蒸汽吞吐后储层孔渗预测方法

技术领域

本发明属于油藏开发技术领域，具体涉及蒸汽吞吐后储层孔渗预测方法。

背景技术

稠油作为一种重要的石油资源，在世界范围内广泛分布。随着社会发展对石油需求的不断增长，我国对稠油的开发力度也在逐渐加大。蒸汽吞吐作为一种简单有效的稠油热采方法，在我国稠油开发中被广泛应用。

在利用蒸汽吞吐进行稠油开采时，一般需要进行多周期的吞吐作业(多轮次蒸汽吞吐)才能有效加热储层以提高开发效果。但是，数次乃至数十次的吞吐作业不仅仅会使储层中稠油受热降低黏度，还会使得吞吐波及区域的储层孔隙度和渗透率(简称孔渗)在吞吐过程中发生改变，进而对蒸汽吞吐作业效果产生影响。

因此，在进行下次蒸汽吞吐作业之前，如果能够通对多轮次蒸汽吞吐后储层的孔渗变化规律进行研究，并就对应储层的孔渗进行预测，将有利于改善后续防窜和注封堵剂的应用效果。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：针对蒸汽吞吐后的储层，没有较为准确可行的孔渗预测手段，矿场实施防治气窜方案措施基础参数不足。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种蒸汽吞吐后储层孔渗预测方法，其关键在于，按如下步骤进行：

S1，测定代表性储层不同吞吐轮次后的孔隙度和渗透率；

S2，搜集地层物性参数，结合蒸汽吞吐工作制度，计算步骤S1中对应储层油井吞吐轮次的冲刷倍数，所述冲刷倍数为单位孔隙体积内累计通过水相的总体积；

S3，对步骤S1和步骤S2中测定和计算结果进行数据分析，建立储层孔渗变化与冲刷倍数之间的关系；

S4，利用步骤S3中建立的储层孔渗变化与冲刷倍数之间关系，预测同区块内不同井位在不同吞吐轮次后的孔隙度和渗透率值。

采用以上方案，储层孔隙度和渗透率对矿场防治气窜机封堵剂的注入有着较为重要的影响，而在同一区域内不同层位的冲刷倍数变化规律是相似的，且根据分析可知冲刷倍数与储层变化幅度之间有较好的相关性，因此以冲刷倍数为基础，将其作为特征参数对储层的孔渗变化幅度进行表征，其方案是可行的，且结果相对更准确可靠，能够为后续防治气窜措施制定提供较好的数据参考。

作为优选：所述步骤S1中通过填砂管开展一维蒸汽吞吐实验测定孔隙度和渗透率，其包括如下步骤：

S1.1，挑选代表性储层实际砂样充填砂管，依次进行抽真空和饱和水操作，根据饱和水体积即可计算填砂管中代表性储层的原始孔隙度；

S1.2，根据实验设计连接各实验仪器，变速度水驱填砂管并记录填砂管两端压差，根据达西公式即可计算填砂管中代表性储层原始渗透率；

S1.3，低速饱和油，根据出水体积计算束缚水饱和度；

S1.4，在完成模型初始化之后，进入实验运行阶段，按照设计流量向填砂管中注入一定量的蒸汽而后焖井，焖井结束后开井生产，计量吐出的水量，提高填砂管另一端出口回压，向填砂管内注入热水，记录填砂管两端压差和流量数据；

S1.5，重复上述吞吐过程，直至达到实验设计要求；

S1.6，实验结束后，依据实验记录数据情况，计算分析孔隙度和渗透率变化幅度百分数。

采用以上方案，借助一维蒸汽吞吐实验装置，可提高测定效率，采用相对真实的模拟条件，也有利于提高结果准确性。

作为优选：所述步骤S1.3中饱和油操作结束之后，将填砂管置于恒温箱中老化24小时以上。采用以上方案，可使饱和油与充填砂充分接触，充分模拟地层情况，提高结果可靠性。

作为优选：步骤S2中，所述水相包括蒸汽和热水，蒸汽注入过程中在地层内形成加热区域分为蒸汽区域和热水区域，则加热区域距离井筒位置r处的冲刷倍数为N＝N

作为优选：所述储层孔渗变化与冲刷倍数之间的关系为储层孔渗变化幅度百分数与冲刷倍数之间的关系式和/或图版。采用以上方案，可以满足多种预测需求，采用关系式结果更精准，而图版则更直观便捷。

本发明的工作原理：

采用本发明提供的蒸汽吞吐后储层孔渗预测方法，深入分析冲刷倍数与储层孔渗的相关性，在蒸汽吞吐过程中，由于蒸汽的注入，导致地层出现岩石颗粒溶蚀以及运移，进而出现储层物性的明显变化，无论是岩石颗粒的溶蚀和岩石颗粒的运移，申请人结合大量研究发现并证实岩石颗粒的溶蚀和岩石颗粒的运移程度与蒸汽注入量(蒸汽的冲刷情况)成正相关关系，因此创造性的引入冲刷倍数的概念描述蒸汽对地层的冲刷情况，建立冲刷倍数与地层孔渗变化情况之间的关系。且由于实际生产过程中不同井工作制度不同，注汽情况也不同，导致现有的孔渗预测方法适应性较差，而因为冲刷倍数本身已经将工作制度的不同考虑在内，使得该预测方法更具普适性，有利于推广使用。

