开采井和注入井的优化酸化 |
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| 申请号 | CN201480070879.5 | 申请日 | 2014-10-01 | 公开(公告)号 | CN105849362A | 公开(公告)日 | 2016-08-10 |
| 申请人 | 界标制图有限公司; | 发明人 | A·菲利波夫; V·克里亚科夫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种用于确定最佳 酸化 布置设计的系统、 计算机程序 产品和计算机实现的方法，所述最佳酸化布置设计将会产生注入或开采率的规定分布曲线，其考虑了从跟部到趾部的降压和储层异质性并且从而改进 烃 类采收。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种优化用于井处理的酸液布置的计算机实现的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 开采井和注入井的优化酸化[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求2014年1月24日提交的题为“Optimized Acidizing of Production and Injection Wells”的美国临时专利申请号61/931,248的权益，所述申请以全文引用方式并入本文。 [0003] 背景 [0004] 1.公开领域 [0005] 本公开总体上涉及地下沉积物的采收，并且更具体地说，涉及用于通过优化开采井和注入井的酸化来改进油井开采的方法和系统。 [0006] 2.相关技术讨论 [0007] 基质酸化(matrix acidizing)是一种广泛使用的技术，其用于刺激井来实现改进的入流性能。在砂岩酸化中，在钻井和完井过程期间，将酸溶液注入地层中以通过使堵塞砂岩孔的矿物质溶解并且消除对近井地层的破坏来增加渗透率。酸化可使近井渗透率产生实质性增加，并且因此产生更高开采率。 [0008] 现代的酸液布置方式允许定向递送酸液以覆盖所有的开采层段。通常，目标是为了实现沿着井筒的均匀酸液布置。然而，由于沿着井的摩擦压降和储层渗透率变化，均匀酸化可在管壁处产生不均匀的油通量以及在跟部处产生较高的开采流率。 [0010] 本公开的说明性实施方案在下文参考附图进行详细描述，所述附图以引用的方式并入本文中并且其中： [0011] 图1是示出根据实施方案的在具有破坏的、处理过的以及未破坏的地层区的储层地层内的水平井的实例的图； [0012] 图2A和图2B是示出根据实施方案的破坏区的部分和全部覆盖的实例的图； [0013] 图3是根据实施方案的用于执行酸化优化技术的示例性方法的流程图； [0015] 图5是示出根据实施方案的针对均匀酸化处理相对于优化酸化处理的开采通量分布的实例的曲线图； [0016] 图6是示出根据实施方案的针对在同一井上的开采(线1)和注入(线2)情形的酸液布置函数f(z)的实例的曲线图，所述酸液布置函数f(z)表示处理区的最佳形状； [0017] 图7是示出根据实施方案的地层渗透率kf的不均匀分布的实例的曲线图； [0018] 图8是示出根据实施方案的产生恒定开采通量J(z)的酸液布置函数f(z)的实例的曲线图； [0019] 图9是示出根据实施方案的开采通量的不均匀目标形状的实例的曲线图； [0020] 图10是示出根据实施方案的产生开采通量的钟形的酸液布置函数f(z)的实例的曲线图；以及 [0022] 详述 [0023] 本公开的实施方案涉及优化开采井和注入井的酸化处理。如上所述，井筒中的摩擦压降和储层渗透率的变化导致沿着井长度的不均匀降压和在跟部处较高的开采流率。为了解决此类问题并且由此改进烃类采收，公开的实施方案包括使用可变的、不均匀的酸液布置设计来考虑从跟部到趾部的降压和储层异质性的系统和方法。