本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種低滲稠油油藏直井熱采壓力分布預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著石油開采的不斷進(jìn)行及采油技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，低滲、特低滲稠油油藏等低品位油藏成為開發(fā)的重點。室內(nèi)實驗研究認(rèn)為，流體在低滲透和稠油油藏中滲流時，必須有一個附加的壓力梯度克服巖石表面吸附膜或水化膜引起的阻力才能流動。該附加的壓力梯度被稱為啟動壓力梯度，啟動壓力梯度在以上兩類油藏中是普遍存在的。由于啟動壓力梯度的存在，常規(guī)的基于達(dá)西定律的線性滲流模型已經(jīng)不能夠描述以上油藏流體的滲流規(guī)律及壓力分布特征。針對稠油油藏和低滲透油藏滲流規(guī)律及壓力分布，前人開展了大量的研究工作。

針對低滲透油藏的滲流特征，有人認(rèn)為針對低滲透油層的非線性流動，可在常規(guī)運動方程的基礎(chǔ)上增加啟動壓力梯度項，通過計算認(rèn)為當(dāng)存在啟動壓力梯度時，單井產(chǎn)量減小，減小的幅度與滲透率、原油的極限剪切應(yīng)力及井距有關(guān)。2012年，有人提出運用動邊界模型求解低滲透非達(dá)西滲流壓力及壓力梯度分布，定義啟動壓力梯度為常數(shù)或分階段的常數(shù)。

對于稠油油藏，有人認(rèn)為稠油在多孔介質(zhì)中的滲流為具有啟動壓力梯度的非達(dá)西滲流，且啟動壓力梯度受原油粘度、滲透率、溫度以及原油組分等影響。這些因素最終通過流度來表征，并建立了啟動壓力梯度計算公式。但是所有稠油油藏滲流特征研究均沒有考慮熱采對啟動壓力梯度的影響。

對于低滲稠油油藏，當(dāng)采用熱采開發(fā)方式時，由于加熱降低了原油粘度，啟動壓力梯度會隨著溫度場的變化而變化，不能再簡單的用某一固定常數(shù)或分階段常數(shù)表征。因此，常規(guī)的啟動壓力梯度的引入已經(jīng)不能準(zhǔn)確描述低滲稠油油藏?zé)岵珊蟮臐B流特征。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種低滲稠油油藏直井熱采壓力分布預(yù)測方法及系統(tǒng)，用于確定直井熱采的動用界限，為優(yōu)化合理開發(fā)方式和井網(wǎng)井距提供理論依據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種低滲稠油油藏直井熱采壓力分布預(yù)測方法，包括：

變啟動壓力梯度模型建立步驟，根據(jù)直井井底不同位置溫度分布建立低滲稠油油藏變啟動壓力梯度模型；

滲流模型建立步驟，根據(jù)變啟動壓力梯度分布特征對直井熱采滲流場分區(qū)以建立對應(yīng)各分區(qū)的滲流方程；

壓力分布預(yù)測模型建立步驟，根據(jù)變啟動壓力梯度模型對各分區(qū)的滲流方程進(jìn)行求解以得到各分區(qū)的壓力分布預(yù)測模型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，變啟動壓力梯度模型建立步驟進(jìn)一步包括：

根據(jù)地層溫度剖面，建立溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式；

根據(jù)粘溫坐標(biāo)圖，建立原油粘度-溫度關(guān)系式；

由驅(qū)替實驗建立啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式；

根據(jù)所述啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式、所述粘度-溫度關(guān)系式和所述溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式得到變啟動壓力梯度模型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，滲流模型建立步驟進(jìn)一步包括：

根據(jù)直井熱采滲流場各分區(qū)的啟動壓力梯度、流體粘度和邊界條件建立各分區(qū)的滲流方程。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)變啟動壓力梯度分布特征將直井熱采滲流場分為三個分區(qū)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述三個分區(qū)包括：

