专利名称：优化具有流动障碍物的储层中的井产量的方法
技术领域：
本文件涉及优化从地下地层(包括具有底水或边水的地下地层)的烃开采的系统和方法。本文件还涉及优化具有流动障碍物(flowbarrier)的地下地层中的烃开采的系统和方法。
背景技术：
传统垂直井在水驱储层中，例如在薄底水储层或边水储层中，可能造成严重的锥进问题。底水储层位于含水层之上，并且在储层流体与含水层水之间可能存在连续的大致水平界面(水/油接触面)。在边水储层中，只有一部分储层流体可以大致与含水层水接触 (水/油接触)。包含烃(例如但不限于油)的储层流体可以通过扩张下伏水和岩石而从这些水驱储层中生产出来，下伏水和岩石的扩张可以迫使储层流体进入井筒中。由于实际生产率可能超过水/油接触的平面开始变形的临界速率而产生锥进问题。从历史上来看， 以临界无水速率生产的井可能收益较低。水平井已经被用于提高从水驱储层中得到的油产量，并且通常被认为是好于传统垂直井的替代物，因为它们实现了更好的经济效益、提高的采油量和更高的开发效率。长水平井筒能够与大储层区域接触，使得对于给定速率，水平井要求较低的压降(drawdown)，导致锥进/脊进的程度较低。水平井已经被应用于改善从像在中国东部渤海湾发现的那样，具有一般从五米到二十米的薄油带并具有强底水的储层的采油。为了使油产量最大化和避免早期水锥进或脊进，可以将水平井设置在油砂体的顶部附近，并且可以在水突破之前以小压降进行井生产。 不过，来自不同水平井的生产响应彼此可能显著不同，即使它们工作在相似条件下。例如， 一些井可能在很短时间内呈现过早水锥进，并且含水量(water cut)迅速上升，而另一些井可能呈现较晚的水突破，并且含水量在较长时间内稳定增加。井筒与水/油接触面之间具有有限水平延伸或连续性的不连续低渗透或不可渗透薄流动障碍物的存在可能影响水锥进特性。例如，流动障碍物的存在可能是有益的，因为与没有障碍物相比，生产相同油量的累计产水量可能较少，并且生产相同油量所需的时间可能较短。另外，一旦水到达障碍物，就可以限制锥进，因为生产引起的压降在障碍物的边缘处可以小于在缺乏障碍物情况下的井处。在一些情况下，完全不可渗透障碍物对锥形的影响可以等同于将井筒向外延伸到障碍物的半径范围。包含不连续页岩的地层中的垂直和水平井的生产率已经使用数值模拟而被研究过。对于单相油流，不连续页岩呈现水平井与垂直井之间的生产率指数(或PI)之比减小。 对于底水储层中的双相油/水流，随机分布的不连续页岩在水平井和垂直井两者中呈现采油量随含水量减少而增加(与没有页岩的井相比)。换句话说，页岩通常将水平井屏蔽起来免受上升水锥的影响，导致较低的含水量值。一般说来，尽管当存在页岩时，总的井生产率通常会降低，但油生产率因页岩对水前进的掩护作用而增大。于是，对于油产量而言，不连续页岩的长期效应似乎是有益的。可以通过水平井产油的包含不可渗透层的储层中的水/油接触面移动也已经使用透明物理2-D模型而被研究过。结果表明，当长水平井的井口端位于不可渗透岩脉的上层之上时，可以获得提高的采油量。底水储层中的不连续不可渗透层或岩脉起垂直储层流的障碍物的作用或降低了垂直等效渗透率。这种情况可以导致水突破延迟和油产量显著提高。异构情况下的油产量也已证明好于同构情况下的油产量，使得它们延迟了水突破，并且使含水量较缓慢地增加。现场数据表明，流动障碍物有益于水平井的性能。例如，已知水平井在水突破之前几乎一年可以产油。有鉴于此，有人建议把人造不可渗透障碍物放置在井筒周围，以阻止水锥/水脊形成。有人还建议使用像聚合物那样的化学物质部分地插入底水带中，以便提高底水储层中的井生产性能。有人还推荐离水/油接触面尽可能远地钻探长水平井，以提高井性能。但是，如果不知道流动障碍物的物理位置和尺寸，可能需要进行长期生产测试来获取有关这些流动障碍物的影响的可靠的开发前数据。
发明内容
