水力脉冲在储层内传播及衰减性研究.pdf

收稿日期:2 0 2 3-0 7-1 9;修回日期:2 0 2 3-0 9-2 8基金项目:渤海油田稳产3 0 0 0万吨-上产4 0 0 0万吨关键技术研究项目(C NOO C-K J 1 3 5-Z D XM-3 6-T J-0 1-T J)。作者简介:邹 剑(1 9 6 9),男,大学本科,高级工程师,主要从事海上油田提高采收率和采油工艺技术研究,E-m a i l:6 1 4 5 0 7 8 2 2q q.c o m。第3 2卷 第1期2 0 2 4年3月北京石油化工学院学报J o u r n a l o f B e i j i n g I n s t i t u t e o f P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g yV o l.3 2 N o.1M a r.2 0 2 4文章编号:1 0 0 8-2 5 6 5(2 0 2 4)0 1-0 0 3 1-0 7水力脉冲在储层内传播及衰减性研究邹 剑1,符扬洋1,刘长龙1,高 尚1,兰夕堂1,毛庆凯2,郭沛文2(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 3 0 0 4 5 0;2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津 3 0 0 4 5 2)摘要:为优化脉动注水参数,提高水力脉冲在储层中作用距离,减小脉冲衰减,开展了水力脉冲在储层内传播、衰减性研究,通过数值方程解析和A b a q u s有限元分析,形成对水力脉冲在储层内传播、衰减性的认识,并指出水力脉冲有效作用范围。研究结果表明:脉冲频率和脉冲幅值对于脉冲压力幅值衰减影响较大,脉冲频率和幅值增加,衰减速度呈现加快趋势;储层渗透率和注入流体黏度对脉冲能量衰减影响较大,渗透率越低,其脉冲衰减越快,脉冲注水的效果要好于脉冲注高黏化学剂体系;为减小脉冲衰减、提高作用距离,应尽量减小脉冲频率(1H z)、增加脉冲压力幅值,脉冲复合注入高黏化学剂时,尽量采用交替注入的方式。关键词:水力脉冲;频率;振幅;衰减规律;作用距离中图分类号:T E 5 3文献标志码:AD O I:1 0.1 9 7 7 0/j.c n k i.i s s n.1 0 0 8-2 5 6 5.2 0 2 4.0 1.0 0 7开放科学(资源服务)标识码:S t u d y o n P r o p a g a t i o n a n d A t t e n u a t i o n o f H y d r a u l i c P u l s e i n R e s e r v o i rZ OU J i a n1,F U Y a n g y a n g1,L I U C h a n g l o n g1,GAO S h a n g1,L AN X i t a n g1,MAO Q i n g k a i2,GUO P e i w e n2(1.CNO O C C h i n a L i m i t e d,T i a n j i n B r a n c h,T i a n j i n 3 0 0 4 5 0,C h i n a;2.CNO O C E n e r T e c h-D r i l l i n g&P r o d u c t i o n C o.,T i a n j i n 3 0 0 4 5 2,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o o p t i m i z e t h e p u l s a t i n g w a t e r i n j e c t i o n p a r a m e t e r s,i m p r o v e t h e a c t i o n d i s-t a n c e o f h y d r a u l i c p u l s e i n t h e r e s e r v o i r,r e d u c e t h e p u l s e a t t e n u a t i o n,c a r r y o u t t h e r e s e a r c h o n t h e p r o p a g a t i o n a n d a t t e n u a t i o n o f h y d r a u l i c p u l s e i n t h e r e s e r v o i r,f o r m t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e p r o p a g a t i o n a n d a t t e n u a t i o n o f h y d r a u l i c p u l s e i n t h e r e s e r v o i r t h r o u g h n u m e r i c a l e q u a t i o n a n a l y-s i s a n d A B AQU S f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s,a n d p o i n t o u t t h e e f f e c t i v e a c t i o n r a