基于流體入口效應(yīng)理論下產(chǎn)出剖面精細(xì)解釋方法及應(yīng)用

孟憲偉,邱 婷,劉 軍,張 浩,張博文

(1.中海石油(中國(guó))有限公司蓬勃作業(yè)公司,天津 300459; 2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司,天津 300459)

對(duì)于薄互層發(fā)育的儲(chǔ)層,由于含油層位多、井段長(zhǎng)、合采帶來的層間干擾等因素影響下,在認(rèn)識(shí)小層的產(chǎn)出貢獻(xiàn)上存在一定難度。而分層系開發(fā)調(diào)整以及動(dòng)態(tài)措施需要精細(xì)的產(chǎn)出狀況資料,對(duì)產(chǎn)出剖面精細(xì)解釋上提出了更高的要求?；谶@種需求背景,通過對(duì)測(cè)試資料進(jìn)行深入分析并對(duì)資料進(jìn)行油組內(nèi)部的精細(xì)解釋和計(jì)算,達(dá)到認(rèn)識(shí)小層產(chǎn)出情況目的。滿足油田開發(fā)生產(chǎn)、油藏動(dòng)態(tài)分析的要求,并為分層系開發(fā)、綜合調(diào)整、深度挖潛提供技術(shù)支持和資料保證。應(yīng)用地層流體從油層流入井筒存在入口效應(yīng)理論[1],從油層流入井筒的流體在初始流動(dòng)狀態(tài)渦輪的響應(yīng)不能反映實(shí)際的平均流量,波動(dòng)誤差很大。因此,需要經(jīng)過一定的距離后才能達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)(層流或者紊流),而渦輪在這階段所測(cè)的流量能夠反映出流體沿井筒的累積流量。所需的距離取決于流入層上游流體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),流體黏度、井筒內(nèi)徑等因素的影響。產(chǎn)出剖面定量解釋層段的劃分上套管井解釋一般分段進(jìn)行,在兩個(gè)生產(chǎn)段之間的穩(wěn)定流階段為解釋層段,該段的測(cè)量結(jié)果定量解釋出射孔層產(chǎn)量。如果油組內(nèi)的多個(gè)小層縱向上比較接近,認(rèn)識(shí)小層的產(chǎn)能就存在一定困難。筆者結(jié)合生產(chǎn)井段內(nèi)的多相管流計(jì)算結(jié)果,結(jié)合井溫曲線和實(shí)測(cè)流量響應(yīng)曲線,將解釋層限制在較小的精度內(nèi)。最終達(dá)到認(rèn)識(shí)油組內(nèi)各小層的產(chǎn)出情況。

1 細(xì)分計(jì)算產(chǎn)出層的關(guān)鍵點(diǎn)

依據(jù)穩(wěn)定流體入口效應(yīng)的理論,油層中流體流入射孔孔眼時(shí),由于黏性影響,在套管表面形成黏性很大的附面層,因此從射孔層內(nèi)到流入井筒的流體經(jīng)過附面層的影響,需經(jīng)過一定距離才能形成為穩(wěn)定流。所需距離取決于入口上游的流體流動(dòng)形態(tài)、入口流速和流動(dòng)形態(tài)、以及最終穩(wěn)定流動(dòng)是層流還是紊流[1]。

判斷流體流動(dòng)是層流或紊流狀態(tài),依據(jù)的是雷諾準(zhǔn)則。雷諾數(shù)表達(dá)式為[2]

(1)

式中,Re為雷諾數(shù);D為套管內(nèi)徑,m;μ為流體黏度,mPa·s;ρ為流體密度,kg/m3;γ為運(yùn)動(dòng)黏度,m2/s;V為井筒流體平均流速,m/min。

根據(jù)相似原理,流體運(yùn)動(dòng)發(fā)展為穩(wěn)定流體前的入口效應(yīng)距離L與流體性質(zhì)、管徑D、雷諾數(shù)Re和視速度Va相關(guān)。對(duì)最終為層流的流動(dòng),邊界層隨著距離入口的距離增加而由管壁起開始增厚;當(dāng)邊界層擴(kuò)展到管中心時(shí),最終層流速度就建立起來了,用雷諾數(shù)表示為[1]

(2)

式中,L為達(dá)到穩(wěn)定流最小距離,m。

依據(jù)上式即可計(jì)算流體進(jìn)入套管的流體要經(jīng)過L的距離才能形成穩(wěn)定流動(dòng),通過計(jì)算得出最小間距L即可對(duì)各油組內(nèi)解釋層進(jìn)行細(xì)分。如果兩個(gè)產(chǎn)出層間的距離小于L,說明產(chǎn)出流體無法在L的間距內(nèi)形成穩(wěn)定流動(dòng),此時(shí)無法計(jì)算解釋層的總流量。如果產(chǎn)出間距大于L,實(shí)際動(dòng)態(tài)測(cè)量曲線響應(yīng)和平均流速分布即可用于計(jì)算解釋層段內(nèi)井筒穩(wěn)定流量,從而得到產(chǎn)出層產(chǎn)能。

