存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法及装置

技术领域

本发明涉及一种石油工业油气试井分析方法及装置，特别是关于一种存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法及装置。

背景技术

在油气运移聚集过程中，断层对油气聚集分布有重要的控制作用，它既可成为油气聚集的遮挡物，又可成为油气运移的通道。在油气开发过程中，断层的存在直接控制油水运动规律，影响注水开发效果。断层究竟在油气运移、聚集和注水开发中起何作用，关键取决于断层的封闭性，进行断层封闭性的试井分析研究具有重要意义。

目前对断层边界的试井研究主要是将断层视为无流体流动的封闭边界，判别断层的一个常用方法就是Horner半对数曲线法，而对部分连通断层的研究较少。虽然油藏开发人员已针对受界面附加阻力影响的油藏试井解释模型开展了研究，但他们的研究仅针对均质油藏、复合油藏、双重介质油藏，而并没有对线性水侵油藏进行研究。上述两点原因共同局限了具有部分连通断层边界而且是线性水侵油藏的试井分析，对正确指导具有部分连通断层边界的线性水侵油藏开发生产已产生了很大的影响。

现有技术中通过创建三重介质油藏分支水平井的试井模型进而获得其井底压力表达式，然后根据采集的实际井底压力关系值对模拟的井底压力关系值进行修正最终得到三重介质油藏分支水平井的相关试井解释参数值，其有效的提高了对三重介质油藏分支水平井的试井解释的精确度。然而，由于存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井与三重介质油藏分支水平井的油藏类型以及边界条件有很大不同，因而不能直接对存在部分连通断层的线性水侵油藏进行试井分析，对存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析还有待研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法及装置，对具有类似边界条件的线性水侵油藏的地层静态参数进行解释，获取断层的连通性参数值，为正确指导油田开发生产提供依据。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法，其包括以下步骤：1)采集存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力值；2)根据井底压力值和井底压力值对应的采集时间，计算存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的实际井底压力变化关系值；3)根据存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式和输入的模拟参数值，计算存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的模拟井底压力变化关系值，其中，所述存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式为：

式中，为拉式空间下的无量纲井底压力表达式，a_D为无量纲距离，M为流度比，h_D为厚度比，η_D为导压系数比，S为界面表皮，z表示拉普拉斯变量，e为自然对数；4)根据实际井底压力变化关系值，对模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值进行修正，并根据修正后模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值获取存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值，为断层连通程度、水体认识提供依据。

所述步骤3)中，所述存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式的建立过程包括以下步骤：①设定存在部分连通断层的线性水侵油藏的物理模型；②根据物理模型建立存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型；③根据建立的数学模型，求解存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式。

所述步骤4)中，根据实际井底压力变化关系值，对模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值进行修正，获取存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值的步骤包括：判断模拟井底压力变化关系值与实际井底压力变化关系值的差值是否小于一个预定比较因子；若所述差值大于预定比较因子，则对模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值进行修正，直到所述差值小于预定比较因子；获取修正后模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值为存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值。

根据物理模型建立存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型的步骤包括：建立两区单相微可压缩液体的不稳定渗流微分方程；给定存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型的初始条件方程；给定存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型的边界条件方程；给定存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型的连接条件方程。

根据建立的数学模型，求解存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式包括以下步骤：引用无量纲压力、无量纲距离和无量纲时间，对所述数学模型进行无量纲化；将定义的无量纲量带入数学模型的渗流微分方程、初始条件方程、边界条件方程和连接条件方程，得到无因次试井解释模型；将得到的无因次试井解释模型进行拉普拉斯变换，得到拉式空间下的无因次试井解释模型；对拉式空间下的无因次试井解释模型进行求解，得到拉式空间下的存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的无量纲井底压力表达式。

