稠油热采传热和基于测温数据的油井参数预测分析

摘要

热力采油是强化采油技术(EOR)中常用的方法之一，其在稠油开采过程中占据着主导地位。热采是通过向储层中注入高温高压的热流体加热储层，提高稠油流动性从而达到强化采油的目的。由于高温流体与油井周围岩石存在温差，热流体在注入过程中不可避免地会产生热损失。而油井周围地层和储层的热导率和比热容等热物性参数直接影响流体通过井筒的热损失，因此，准确的预测地层和储层的热物性对于热采井的热效率评估具有重要的意义。此外储层油饱和度代表了油藏的含油丰富程度，是评估油田储量的重要参数。在生产井中，通过对井筒中产油流量的测试可以直接对油井的产量进行评估，准确的测量产油流量在热采中也是一项重要的工作。
　　但是目前对如上参数的测试或是评估方法，由于受到技术上和测试条件上等相关因素的影响，都存在着一些亟待解决的问题。研究发现，在热采过程中温度和如上参数间存在着密切的关系;同时温度数据作为热采中必不可少的测试数据，通常只被用作定性分析，还无法像压力数据那样可以对相关参数进行定量分析，造成测温资料利用率很低。
　　基于此，本文针对所提出的基于温度数据预测相关参数的方法，提出了一种采用温度数据预测储层和地层热物性、储层油饱和度以及油产量的方法;并通过建立热采传热特性模拟实验平台，系统的分析了热采的强化采油机理。
　　首先，本文针对注汽井，在系统地分析注汽过程中井筒、地层和储层传热的基础上建立了注汽井完整的传热模型，该传热模型既包括井筒-地层传热又涵盖了井筒-储层传热，并在建立的传热模型的基础上导出了井筒内完整的蒸汽温度分布模型。同时在分析井筒内蒸汽流动的基础上，建立了注汽过程中井筒内蒸汽压降模型和干度模型。利用建立的蒸汽温度、压力和干度模型对两口实际注汽井的蒸汽参数进行模拟计算，结果表明建立的蒸汽参数模型不但具有较高的精度，而且还可以反映出井筒-地层传热与井筒-储层传热传质的差异。此外本文在注汽井传热模型的基础上，还建立了一个考虑了井筒热容影响的注汽井热损分析模型，通过计算结果分析表明:井筒热容对注汽井的井筒热损失有较明显地影响，尤其在注汽时间较短时，影响更大。
　　其次在建立的注气井温度—热物性关系模型的基础上，本文对提出的基于测温数据预测地层和储层热物性的方法进行了研究，采用的预测方法为蒙托卡洛随机近似反演法。敏感性分析结果表明，热导率和蒸汽温度间的敏感性强于体积比热容的敏感性;同时还发现储层热物性与蒸汽温度间的敏感性强于地层热物性的敏感性。利用提出的方法对两口注汽井的地层和储层的热物性进行反演，储层热物性的反演结果的误差分别为:热导率为2.9％和6.5％;体积比热容的反演误差分别为:6.7％和7.0％，显示反演具有较高的精度。同时本文还通过提出的采用测温数据分层反演地层和储层热物性的方法，获得了注汽井热物性空间分布的数据，反演结果体现了热物性随井深变化的规律。通过热物性的空间分布规律还可以看出，由于地层和储层热物性的差异，热物性的分布曲线在地层和储层交界处存在明显的波动，通过这一现象可以准确的预测出储层的位置。
　　此外本文还对提出的采用测温数据反演储层油饱和度的方法进行了研究。该方法基于建立的热导率—油饱和度关系模型，通过反演得到的热导率空间分布数据进一步反演出储层油饱和度的空间分布。利用该方法，对两口注汽井的储层油饱和度的预测精度都在10％以内。此外，预测结果显示，储层附近的地层和储层处的油饱和度存在明显的差异，储层附近地层的油饱和度明显偏低，通过这一现象不但可以说明含油丰富是储层的基本特性，还可以对储层的深度进行预测。
　　本文还针对生产井，提出了采用的测温数据反演生产井产量的方法，并采用分层反演方法得到了井筒内流量的分布。首先建立了考虑了井筒热容影响的生产井传热模型，并推导出了井筒内流体温度—流量关系模型。然后对流量以及地层热物性参数与井筒内流体温度之间的敏感性进行分析，分析结果指示出，生产井的流量与温度间的敏感性远强于地层热物性的敏感性，说明了开采过程中油的流量对温度变化影响强烈，这也为采用温度数据反演流量的方法提供了理论优势。此外，通过建立的传热模型对三口实际生产井的井筒流体温度进行计算，结果表明温度计算结果与实测值吻合较好，并比传统模型计算结果的吻合度高，说明考虑了井筒热容的生产井传热模型具有更高的精度。最后利用提出的反演方法对三口井的产量进行预测，平均反演误差小于10％;同时井筒中部处的预测结果具有较高的精度，并在一定的深度范围内精度可达3％。本文还获得了流量的空间分布数据，体现了流量在井筒内随井深发生的变化，可以精确地预测出多产层生产井的单层产量。
　　在注汽井热物性反演方法的基础上，本文针对注水井，提出了一种通过测温数据反演注水井地层热物性分布的方法。首先在分析注水井传热的基础上建立了注水井传热模型，通过对两口注水井的模拟计算证明了模型具有较高的精度。然后通过分析井筒中的传热与流动，研究了注水井和注汽井两者在传热上的差异，分析结果表明:与注汽井蒸汽温度沿井深方向始终降低的趋势不同，注水井井筒内的水温沿井深方向先降低后升高。注汽井和注水井井筒温度分布的差异使得两者井筒热损明显不同。此外，热物性参数敏感性分析结果表明，注汽井的热导率的敏感性强于体积比热容的敏感性，这与注水井的地层热物性敏感性分析结果相反，热物性敏感性的不同近一步体现了两种热采井传热与温度模型的差异。
　　本文还建立了储层传热特性模拟实验平台，通过对注热水储层的驱油过程的模拟实验，系统的分析了注入条件和储层参数对注水储层传热的影响，同时研究了注入温度以及储层温度变化对相关生产参数的影响，最终对储层的传热和热驱机理进行了分析。分析结果表明:注入条件（注入温度、注入流量）对储层温度分布变化的影响要强于储层参数（孔隙度、油饱和度）对其的影响;此外随着注入温度的提高，储层的油产量以及采收率都明显提升，当注入时间为6000s时，注入温度为75℃的储层的油产量和采收率大约是注入温度20℃（常温）的储层的油产量和采收率的2倍。此外注入温度对油水比和油饱和度的影响也较大，在同一时间下当注入温度升高时，油水比会随之明显增加;但油饱和度将会随之下降。最后本文在前文建立的反演方法的基础上，建立了通过储层的测温数据反演储层油流量和饱和度动态变化的方法，饱和度和油流量在所有时间点的预测误差均小于10％，最终建立了一种高精度的基于测温数据的动态监测油产量和饱和度变化的方法。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 研究目的和意义