例如，在一个实施方案中，可在计算机代码中实现数学模型并且使用数学模型来确定一个或多个酸液注入部位的最佳布置，所述最佳布置将产生特定井的注入率或开采率的规定分布曲线(profile)。 [0024] 所公开的实施方案和其优点通过参照附图的图1-11得到最好的理解，并且相同的数字用于各个附图的相同和对应部分。在审视下面的附图和详述之后，公开的实施方案的其他特征和优点将对于本领域普通技术人员来说更加明显。意图将所有此类另外特征和优点包括在公开的实施方案的范围内。另外，所示出的附图仅是示例性的，并不意图断言或暗示对可实现不同实施方案的环境、体系结构、设计或过程的任何限制。 [0025] 如本文所用，除非上下文另外明确说明，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”也意图包括复数形式。将进一步理解，在用于本说明书和/或权利要求书中时，术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”指定了所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或增加。随附权利要求书中的所有装置的相应结构、材料、动作以及等效物或步骤加功能要素意图包括用于执行所述功能的任何结构、材料或动作与具体要求保护的其他要求保护要素的组合。出于说明和描述的目的已经呈现了对本公开的描述，但并不意图为详尽的或将本公开限制于呈所公开形式的实例和实施方案。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。说明性实施方案在本文中是出于解释目的在实际应用的情况下被选择并描述，并且允许本领域的其他普通技术人员理解：公开的实施方案可按需要针对特定实现方式或用途来加以修改。权利要求书的范围意图广泛地涵盖公开的实施方案和任何此种修改。 [0026] 现参照图1，呈现带有各种地层区的储层地层100的实例，所述地层区表示在地层的不同层中的破坏区、处理区以及未破坏区。例如，本实例中的储层地层可为砂岩地层或相似类型的地层。在所描绘的实施方案中，地层100内的水平井102具有外半径r0并且沿着轴z延伸穿过地层。出于本实例的目的，假定井102的轴z也是本文所公开的基质酸化系统的径向对称轴。如图1所示，井102由破坏区110包围，所述破坏区110表示地层100的破坏层r [0028] 由于酸化，处理区120中的渗透率kt可大体高于初始地层渗透率kf。取决于注入酸液的体积，处理区120(具有半径rt)可部分或完全覆盖破坏区110(具有半径rd)。图2A示出储层100的地层区的视图200A，其中处理区120仅部分覆盖破坏区110(即rt [0029] 可通过如下方程组(1-5)来描述井筒中的压力分布： [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] 其中μ是粘度，p是井筒中的压力，ρ是注入或开采液体的密度，V是速度，A是井筒的内横截面面积，q是质量流率，J是注入/开采流率的线性密度，fd是达西摩擦系数，rm是从井中心到处理区120的边界的特性径向距离，并且rB是与储层边界的径向距离。 [0036] 如图1所示，假定本实例中的井102的轴坐标z始于井102的趾部。在实施方案中，当井筒中的压力p高于储层压力pB时，发生流体注入，否则井102作为开采井工作。通过以上方程(3)描述在井102的趾部处的初始条件。方程(4)描述一种情况下的地层水动力阻力，其中处理区120仅覆盖由破坏区110表示的破坏地层的一部分，如图2A所示。方程(5)表示替代情况，其中处理区120完全覆盖破坏区110并且延伸至未破坏储层中，如图2B所示。在实施方案中，酸液布置函数f(z)表示用于井102的期望开采和/或注入流率的处理区120的最佳形状。函数f(z)可表征沿着井102的酸化处理的最佳放置，以便产生用于注入和/或开采流率的规定分布曲线。因而，根据以上方程(5)，得知函数f(z)可与得知处理区120半径的分布rt(z)相同。 [0037] 在实施方案中，可颠倒方程(4)和方程(5)以基于注入/开采流率密度的预定分布J(z)来确定函数f(z)，如以下方程组(6-9)所示： [0038] [0039] [0040] [0041] [0042] 在实施方案中，方程(6-9)可用在本文公开的酸处理优化技术中。如以下将更详细讨论的，此类优化技术可包括使用函数f(z)来确定最佳的酸液布置。在实施方案中，根据规定注入/开采率分布曲线，最佳的酸液布置可产生处理区120的最佳形状。可确定本实例中的最佳酸液布置，以使得注入/开采质量通量密度满足方程(10)： [0043] [0044] 其中F(z)是坐标z的目标形状函数，并且z0是沿着井筒的某个预定位置。 [0045] 在实例中，函数F(z)针对均匀的目标注入或开采分布曲线可以是恒定的。如以下将参考图3更详细讨论的，一旦确定了处理区120的尺寸和形状，就可基于地层性质和堵塞材料的化学成分来计算沿着井102的酸液布置，例如，以每单位长度质量为单位。 [0046] 图3是用于酸液布置优化的示例性方法300的过程流程图。出于讨论的目的，将使用如上所述的图1的储层地层100和水平井102来描述方法300。然而，方法300不意图限于此。如上所述，本文所公开的酸液布置优化技术的目标是找到由函数f(z)表征的最佳酸液布置，其产生注入/开采流率分布曲线J的规定形状。本实例中的注入/开采流率分布曲线可由形状函数F(z)描绘，以使得J(z)＝J0F(z)/F(z0)，其中J0是恒量。 [0047] 如图3所示，方法300通过假定沿着井筒的水平长度(例如，沿着如上所述的图1的井102的轴z)的均匀初始酸液布置f(z)＝1，在步骤302中开始。这也假定处理区rt(z)的边界与井中心的径向距离沿着井是恒定的。均匀的初始酸液布置可使用如下方程(11)来表达： [0048] f(z)=f0(z)＝1；0≤z≤Lz (11) [0049] 其中z是水平坐标轴并且Lz是井筒长度。 [0050] 在步骤304中，基于具有如上所述处理分布曲线rt(z)＝f(z)*rm的第一方程组(1-5)的数值解来确定沿着井筒的水平开采长度的注入/开采流率分布曲线J(z)。 [0051] 步骤306包括确定沿着井筒的水平长度的参考位置或点z＝z0，所述参考位置或点满足在当前注入/开采前缘与目标注入/开采前缘之间具有最小比率的条件，如方程(12)所表达： [0052] [0053] 以上方程(12)中的值J(z0)可充当用于在步骤308中计算目标注入/开采流率分布或分布曲线Jtar(z)的参考值。在一个实施方案中，步骤308可包括基于参考值J(z0)来定义目标注入/开采分布曲线，例如根据方程(13)： [0054] [0055] 在步骤310中，使用在步骤308中定义的目标注入/开采分布曲线来确定压力分布p(z)。例如，可使用具有已知注入/开采质量流率J＝Jtar(z)的以上方程(1)和方程(2)来确定步骤310中的压力分布。 [0056] 在步骤312中，可基于目标注入/开采分布曲线Jtar(z)和流体压力分布p(z)来确定酸液布置函数f(z)。例如，可使用如上所述的第二方程组(6-9)来确定酸液布置分布曲线函数f(z)。 [0057] 为了帮助进一步描述公开的实施方案，图4-10示出示范所公开技术(例如以上关于图3的方法300所述)的各种实际应用四个实例。在给出的实例中，假定水平井在砂岩地层中具有外直径0.114m和长度2500m。还假定在开采模式中，井开采具有大约850kg/m3密度和0.01Pa s粘度的油。在刺激模式中，假定注入流体包括具有大约1000kg/m3密度和 0.001Pa·s粘度的水。出于以下实例的目的，进一步假定井由破坏层包围，所述破坏层具有 0.105m厚度和大约为未破坏地层的渗透率值的25％的渗透率。在实施方案中，归因于由酸化处理过程造成的孔清理，具有特定宽度rt-r0的处理区可具有是地层渗透率两倍大的渗透率值。处理区的特性宽度rm-r0可以是例如0.71m。