n g e o f h y d r a u l i c p u l s e.T h e r e s u l t s s h o w t h a t:1)t h e p u l s e f r e q u e n c y a n d p u l s e a m p l i t u d e h a v e a g r e a t i n f l u e n c e o n t h e a t t e n u a t i o n o f p u l s e p r e s s u r e a m p l i t u d e,t h e p u l s e f r e q u e n c y a n d a m p l i t u d e i n c r e a s e,a n d t h e a t t e n u a t i o n s p e e d s h o w s a n a c c e l e r a t i n g t r e n d;2)T h e r e s e r v o i r p e r m e a b i l i t y a n d i n j e c t e d f l u-i d v i s c o s i t y h a v e a g r e a t i m p a c t o n t h e p u l s e e n e r g y a t t e n u a t i o n.T h e l o w e r t h e p e r m e a b i l i t y,t h e f a s t e r t h e p u l s e a t t e n u a t i o n.T h e e f f e c t o f p u l s e w a t e r i n j e c t i o n i s b e t t e r t h a n t h a t o f p u l s e i n j e c-t i o n o f h i g h v i s c o s i t y c h e m i c a l a g e n t s y s t e m.3)i n o r d e r t o r e d u c e t h e p u l s e a t t e n u a t i o n a n d i m-p r o v e t h e a c t i o n d i s t a n c e,t h e p u l s e f r e q u e n c y(1H z)s h o u l d b e r e d u c e d a s m u c h a s p o s s i b l e a n d t h e p u l s e p r e s s u r e a m p l i t u d e s h o u l d b e i n c r e a s e d.Wh e n p u l s e c o m p o u n d i n j e c t i o n o f h i g h v i s c o s i t y c h e m i c a l a g e n t,A l t e r n a t e i n j e c t i o n o f o i l r e c o v e r y s h a l l b e a d o p t e d a s f a r a s p o s s i b l e.K e y w o r d s:h y d r a u l i c p u l s e;f r e q u e n c y;a m p l i t u d e;a t t e n u a t i o n l a w;a c t i o n d i s t a n c e i n o r g a n i c s c a l e;e n h a n c e d o i l r e c o v e r y 随着油田油藏注水开发的需求越来越大,对油藏注水的要求也越来越高。目前,水驱采收率不断降低,注采矛盾日益突出,已成为油藏开发的难点问题1-8。针对上述问题,脉动注水目前已经受到越来越多研究人员的关注9-1 3。脉动注水技术可以有效地提高采收率,给储层增加地层能量,通过解除地层的堵塞、增大注水通道达到注水井增加注水量的目的,从而有效地改善油藏注水开发效果 1 4-1 6。笔者针对有效提高脉动注水的效果,通过优化脉动注水的参数、提高水力脉冲在储层中作用距离以及减小脉冲衰减,开展水力脉冲在储层内传播、衰减性研究。1 概述1.1 模型建立采用有限元模型对水力脉冲在储层内传播的径向流模型进行求解,网格划分如图1所示。研究过程中取纵向单位长度的射孔区域进行脉冲效果分析,因此纵向高度取1m,物理模型纵向9 0 螺旋射孔1 6条,研究区平面长度为1 0 0m1 0 0m;划分四面体网格共2 32 8 9个,三角形网格34 0 0个,边单元11 4 7个,顶点单 元2 0 8个,单 元 体 积 比9.4 3 71 0-6。模型的基础参数为:渗透率为10 0 0mD,孔隙度为0.2 7,井深为15 0 0m,流体黏度为1m P as,脉冲注入频率为1H z,脉冲压力幅值为5MP a,B i o t系数为0.7 5,弹性模型E为6G P a,泊松比为0.2 1 8等。图1 网格划分结果F i g.1 M e s h i n g o f t h e m o d e l 1.2 数值模型验证基于上述水力脉动传播模型,修改模型边界条件使其能够求解一维水力脉动衰减。