基于流体入口效应理论下产出剖面精细解释方法及应用

孟宪伟,邱 婷,刘 军,张 浩,张博文

(1.中海石油(中国)有限公司蓬勃作业公司,天津 300459; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459)

对于薄互层发育的储层,由于含油层位多、井段长、合采带来的层间干扰等因素影响下,在认识小层的产出贡献上存在一定难度。而分层系开发调整以及动态措施需要精细的产出状况资料,对产出剖面精细解释上提出了更高的要求。基于这种需求背景,通过对测试资料进行深入分析并对资料进行油组内部的精细解释和计算,达到认识小层产出情况目的。满足油田开发生产、油藏动态分析的要求,并为分层系开发、综合调整、深度挖潜提供技术支持和资料保证。应用地层流体从油层流入井筒存在入口效应理论[1],从油层流入井筒的流体在初始流动状态涡轮的响应不能反映实际的平均流量,波动误差很大。因此,需要经过一定的距离后才能达到稳定流动(层流或者紊流),而涡轮在这阶段所测的流量能够反映出流体沿井筒的累积流量。所需的距离取决于流入层上游流体的运动性质,流体黏度、井筒内径等因素的影响。产出剖面定量解释层段的划分上套管井解释一般分段进行,在两个生产段之间的稳定流阶段为解释层段,该段的测量结果定量解释出射孔层产量。如果油组内的多个小层纵向上比较接近,认识小层的产能就存在一定困难。笔者结合生产井段内的多相管流计算结果,结合井温曲线和实测流量响应曲线,将解释层限制在较小的精度内。最终达到认识油组内各小层的产出情况。

1 细分计算产出层的关键点

依据稳定流体入口效应的理论,油层中流体流入射孔孔眼时,由于黏性影响,在套管表面形成黏性很大的附面层,因此从射孔层内到流入井筒的流体经过附面层的影响,需经过一定距离才能形成为稳定流。所需距离取决于入口上游的流体流动形态、入口流速和流动形态、以及最终稳定流动是层流还是紊流[1]。

判断流体流动是层流或紊流状态,依据的是雷诺准则。雷诺数表达式为[2]

(1)

式中,Re为雷诺数;D为套管内径,m;μ为流体黏度,mPa·s;ρ为流体密度,kg/m3;γ为运动黏度,m2/s;V为井筒流体平均流速,m/min。

根据相似原理,流体运动发展为稳定流体前的入口效应距离L与流体性质、管径D、雷诺数Re和视速度Va相关。对最终为层流的流动,边界层随着距离入口的距离增加而由管壁起开始增厚;当边界层扩展到管中心时,最终层流速度就建立起来了,用雷诺数表示为[1]

(2)

式中,L为达到稳定流最小距离,m。

依据上式即可计算流体进入套管的流体要经过L的距离才能形成稳定流动,通过计算得出最小间距L即可对各油组内解释层进行细分。如果两个产出层间的距离小于L,说明产出流体无法在L的间距内形成稳定流动,此时无法计算解释层的总流量。如果产出间距大于L,实际动态测量曲线响应和平均流速分布即可用于计算解释层段内井筒稳定流量,从而得到产出层产能。

从实际测试数据出发根据流体参数计算和分析井筒内各相流体的表观速度。常规解释有三种模型:滑脱速度模型、漂移流动模型、和试验图版模型[2]。本文中应用以滑脱速度模型为依据,由于油水相间存在滑脱速度,所以可以得到基于滑脱速度方法计算油水平均速度方法。图1为滑脱速度模型示意图。

图1 滑脱速度模型

(3)

滑脱速度vs计算方法采用实验结果拟合得到的经验公式:

式中,vs为滑脱速度,m/min;vso为油相速度,m/min;vsw为水相速度,m/min;vm为油水两相平均速度,m/min;Yw为持水率;ρo为油相密度,kg/m3;ρw为水相密度,kg/m3。

利用测量数据计算得出的流体平均流速,通过滑脱速度模型可分别计算出油水两相流速,因而在实现产出剖面细分解释的要求有资料上的保证[3]。解释层的划分在计算出流体平均速度后,优先利用流体性质和井筒数据,结合射孔情况评估油组内小层间达到稳定流所需的最小距离,并针对小层间的距离满足该距离的两个小层即可分开解释和计算。

2 矿场应用

2.1 产出层最小间距定量判断及划分

图2 渤海油田Z井流体平均速度曲线

平均速度表征了井筒中截面处的速度,在一定程度上也反映了井筒截面累积流量。从平均速度曲线可以看出累积流量变化。图2为渤海油田Z井的产出剖面测量得到平均速度曲线,随着平均速度增加,累积流量增加,由于平均速度变化较大的产出层段对流量贡献较大,而贡献层段是由多个小层产出,细分解释层的目的是为了分辨和认识贡献较大层段内各小层的产出量大小,取决于累积流量增加的多少,利用达到稳定流动所需的最小距离评估,并针对可细分的小层进行分开解释和计算产能。

