油气藏物理模拟井筒半径处理方法

摘要

一种油气藏物理模拟井筒半径处理方法，所述方法是利用近井渗流压降漏斗原理和等压等液量原则实现井筒半径的等价处理，在物理模型中用较大半径的井筒代替小半径井筒，同时选择合适的注采压差，使实验模型既能解决井筒半径过小引起的问题，又能符合油藏内流场特性及规律。本发明提供了一套技术方法，利用近井渗流压降漏斗原理和等压等液量原则实现了井径的相似性等价处理，使油藏多井定压开采物理模拟中，模型与油藏井径的相似成为可能。

说明书

技术领域

本发明属于油气藏开发物理模拟研究的一种新型物理实验方法，同时适用于其它与多孔介质内井筒渗流现象有关的研究领域。

背景技术

在油藏物理模拟研究中，人们一直尝试用实验室模型按照一定相似关系模拟油藏。实验室模型首先应该满足几何相似，即模型在几何形状上与实际油藏相似。实际油藏布井开发时，面积注采单元往往大于10×10⁴m²，井筒半径约为5～10cm。然而，实验室模型面积注采单元一般不超过2m²，根据几何相似，其井筒半径不超过0.5mm。如此小的井径，摩阻效应将严重阻碍流体在其中的流动，因而大大影响模拟结果的精度和可靠性。

为解决这些问题，先前人们把注采井当作点源点汇，视注采井为无限小的点(与注采单元相比)，同时将油藏物理模拟限定为只研究注采井定产的情况。这样便可放松井径的几何相似，只要井径相对注采单元充分小且注采井定产即可。但实际油藏开发中，由于受矿场机械(如注水泵和抽油泵)限制，注采井通常定压生产。目前，对于注采井定压生产的油藏开发过程的物理模拟，尚未发现行之有效的井筒半径处理方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种油气藏物理模拟井筒半径处理方法，可方便地解决注采井定压生产时油藏物理模拟中井径的限制问题，并为所有与多孔介质内井筒渗流现象有关的研究领域提供技术支持。

本发明的技术解决方案是：一种油气藏物理模拟井筒半径处理方法，所述方法是利用近井渗流压降漏斗原理和等压等液量原则实现井筒半径的等价处理，在物理模型中用较大半径的井筒代替小半径井筒，同时选择合适的注采压差，使实验模型既能解决井筒半径过小引起的问题，又能符合油藏内流场特性及规律。

本发明的特点和优点如下：

(1)本发明提供了一套技术方法，使油藏多井定压开采物理模拟中，模型与油藏井径的相似成为可能。

(2)利用近井渗流压降漏斗原理和等压等液量原则实现了井径的相似性等价处理。

(3)本方法适用于所有井网类型。

(4)本发明给出了定量化、可操作的技术方法和实施步骤，并给出了五点注采井网实例。

(5)本发明不仅适用于油田开发研究领域，还适用于所有与多孔介质内井筒渗流现象有关的研究领域。

附图说明

图1为不同井径与压力的关系。

图2为五点注采井网单元中等效供给边界示意图。

图3为注采井间压力分布示意图。

具体实施方式

方法原理

本发明的主要思想是依照渗流力学原理，在物理模型中用较大半径的井筒代替小半径井筒，同时选择合适的注采压差，使实验模型既能解决井筒半径过小引起的问题，又能符合油藏内流场特性及规律。

如图1所示，根据近井渗流压降漏斗原理，圆形定压供给边界中心一口井定压生产时，各等压线均为圆形，井筒本身也是一圈等压线。在相同的渗流介质中，根据圆形供给边界压力和井筒压力，便可确定供给边界到井筒间的压力分布。井筒半径由小变大时，大井筒位置必然与采用小井筒时的一条等压线重合。变化井径时，通过相应地变化井筒处压力，便可保持供给边界和井筒间压力分布不变。进而，采用两种不同半径井筒时的产量变化规律完全相同。

本发明提出的方法可以给出多井注采开发时，为保持压力分布和产量变化规律不变，井径变化与井筒压力变化的定量关系。

实现过程

为了满足井筒半径的几何相似，设计模型中的井筒与实际油藏井筒保持几何相似，也就是使物理模型和油藏中井筒与外部边界尺度之间的比例相同，二者的井筒半径r_w与x方向特征尺度L_X之比需满足如下关系：