由此计算了水力脉冲波在填砂管中的衰减情况,并与室内实验结果进行对比,结果如图2所示。图2 实验测试压力与模型计算结果对比F i g.2 C o m p a r i s o n o f e x p e r i m e n t a l t e s t p r e s s u r e a n d m o d e l c a l c u l a t i o n r e s u l t s 从图2中可以看出:不管高频脉动还是低频脉动,计算结果与室内实验测试结果趋势完全一致,表明模型具有较高计算精度。由此,依据所建立的脉动模型依次开展脉冲频率对水力脉冲传播影响规律研究;脉冲幅值对水力脉冲传播影响规律研究;储层渗透率对脉冲能量衰减影响研究以及注入流体的黏度对脉冲能量衰减影响研究。通过4个方面的研究,形成对水力脉冲在储层内传播、衰减性的认识,并给出水力脉冲的有效作用范围。2 脉冲频率对水力脉冲传播的影响利用A b a q u s有限元软件建立模型后,在确定其他基础参数一定的情况下,通过改变频率计算水力脉冲波在不同时间、不同位置处的传播规律,并绘制三维图,结果如图3所示。为进一步确认脉动幅值随距离和时间的衰减规律,通过提取脉动高压力值,绘制不同脉冲频率下孔隙压力分布随时间的变化规律,如图4所示。在完成上述步骤后,通过计算结果,提取振动幅值衰减数据,换算成衰减后的保持率,绘制其随距离的变化关系,如图5所示。通过上述计算以及分析可以得出:(1)不同频率下脉动幅值都随着距离呈现指数性递减,随后维持在较低的水平继续传播较长距离。(2)脉冲频率对脉冲压力幅值的衰减影响较大,随着脉冲频率的增加,脉冲压力快速衰减。如距离注入点0.5m的储层,在0.1、1、5、1 5、3 0H z频率下,其脉冲保持率分别为9 5%、7 7%、7 0%、5 0%、4 5%。如果以1 0%保持率为界限,各频率下有效作用范围分别为2 0、5、3.4、1.8、1.2m。若以5%保持率(0.5 MP a幅 值),各 频 段 作 用 距 离 分 别 达 到7 7.3、2 4.5、1 8.3、1 3.4、9.6m。23北京石油化工学院学报2 0 2 4年第3 2卷图3 不同水力脉冲频率下不同位置压力随时间变化规律F i g.3 T i m e v a r y i n g r u l e o f p r e s s u r e a t d i f f e r e n t p o s i t i o n s u n d e r d i f f e r e n t h y d r a u l i c p u l s e f r e q u e n c i e s 图4 不同频率时距离注入点不同距离处压力分布曲线F i g.4 P r e s s u r e D i s t r i b u t i o n C u r v e a t D i f f e r e n t D i s t a n c e s f r o m I n j e c t i o n P o i n t a t D i f f e r e n t F r e q u e n c i e s 图5 脉动幅值保持率随频率和距离的变化情况F i g.5 V a r i a t i o n o f p u l s a t i o n a m p l i t u d e r e t e n t i o n r a t e w i t h f r e q u e n c y a n d d i s t a n c e(3)高频率脉冲条件下,传播过程中存在振荡干扰的现象,波形变得复杂。3 脉冲幅值对水力脉冲传播的影响利用A b a q u s有限元软件建立模型后,在确定其他基础参数一定的情况下,固定脉动频率为0.1H z,通过改变不同脉动幅值,计算出水力脉冲波在不同时间、不同位置处的传播规律并绘制三维图,如图6所示。为进一步定量观察脉动幅值随着距离和时间衰减规律,通过提取脉动压力值绘制不同脉冲频率下33第1期邹 剑等.水力脉冲在储层内传播及衰减性研究孔隙压力分布及随时间变化规律,如图7所示。图6 不同水力脉冲压力幅值下不同位置压力随时间变化F i g.6 T i m e v a r y i n g r u l e o f p r e s s u r e a t d i f f e r e n t p o s i t i o n s u n d e r d i f f e r e n t a m p l i t u d e o f h y d r a u l i c p u l s e p r e s s u r e 图7 不同脉冲压力幅值下的孔隙压力变化曲线F i g.7 P o r e p r e s s u r e v a r i a t i o n c u r v e u n d e r d i f f e r e n t p u l s e p r e s s u r e a m p l i t u d e 在完成上述步骤后,通过计算结果提取振动幅值衰减数据,换算成衰减后的保持率,绘制其随着距离的变化关系,如图8所示。图8 脉动幅值保持率随脉冲压力幅值和距离的变化F i g.8 V a r i a t i o n o f p u l s e a m p l i t u d e r e t e n t i o n r a t e w i t h p u l s e p r e s s u r e a m p l i t u d e a n d d i s t a n c e通过上述计算分析可以得出:(1)脉冲幅值越高,压力传播过程中的保持率越高。