所述的不稳定渗流微分方程为：

I区：

II区：

其中，η₁＝k₁/φ₁μ₁C_t1，η₂＝k₂/φ₂μ₂C_t2分别为I区、II区两区域的导压系数，p₁、p₂分别为I区、II区压力，k₁、k₂分别为I区、II区地层渗透率，φ₁、φ₂分别为I区、II区孔隙度，μ₁、μ₂分别为I区、II区流体粘度，C_t1、C_t2分别为I区、II区地层综合压缩系数，a为断层到内边界的距离，t为时间，x为横坐标。

所述的初始条件为：

p₁(x,0)＝p_i

p₂(x,0)＝p_i

其中，p_i为原始地层压力；

所述的边界条件为：

p₂(∞,t)＝p_i

式中，h₁为I区地层厚度，b为油藏宽度；

所述的连接条件为：

式中，λ₁＝k₁/μ₁，λ₂＝k₂/μ₂分别为I区、II区的流度，h₂为II区地层厚度，S为断层的界面表皮。

所述无量纲压力为：I区压力无量纲II区压力所述无量纲距离为所述无量纲时间为

一种存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析装置，其包括采集单元、存储单元、第一计算单元、第二计算单元、输入单元和处理单元，其特征在于：所述存储单元中存储有存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式：

其中，为拉式空间下的无量纲井底压力表达式，a_D为无量纲距离，M为流度比，h_D为厚度比，η_D为导压系数比，S为界面表皮，z表示拉普拉斯变量，e为自然对数。

所述处理单元包括：判断单元、修正单元和获取单元；所述判断单元用于计算实际井底压力变化关系值与模拟井底压力变化关系值的差值，并判断两者差值是否小于一个预定比较因子，并将判断结果发送给所述修正单元；所述修正单元用于根据所述判断单元的判断结果对模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值进行修正：若两者差值小于预定比较因子，则直接将模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值发送到所述获取单元；若两者差值大于预定比较因子，则对模拟参数值进行修正，直到两者差值小于预定比较因子后将模拟参数值发送到所述获取单元；所述获取单元用于根据修正后的模拟参数值获取存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于利用与部分连通断层的界面表皮有关的井底压力表达式计算模拟井底压力变换关系值，为开发存在部分连通断层的线性水侵油藏提供了新的试井解释方法，完善了国内外在含有断层边界的油藏试井分析理论上的不足，为具有类似边界的油藏开发提供了有力保障。2、本发明由于采用实际井底压力变化值对模拟井底压力变化关系值进行修正，并根据修正后的模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值获取存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数，提高了试井解释的精确度。

附图说明

图1是本发明存在部分连通断层的线性水侵油藏试井分析装置结构框图

图2是本发明中处理单元的结构框图

图3是本发明存在部分连通断层的线性水侵油藏试井分析方法流程图

图4是本发明中存在部分连通断层的线性水侵油藏的简化物理模型

图5是本发明存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法的试井数值拟合流程图

图6是本发明存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法的试井曲线拟合流程图

图7是本发明实施例中不同界面表皮下的存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释图版

图8是本发明实施例中不同边界距离下的存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释图版

图9是本发明实施例中不同流度比下的存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释图版

图10是本发明实施例中不同厚度比下的存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释图版

图11是本发明实施例中不同导压系数比下的存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释图版

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析装置，包括采集单元1、存储单元2、第一计算单元3、第二计算单元4、输入单元5和处理单元6。

其中，采集单元1将采集到的存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力值和对应的采集时间发送到第一计算单元3，第一计算单元3根据井底压力值和其对应的采集时间，计算存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的实际井底压力变化关系值。第二计算单元4根据存储单元2中存储的存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式以及通过输入单元5输入的模拟参数值，计算存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的模拟井底压力变化关系值。处理单元6根据实际井底压力变化关系值对模拟井底压力变化关系值进行修正，并根据修正后的模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值，获取存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值。

其中，存储单元2中存储的存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式为：

上式中，为拉式空间下的无量纲井底压力表达式，a_D为无量纲距离，M为流度比，h_D为厚度比，η_D为导压系数比，S为界面表皮，z表示拉普拉斯变量，e为自然对数；该井底压力表达式与部分连通断层的界面表皮S有关。

