提高采油井精细化注水的方法与设计方案

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本技术介绍了一种提高采油井精细化注水的方法，属于油田开发技术领域。该方法包括：建立1、3、5注水物理模型；基于所述1、3、5注水物理模型，建立脉动注水注入井井底压力水驱速度模型；进行脉动注水层段性质评价划分和强、弱注水效果分析评价。在本技术中建立了1、3、5注水物理模型和脉动注水注入井井底压力水驱速度模型，为分层注水提供理论依据，从而能够在实际注水中更好的调节流量、压力，实现分层注水的智能化、精细化；进行脉动注水层段性质评价划分可以实现不同性质的注水层段实施不同的注水强度；进行强、弱注水效果分析评价可以有效识别注水效果，使配注准确率显著提高。

技术要求

1.一种提高采油井精细化注水的方法，其特征在于，所述方法包括：

建立1、3、5注水物理模型；基于所述1、3、5注水物理模型，建立脉动注水注入井井底压力-水驱速度模型；

进行脉动注水层段性质评价划分和强、弱注水效果分析评价；

建立脉动注水井筒管流模型和建立脉动注水水嘴模型；

设定脉动注入单层-储层两相渗流模型；建立基本渗流微分方程；脉动注水渗流区进行划分及初始、边界条件设定；确定油水前缘速率；

通过所述脉动注水注入井井底压力-水驱速度模型，控制流量和压力的自适性调节；通过所述脉动注水层段性质评价划分和强、弱注水效果分析评价，对不同性质的注水层段实施不同的注水强度，且对注水效果进行识别；通过所述脉动注水井筒管流模型和建立所述脉动注水水嘴模型，了解注水过程中井筒管流、水嘴节流与地层渗流的耦合流动；通过所述油水前缘速率，预测脉动“开-关”状态，达到实时监测注水动态，实现实时流量控制与监测。

2.根据权利要求1所述一种提高采油井精细化注水的方法，其特征在于，所述建立1、3、5注水物理模型包括以下步骤：

将注水层段划分为6个层段，得到脉动周期循环注水物理模型；

以“开1h关3h”作为工作制度，选择开启所述脉动周期循环注水物理模型的1、3、5层段，关闭2、4、6层段，得到所述1、3、5注水物理模型。

3.根据权利要求1所述的一种提高采油井精细化注水的方法，其特征在于，建立脉动注水注入井井底压力-水驱速度模型包括：

基于划分的所述1、3、5注水物理模型，把注水井的注入量看做注采系统的激励输入信号，把采油井的产液量作为注采系统的响应输出信号，得到注入井井底压力变化图；

根据渗流力学原理，将油藏系统中的任一点处由注入井单独工作引起的压力变化表示为：

其中，

其中，Δpi为注水井第i层段压力变化，Mpa；qi为第i层段注入量，m3；k为地层渗透率，md；h为储层厚度，m；μ为液体的粘度，10Pa·s；L为注采井距离，m；t为某层段注入时间，h；Ei为修正系数，α为波峰调节系数，取值范围为{-1，-2，0，1，2}；

在实施脉动周期循环注水过程中，设水平方向为注入的正方向，设其层段注入速度为v，单位为m3/h，对于不稳定流动，v＝v(x，t)，其中，x代表注入井井口中心到采油井井口中心的水平距离，单位为m，故而有a＝Δv/Δt，a+为注入压力波峰上升阶段的注入加速度，即某层段开启阶段，a—为注入压力波谷下降阶段的注入加速度，即某层段关闭阶段，a的单位为m3/h2；

设层段脉动配注器的始端至终端的长度为l，单位为m；其所述始端、所述终端由于脉动注水瞬变冲击造成的阻抗分别为：Z0，Zl，其大小表示为：

设在实施脉动周期注水过程中，在所述层段脉动配注器的始端的压力在t＝0时，开启或者关闭注入层段引起的压力变化为Δp，即此处变为pa+Δp，设所述脉动注水器始端的边界条件为：

其中，S为脉动配注器过流面积，单位为m2，v为水驱速度，单位为m/s；

所述终端的边界条件为：

其中，δ0为层段脉动配注器的始端脉动系数，δl为层段脉动配注器的终端脉动系数，当终端完全敞开时，zl＝0,δl＝-1，当终端关闭时，zl＝∞,δl＝1；

把所述注入井井底压力变化图划分为无数个以矩形状的压力响应，对每一个阶跃ΔPi，结合叠加原理可得到最终的井底压力随水驱前进位移x(取值范围为0-L)、时间t变化的注水井第i层段井底压力变化P，层段随水驱前进x、时间t变化的注入速度v，以下是通过叠加原理得到的所述脉动注水注入井井底压力-水驱速度模型；

4.根据权利要求1所述的一种提高采油井精细化注水的方法，其特征在于，所述建立脉动注水井筒管流模型包括：

设水在井筒中流动为层流，油管光滑忽略摩擦阻力，流体不可压缩且仅考虑重力作用，注入的垂直管流表示为：

其中，a为动能修正系数，对圆管流动α＝2；hw为水头损失，m；v为平均流速，m/s；H为高度，m；P 1，P 2分别为水嘴前、后的流动压力，MPa；ρ为水的密度，kg·m－3；g为重力加速度，m·s-2；H 1，H 2分别为各层段间的垂直高度，m；V1，V 2分别为喷嘴前、后的井口流速，m/s；

对于脉动周期循环注水方式，基于建立的所述脉动周期注水物理模型，结合所述(1)式，将所述(7)式改进：

计算脉动注水注水管内的水头损失hw：

在直井中注入水沿着油管垂向流动，油管内的压力损失按圆管沿程压力损失公式计算，地面井口到第一注水层的压力损失为：

第一层到第二层之间油管内沿程压力损失为：

其中，Q0为全井注入流量，m3/d；Q j为第i层注入量，m3/d；h wj为第j层的水头损失，m；d为油管直径，m；Ei为脉动注水频率修正系数；

计算Δt内第i层段的注入量Qi：

对于分层注水井，结合所述(6)式，各层流动的注入量表示为:

Qi＝ViΔt (11)。

5.根据权利要求1所述的一种提高采油井精细化注水的方法，其特征在于，所述建立脉动注水水嘴模型包括：

设水嘴节流孔在Δt内的开度为x，过流面积为A(x)，所述水嘴节流孔开度与所述过流面积关系为：

井口脉动注水水嘴损失为：

结合所述(6)式，得到的Vi(x，t)，然后得到在Δt内通过井口脉动配注器的流量为：

ΔQ0＝A(x,t)×Vi(x,t)×Δt (14)。

6.根据权利要求1所述的一种提高采油井精细化注水的方法，其特征在于，所述设定脉动注入单层-储层两相渗流模型包括：

a、不考虑温度对低渗透油藏油水作用过程的影响，遵循等温渗流规律；

b、不考虑储层多孔介质和流体的压缩性及流体温度变化；