第一分區(qū)：rw＜r＜r0，g(r)＝0；

第二分區(qū)，r0＜r＜r1，g(r)＝ae^br+c；

第三分區(qū)，r1＜r＜re，g(r)＝λ，

其中，rw為井半徑，r0為近井改造半徑，r1為加熱半徑，re為邊界半徑，λ為常數(shù)形式的加熱區(qū)半徑外啟動壓力梯度，g(r)為啟動壓力梯度，r為距直井軸徑向距離，a、b、c為擬合系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種低滲稠油油藏直井熱采壓力分布預(yù)測系統(tǒng)，包括：

變啟動壓力梯度模型建立模塊，根據(jù)直井井底不同位置溫度分布建立低滲稠油油藏變啟動壓力梯度模型；

滲流模型建立模塊，根據(jù)變啟動壓力梯度分布特征對直井熱采滲流場分區(qū)以建立對應(yīng)各分區(qū)的滲流方程；

壓力分布預(yù)測模型模塊，根據(jù)變啟動壓力梯度模型對各分區(qū)的滲流方程進(jìn)行求解以得到各分區(qū)的壓力分布預(yù)測模型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，變啟動壓力梯度模型建立模塊進(jìn)一步包括：

溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式建立子模塊，根據(jù)地層溫度剖面，建立溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式；

原油粘度-溫度關(guān)系式建立子模塊，根據(jù)粘溫坐標(biāo)圖，建立原油粘度-溫度關(guān)系式；

啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式建立子模塊，由驅(qū)替實驗建立啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式；

變啟動壓力梯度模型建立子模塊，根據(jù)所述啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式、所述粘度-溫度關(guān)系式和所述溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式得到變啟動壓力梯度模型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，滲流模型建立模塊通過以下方式建立滲流方程：

根據(jù)直井熱采滲流場各分區(qū)的啟動壓力梯度、流體粘度和邊界條件建立各分區(qū)的滲流方程。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述滲流模型建立模塊根據(jù)變啟動壓力梯度分布特征將直井熱采滲流場分為三個分區(qū)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述三個分區(qū)包括：

第一分區(qū)：rw＜r＜r0，g(r)＝0；

第二分區(qū)，r0＜r＜r1，g(r)＝ae^br+c；

第三分區(qū)，r1＜r＜re，g(r)＝λ，

其中，rw為井半徑，r0為近井改造半徑，r1為加熱半徑，re為邊界半徑，λ為常數(shù)形式的加熱區(qū)半徑外啟動壓力梯度，g(r)為啟動壓力梯度，r為距直井軸徑向距離，a、b、c為擬合系數(shù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過建立直井熱采變溫度場滲流模式，確定描述直井熱采的啟動壓力梯度數(shù)學(xué)模型及壓力分布預(yù)測模型，確定直井熱采的動用界限，為優(yōu)化合理開發(fā)方式和井網(wǎng)井距提供理論依據(jù)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法流程圖；

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的直井熱采滲流場分布示意圖；

圖2b是對應(yīng)圖2a的各分區(qū)的流體粘度、啟動壓力梯度和滲透率分布示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的某油田的粘溫關(guān)系曲線示意圖；

圖4是對應(yīng)圖3的流度與啟動壓力梯度關(guān)系示意圖；以及

圖5是對應(yīng)圖4的低滲稠油油藏直井熱采滲流模式圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

在低滲稠油油藏?zé)岵蛇^程中，溫度的變化影響原油粘度，進(jìn)而影響啟動壓力梯度。受加熱半徑影響，沿井筒向外啟動壓力梯度逐漸增大。因此，本發(fā)明首次提出變啟動壓力梯度的概念，將變啟動壓力梯度模型引入壓力分布預(yù)測中。

如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種低滲稠油油藏直井熱采壓力分布預(yù)測方法，以下參考圖1來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

首先是步驟s110，變啟動壓力梯度模型建立步驟，根據(jù)直井井底不同位置溫度分布建立低滲稠油油藏變啟動壓力梯度模型。

在直井熱采開發(fā)條件下，啟動壓力梯度隨距井底距離的變化而變化，因此提 出了變啟動壓力梯度模型。變啟動壓力梯度模型的建立具體包括以下的幾個步驟。

首先，根據(jù)地層溫度剖面，建立溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式。具體的，由溫度剖面得到開井生產(chǎn)時距直井井底不同位置處的溫度分布?；隈R克斯-蘭根海姆模型，建立溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式：