表1为根据平均流速计算各层段产出流体达到稳定流动所需最小距离,表中计算的结果受流体性质、井径、和流体速度综合影响。通过对计算结果的敏感性分析表明:在产出流体形成稳定流动后为层流,影响达到稳定流动所需最小间距受流体黏度、流体平均流速、井径、流体密度等因素影响。井筒中流体平均速度越高,产出层流体达到稳定流动所需的距离越长。由于纵向产出流体状况差异,各段流体进入井筒后达到稳定流动的最小距离并不一致。在解释层细分时,根据射孔数据进行分割油组内各个小层,对分开的小层进行精细解释和计算。

表1 Z井各油组流体达到稳定流所需最小距离计算表(测试流量889 m3/d)

2.2 流体达到稳定流动所需最小间距影响因素

通过上面分析已知达到稳定流动所需距离与井径、产出流体黏度、产出流体密度,井筒中流体平均速度等因素有关。对于各项因素影响的敏感程度从图3、图4可以看出,在运动黏度较低时,形成稳定流动所需最小距离受流体速度变化影响较小;当运动黏度较高时,形成稳定流动所需最小距离受流体速度变化影响较大。同理,流体平均速度较小时,形成稳定流动所需最小距离受流体性质影响较小;反之当流体速度较高时,形成稳定流动所需最小距离受流体性质影响较大。

图3 不同流速下达到稳定流动距离与运动黏度关系

图4 不同流体性质下达到稳定距离与流体速度关系

2.3 产出层间距定量划分

产出剖面的解释过程需要首先对解释层进行划分,解释层划分的精细程度决定了对产出层认识的精度,产出层的划分原理与过程采用动静结合的方式[3-5]。依据地质油层划分、测井成果、射孔数据、以及井身结构信息,同时结合井温曲线、涡轮流量等动态测量曲线进行辅助验证。

根据单井信息和流体性质计算得到的最小间距(表1),依据此进行解释段精细分割标准,产出层间隔的划分最小为表中计算的间距。以Z井L80油组为例,对于油层静态信息,选取油层之间相距3.3～5.1 m的距离进行划分主产层。如图5、图6所示,此处将L80油组划分成了3个单独的产出层,其中产出层间隔满足最小间距的要求:第一个产出层位为L80、L82两个小层的合计产出、第二个产出层位为L84小层、第三个产出层位为L86、L88两个小层的合计产出。

图5 L80层涡轮平均流量曲线

在划分的产出层基础上,通过涡轮视速度看出累计流量是逐渐增加,平均速度有2个稳定流动的阶段,这个稳定流动的阶段对应着主产层之间的稳定流动阶段,因此可以当做产出层的分界。从图中的对比,看出依据入口效应理论计算的形成稳定流最小间距计算成果划分的产出层和动态流量测试结果比较吻合,可以应用此划分结果来进行解释计算。综上所述,也就是应用井筒中的动态流动特征依附在地质上的油层静态认识,对于动态测量数据,选取流动稳定段作为产层的分界面。

图6 L80层测井解释成果与分层

2.4 产出剖面精细解释结果对比分析

由于历史上产出剖面限于认识到油组级别,对油组内部的各个小层的产出情况认识不清,限制了油田的分层系开发、精细开采、深度挖潜等生产措施。通过对比油组级别的解释成果和小层级别成果,可更好的认识小层产能和动用状况。表2中为两种方法的解释成果,结果吻合程度高,说明小层解释结果可靠。为指导油田开发和调整措施提供了资料上的保证,指导动态分析和开发调整发挥了作用。具有现实指导意义。

表2 Z井细分产出剖面解释与油组级别解释成果对比

通过矿场实际应用结果分析,精细划分解释层后的小层级别结果与油组级别结果误差较小,解释结果可靠性高。该细分解释产层的方法适用于套管射孔低气油比油井,该方法对产液量范围要求较低,同时适用于不同的含水阶段的产出层划分。

3 结 论

(1) 通过对产出剖面的入口效应理论的应用,对单井各层产出流体达到稳定流所需最小间距进行评价和分析,影响流体达到稳定流所需最小间距受流体性质、产出液流速、密度、井径等因素影响。

(2) 油层中流体流入井筒后,达到稳定流动所需的距离根据油田单井产能情况,产层认识精细程度一般为3～7 m不等。应用此方法为精细划分解释层提供了可靠的理论依据。

(3) 在达到认识小层产能目的的同时,从实例中产出剖面资料的细化解释成果看,对小层产出认识更清晰,细分到小层的解释结果与油组级别解释结果吻合,解释结果可靠,方法可行。