输入单元2用于输入模拟参数值，该模拟参数至少包括：采集时间参数、井筒储集系数参数、表皮系数参数、界面表皮参数、边界距离参数、流度比参数、厚度比参数、导压系数比参数。其中，采集时间参数是由试井测试人员设定的一个时间参数，该时间参数并不与实际的井底压力值采集时间相对应。

如图2所示，处理单元6包括：判断单元61、修正单元62和获取单元63。其中，判断单元61用于计算实际井底压力变化关系值与模拟井底压力变化关系值的差值，并判断两者差值是否小于一个预定比较因子，并将判断结果发送给修正单元62。修正单元62根据判断单元61的判断结果对模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值进行修正：若两者差值小于预定比较因子，则直接将模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值发送到获取单元63；若两者差值大于预定比较因子，则对模拟参数值进行修正，直到两者差值小于预定比较因子后将模拟参数值发送到获取单元63。获取单元63根据修正后的模拟参数值获取存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值。

如图3所示，基于上述存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析装置，本发明还提出一种存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法，具体包括以下步骤：

1)采集存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力值。

由于试井分析不是一个全油井开采的全过程，通常是采集某一段时间(最好两天至三天内)内试井的井底压力值。

2)根据井底压力值和井底压力值对应的采集时间，计算存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的实际井底压力变化关系值。

3)根据存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式和输入的模拟参数值，计算存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的模拟井底压力变化关系值。

其中，存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式的建立过程主要包含以下步骤：

①如图4所示，设定存在部分连通断层的线性水侵油藏的物理模型，该物理模型符合以下假设条件：

(i)半渗透边界两边I区和II区为均质油藏且各向同性，两侧岩石特性及渗透率不同，各区内的孔隙度Φ和渗透率k等地层参数不随压力变化。

(ii)油藏流体为单相微可压缩液体，压缩系数及粘度保持不变，流动服从达西定律。

(iii)半渗透边界两侧的储层厚度不同。

(iv)在内边界处有一个恒定流量q，忽略内边界的井筒储集和表皮。

(v)引入界面表皮的概念考虑两个储层区域之间断面的传导率，该物理模型所考虑的水体在其侧方向上是无限大的。

(vi)忽略重力和毛管力的影响。

②根据物理模型建立存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型(坐标系如图4所示)：

a、建立两区单相微可压缩液体的不稳定渗流微分方程。

I区：

II区：

渗流微分方程(1)(2)中，η₁＝k₁/φ₁μ₁C_t1，η₂＝k₂/φ₂μ₂C_t2分别为I区、II区两区域的导压系数，p₁、p₂分别为I区、II区压力，k₁、k₂分别为I区、II区地层渗透率，φ₁、φ₂分别为I区、II区孔隙度，μ₁、μ₂分别为I区、II区流体粘度，C_t1、C_t2分别为I区、II区地层综合压缩系数，a为断层到内边界的距离，t为时间，x为横坐标。

b、给定存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型的初始条件方程：

p₁(x,0)＝p_i(3)

p₂(x,0)＝p_i(4)

初始条件(3)(4)中，p_i为原始地层压力。

c、给定存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型的边界条件方程：

p₂(∞,t)＝p_i(6)

边界条件(5)中，h₁为I区地层厚度，b为油藏宽度。

d、给定存在部分连通断层的线性水侵油藏的数学模型的连接条件方程：

边界条件(7)(8)中，λ₁＝k₁/μ₁，λ₂＝k₂/μ₂分别为I区、II区的流度，h₂为II区地层厚度，S为断层的界面表皮。

③根据建立的数学模型，求解存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力表达式：

a、定义无量纲量，对步骤②中的数学模型进行无量纲化。

引用无量纲I区压力无量纲II区压力无量纲距离无量纲时间流度比厚度比导压系数比界面表皮其中q^*表示断层面上的流量，它是随时间的变化而变化的。另外，在以上各式中，用了单位1来定义无因次距离、压力及时间。

b、将以上定义的无量纲量代入数学模型式(1)～(8)，可得到如下无因次试井解释模型：

无量纲渗流微分方程：

I区：

II区：

无量纲初始条件：

p_1D(x_D,0)＝0(11)

p_2D(x_D,0)＝0(12)