其中，c表示通過積分關(guān)系來確定；tr表示原始地層溫度，℃；t(0,t△t)表示開井生產(chǎn)△t時間后的井底溫度，℃；r表示加熱區(qū)內(nèi)某一點距井軸的距離，m；t(r,t△t)表示開井生產(chǎn)△t時間后距井筒距離為r處的溫度。當(dāng)△t＝0時，即可確定出燜井結(jié)束后、開井前地層溫度分布情況。

接著，根據(jù)粘溫坐標(biāo)圖，建立原油粘度-溫度關(guān)系式。具體的，通過室內(nèi)試驗，根據(jù)原油粘度與溫度的關(guān)系得到不同溫度下的原油粘度。對于低滲稠油油藏，國際上推廣采用astm(americansocietyoftestingmaterials，美國材料實驗協(xié)會)標(biāo)準(zhǔn)做粘溫坐標(biāo)圖。該坐標(biāo)圖采用粘溫公式walther方程制出，圖中粘度可采用原油運動粘度，但由于稠油密度較大，也可直接用動力粘度。在此坐標(biāo)圖中，幾個溫度下的粘度，必然在一條斜直線上，如果某個點不在斜直線，可能是測量錯誤。由于粘溫曲線是斜直線，這樣可以很容易地外推求出所需溫度下的粘度。其中，walther方程為：

log·log(0.8+μo^*/ρo）＝-hlog(t^*/t)+log·log(0.8+μo/ρo)(2)

式中：μo、μo^*分別為在溫度t、t^*下的動力粘度，mpa·s；ρo為原油密度，g/cm3；t^*為絕對溫度，t^*＝℃(室溫)+273；t為粘度μo對應(yīng)的開式溫度，h為與油樣有關(guān)的參數(shù)，由實驗結(jié)果擬合可得。

接著，由驅(qū)替實驗建立啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式。目前，國內(nèi)外啟動壓力梯度的測試方法均是由驅(qū)替實驗測得：通過逐次降低實驗流量，測定不同流量下巖心兩端的壓力差值，繪制流量一壓力梯度實驗曲線。擬合曲線在壓力梯度坐標(biāo)上的截距，以此擬合值為巖心的啟動壓力梯度值。試驗過程中，通過測定不同滲透率巖心，不同原油粘度下的啟動壓力梯度，可以得啟動壓力梯度與粘度滿足以下關(guān)系：

ln(g)＝m×ln(k/μo)+n(3)

其中，g為啟動壓力梯度，mpa/m，其為關(guān)于流度的函數(shù)，g＝△p0/l，△p0為流體壓力差，l為流體沿流動方向的流動距離；k為油相滲透率，md；μo為原 油粘度，mpa·s；m為系數(shù)，由實驗得到；n為系數(shù)，由實驗得到。

最后，通過啟動壓力梯度-原油粘度關(guān)系式、粘度-溫度的關(guān)系式以及溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式，計算得到針對不同條件的變啟動壓力梯度模型。

在具體計算得到變啟動壓力梯度模型時，根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)繪制啟動壓力梯度與距直井軸徑向距離的關(guān)系曲線，并對曲線進(jìn)行擬合和綜合分析，得到最終的變啟動壓力梯度模型為：

g(r)＝ae^br+c(4)

其中，g(r)為啟動壓力梯度，mpa/m；r為距直井井軸距離，m；a,b,c為系數(shù)，通過多次擬合試算可得。

步驟s120為滲流模型建立步驟，根據(jù)變啟動壓力梯度分布特征對直井熱采滲流場分區(qū)以建立對應(yīng)各分區(qū)的滲流方程。

由于低滲稠油儲層注入蒸汽后，由于溫度場的變化，儲層中的流體粘度和啟動壓力梯度分布變得復(fù)雜，而熱采的同時也會輔助進(jìn)行一定的儲層改造，因此要研究油藏流體的滲流規(guī)律，必須對注蒸汽后的儲層系統(tǒng)進(jìn)行簡化，建立儲層的理論模型?？紤]到近井儲層改造和熱采地層溫度分布，油藏中啟動壓力梯度呈三段式分布特征，如圖2a和圖2b所示。這三個區(qū)段為：