脉冲幅值为1 0MP a,在0.6m处的压力保持率超过6 0%,而脉冲幅值为2MP a,在此处的保持率已不足4 0%。(2)脉冲压力幅值在距离注入点较近的位置,衰减速度受脉冲幅值变化的影响较大,随着传播距离的增加,脉冲幅值对衰减速度的影响逐渐减弱。如在1.6m之前其衰减率已超过5 0%,而在1.61 2.8m之间,其衰减率仅为3 0%左右。(3)为了提高效果,应该在合理的范围内尽量增加脉冲的压力幅值。4 储层渗透率对脉冲能量衰减的影响为了分析储层渗透率对脉冲能量衰减的影响,43北京石油化工学院学报2 0 2 4年第3 2卷采用固 定 频 率 为0.1 H z和 脉 冲 压 力 幅 值 为1 0MP a,通过改变储层渗透率(分别为10 0 0、5 0 0、2 0 0、5 0、1mD)模拟脉冲在储层中的传播规律,结果分别如图9、图1 0和图1 1所示。图9 不同储层渗透率下不同位置压力随时间变化规律F i g.9 T i m e v a r y i n g r u l e o f p r e s s u r e a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s u n d e r d i f f e r e n t r e s e r v o i r p e r m e a b i l i t y 图1 0 不同储层渗透率下孔隙压力变化曲线F i g.1 0 P o r e p r e s s u r e c h a n g e c u r v e u n d e r d i f f e r e n t r e s e r v o i r p e r m e a b i l i t y 图1 1 脉动幅值保持率随储层渗透率和距离的变化F i g.1 1 V a r i a t i o n o f p u l s a t i o n a m p l i t u d e r e t e n t i o n r a t e w i t h r e s e r v o i r p e r m e a b i l i t y a n d d i s t a n c e 通过上述计算分析可以得出:(1)渗透率对水力脉冲影响较大,其整体上呈现出渗透率越低,其脉冲衰减越快。(2)当渗透率仅为1mD时,其在注入点1m处,压力脉冲衰减到原来的1 0%;而相应的10 0 0mD储层,其仅衰减了5%。(3)由此看出,水力脉冲深穿透适用于渗透率相对较高的储层,对于渗透率较低的储层,其作用距离受到一定限制。5 注入流体的黏度对脉冲能量衰减的影响研究 为了能够有效地分析储层渗透率对脉冲能量衰减的影响,采用固定频率为0.1H z和脉冲压力幅值为5MP a,改变注入流体黏度,模拟脉冲在储层中的传播规律,结果分别如图1 2、图1 3、图1 4所示。53第1期邹 剑等.水力脉冲在储层内传播及衰减性研究图1 2 不同注入流体黏度下不同位置压力随时间变化规律F i g.1 2 P r e s s u r e v a r i a t i o n a t d i f f e r e n t p o s i t i o n s w i t h t i m e u n d e r d i f f e r e n t v i s c o s i t y o f i n j e c t e d f l u i d 图1 3 不同储层渗透率下的孔隙压力变化曲线F i g.1 3 P o r e p r e s s u r e c h a n g e c u r v e u n d e r d i f f e r e n t r e s e r v o i r p e r m e a b i l i t y 图1 4 脉动幅值保持率随注入流体黏度和距离的变化F i g.1 4 V a r i a t i o n o f p u l s a t i o n a m p l i t u d e r e t e n t i o n r a t e w i t h i n j e c t e d f l u i d v i s c o s i t y a n d d i s t a n c e 通过上述计算分析可以得出:(1)注入流体黏度对脉冲能量衰减的影响规律与渗透率的影响规律类似,整体上其敏感性较渗透率的影响略小。(2)脉冲注水的效果要好于脉冲注高黏化学剂体系。脉冲注水条件下,油藏1m处的压力保持率接近7 0%,而黏度为2 0 0m P as的流体在此处的压力保持率已低于2 0%,能量损失严重。因此在脉冲复合化学应用过程中,推荐采用稳定注入化学剂和脉冲注水交互的方式进行。6 结论(1)脉冲频率和脉冲幅值对于脉冲压力幅值衰减影响较大,脉冲频率和幅值增加,衰减速度呈现加快趋势。(2)储层渗透率和注入流体黏度对脉冲能量衰减影响也较大,渗透率越低,其脉冲衰减越快,脉冲注水的效果要好于脉冲注高黏化学剂体系。(3)为减小脉冲衰减,提高作用距离,应尽量减小脉冲频率(1H z),增加脉冲压力幅值。脉冲复合注入高黏化学剂时,应采用脉冲和恒压交替注入的方式。63北京石油化工学院学报2 0 2 4年第3 2卷参考文献1 朱明霞,石立华,薛颖,等.新型水驱特征曲线研究与应用J.非常规油气,2 0 2 2,9(4):6 5-7 0,1 2 8.2 解伟,石立华,吕迎红,等.