系数,β表示波动系数,γ表示阻尼系数。
根据本发明的一个实施例,在所述步骤b中,根据如下表达式确定源汇在井筒处的无因次压力函数:
其中,PDwfL表示源汇在井筒处的无因次压力,tD表示无因次时间,Ei表示指数积分函数,QjD表示第j个溶洞提供的流量比,LjD表示第j个溶洞距井筒的无因次距离,J表示溶洞的总数。
根据本发明的一个实施例,在所述步骤d中,根据如下表达式确定考虑点源函数后的拉普拉斯空间上的井底压力解函数:
根据本发明的一个实施例,在所述步骤e中,根据如下表达式确定地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解:
根据本发明的一个实施例,在所述步骤三中,
利用多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解与实测的井底压力数据进行拟合,得到各溶洞到井筒的无因次距离;
根据所述无因次距离和井筒半径,确定各溶洞到井筒的距离。
根据本发明的一个实施例,根据如下表达式确定溶洞到井筒的距离:
L=LD×rw
其中,L表示溶洞到井筒的距离,LD表示溶洞到井筒的无因次距离,rw表示井筒半径。
本发明还提供了一种确定地层中洞距离的***,其特征在于,所述***采用如上任一项所述的方法确定地层中溶洞到井筒的距离。
本发明所提供的确定地层中洞距离的方法及***为缝洞型油藏储层参数计算及储量计算提供了配套的解释方法,其能够直接解释缝洞型油藏中溶洞的个数及距离,为油田开发方案的制定提供技术支撑。
本方法所使用到的缝洞型油藏试井模型的模型结果简单、求解方便,在拉普拉斯空间可以给出解析解,并且解析解不涉及复杂函数的计算,计算速度快。同时,本方法在通过曲线拟合的解释结果,可以方便地给出溶洞的个数及距离。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍:
图1是根据本发明一个实施例的确定地层中洞距离的方法的实现流程示意图;
图2是根据本发明一个实施例的缝洞型油藏试井模型的简化示意图;
图3是根据本发明一个实施例的井筒中的一个流体微元的示意图;
图4是根据本发明一个实施例的采用叠加原理获得地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解的实现流程示意图;
图5是根据本发明一个实施例的地层中有一个溶洞时的不同无因次距离的井底压力及导数双对数曲线;
图6是根据本发明一个实施例的地层中存在多个溶洞时的典型曲线示意图;
图7是根据本发明一个实施例的井例的双对数压力及导数拟合图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
另外,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
针对现有技术中所存在的问题,本发明提供了一种新的确定地层中洞距离的方法以及利用该方法确定地层中洞距离的***。本方法以及***采用基于能量守恒定律及溶洞波动相结合的缝洞型储层试井解释方法,通过压力恢复试井曲线解释,来确定出地层中洞的个数及溶洞与钻井的距离。
图1示出了本实施例所提供的确定地层中洞距离的方法的实现流程示意图。
如图1所示,本实施例中,该方法优选地会在步骤S101中建立缝洞型油藏试井模型,并将地层中的溶洞视作点源。具体地,本实施例中,缝洞型油藏试井模型所采用的地层中存在多个溶洞的模型,其可以简化为图2所示(以地层中存在2个溶洞为例),其中,第一溶洞202到钻井201的距离为L1,第二溶洞203到钻井201的距离为L2。本发明所提供的方法便是使用试井分析和油藏工程方法确定地层中溶洞的个数及每个溶洞到井筒的距离Li。
本实施例中,缝洞型油藏试井模型优选地可以采用如下表达式表示:
其中,rD表示无因次半径,d为求导符号,表示拉普拉斯空间下的第一类介质的无因次压力,p1D表示为第一类介质中的无因次压力;u表示拉普拉斯变量,表示拉普拉斯空间下第二类介质的无因次压力,p2D表示为第二类介质中的无因次压力。表示拉普拉斯空间下的无因次井底压力,sw表示井筒的表皮系数,sv表示溶洞表皮系数,表示拉普拉斯空间下的无因次溶洞压力,rvD表示无因次溶洞半径,CwD表示无因次井筒存储常数,λ表示无因次高度,α表示方程修正系数,β表示无因次波动系数,γ表示无因次阻尼系数。
无因次压力pjD可以采用如下表达式计算得到:
其中,k表示外部介质渗透率,h1表示井筒相连地层的厚度,h2表示溶洞相连地层的厚度,pi表示原始地层压力,pv表示溶洞压力,pf表示裂缝压力,Q表示产量,B表示体积系数,μ表示流体粘度。