其中：rw為直井半徑，r0為近井改造半徑，r1為加熱半徑，re為邊界半徑，λ為常數(shù)形式的加熱區(qū)半徑外啟動壓力梯度，g(r)為啟動壓力梯度。

其中，第一段(rw＜r＜r0)對應(yīng)直井熱采滲流的第一分區(qū)(近井達(dá)西流動區(qū)間)，啟動壓力梯度為0，采用達(dá)西滲流的驅(qū)替壓力梯度分布，其壓力由p0表示；第二段(r0＜r＜r1)對應(yīng)直井熱采滲流的第二分區(qū)(加熱區(qū)間)，啟動壓力梯度隨溫度降低不斷增加，采用非達(dá)西滲流驅(qū)替壓力梯度分布，其壓力由p1表示；第三段(r1＜r＜re)對應(yīng)直井熱采滲流的第三分區(qū)(非達(dá)西流動區(qū)間)，啟動壓力梯度為常數(shù)，采用冷采非達(dá)西的滲流驅(qū)替壓力梯度分布，其壓力由pe表示。pw表示直井井筒內(nèi)壓力。

在對直井熱采滲流場分區(qū)后，根據(jù)直井熱采滲流場各分區(qū)的啟動壓力梯度、流體粘度和邊界條件建立各分區(qū)的滲流方程。具體的，設(shè)定各區(qū)域半徑分別為r0、 r1、re，產(chǎn)量分別為q0，q1和q2。由于儲層中的流體粘度與啟動壓力梯度分布都受制于儲層的溫度，需要依據(jù)溫度場的分布特征確定各區(qū)的原油粘度μ(r)和啟動壓力梯度g(r)。

基于以上步驟s110的溫度場分析，變啟動壓力分區(qū)的滲流理論模型如下。

第一分區(qū)(rw＜r＜r0)內(nèi)的流體粘度μ0(r)是距井底距離r的函數(shù)，由于近井地帶溫度變化不大，在模型建立過程中取近井改造半徑內(nèi)流體的平均粘度啟動壓力梯度g0為0，儲層滲透率為進(jìn)井改造范圍內(nèi)滲透率k0，即該區(qū)服從線性流理論，外邊界r0為近井改造半徑，大小取決于溫度對啟動壓力梯度的影響情況。具體分區(qū)如圖2a所示。該第一分區(qū)的滲流方程表示為：

第二分區(qū)(r0≤r≤r1)內(nèi)的流體粘度μ1(r)與啟動壓力梯度g(r)均是距井底距離的函數(shù)，為簡化運算，獲取解析解，在模型建立過程中取流體粘度為加熱區(qū)域內(nèi)的平均粘度儲層滲透率為k，該區(qū)服從非達(dá)西滲流理論，外邊界r1大小等于加熱半徑。該第二分區(qū)的滲流方程表示為：

在第三分區(qū)(r1≤r＜re)內(nèi)，由于處在加熱區(qū)域之外，加熱半徑外的流體粘度μ和啟動壓力梯度λ為原始地層狀態(tài)下的值，等于非零常數(shù)。儲層滲透率為k，該區(qū)服從冷采非達(dá)西滲流理論，外邊界re即為流體能夠流動的邊界。該第三分區(qū)的滲流方程為：

其中，p(r)表示距井軸距離為r處的壓力；p0表示近井改造半徑處的壓力，mpa；pwf表示油井井底流壓，mpa；p1為加熱半徑處的壓力，mpa；v表示滲流速度；pe為原始地層壓力，mpa。

此外，以上三個滲流方程還必須滿足下列連接條件：

在r＝r0處壓力相等，p0(r0)＝p1(r0)；

在r＝r0處滲流速度相等：

在r＝r1處壓力相等，p1(r1)＝p2(r1)；

在r＝r1處滲流速度相等：

最后是步驟s130壓力分布預(yù)測模型建立步驟，根據(jù)變啟動壓力梯度模型對各分區(qū)的滲流方程進(jìn)行求解以得到各分區(qū)的壓力分布預(yù)測模型。