特低渗透非均质油藏周期注水方案研究J.非常规油气,2 0 1 6,3(1):4 7-5 2.3 张学刚,王秀宇,代明春,等.周期注水实验研究及力学机理探讨J.石油化工高等学校学报,2 0 1 5,2 8(6):6 6-8 6.4 邓晴阳,罗元,郭宇,等.低渗砂岩油藏脉冲注水研究J.石油化工应用,2 0 1 5,8(4):2 9-3 3.5 李晓娜.周期注水与脉冲注水的理论研究J.石油化工应用,2 0 1 8,3 7(6):6 6-6 7.6 周延军.脉冲注水技术应用探讨J.长江大学学报(自然科学版),2 0 1 1(4):6 6-6 7.7 雷登生,杜志敏,付玉,等.周期注水吸入过程机理研究J.西南石油大学学报(自然科学版),2 0 1 0,3 2(1):1 0 1-1 0 4.8 康胜松,肖前华,高峰,等.特低渗油藏非稳态周期注水机理及应用J.石油钻采工艺,2 0 1 9,4 1(6):7 6 8-7 7 2.9 闫健,张宁生,刘晓娟.低渗透油田超前注水增产机理研究J.西安石油大学学报(自然科学版),2 0 0 8(5):4 3-4 5.1 0邱勇松,杨正明,李捷,等.低渗透油层注水开发的层间突进研究J.西安石油大学学报(自然科学版),2 0 0 3(1):2 7-2 9.1 1尚宝兵,刘义刚,吴华晓,等.海上油田定向注水井安全注水压力研究J.西安石油大学学报(自然科学版),2 0 0 3(1):2 7-2 9.1 2李晓娜.周期注水与脉冲注水的理论研究J.石油化工应用,2 0 1 8,3 7(6):6 6-6 7.1 3毛庆凯,牛贵锋,王良杰,等.中渗砂岩油藏脉动注水驱油机理研究J.当代化工,2 0 2 1,6(6):1 4 1 9-1 4 2 4.1 4KO S T R OV S,WOO D E N W.P o s s i b l e M e c h a n i s m s a n d C a s e s t u d i e s f o r e n h a n c e m e n t o f o i l R e c o v e r y a n d p r o d u c t i o n u s i n g I n-S i t u s e i s m i c s t i m u l a t i o nC.S P E 1 1 4 0 2 5,2 0 0 8.1 5KA R E V V I,KOVA L E NKOY U F,O D I N T S E V V N.M e c h a n i c s o f t h e e f f e c t o f w a t e r-g a s p u l s a t i o n s o n f i s s u r e d-p o r o u s r o c k s s u b j e c t e d t o h y d r a u l i c h o l e m i n-i n gJ.M i n i n g S c i e n c e,1 9 9 5,3 1(6):4 5 9-4 7 0.1 6解伟,石立华,吕迎红,等.特低渗透非均质油藏周期注水方案研究J.非常规油气,2 0 1 6,3(1):4 7-5 2.(上接第1 4页)液压系统的高中低3种系统压力的切换。由于工具液压系统泵的排量小,R O V自身设备及外接工具对流量的需求都很小,因而该系统内未设置低压油的集油舱,低压油在低压油路块汇集后经低压滤器与泵吸入口相连。与主液压系统的需求相同,工具液压系统设置了2个2.7 5L补偿器和1个油水分离器。3 结论(1)工作级水下机器人R OV的液压系统由于使用外接工具频繁而发生系统渗漏崩溃失压的概率较大,采用由主液压系统和工具液压系统组成的双泵隔离式液压系统的水下机器人可有效降低这种风险的发生。(2)双泵隔离式液压系统的工作原理是根据功能特点将R OV的液压系统分成主液压系统和工具液压系统,主液压系统主要为R OV推进系统提供动力,工具液压系统主要为R OV的辅助系统(如液压云台和液压机械手臂)和外接作业工具提供动力。(3)双泵隔离式液压系统的优点是2个子系统完全隔离、互不影响,当其中1个子系统发生故障时,另1个子系统仍能正常工作,在一定程度上保障R OV安全。参考文献1 王立忠.论我国海洋石油工程技术的现状与发展J.中国海洋平台,2 0 0 6,2 1(4):1 1-1 8.2 晏勇,马培荪,王道炎,等.深海R OV及其作业系统综述J.机器人,2 0 0 5(1):8 2-8 9.3 沈克,严允,晏红文.我国深海作业级R OV技术现状及发展展望J.控制与信息技术,2 0 2 0(3):1-7.4 罗凌波,涂绍平,朱迎谷.深海工作级液压R OV系统供电设计研究J.电子世界,2 0 1 9(1 2):1 1-1 3.5 杨申申,王璇,刘浩,等.深海潜水器液压系统的设计J.机床与液压,2 0 1 7,4 5(9):9 3-9 5.6 李林,陈皓,陈雷.R OV液压推进系统的基本组成及其控制原理J.中国石油和化工标准与质量,2 0 1 7,3 7(1 0):6 5-6 6,6 9.7 于会民,刘可安,罗凌波.深海装备压力补偿器及测试系统的设计J.液压气动与密封,2 0 2 0,4 0(5):5 1-5 3.8 周锋.深海R OV液压推进系统的稳定性和控制方法研究D.杭州:浙江大学,2 0 1 5.9 马新军.作业型R OV液压系统研制与艏向控制技术研究D.杭州:浙江大学,2 0 1 3.73第1期邹 剑等.水力脉冲在储层内传播及衰减性研究