如本文所公开的那样，本发明提供了优化从地下地层(包括具有底水或边水的地下地层)的烃开采的系统和方法。本发明还提供了优化具有流动障碍物的地下地层中的烃开采的系统和方法。例如，本发明提供了识别潜在加密区域(infill area)和优化井位置的系统和方法，该方法包含使用一个或多个储层模拟来识别地下地层的绕过油区域；根据由所述一个或多个储层模拟识别的绕过油区域，从钻井记录中识别地下地层中的一个或多个流动障碍物；预测地下地层中的所识别流动障碍物的横向延伸；将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有高剩余油饱和度的区域上，使得一个或多个流动障碍物位于一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；以及将至少一个水平井设置在地下地层的油柱的顶部附近。水平区段(horizontal section)可以被钻探到井距允许的长度。以小压降对水平井进行生产可以控制水锥进。当含水量高时(例如，80-90%)，可以提高液体生产率。一种系统和方法可以配置成接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据，并执行用于识别“绕过”油区域的一个或多个计算和/或储层模拟。一种系统和方法可以用于识别和演示流动障碍物对水平井性能的影响。可以识别流动障碍物的不同参数对水平井性能的敏感性。一种系统和方法允许将流动障碍物的不同参数对水平井性能的敏感性用在加密钻探优化中以便提高加密井的油产量。可以为将流动障碍物的不同参数对水平井性能的敏感性用在加密钻探优化中以便提高加密井的油产量的加密钻探提供工作流。
图IA-C是具有不同流动障碍物比例的储层模型的一种实现的示意图ID-F是图IA-C中的实现的累计油产量的示意图；图2A-D是具有不同流动障碍物比例的储层模型的一种实现的示意图；图2E-H是图2A-D中的实现的累计油产量的示意图；图3是含水量曲线的示意图；图4是含水量曲线和累计油产量的示意图；图5是例示渗透率模型的横截面的示意图；图6是累计油产量的示意图；图7A是流动障碍物比例的示意图；图7B是累计油产量的示意图；图7C是含水量的示意图；图8A-B是例示渗透率模型的横截面的示意图；图9是流动障碍物比例的示意图；图IOA是井位置的示意图；图IOB是例示井横截面的示意图；图IlA-B是井产量曲线的示意图；图12是钻井记录的示意图；图13A和13B是地质井模型和水/油接触面的示意图；图13C和13D是显示在图13A和13B中的井的历史匹配的示意图；图14A和14B是例示井横截面的示意图；图14C和14D是例示渗透率层的示意图；图14E是低渗透率层的示意图；图15A和15B是例示井的水饱和度的横截面的示意图；图16是产量曲线的示意图；图17示出了优化具有流动障碍物的储层中的井产量的方法的步骤；图18是用于优化具有流动障碍物的地下地层中的井的位置的示范性计算机结构的方块图；图19是例示具有流动障碍物的井的横截面的示意图；图20是井位置的示意图和流动障碍物的等高图；图21A和21B是产量曲线的示意图；图22A和22B是产量曲线的示意图；图23是根据本发明的建议先导孔钻探的示意图；图24A-24F是产量曲线的示意图；图25是产量曲线的示意图；以及图沈例示了实现本文公开的方法的一个或多个步骤的计算机系统的例子。
具体实施例方式本发明提供了用于优化从地下地层(包括具有底水或边水的地下地层)的烃开采、和用于优化具有流动障碍物的地下地层中的水平井的位置的系统和方法。对于本领域技术人员来说，显而易见，本文结合底水储层的描述也可应用于边水储层。一种系统和方法可以配置成使用指示地下地层中的绕过油区域的数据来优化水平井的位置。该数据可以从地下地层的一个或多个储层模拟中获得。地下地层中的流动障碍物可以根据由储层模拟识别的绕过油区域从例如地下地层的钻井记录中识别。该钻井记录包含井内或井周围的物质的一个或多个物理量的测量值(与深度或时间，或两者的关系)。当从至少一个水平井中生产包含烃的流体时，该系统和方法可以用于优化从地下地层的烃开采。考虑到水锥进特性以及因此底水储层或边水储层中的水平井的性能可能难以预测，可以使用显性地表示流动障碍物分布的高分辨率储层模型。如果不应用它们，对流动井行为的影响对于模拟模型的不同实现可能相差很大。