1．2 研究背景

1．2．1 热采井传热分析

1．2．2 地层和储层热物性的测量和分析方法

1．2．3 油饱和度

1．2．4 油产量

1．3 本文研究思路和主要内容

1．3．1 研究思路

1．3．2 研究内容

第2章 注气井传热分析模型

2．1 本章简介

2．2 井筒-地层传热模型

2．2．1 井筒传热分析

2．2．2 地层传热分析

2．3 地层瞬态导热函数及近似解

2．4 井筒-储层传热模型

2．5 蒸汽特性参数分析

2．5．1 蒸汽压力和干度分析模型

2．5．2 蒸汽参数计算与分析

2．6 本章小结

第3章 注气井井筒热损失影响分析

3．1 本章简介

3．2 注入参数影响分析

3．3 井筒热容影响分析

3．4 本章小结

第4章 基于测温数据的注汽井热物性预测

4．1 本章简介

4．2 预测方法

4．3 热物性参数敏感性分析

4．4 热物性预测结果

4．5 热物性空间分布预测

4．6 本章小结

第5章 基于测温数据的储层油饱和度分布研究

5．1 本章简介

5．2 储层等效热导率模型

5．2．1 物理模型

5．2．2 数学模型

5．3 油饱和度分布预测方法与结果

5．4 本章小结

第6章 基于测温数据的生产井产量预测

6．1 本章简介

6．2 生产井传热模型

6．2．1 生产井井筒传热

6．2．2 生产井地层传热

6．2．3 生产井温度模型

6．2．4 井筒流体温度计算与分析

6．3 产量预测方法和结果

6．4 预测结果误差分析

6．5 本章小结

第7章 注水井地层热物性空间分布预测方法研究

7．1 本章简介

7．2 注水井传热模型

7．2．1 井筒-地层传热

7．2．2 温度压力模型

7．2．3 井筒流动参数计算与分析

7．3 地层热物性空间分布预测结果

7．4 本章小结

第8章 注热水储层传热特性模拟实验

8．1 本章简介

8．2 实验平台简介

8．3 实验设计方案

8．3．1 储层的制作

8．3．2 实验条件控制

8．3．3 数据采集与处理及其误差分析

8．4 注入条件对储层传热影响分析

8．4．1 注入温度对储层温度影响分析

8．4．2 注入流量对储层温度影响分析

8．5 储层物性对储层传热影响分析

8．5．1 孔隙度对储层温度影响分析

8．5．2 原始油饱和对储层温度影响分析

8．6 注入温度对生产参数影响分析

8．7 注热水储层温度计算模型

8．8 基于测温数据的生产参数动态变化预测

8．9 本章小结

第9章 工作总结与展望

9．1 工作总结

9．2 未来工作展望

参考文献

附录

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

致谢