從實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)出發(fā)根據(jù)流體參數(shù)計(jì)算和分析井筒內(nèi)各相流體的表觀速度。常規(guī)解釋有三種模型:滑脫速度模型、漂移流動(dòng)模型、和試驗(yàn)圖版模型[2]。本文中應(yīng)用以滑脫速度模型為依據(jù),由于油水相間存在滑脫速度,所以可以得到基于滑脫速度方法計(jì)算油水平均速度方法。圖1為滑脫速度模型示意圖。

圖1 滑脫速度模型

(3)

滑脫速度vs計(jì)算方法采用實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合得到的經(jīng)驗(yàn)公式:

式中,vs為滑脫速度,m/min;vso為油相速度,m/min;vsw為水相速度,m/min;vm為油水兩相平均速度,m/min;Yw為持水率;ρo為油相密度,kg/m3;ρw為水相密度,kg/m3。

利用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得出的流體平均流速,通過滑脫速度模型可分別計(jì)算出油水兩相流速,因而在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出剖面細(xì)分解釋的要求有資料上的保證[3]。解釋層的劃分在計(jì)算出流體平均速度后,優(yōu)先利用流體性質(zhì)和井筒數(shù)據(jù),結(jié)合射孔情況評(píng)估油組內(nèi)小層間達(dá)到穩(wěn)定流所需的最小距離,并針對(duì)小層間的距離滿足該距離的兩個(gè)小層即可分開解釋和計(jì)算。

2 礦場(chǎng)應(yīng)用

2.1 產(chǎn)出層最小間距定量判斷及劃分

圖2 渤海油田Z井流體平均速度曲線

平均速度表征了井筒中截面處的速度,在一定程度上也反映了井筒截面累積流量。從平均速度曲線可以看出累積流量變化。圖2為渤海油田Z井的產(chǎn)出剖面測(cè)量得到平均速度曲線,隨著平均速度增加,累積流量增加,由于平均速度變化較大的產(chǎn)出層段對(duì)流量貢獻(xiàn)較大,而貢獻(xiàn)層段是由多個(gè)小層產(chǎn)出,細(xì)分解釋層的目的是為了分辨和認(rèn)識(shí)貢獻(xiàn)較大層段內(nèi)各小層的產(chǎn)出量大小,取決于累積流量增加的多少,利用達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)所需的最小距離評(píng)估,并針對(duì)可細(xì)分的小層進(jìn)行分開解釋和計(jì)算產(chǎn)能。

表1為根據(jù)平均流速計(jì)算各層段產(chǎn)出流體達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)所需最小距離,表中計(jì)算的結(jié)果受流體性質(zhì)、井徑、和流體速度綜合影響。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的敏感性分析表明:在產(chǎn)出流體形成穩(wěn)定流動(dòng)后為層流,影響達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)所需最小間距受流體黏度、流體平均流速、井徑、流體密度等因素影響。井筒中流體平均速度越高,產(chǎn)出層流體達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)所需的距離越長(zhǎng)。由于縱向產(chǎn)出流體狀況差異,各段流體進(jìn)入井筒后達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)的最小距離并不一致。在解釋層細(xì)分時(shí),根據(jù)射孔數(shù)據(jù)進(jìn)行分割油組內(nèi)各個(gè)小層,對(duì)分開的小層進(jìn)行精細(xì)解釋和計(jì)算。

表1 Z井各油組流體達(dá)到穩(wěn)定流所需最小距離計(jì)算表(測(cè)試流量889 m3/d)

2.2 流體達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)所需最小間距影響因素

通過上面分析已知達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)所需距離與井徑、產(chǎn)出流體黏度、產(chǎn)出流體密度,井筒中流體平均速度等因素有關(guān)。對(duì)于各項(xiàng)因素影響的敏感程度從圖3、圖4可以看出,在運(yùn)動(dòng)黏度較低時(shí),形成穩(wěn)定流動(dòng)所需最小距離受流體速度變化影響較小;當(dāng)運(yùn)動(dòng)黏度較高時(shí),形成穩(wěn)定流動(dòng)所需最小距離受流體速度變化影響較大。同理,流體平均速度較小時(shí),形成穩(wěn)定流動(dòng)所需最小距離受流體性質(zhì)影響較小;反之當(dāng)流體速度較高時(shí),形成穩(wěn)定流動(dòng)所需最小距離受流體性質(zhì)影響較大。

圖3 不同流速下達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)距離與運(yùn)動(dòng)黏度關(guān)系

圖4 不同流體性質(zhì)下達(dá)到穩(wěn)定距離與流體速度關(guān)系

2.3 產(chǎn)出層間距定量劃分

產(chǎn)出剖面的解釋過程需要首先對(duì)解釋層進(jìn)行劃分,解釋層劃分的精細(xì)程度決定了對(duì)產(chǎn)出層認(rèn)識(shí)的精度,產(chǎn)出層的劃分原理與過程采用動(dòng)靜結(jié)合的方式[3-5]。依據(jù)地質(zhì)油層劃分、測(cè)井成果、射孔數(shù)據(jù)、以及井身結(jié)構(gòu)信息,同時(shí)結(jié)合井溫曲線、渦輪流量等動(dòng)態(tài)測(cè)量曲線進(jìn)行輔助驗(yàn)證。