无量纲边界条件：

p_2D(∞,t_D)＝0(14)

无量纲连接条件：

c、将得到的无因次试井解释模型即式(9)～(16)取基于t_D的拉普拉斯(Laplace)变换，可得到拉氏空间的无因次试井解释模型：

d、对拉式空间下的无因次试井解释模型进行求解，得到拉式空间下的存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的无量纲井底压力表达式。

经计算可知，式(17)和(18)的通解为：

因此，在内边界处的压降可通过的表达式令x_D＝0得到：

将边界条件及连接条件(19)～(22)代入(23)～(24)，可得：

C₃＝0(28)

上式(26)～(29)中：

将式(27)代入(25)得：

式(32)是关于未考虑井筒储集效应和表皮效应的拉氏空间下的存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的无量纲井底压力表达式。本领域技术人员可根据本领域的现有技术得知，考虑井储效应和表皮效应后拉氏空间下的井底无量纲压力降为：

对于所求Laplace空间的解，即关系式(33)，将其转换到实空间，采用Stehfest数值反演：

式中：

上式(32)(33)中，表示不考虑井储和表皮效应影响的拉氏空间内无因次井底压力；表示考虑井储和表皮效应影响的拉氏空间内无因次井底压力；S_F表示表皮系数；C_D表示无量纲井储系数；z表示拉普拉斯变量。

4)根据实际井底压力变化关系值，对模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值进行修正，并根据修正后模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值获取存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值，为断层连通程度、水体认识提供依据。

根据实际井底压力变化关系值，对模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值进行修正，获取存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值的具体步骤为：

判断模拟井底压力变化关系值与实际井底压力变化关系值的差值是否小于一个预定比较因子，若差值大于预定比较因子，则对模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值进行修正，直到差值小于预定比较因子；获取修正后模拟井底压力变化关系值对应的模拟参数值为存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井解释参数值。

其中，步骤2)～步骤4)可以采用数值拟合法或试井曲线拟合法实现，下面结合具体实施例，对本发明存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法进行进一步阐述。

如图5所示，采用试井数值拟合法实现本发明存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法，具体包括以下步骤：

1)采集存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力值。

2)根据采集的井底压力值以及该井底压力值对应的采集时间，绘制试井特征曲线。

将采集的井底压力值以及该井底压力值对应的采集时间，绘制在双对数坐标中，得到试井特征曲线，也即存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的实际井底压力变化关系值。

3)选取模拟参数，根据选取的模拟参数和井底压力表达式，计算模拟井底压力变化关系值。

模拟参数至少包括：多个时间参数、井筒储集系数参数、表皮系数参数、界面表皮参数、边界距离参数、流度比参数、厚度比参数、导压系数比参数。其中，模拟井底压力值的数目与时间参数的数目相同。

4)根据得到的模拟井底压力变化关系值以及对应的时间参数，绘制试井模型曲线。

将每个模拟井底压力值以及该模拟井底压力值对应的时间参数的无量纲量绘制在双对数坐标中，得到一个理论模型曲线。该理论模型曲线形状是由时间参数以外的其他各项参数决定。

5)将试井模型曲线与试井特征曲线进行拟合，判断试井模型曲线与试井特征曲线形状是否相似，如果是，则执行步骤7)；如果否，则执行步骤6)。

通过比较试井模型曲线与试井特征曲线的坐标差是否小于一个预定比较因子，判断两个曲线的形状是否相似。如果两个曲线的坐标差小于预定比较因子，则两个曲线的形状相似，如果两个曲线的坐标差大于预定比较因子，则两个曲线的形状不相似。