而且，出于以下实例的目的，假定储层边界压力pb被设置为25巴的恒定值。 [0058] 图4和图5用来示出将所公开技术应用于具有均匀目标开采通量的均匀储层地层的实例。在本实例中，假定开采井在其趾部处具有12巴的压力。还假定未破坏地层或区的渗透率是均匀的并且等于0.1达西。进一步假定目标开采质量流J沿着井是恒定的，并且压力在从趾部(z＝0)到跟部(z＝L)方向上降低。图4中，曲线图400示出压力p(z)和质量流率q(z)在井中的变化的示例性分布曲线。在实施方案中，可基于对应值来将压力和流率数据归一化，所述对应值可以是特定井和地层的特性，例如特性压力pc＝1巴以及特性质量流率qc＝8.94kg/s。 [0059] 图5是示出在均匀酸化(线501)和优化酸化(线条502)的情况下的示例性开采通量分布的曲线图500。因为降压pB-p在跟部方向上增加，所以开采入流在这个区域中与趾部相比几乎加倍(12vs.6)，如图5中的曲线图500的线501所示。为了产生均匀的开采通量(图5中的线502)，可根据实施方案调谐由函数f(z)表示的处理区的形状。 [0060] 在这个实例中，应用例如如上文关于图3的方法300所公开的优化技术可产生最佳的放置函数f(z)，如图5中的线501所表示的。在大约z/L＝0.75的断点右边的井部分中，可能需要留下破坏区的一部分不进行处理，以便补偿在流动方向上的回流压力增加。所得的开采通量沿着井可以是恒定的，如图5中的线502所示。 [0061] 图6示出第二实例，其中将公开的技术应用于具有均匀的目标注入通量的均匀地层。如图6所示，曲线图600示出在同一井的开采(线601)和注入(线602)情形中的酸液布置函数f(z)，其表示处理区(例如，如上所述的图1的处理区120)的最佳形状的。在这个实例中，假定井是用于在趾部处用27巴的压力注水。还假定未破坏地层或区的渗透率是均匀的并且等于0.15达西，并且注入质量通量J沿着井是恒定的。这个实例中的均匀酸化(f(z)＝1)将在井的跟部附近产生更高的流动压力和更高的注入流率分布，这与图5的曲线图500中的线501所示的均匀开采通量分布相似。公开的技术可用来确定最佳酸液布置函数f(z)，所述最佳酸液布置函数可产生均匀的注入率，如图6的曲线图600中的线602所示。 [0062] 图7和图8示出第三实例，其中将公开的技术应用于具有均匀的目标开采流量的不均匀地层。在这个实例中，井是用于开采，其中参数与在上文所描述并且在图4和图5中所示出的第一实例中的参数相同，其中例外的是不均匀的未破坏渗透率kf，其沿着井长度的变化在图7的曲线图700中示出。应用本文所公开的技术产生在图8的曲线图800中所示的酸液布置函数f(z)，其产生恒定的开采通量J(z)。图8所示的结果表明，在井的中部或在跟部区域附近需要非常少的地层酸化，在井的中部渗透率是最高的，在跟部区域附近压力是最高的。 [0063] 图9和图10示出第四实例，其中将公开的技术应用于具有不均匀的目标开采流量的均匀地层。假定这个实例中的井和地层参数与上文关于图4和图5所描述的第一实例中的井和地层参数相同，其中例外是不均匀的目标开采通量，其沿着井长度的变化由图9的曲线图900示出。应用例如如上文关于图3的方法300所描述的所公开技术可产生图10中的曲线图1000所示的酸液布置函数f(z)。曲线图1000示出在井的中部增强的酸化如何可以产生开采通量F(z)的目标钟形。 [0064] 现参考图11，呈现了示出用于实现所公开实施方案的特征和功能的系统1100的一个实施方案的框图。系统1100可以是任何类型的计算装置，包括但不限于，台式计算机、膝上型计算机、服务器、平板电脑以及移动装置。系统1100包括处理器1110、主存储器1102、二级存储单元1104、输入/输出接口模块1106和通信接口模块1108以及其他部件。 [0065] 处理器1110可以是能够执行用于执行所公开实施方案的特征和功能的指令的任何类型或任何数目的单核或多核处理器。