根據(jù)單井信息和流體性質(zhì)計(jì)算得到的最小間距(表1),依據(jù)此進(jìn)行解釋段精細(xì)分割標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)出層間隔的劃分最小為表中計(jì)算的間距。以Z井L80油組為例,對(duì)于油層靜態(tài)信息,選取油層之間相距3.3～5.1 m的距離進(jìn)行劃分主產(chǎn)層。如圖5、圖6所示,此處將L80油組劃分成了3個(gè)單獨(dú)的產(chǎn)出層,其中產(chǎn)出層間隔滿足最小間距的要求:第一個(gè)產(chǎn)出層位為L(zhǎng)80、L82兩個(gè)小層的合計(jì)產(chǎn)出、第二個(gè)產(chǎn)出層位為L(zhǎng)84小層、第三個(gè)產(chǎn)出層位為L(zhǎng)86、L88兩個(gè)小層的合計(jì)產(chǎn)出。

圖5 L80層渦輪平均流量曲線

在劃分的產(chǎn)出層基礎(chǔ)上,通過渦輪視速度看出累計(jì)流量是逐漸增加,平均速度有2個(gè)穩(wěn)定流動(dòng)的階段,這個(gè)穩(wěn)定流動(dòng)的階段對(duì)應(yīng)著主產(chǎn)層之間的穩(wěn)定流動(dòng)階段,因此可以當(dāng)做產(chǎn)出層的分界。從圖中的對(duì)比,看出依據(jù)入口效應(yīng)理論計(jì)算的形成穩(wěn)定流最小間距計(jì)算成果劃分的產(chǎn)出層和動(dòng)態(tài)流量測(cè)試結(jié)果比較吻合,可以應(yīng)用此劃分結(jié)果來進(jìn)行解釋計(jì)算。綜上所述,也就是應(yīng)用井筒中的動(dòng)態(tài)流動(dòng)特征依附在地質(zhì)上的油層靜態(tài)認(rèn)識(shí),對(duì)于動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù),選取流動(dòng)穩(wěn)定段作為產(chǎn)層的分界面。

圖6 L80層測(cè)井解釋成果與分層

2.4 產(chǎn)出剖面精細(xì)解釋結(jié)果對(duì)比分析

由于歷史上產(chǎn)出剖面限于認(rèn)識(shí)到油組級(jí)別,對(duì)油組內(nèi)部的各個(gè)小層的產(chǎn)出情況認(rèn)識(shí)不清,限制了油田的分層系開發(fā)、精細(xì)開采、深度挖潛等生產(chǎn)措施。通過對(duì)比油組級(jí)別的解釋成果和小層級(jí)別成果,可更好的認(rèn)識(shí)小層產(chǎn)能和動(dòng)用狀況。表2中為兩種方法的解釋成果,結(jié)果吻合程度高,說明小層解釋結(jié)果可靠。為指導(dǎo)油田開發(fā)和調(diào)整措施提供了資料上的保證,指導(dǎo)動(dòng)態(tài)分析和開發(fā)調(diào)整發(fā)揮了作用。具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

表2 Z井細(xì)分產(chǎn)出剖面解釋與油組級(jí)別解釋成果對(duì)比

通過礦場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果分析,精細(xì)劃分解釋層后的小層級(jí)別結(jié)果與油組級(jí)別結(jié)果誤差較小,解釋結(jié)果可靠性高。該細(xì)分解釋產(chǎn)層的方法適用于套管射孔低氣油比油井,該方法對(duì)產(chǎn)液量范圍要求較低,同時(shí)適用于不同的含水階段的產(chǎn)出層劃分。

3 結(jié) 論

(1) 通過對(duì)產(chǎn)出剖面的入口效應(yīng)理論的應(yīng)用,對(duì)單井各層產(chǎn)出流體達(dá)到穩(wěn)定流所需最小間距進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析,影響流體達(dá)到穩(wěn)定流所需最小間距受流體性質(zhì)、產(chǎn)出液流速、密度、井徑等因素影響。

(2) 油層中流體流入井筒后,達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)所需的距離根據(jù)油田單井產(chǎn)能情況,產(chǎn)層認(rèn)識(shí)精細(xì)程度一般為3～7 m不等。應(yīng)用此方法為精細(xì)劃分解釋層提供了可靠的理論依據(jù)。

(3) 在達(dá)到認(rèn)識(shí)小層產(chǎn)能目的的同時(shí),從實(shí)例中產(chǎn)出剖面資料的細(xì)化解釋成果看,對(duì)小層產(chǎn)出認(rèn)識(shí)更清晰,細(xì)分到小層的解釋結(jié)果與油組級(jí)別解釋結(jié)果吻合,解釋結(jié)果可靠,方法可行。