6)对模拟井底压力变化值对应的模拟参数值进行修正，并返回步骤3)重新计算模拟井底压力值后绘制试井模型曲线并判断试井模型曲线与试井特征曲线形状是否相似，直到试井模型曲线与试井特征曲线形状相似。

7)根据修正后的试井模型曲线对应的模拟参数值获得存在部分连通断层的线性水侵油藏的相应试井解释参数的值，利用获得的试井解释参数的值为存在部分连通断层的线性水侵油藏断层连通性分析、水体类型判别提供依据，从而正确指导油田开发生产。

如图6所示，采用试井曲线拟合法实现本发明存在部分连通断层的线性水侵油藏的试井分析方法，具体包括以下步骤：

1)采集存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的井底压力值。

2)根据采集的井底压力值以及该井底压力值对应的采集时间，绘制试井特征曲线。

将采集的井底压力值以及该井底压力值对应的采集时间，绘制在双对数坐标中，得到试井特征曲线，也即存在部分连通断层的线性水侵油藏生产井的实际井底压力变化关系值。

3)选取模拟参数，根据选取的模拟参数和井底压力表达式，计算模拟井底压力变化关系值。

选取多组模拟参数，根据选取每组模拟参数和井底压力表达式(32)或(33)，计算多组模拟井底压力变化关系值。其中，每组模拟参数至少包括：多个时间参数、井筒储集系数参数、表皮系数参数、界面表皮参数、边界距离参数、流度比参数、厚度比参数、导压系数比参数。除时间参数外，每组模拟参数的某项参数取一系列的不同值之外，而其他各项的参数固定不变。例如，选取四组模拟参数时，将每组模拟参数中的界面表皮S分别取0、1000、10000、100000，而四组模拟参数中的其他各项模拟参数都相同。

4)根据得到的模拟井底压力变化关系值以及对应的时间参数，建立试井解释图版。

将每组模拟井底压力值中的每个模拟井底压力值及其对应的时间参数的无量纲量绘制在一个双对数坐标中，每组模拟井底压力值对应一个试井模型曲线，在一个双对数坐标中的多个试井模型曲线构成一个试井解释图版。

如图7～图11所示，为获得的试井解释图版。图7中，八支曲线分别为部分连通断层界面表皮S等于0、1000、10000、100000时，压力和压力导数试井模型曲线。图8中，六支曲线分别为边界距离a_D等于10、100、500时，压力和压力导数试井模型曲线。图9中，六支曲线分别为流度比等于0.1、1、10时，压力和压力导数试井模型曲线。图10中，六支曲线分别为厚度比等于0.1、1、10时，压力和压力导数试井模型曲线。图11中，六支曲线分别为导压系数比等于0.1、1、10时，压力和压力导数试井模型曲线。

5)将试井特征曲线与试井解释图版中的每个试井模型曲线互相叠合，其中将与试井特征曲线形状最为接近的试井模型曲线所对应的模拟参数值作为存在部分连通断层的线性水侵油藏的相应试井解释参数的值。利用获得的试井解释参数的值为存在部分连通断层的线性水侵油藏断层连通性分析、水体类型判别提供依据，从而正确指导油田开发生产。

当试井解释图版中的某个试井模型曲线与试井特征曲线之间的坐标差小于预定比较因子时，两条曲线的形状最为接近甚至重合。与试井特征曲线最为接近的试井模型曲线中某点模拟井底压力值对应的井筒储集系数参数、表皮系数参数、界面表皮参数、边界距离参数、流度比参数、厚度比参数、导压系数比参数等参数的参数值，就是试井特征曲线中相应的某点实测井底压力值对应的试井解释参数，利用获得的试井解释参数的值为存在部分连通断层的线性水侵油藏断层连通性分析、水体类型判别提供依据。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。