油田驱水压油模型正演研究

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︱432︱华东科技
油田驱水压油模油田驱水压油模型正演研究型正演研究型正演研究
林太强
（广西土木勘察检测治理有限公司）
【摘 要】用三维椭球低阻体模拟注水井中注液，然后进行充
电情况下的正演数字模拟，对模拟数值成图并判断正演成果是否与模型一致。

【关键词】电位等值线图；裂缝；驱水
近年来，油田注水是稳产高产，提高原油采收率的重要开发手段。

在油田开发过程中，对注水井进行大型压裂，用强大压力向注水井进行注水，在注水的同时加入食盐，使裂缝形成充满导电介质的低电阻体。

向注水井和汇流井供电在地下建立电场，在地表采集数据并反演从而确定具有低阻特性的裂缝的方向，为驱水压油提供依据。

本文用三维椭球低阻体模拟注水井中注液，然后进行正演数字模拟。

1 求解充电椭球体在地表的电位
电位法技术以传导类电法勘探的基本理论为基础，将地面电位法经典的点源理论推广到线源(以套管作为供电电极)，提高了深层异常信号的辨别能力。

在此本文假定地下电场为理想低阻椭球体和理想线源组成，其中理想低阻椭球体为充满盐水的裂缝模型，理想线源为注水井的套管，套管的长度为线源的长度。

向压裂井A(供电电极)和汇流井B(另一供电电极)供电，在地下建立电场，用数学模型分析地下电场。

用三维椭球低阻体模拟注水井中注液,适当改变椭球体三个轴的相对大小，便可以从椭球体演变出多种形体，因此讨论三轴椭球体的充电电场，对多种形状的矿体具有普遍意义。

假设在电阻率为的均匀无限介质中，对椭球状理想导电体充以强度为I 的电流，此椭球体的三个半轴分别为a>b>c。

为便于研究电场，取坐标原点位于椭球中心，x，y，z 轴分别沿a，b，c 轴。

因此充电椭球体在地表M 处的电位为：
∫
∞+++=
)
)()((42
2
2
t z c
y b
x a
dt I U π
ρ
式中：ρ- 均匀岩石的电阻率；
I - 由椭球体流出的(充电)电流强度；
t0 - M 点的椭球坐标，M 点的直角坐标为(x,y,z)
可知均匀无限介质中充电椭球体的一次电场的等电位面，乃为该椭球体表面的共焦椭球面族。

而一次电场的地面（z=0）等位线乃为一组共焦共中心的椭圆。

2 模型实验
在地下无限均匀的介质中，由于注水井注水压力的不均匀性，可能出现多种模型情况：其中注水井的地面坐标为（0，0），以下都是如此。

（1）当介质性质均匀，注水压力稳定时，地下模型可能出现球体或旋转椭球体，为此设计模型为a=b=200.0米，c=30.0米的旋转椭球体，计算结果见(图1)。

Y AXIS
X AXIS
图1
由图1可知旋转椭球体在地表电位等值线图为一系列同心圆，
在各个方向的电位梯度都相等，其中注水中心为同心圆的圆心。

（2）均匀介质中，由于注水压力不稳定时，各裂缝的大小不一，造成水体向一个主要方向流窜。

为此模拟三维椭球体如下：其中轴长 a=300.0米，b=50.0 米，c=20.0 米的，假设地下电阻率为=50.0(Ω.m) 电流强度为I=1.0(A),中心坐标为（0，0，0），在地表所形成的地面电位等值线图分3个模型（旋转角不同）来模拟。

X AXIS
图2
图2 的地下模型旋转角为0度。

由图2地面电位等值线图可知为共焦，共中心的椭圆族，电位梯度在X 轴方向平缓，在Y 轴方向比较陡，即长轴方向电位梯度平缓，短轴方向比较陡，所以长轴方向为注水驱水方向，其中长轴a 以X 轴成0度角。