输入/输出接口模块1106使系统1100能够接收用户输入(例如，从键盘和鼠标)并向诸如但不限于打印机、外部数据存储装置和音频扬声器的一个或多个装置输出信息。系统1100可任选地包括能够在集成或外部显示装置上显示信息的单独显示模块1111。例如，显示模块1111可包括用于提供与一个或多个显示装置相关联的增强图形、触摸屏和/或多触摸功能的指令或硬件(例如，图形卡或芯片)。 [0066] 主存储器1102是易失性存储器，其存储当前正在执行的指令/数据或者预提取用于执行的指令/数据。二级存储单元1104是用于存储持久性数据的非易失性存储器。二级存储单元1104可以是或包括诸如硬盘驱动器、闪存驱动器或存储卡的任何类型的数据存储部件。在一个实施方案中，二级存储单元1104存储计算机可执行代码/指令以及用于使用户能够执行所公开实施方案的特征和功能的其他相关数据。 [0067] 例如，根据公开的实施方案，二级存储单元1104可永久存储上述的酸化优化算法1120的可执行代码/指令。随后，与酸化优化算法1120相关联的指令在由处理器1110执行期间从二级存储单元1104加载到主存储器1102以用于执行公开的实施方案。另外，二级存储单元1104可存储其他可执行代码/指令和数据1122，诸如但不限于，与公开的实施方案一起使用的井筒模拟器应用程序和/或储层模拟应用程序。 [0068] 通信接口模块1108使系统1100能够与通信网络1130通信。例如，通信接口模块1108可包括网络接口卡和/或无线收发器，以用于使系统1100能够通过通信网络1130和/或直接利用其他装置发送并接收数据。 [0069] 通信网络1130可以是包括以下网络中的一个或多个的组合的任何类型的网络：广域网，局域网，一个或多个专用网络，互联网，诸如公共交换电话网(PSTN)的电话网络、一个或多个蜂窝网络以及无线数据网络。通信网络1130可包括多个网络节点(未示出)，诸如路由器、网络接入点/网关、开关、DNS服务器、代理服务器以及用于协助装置之间的数据/通信的路由的其他网络节点。 [0070] 例如，在一个实施方案中，系统1100可与一个或多个服务器1134或数据库1132交互以用于执行公开的实施方案的特征。例如，系统1100可从数据库1132查询用于创建根据公开的实施方案的井筒模型的测井信息。此外，在某些实施方案中，系统1100可用作用于一个或多个客户端装置的服务器系统，或者用于对等通信或与一个或多个装置/计算系统(例如，集群、网格)并行处理的对等系统。 [0071] 因此，公开的实施方案提供用于优化注入井和开采井中酸液布置的新型和高效的储层-井筒模型，所述模型可应用于各种复杂程度的关联井筒-储层模拟。优化的酸化将产生沿着井筒的均匀或规定的开采/注入分布曲线。这个模型还考虑了储层地层参数和流体性质的变化，其具有用于不同储层条件的广泛的潜在应用(例如，向裂缝性储层的注入)。通过使用有效渗透率，可考虑到渗透率的垂直-水平各向异性。 [0072] 此外，如果将公开的酸化优化算法组装在开采模拟软件包(例如，NEToolTM)中，那么公开的酸化优化算法对酸液布置设计和开采可以是强有力的工具。建议的算法针对一组特定问题而优化，并且比通用优化方法简单得多。在数学上，建议的算法不涉及拉格朗日乘数并且被缩减成运行非常迅速的一次模拟。另一优点是，建议的算法可轻易应用于任何关联的井筒-储层模型，包括最复杂的井筒-储层模型。 [0073] 而且，另一优点是，公开的实施方案可以代替昂贵的入流控制装置来使用且/或在某些实施方案中可结合入流控制装置来使用，以便更好地解决突破问题并且改进烃类采收。 [0074] 本文公开的前述方法和系统在用于井处理的优化酸液布置中尤其有用。在本公开的一个实施方案中，优化用于井处理的酸液布置的计算机实现的方法包括：基于均匀的酸液布置函数来确定储层地层中的井的流率分布曲线；确定沿着井的长度的参考位置；在沿着井的长度的参考位置处基于流量分布曲线来确定参考值；基于参考值来定义目标流率分布曲线；基于目标流率分布曲线来确定沿着井的长度的压力分布；以及基于目标流率分布曲线和压力分布来确定酸液布置函数，所述酸液布置函数产生用于井的流率分布曲线的规定形状。 [0075] 在另一实施方案中，沿着井的长度的参考位置满足在当前注入前缘与目标注入前缘之间具有最低比率的条件。在另一实施方案中，目标流率分布曲线是目标注入分布曲线。在另一实施方案中，目标注入分布曲线和储层地层的未破坏部分的渗透率是均匀的。在另一实施方案中，沿着井的长度的参考位置满足在当前开采前缘与目标开采前缘之间具有最低比率的条件。在另一实施方案中，目标流率分布曲线是目标开采分布曲线。在另一实施方案中，目标开采分布曲线和储层地层的未破坏部分的渗透率是均匀的。在另一实施方案中，目标开采分布曲线是均匀的，并且储层地层的未破坏部分的渗透率是不均匀的。在另一实施方案中，目标开采分布曲线是不均匀的，并且储层地层的未破坏部分的渗透率是均匀的。 [0076] 在本公开的另一实施方案中，优化用于井处理的酸液布置的系统包括：至少一个处理器；以及存储器，所述存储器联接至所述至少一个处理器并且存储处理器可读指令，所述处理器可读指令在由处理器执行时导致处理器执行多个操作，所述操作包括以下操作：基于均匀的酸液布置函数来确定储层地层中的井的流率分布曲线；确定沿着井的长度的参考位置；在沿着井的长度的参考位置处基于流率分布曲线来确定参考值；基于参考值来定义目标流率分布曲线；基于目标流率分布曲线来确定沿着井的长度的压力分布；以及基于目标流率分布曲线和压力分布来确定酸液布置函数，所述酸液布置函数产生用于井的流率分布曲线的规定形状。 [0077] 在本公开的另一实施方案中，非暂态计算机可读介质具有存储在其中的指令，所述指令在由计算机执行时导致计算机执行多个操作，所述操作包括以下操作：基于均匀的酸液布置函数来确定储层地层中的井的流率分布曲线；确定沿着井的长度的参考位置；在沿着井的长度的参考位置处基于流率分布曲线来确定参考值；基于参考值来定义目标流率分布曲线；基于目标流率分布曲线来确定沿着井的长度的压力分布；以及基于目标流率分布曲线和压力分布来确定酸液布置函数，所述酸液布置函数产生用于井的流率分布曲线的规定形状。 [0078] 尽管已经描述关于上述实施方案的具体细节，但上述硬件和软件描述仅意图为示例性实施方案并且不意图限制公开的实施方案的结构或实现方式。例如，尽管系统1100的许多其他内部部件未被示出，但本领域技术人员将理解此类部件和其互连是众所周知的。 [0079] 此外，如上所述的公开实施方案的某些方面可被体现在使用一个或多个处理单元/部件执行的软件中。所述技术的程序方面可以被视为通常呈可执行代码和/或相关联数据的形式的“产品”或者“制品”，所述代码或数据被携带或体现在一种类型机器可读介质中。有形的非暂态“存储”型介质包括用于计算机、处理器等的任何或所有存储器或其他存储设备或者其相关联模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器、光盘或磁盘等，其可在任何时间提供对于软件编程的存储。 [0080] 此外，附图中的流程图和方框图示出根据本发明的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的体系结构、功能性和操作。也应注意到，在一些替代实现方式中，方框中提到的功能可以不按附图中提到的顺序出现。例如，连续示出的两个方框实际上可以大致上同时执行，或者这些方框有时可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能性。也应指出的是，方框图和/或流程图图解的每个方框以及方框图和/或流程图图解中的方框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。 [0081] 上述特定示例性实施方案不意图限制权利要求的范围。示例性实施方案可通过包括、执行或组合本公开中所描述的一个或多个特征或功能来修改。 |
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