无因次时间tD可以根据如下表达式计算得到:
其中,φ表示外部介质孔隙度,Ct表示外部介质压缩系数,t表示时间,rw表示井筒半径。
无因次半径rD可以根据如下表达式计算得到:
其中,r表示探测半径。
无因次井筒储集系数CwD可以根据如下表达式计算得到:
其中,Cw表示井筒储集系数,Ct表示外部介质压缩系数,rv表示溶洞半径。
无因次溶洞储集系数CvD可以根据如下表达式计算得到:
其中,Cv表示溶洞储集系数。
无因次高度λ可以根据如下表达式计算得到:
无因次波动系数β可以根据如下表达式计算得到:
其中,ρ表示流体密度,D表示井筒直径,v0表示初始速度(可以通过流量计算得到)。
无因次阻尼系数γ可以根据如下表达式计算得到:
数学函数Γ(x)可以表示为:
其中,上述内容中的下标f表示裂缝,下标v表示溶洞,下标w表示油井。
在如表达式(1)所示的缝洞型油藏试井模型中,最后一个方程是基于能量守恒定律建立的无因次方程。
流体从溶洞流入井筒,再由井筒流出地面,这一过程的流体流动要满足的连续性方程、动量守恒和能量守恒方程分别可以表示为:
其中,ρ表示流体密度,t表示时间,v表示流体流动速度,x轴表示由井筒圆心向下建立的一维坐标轴,p表示压力,f表示流体受到的摩擦阻力系数,D表示井筒直径,pwf和pv分别表示井筒和溶洞中的压力,vwf表示井筒和溶洞连接处流体的速度。
如图3取井筒中的一个流体微元,由质量守恒可以得到:
其中,A表示微元的横截面积。
在高压状况下,流体存在压缩性,油管也是一个弹性体,其变形由油管直径、壁厚及油管材料的杨氏模量决定,展开表达式(14)可以得到:
根据流体力学中全导数和偏导数关系,可以得到:
上述表达式可以修改为:
考虑流体的压缩性,表达式(18)中的密度项可以表示成压力的函数,即存在:
其中,G表示流体的体积流量。
假设油管为弹性变形,对薄壁的圆管,当压力增加dp时,其径向变形dD与dp的关系可以表示为:
其中,D表示油管直径,e表示油管壁厚,E表示油管杨氏模量。
油管面积表达式可以表示为:
联合表达式(19)和表达式(20),则表达式(18)可以变为:
对于管道及流体***中的波速C,存在:
具体地,利用全导数公式,表达式(22)可以变为:
可见压力在x轴方向的传导是以波的形式进行的,其波速为C。
如果将溶洞也视为圆柱,连续性方程同表达式(24),但压力传播的速度C可以表示为:
将连续性方程与动量守恒联合,可以得到:
考察流体在溶洞中的流动,由于速度v较小,忽略重力和流体摩擦力,并考虑溶洞的存储常数Cv,由于摩擦力为速度v的二次方项,可略去二阶小量,则有:
表达式(27)的解,即为溶洞中的流体流速:
其中,v0表示初始时刻的速度,其可以由地面产量确定。由于大溶洞的半径rv的值很大,因此项也就更大,同时这一项是一个常数,可以将该项加入到附加压降中。通过对方程进行修正,也就可以忽略表达式(28)中右边的第二项,即存在:
由此可以得到溶洞提供的产量Q,即存在:
于是流体流入井筒处的速度vwf也就可以根据如下表达式计算得到:
根据井筒及溶洞处的能量守恒方程,则有:
按照无因次定义也就可以将表达式(32)转化为缝洞型油藏试井模型中最后一个方程。
如图1所示,本实施例中,本方法会在步骤S102中根据所建立的缝洞型油藏试井模型,采用叠加原理获得地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解。
图4示出了本实施例中采用叠加原理获得地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解的实现流程示意图。
如图4所示,本实施例中,该方法会在步骤S401中对缝洞型油藏试井模型进行拉普拉斯变换,从而得到第一拉普拉斯空间井底压力解函数。具体地,本实施例中,该方法所得到的第一拉普拉斯空间井底压力解函数优选地可以表示为:
根据如下表达式计算所述体积系数B:
其中,其中,M1、M2、M3、M4、T表示中间参数,具体含义如上所示。K0表示零阶第二类贝塞尔函数,sv表示溶洞的表皮系数,rvD表示无因次溶洞半径,K1表示一阶第二类贝塞尔函数,CwD表示无因次井筒储集系数,λ表示无因次高度,CvD表示无因次溶洞储集系数,α表示修正系数,β表示波动系数,γ表示阻尼系数。
当然,在本发明的其他实施例中,根据实际需要,该方法还可以采用其他合理方式来对缝洞型油藏试井模型进行拉普拉斯变换,以得到第一拉普拉斯空间井底压力解函数。
如图4所示,本实施例中,该方法会在步骤S402中采用叠加原理,来确定出源汇在井筒处的无因次压力函数。具体地,参照图2所示的裂缝性油藏试井简化模型,当地层中存在多个溶洞(以2个溶洞为例)时,第一溶洞202会为井筒201提供产量Q1,第二溶洞203会为井筒201提供产量Q2。