X AXIS
图3
图3的地下模型旋转角为60度。

由图3地面电位等值线图可知为共焦，共中心的椭圆族，长轴方向电位梯度平缓，短轴方向比较陡，所以长轴方向为注水驱水方向，其中长轴a 以X 轴成60度角。

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2015.09︱433︱
Y AXIS
图4
图4的地下模型旋转角为-60度。

由图4地面电位等值线图可知为共焦，共中心的椭圆族，长轴方向电位梯度平缓，短轴方向比较陡，所以长轴方向为注水驱水方向，其中长轴a 以X 轴成-60度角。

（2）介质原因也可能造成水体向两个主要方向流窜，为此设计了下面两个模型,模拟三维椭球体如下：其中轴长 a=300.0米，b=50.0 米，c=20.0 米的，假设地下电阻率为ρ
=50.0(Ω.m) 电流强度为I=1.0(A),中心坐标为（0，0，0）的情况下，在地表所形成的地面电位等值线图分2个模型（旋转角不同）来模拟。

计算结果
为：
X AXIS
图5
图5的地下模型旋转角为0度和90度叠加组成，由图5地面电位等值线图可知，在Y 轴方向电位梯度平缓，X 轴方向平缓，而在第一象限电位梯度比较陡，所以注水驱水方向有两个，分别为X 轴和Y
轴方向。

X AXIS
图6
图6的地下模型旋转角为0度和120度叠加组成，由图6地面电位等值线图可知，在120度方向电位梯度平缓，X 轴方向平缓，而在120度内电位梯度比较陡，所以注水驱水方向有两个，分别为X 轴和120度方向。

综上所述可得理论计算与模型设计十分吻合，不仅异常的形态一致，，而且，异常值的大小也一致，据此可以确定注水的驱水方向和注水的中心。

3 结束语
经过理论研究、模型实验，证明电位法技术工作确定压裂裂缝方向和驱水方向是可行的，是一种间接地提高石油产量的经济有效的方法。

作者简介：
林太强（1976-），男，广东高州人，广西土木勘察检测治理有限公司工程师，从事工程物探工作
（上接第447页）
益，处理结束后能够举一反三，油气田企业还要完善井控事件备案制度，将既往的事故事件制作成典型的案例材料，积累宝贵的处置经验。

2.6 装备管理“专业化”
为把好井控工作的最后一道关口，需要对井控装备实行专业化管理，专业化管理最好由专业的部门统一提供、统一管理、统一安装、统一服务，储备专业化的人才队伍，对井控装备从设计、安装、检测到现场维护保养、回收全过程进行管控。

装备管理部门提前介入设计编制，根据现有井控装备情况进行井控装备设计；有专业化人才队伍对送井的井控装备进行安装前检查、安装过程质量把关和安装完成后的试压检测；现场井控装备使用过程中，装备管理部门应畅通故障报送渠道并加强巡检，对现场提报或者巡检过程中发现的装备故障，及时排除；装备回收后，装备管理部门负责对其进行检维修，对于不再满足生产需求的装备应及时淘汰；对违反规定造成井控装备非正常损坏的，要及时制止并进行相应的责任追究。

2.7 应急建设“有序化”
油气田企业应根据作业区域的风险特征，建立分层级的井控事件应急体系，充实应急物资，完善应急预案，定期开展应急演练。

应急储备物资应根据保存周期更新，确保可用性；应急处置预案应根据实际情况修订，加强针对性；应急演练应定期开展，保证队伍
的应急响应及联动能力。

充分发挥应急工作在事前预防、事发应对、事中处置和善后恢复过程中的作用。

3 结束语
井控安全管理在油气田勘探开发过程中占据着十分重要的地位，它是井筒全生命周期的永恒主题。

井控管理工作是一项长期工作，它伴随着油气田企业发展的始终。

井控安全管理工作不仅面临着严峻的自然环境，同时也面临着不可控制的人为因素，因此，为了保障企业的安全生产，企业的各级领导、各部门、各工作人员要从自身做起，把安全监管落实到工作中的各个环节，彻底杜绝井喷和井喷失控的事故发生。

参考文献：
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