此外，利用可计算的冲刷倍数对储层孔渗变化幅度进行表征，可以更快速预测同区块不同井位在多轮蒸汽吞吐后的孔渗具体值，进而为储层后续的防治气窜等作业措施制定提供较为精准的数据基础，有利于降低施工成本，提高施工效率等。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为代表性储层孔隙度增长率与蒸汽冲刷倍数关系拟合图；

图3为代表性储层渗透率与蒸汽冲刷倍数插值图版。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参考图1至3所示的蒸汽吞吐后储层孔渗预测方法，其主要包括如下步骤，即步骤S1，测定代表性储层不同吞吐轮次后的孔隙度和渗透率；步骤S2，搜集地层物性参数，结合蒸汽吞吐工作制度，计算步骤S1中对应储层油井吞吐轮次的冲刷倍数，冲刷倍数为单位孔隙体积内累计通过水相的总体积；步骤S3，对步骤S1和步骤S2中测定和计算结果进行数据分析，建立储层孔渗变化与冲刷倍数之间的关系；步骤S4，利用步骤S3中建立的储层孔渗变化与冲刷倍数之间关系，预测同区块内不同井位在不同吞吐轮次后的孔隙度和渗透率值。

本申请在实施步骤S1时，优选采用填砂管和一维蒸汽吞吐实验装置开展一维蒸汽吞吐实验进行测定，实验装置可参考专利号为202011132908.X-模拟稠油注氮气辅助蒸汽吞吐的实验装置、202122603755.9-一种蒸汽吞吐可视化实验装置等类似装置，在此不做赘述，只是主要测量参数和操作步骤略有调整，具体如下，步骤S1.1，挑选代表性储层实际砂样充填砂管，搜集记录好储层物性参数和工作制度，推填砂管依次进行抽真空和饱和水操作，根据饱和水体积即可计算填砂管中代表性储层的原始孔隙度。

步骤S1.2，根据实验设计连接各实验仪器，变速度水驱填砂管并记录填砂管两端压差，根据达西公式即可计算填砂管中代表性储层原始渗透率。

步骤S1.3，低速饱和油，根据出水体积计算束缚水饱和度，采用低速饱和的方式可以提高束缚水的生成率，此外在油饱和完成之后，通常将填砂管置于恒温箱中老化24小时以上，恒温箱的温度设定可参考对应储层实际地底温度进行设置，有利于填充的砂充分吸收饱和油，使二者融合更彻底，更接近地层的真实情况。

步骤S1.4，在完成模型初始化之后，进入实验运行阶段，按照设计流量向填砂管中注入一定量的蒸汽而后焖井，焖井结束后开井生产(焖井主要是指蒸汽热量被孔隙中液体吸收而变成与液体混合的热水过程，主要通过观察压力进行判断，压力明显下降之后即可视为全部变成热水)，计量吐出液量，并提高填砂管另一端出口回压(有利于再次吞吐，使蒸汽变成热水，可提高渗透率计算结果准确性)，向填砂管内注入热水，记录填砂管两端压差和流量数据，主要指产液速率，即单位时间或者或记录的平均时间内的产液量，通过压差和流量数据即可计算渗透率的变化幅度。

步骤S1.5，重复上述吞吐过程，直至达到实验设计要求，此处设计要求指达到与待预测储层相同的吞吐次数。

步骤S1.6，实验结束后，依据实验记录数据情况，计算分析孔隙度和渗透率变化幅度百分数，因为根据步骤S1.1和步骤S1.2已经计算填砂管中代表性储层原始孔隙度和渗透率，结合注入液量和出液量的差值即可计算孔隙度变化幅度，同理根据压差和流量数据计算渗透率变化幅度，该计算过程忽略填砂的弹性。

本实施例中主要以稠油填砂管为基础进行实验，当然也可采用储层岩心段进行实验，实验结果相对更真实。

本申请的步骤S2中，需首先搜集地层物性参数，结合蒸汽吞吐工作制度，计算步骤S1中对应储层油井吞吐轮次的冲刷倍数，冲刷倍数为单位孔隙体积内累计通过水相的总体积，其中水相包括蒸汽和热水，蒸汽注入过程中在地层内形成加热区域分为蒸汽区域和热水区域，则加热区域距离井筒位置r处的冲刷倍数为N＝N