在向井筒提供流量过程中,第一溶洞202和第二溶洞203的压力会降低。因此,对于井筒201而言,第一溶洞202和第二溶洞203的存在就相当于地层中有2口产量分别为Q1和Q2的井同时在生产。利用叠加原理可以得到第一溶洞202和第二溶洞203同时存在时真实空间井底压力解。
如果将第一溶洞202和第二溶洞203看作点源,那么按照源汇理论,考虑地层中多源汇的连续性方程则为:
其中,qi(i=1,2,...)表示第i个汇源(即第i个溶洞)的强度,M1和M2分别表示第一点源和第二点源在空间上的位置,M表示空间上任意点的位置,δ表示集中分布的物理量(例如质点、点电荷、点热量、集中力等)。
δ函数就是一个描述集中分布的物理量的数学工具。如果要在数学上用一个δ函数来描述这些集中分布的物理量,它就要满足以下两个要求:
δ函数的一个重要性质就是:对于任意的连续函数f(x,y,z),都有:
δ函数的另一个重要性质就是对称性,即存在:
δ(M-MO)=δ(MO-M) (44)
采用微可压缩假设,并将达西定律代入表达式(40),可以得到:
定义无因次量并求解无因次源汇方程,可以得到源汇在井筒处的无因次压力,即存在:
其中,PDwfL表示源汇在井筒处的无因次压力,tD表示无因次时间,Ei表示指数积分函数,L1D表示第1个溶洞距井筒的无因次距离,Q1D表示第1个溶洞提供的流量比,L2D表示第2个溶洞距井筒的无因次距离,Q2D表示第2个溶洞提供的流量比。
而如果缝洞型油藏试井模型中存在多个溶洞,那么表达式(45)则可以写为:
其中,QjD表示第j个溶洞提供的流量比,LjD表示第j个溶洞距井筒的无因次距离,J表示溶洞的总数。
源汇在井筒处的无因次压力PDwfL可以表示为:
无因次时间tD可以表示为:
第1个溶洞距井筒的无因次距离L1D可以表示为:
第2个溶洞距井筒的无因次距离L2D可以表示为:
指数积分函数Ei可以表示为:
第1个溶洞(即第一溶洞)提供的流量比Q1D可以表示为:
第2个溶洞(即第二溶洞)提供的流量比Q2D可以表示为:
随后,该方法会在步骤S404中根据步骤S401中所确定出的第一拉普拉斯空间井底压力解函数以及步骤S403中所确定出的第二拉普拉斯空间井底压力解函数来确定考虑点源函数后的拉普拉斯空间上的井底压力解函数。
具体地,本实施例中,考虑点源函数后的拉普拉斯空间上的井底压力解函数可以表示为:
具体地,本实施例中,该方法优选地在步骤S405中利用Stehfest数值反演技术来确定出地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解。例如,地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解可以根据如下表达式确定:
本实施例中,上述常数N优选地取[8,16]间的偶数。当然,在本发明的其他实施例中,根据实际需要,上述常数N还可以配置为其他合理值,本发明并不对上述常数N的具体取值进行限定。
需要指出的是,在本发明的其他实施例中,根据实际需要,该方法还可以利用其他合理方式来采用叠加原理获得地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解,本发明不限于此。
再次如图1所示,本实施例中,在得到多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解后,该方法会在步骤S103中利用步骤S102所得到的多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解与实测的井底压力数据进行拟合,并在步骤S104中根据拟合结果确定出溶洞到井筒的距离。
具体地,本实施例中,该方法在步骤S104中优选地首先会利用多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解得到典型曲线图版,随后再根据实际压力恢复曲线的双对数压力及导数拟合,得到各溶洞到井筒的无因次距离LD。然后,该方法会根据所得到的无因次距离LD和井筒半径rw,确定出各溶洞到井筒的距离L。
本实施例中,该方法优选地根据如下表达式确定溶洞到井筒的距离:
L=LD×rw (57)
其中,L表示溶洞到井筒的距离。
需要指出的是,本实施例中,在进行曲线拟合时,根据步骤S102中所得到的真实空间井底压力解所对应的曲线的上翘段数(例如曲线中斜率等于1的段数)还可以确定出地层中所包含的溶洞的个数。