通過對三個分區(qū)的滲流方程進(jìn)行求解，可得三個區(qū)域的壓力分布方程及壓力梯度分布方程。具體結(jié)果如下：

對應(yīng)第一分區(qū)(0＜r≤r0)，求解方程組，得到壓力分布為：

從而得到壓力梯度分布為：

對應(yīng)第二分區(qū)(r0≤r≤r1)，求解方程組，得到壓力分布為：

從而得到壓力梯度分布為：

對應(yīng)第三分區(qū)(r1≤r＜re)，求解方程組，得到壓力分布為：

從而得到壓力梯度分布為：

本發(fā)明通過建立直井熱采變溫度場滲流模式，確定描述直井熱采的啟動壓力梯度數(shù)學(xué)模型及壓力分布預(yù)測模型，確定直井熱采的動用界限，為優(yōu)化合理開發(fā)方式和井網(wǎng)井距提供理論依據(jù)。

以下通過一個具體的中東某油田為研究對象來對本發(fā)明進(jìn)行驗證說明。油田地下平均原油粘度為60cp，平均滲透率25md，原油粘溫關(guān)系曲線如圖3所示，流度與啟動壓力梯度關(guān)系曲線如圖4所示。通過編制該方法的數(shù)值模擬程序，利用該方法進(jìn)行模擬獲得了中東某油田直井熱采過程中，溫度和壓力梯度沿距井底井底距離的變化，最終得到低滲稠油油藏直井熱采滲流模式圖版(圖5)。通過該圖版可得出該油田熱采加熱半徑在5m±，泄油半徑為50m，進(jìn)而在井網(wǎng)部署過程中，考慮后續(xù)轉(zhuǎn)熱采，確定直井冷采合理井距為75m。利用該模板指導(dǎo)編寫的油田開發(fā)方案實施后取得了很好的開發(fā)效果。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種低滲稠油油藏直井熱采壓力分布預(yù)測系統(tǒng)，包括變啟動壓力梯度模型建立模塊、滲流模型建立模塊和壓力分布預(yù)測模型建立模塊。

其中，變啟動壓力梯度模型建立模塊，根據(jù)直井井底不同位置溫度分布建立低滲稠油油藏變啟動壓力梯度模型；滲流模型建立模塊，根據(jù)變啟動壓力梯度分布特征對直井熱采滲流場分區(qū)以建立對應(yīng)各分區(qū)的滲流方程；壓力分布預(yù)測模型模塊，根據(jù)變啟動壓力梯度模型對各分區(qū)的滲流方程進(jìn)行求解以得到各分區(qū)的壓力分布預(yù)測模型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，變啟動壓力梯度模型建立模塊進(jìn)一步包括溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式建立子模塊、原油粘度-溫度關(guān)系式建立子模塊、啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式建立子模塊、變啟動壓力梯度模型建立子模塊。

其中，溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式建立子模塊根據(jù)地層溫度剖面，建立溫 度-距直井軸徑向距離關(guān)系式；原油粘度-溫度關(guān)系式建立子模塊根據(jù)粘溫坐標(biāo)圖，建立原油粘度-溫度關(guān)系式；啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式建立子模塊由驅(qū)替實驗建立啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式；變啟動壓力梯度模型建立子模塊根據(jù)啟動壓力梯度-粘度關(guān)系式、粘度-溫度關(guān)系式和溫度-距直井軸徑向距離關(guān)系式得到變啟動壓力梯度模型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，滲流模型建立模塊通過以下方式建立滲流方程：根據(jù)直井熱采滲流場各分區(qū)的啟動壓力梯度、流體粘度和邊界條件建立各分區(qū)的滲流方程。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，滲流模型建立模塊根據(jù)變啟動壓力梯度分布特征將直井熱采滲流場分為三個分區(qū)。這三個分區(qū)包括：

第一分區(qū)：rw＜r＜r0，g(r)＝0；第二分區(qū)，r0＜r＜r1，g(r)＝ae^br+c；第三分區(qū)，r1＜r＜re，g(r)＝λ，其中，rw為井半徑，r0為近井改造半徑，r1為加熱半徑，re為邊界半徑，λ為常數(shù)形式的加熱區(qū)半徑外啟動壓力梯度，g(r)為啟動壓力梯度，r為距直井軸徑向距離，a、b、c為擬合系數(shù)。

雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。