假设条件

1)油藏为水平均质等厚油藏，不考虑油层物性随温度变化；

2)蒸汽注入过程，注入参数(压力、温度及蒸汽干度等)保持稳定不变；

3)由于蒸汽吞吐过程注汽较快，不考虑蒸汽超覆；

4)其中蒸汽区域温度等于注入蒸汽温度，热水区域温度在径向上从蒸汽温度线性递减至油层温度。

针对热水区域和蒸汽区域进行分别计算如下：

热水区内，任意注入时刻t，在距离井筒半径r处的冲刷倍数N

根据连续性方程，该处截面累积通过的水相体积为：

对于蒸汽吞吐井的注汽过程，根据Buckley-Leveret水驱油理论，在平面径向流条件下热水区内有等饱和度面移动方程：

将公式(3)等号左右移项并分别积分，则(2)式中积分上下限可写为：

对于距井筒半径r处，由于含水饱和度S

于是(2)式可改写为：

积分并化简后可得：

则(1)式可改写为：

要确定(9)式的计算结果，需要确定产水率及其导数的计算式。

根据产水率的定义式有：

对于稠油油藏，原油的黏温关系可以写成Andrade形式：

而大多数岩石的相对渗透率比值都存在以下关系：

其中对于系数a、b，一般认为在稠油热采过程中由于温度升高导致岩石亲水性增强，油水相对渗透率曲线会整体右移而形态基本不变，故可认为b值保持不变。假设根据原始油藏温度下油水相对渗透率计算得到系数a

不同的油藏油水相渗随温度右移规律不同，可通过对不同温度下的油水相渗曲线确定S

ΔS

则代(14)式入(13)式可得：

则(10)式可改写为：

上式的物理意义在于各渗流截面处含水饱和度与产水率之间的关系，由于含水饱和度随距离井筒位置变化，故而产水率也随之变化。将上式左右求导可得：

把(17)式带入到(4)式中可得不同时刻的含水饱和度S

由假设条件，热水区温度在径向上线性变化，则热水区加热半径随温度变化可表示为：

根据最新修正的Marx-Langenheim模型，热水区加热半径为：

其中：

令蒸汽腔内平均干度为x

将(20)、(21)式代入(19)式可得距井筒距离r处温度T随注入时间t的关系：

则从(9)式可知热水区冲刷倍数随注入时间t的变化关系为：

即可求出热水区距井筒位置r处的含水饱和度及冲刷倍数。

对于蒸汽区，认为至距井筒r处截面间的滞留量保持不变，即r处的冲刷倍数应等于蒸汽腔扩展到r处的时间t

则直接套用(1)式，此时蒸汽腔扩展通过r处截面的冲刷倍数为：

则距井筒r处总冲刷倍数为：

N＝N

需要注意的是，由于蒸汽吞吐井在吐的过程中实际产量和产能预测值常常无法对应，给计算吐的过程带来的冲刷倍数造成了很大影响，如果在吞吐后孔渗预测中计算这一部分冲刷倍数则会使得预测精度明显下降，故而在本申请实施时，建立冲刷倍数与孔渗变化幅度时只采用注汽过程中的冲刷倍数，同时由于距离井筒距离不同冲刷倍数计算值不同，通常选取距离井筒0.5m处的计算值，上述计算过程可参考申请人早期专利：专利号为“201911199882.8”，发明名称为“稠油油藏汽驱开采最优注汽速度的调整方法”。

符号说明：N为冲刷倍数，m

注入温度对应热水热焓，J/g；h

本申请中所述储层孔渗变化与冲刷倍数之间的关系为储层孔渗变化幅度百分数与冲刷倍数之间的关系式和/或图版。

参考图1至图3，对目标区块内选择的6口目标井进行一维填砂管填制并开展多轮次蒸汽吞吐实验，首先测得原始孔渗，并搜集记录相关物性参数和注气工作制度如下：

表(1)

以上述基础数据开展吞吐实验，并记录整理，同时搜集到目标区块油层的平均热容为2431×10

利用给出的公式计算得到相应冲刷倍数后，将数据进行汇总如图2，参数一一对标方式，通过拟合等数据处理手段，建立孔隙度增长率与冲刷倍数的常用对数关系式：

e＝1.2917(lgn)

式中：

e为波及区域内孔隙度增长率，％；

n为冲刷倍数，无因次。

由于原始渗透率对于渗透率增长情况有一定影响。为此，以对冲刷倍数取常用对数作为横轴，以原始渗透率为纵轴，利用插值的方法绘制渗透率增长率与冲刷倍数的常用对数图版，如图3。图版中纵轴为油层原始渗透率，单位为D，斜线上的数值为渗透率增长率，单位为％，依据油层原始渗透率以及冲刷倍数的常用对数数值，查得的对应斜线，即可确定此时渗透率的增长率。

利用上述关系式和图版，确定区域内其他井的孔渗变化情况，进而确定注入堵剂的用量，如：以同区块的Y1917井为例，其油层热物性等参数不变，油层有效厚度5.2m，原始孔隙度36％，汽窜时已累积注汽5轮次，共483m

以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，做出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本申请要求保护的范围。