(r_w/L_x)|_模型＝(r_w/L_x)|_油藏

但是，如果直接按照上述要求设计物理模型井筒，物理模型内的井径r_w模型一般在1mm以下(记作r_w小)；如此小的井径，会使得井筒中的摩阻效应非常明显，从而显着影响流体在其中的流动，降低实验测试的可靠性。

为了解决这一问题，本发明是在模型中采用扩大的井径r_w大，如图1所示。根据近井渗流压降漏斗原理，r_w模型由r_w小变为r_w大，只需相应地把压差Δp由Δp_小变成Δp_大，这里Δp_小和Δp_大分别是井径为r_w小和r_w大时模型中的注采压差。假设Δp_大＝Δp_小×a，把常数a＝Δp_大/Δp_小求出即可。

考虑各种可能的井型、井网，假设三维油藏在垂直于井筒方向的截面积为E，井数为m，则平均单井控制面积为E_w＝E/m，等价圆形控制区域半径为

$R_e=\sqrt{\frac{E_w}{\pi }}=\sqrt{\frac{E}{\mathrm{\pi m}}}---\left(1\right)$

设油藏平均压力为p_e，单井注采液量为Q，p_w小和p_w大分别为井径r_w小和r_w大所对应的井底流压；根据单井注采液量公式，有

其中，μ为流体粘度，K为储层渗透率，h为油层厚度，R_e为供给半径。

由(2)得

因为(3)式同时适用于注入井和生产井，所以

实际计算时，利用(4)式求得系数a，再根据Δp_大＝Δp_小×a得到Δp_大。在实验设计中将井筒半径r_w模型取作r_w大，注采压差Δp取作Δp_大，则等价于井筒半径r_w模型取r_w小，注采压差Δp取Δp_小；这样的设计既可以满足相似性要求，又可以满足井筒内阻对大井径的要求。考虑到模型加工工艺的方便性，实验中宜取r_w模型≥6mm。

较佳地，本发明包括确定单井供液区域和井径等价处理两个步骤，其中，确定单井供液区域包括：设注采单元面积为E，注采单元内井数为m，则平均单井控制面积为E_w＝E/m；进而等价于等面积圆形定压供给边界，中心一口生产井定压生产；井径等价处理的原理如上述，由于注采井定压生产时井间压力分布中，小井筒本身为一等压线，大井筒与以小井筒生产时的一条等压线重合；根据渗流理论，采用两个不同井径井筒时，若井筒到供给边界间压力分布相同，则两井筒产量变化规律完全相同；实验室设计时采用放大的井径r_w大，同时采用大井径对应的生产压差Δp_大；这种设计既解决了井径过小时摩阻过大的问题，又使得渗流效果与小井径时相同。

下面配合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实施例是以二维五点注采井网(其它井网类型及三维情况同理)为例说明利用近井渗流压降漏斗原理实现井径相似性处理方法原理和应用步骤，具体如下：

(一)确定单井供液区域

五点注采井网单元如图2所示。设正方形注采单元边长为L，则注采单元面积为L²。五点井网单元中心一口井，角上四口角井，共计两口井，则单井控制面积为L²/2。五点井网四注一采，等价于面积为L²/2的正方形定压供给边界，中心一口生产井定压生产；进而等价于等面积圆形定压供给边界，中心一口生产井定压生产，如图2所示。由等效圆形供给边界面积，可以求得等效供给半径。

(二)井径等价处理

注采井定压生产时井间压力分布如图3所示。小井筒本身为一等压线，大井筒与小井筒生产时的一条等压线近似重合。根据渗流理论，采用两个不同井径井筒时，若井筒到供给边界间压力分布相同，则两井筒产量变化规律完全相同。由平面径向流产能公式可得：

根据(5)式和(6)式，实验室设计时采用放大的井径r_w大，同时采用大井径对应的生产压差Δp_大。这种设计即解决了井径过小时摩阻过大的问题，又使得渗流效果(压力分布与产量变化规律)与小井径时相同。

本发明提供了一套完善的油藏物理模拟井筒半径处理的新型技术方法，其主要利用近井渗流压降漏斗原理和等压等液量原则实现井径的等价处理，由此可方便地解决注采井定压生产时油藏物理模拟中井径的限制问题，并为所有与多孔介质内井筒渗流现象有关的研究领域提供技术支持。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。