为了更加清楚的阐述本实施例所提供的确定地层中洞距离的方法的可靠性以及优点,以某地层为例,可以得到如图5所示的地层中有一个溶洞时的不同无因次距离的井底压力及导数双对数曲线。其中,图5中的计算参数分别为:CDe2S=100,无因次距离LD分别为200、300和400。
当地层中存在多个溶洞时,所得到的典型曲线也会发生变化,图6示出了地层中存在多个溶洞时的典型曲线示意图。其中,图6中的计算参数分别为CDe2S=100,无因次距离L1D为100,无因次距离L2D为600。
通过图5和图6可以看出,当地层中存在溶洞时,压力导数曲线将会上翘,从导数曲线上翘的个数可以确定出溶洞的个数,无因次距离则可以通过曲线拟合值得到。
通过对实际压力恢复曲线进行求导,可以绘制成压力导数双对数曲线,与图5所示的图版进行拟合。表1示出了该井例的基本参数,图7示出了该井例的双对数压力及导数拟合图。其中,图版的计算参数CDe2S=3.28×1016,LD=1290.6。
表1
根据溶洞到井筒的无因次距离LD,可以得到该溶洞到井筒的距离,即存在:
L=LD×rw=1290.6×0.67=86.47 (58)
同时,从实测曲线上翘的段数可以看出,地层中只有一个溶洞。
从上述描述中可以看出,本发明所提供的确定地层中洞距离的方法及***为缝洞型油藏储层参数计算及储量计算提供了配套的解释方法,其能够直接解释缝洞型油藏中溶洞的个数及距离,为油田开发方案的制定提供技术支撑。
本方法所使用到的缝洞型油藏试井模型的模型结果简单、求解方便,在拉普拉斯空间可以给出解析解,并且解析解不涉及复杂函数的计算,计算速度快。同时,本方法在通过曲线拟合的解释结果,可以方便地给出溶洞的个数及距离。
应该理解的是,本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤,而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是,在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的,而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理,但对于本领域的技术人员来说,在不背离本发明的原理和思想的情况下,明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此,本发明由所附的权利要求书来限定。
Claims (10)
1.一种确定地层中洞距离的方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤一、建立缝洞型油藏试井模型,并将地层中的溶洞视作点源;
步骤二、根据所述缝洞型油藏试井模型,采用叠加原理获得地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解;
步骤三、利用多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解与实测的井底压力数据进行拟合,根据拟合结果确定出溶洞到井筒的距离。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤二包括:
步骤a、对所述缝洞型油藏试井模型进行拉普拉斯变换,得到第一拉普拉斯空间井底压力解函数;
步骤b、采用叠加原理,确定源汇在井筒处的无因次压力函数;
步骤c、根据所述源汇在井筒处的无因次压力函数进行拉普拉斯变换,得到第二拉普拉斯空间井底压力解函数;
步骤d、根据所述第一拉普拉斯空间井底压力解函数和第二拉普拉斯空间井底压力解函数确定考虑点源函数后的拉普拉斯空间上的井底压力解函数;
步骤e、根据考虑点源函数后的拉普拉斯空间上的井底压力解函数反演得到地层中多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解。
8.如权利要求1~7中任一项所述的方法,其特征在于,在所述步骤三中,
利用多个溶洞同时存在时的真实空间井底压力解与实测的井底压力数据进行拟合,得到各溶洞到井筒的无因次距离;
根据所述无因次距离和井筒半径,确定各溶洞到井筒的距离。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,根据如下表达式确定溶洞到井筒的距离:
L=LD×rw
其中,L表示溶洞到井筒的距离,LD表示溶洞到井筒的无因次距离,rw表示井筒半径。
10.一种确定地层中洞距离的***,其特征在于,所述***采用如权利要求1~9中任一项所述的方法确定地层中溶洞到井筒的距离。
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