更高分辨率储层模型可以被用于定义用于精确表示流动障碍物的参数。这些参数中的一些包括但不限于比重对比度、迁移率比、垂直渗透率、流动障碍物与周围储层的渗透率对比度、到水/油接触面的距离、水平井的长度、流动障碍物的尺度和分布。本文所公开的计算或模拟可以通过储层模拟器或在现有技术中已知的其它计算方法来进行。本文所公开的储层模拟例如可以在计算机上进行， 该计算机可以接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据，并进行识别“绕过 (by-pass)，，油区域的一个或多个储层模拟。“绕过”油区域可能出现在例如注入的水或气体生成绕过地球地层的低渗透率部分中的油的优先流动路径的地方。例如，气体可能绕到较低压的区域中。像孔隙率和渗透率那样的地球地层性质或参数可以影响水流动路径，导致“绕过”油区域。此外，“绕过”油区域可能因缺乏从这个区域中提取油的现有生产井，或缺乏将油压出这个区域的注入井而出现。一种合成单井数值模型可以用于指示储层地质对水平井性能的影响，更具体地说，流动障碍物对强底水驱动薄储层中的水平井性能的影响。该合成模型具有60x60x32 的网格，单元大小为dx = dy = 20m，对于第1-31层，dz = 0. 5m，对于第32含水层，dz = 10m。流动障碍物的分布可以通过具有如下控制参数的指示模拟生成流动障碍物的比例是 5-20%，流动障碍物的横向相关长度(λχ= λ y)是100-400m。可以作出没有垂直相关性的假设。针对不同流动障碍物比例、大小和与背景砂的渗透率对比度总共研究了七种情况 (参见表1)。表 权利要求
1.一种优化在具有流动障碍物的地下地层中井的位置，以便用于从地下地层的烃开采的方法，包含通过计算机系统接收来自一个或多个储层模拟的指示地下地层中的绕过油区域的数据；通过计算机系统，基于由所述一个或多个储层模拟识别的绕过油区域来识别地下地层中的一个或多个流动障碍物；以及预测地下地层中的所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸； 其中，基于所预测的横向延伸，将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有预定水平剩余油饱和度的区域，使得所识别的一个或多个流动障碍物位于所述一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；其中，基于所述一个或多个水平加密井的设置，相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井；以及其中，从所述至少一个水平井的包含烃的流体的生产优化从地下地层的烃开采。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包含输出或显示指示一个或多个水平加密井或所述至少一个水平井的设置位置的一个或多个参数。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包含从钻井记录中识别地下地层中的一个或多个流动障碍物。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在所述一个或多个水平加密井的间距允许的程度上钻探所述至少一个水平井的水平区段。
5.如权利要求1所述的方法，其中，以间隔(z/h)相对于地下地层的油柱顶部来设置所述至少一个水平井，所述间隔(z/h)在z/h = 0. 7到z/h = 0. 9的范围内，其中Z是所述至少一个水平井距油柱顶部的间隔距离，而h是从所述顶部到水与油之间的接触面的总油柱尚度。
6.如权利要求1所述的方法，其中，预测所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸的步骤进一步包含预测所识别的一个或多个流动障碍物的垂直比例。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述地下地层包含底水或边水。
8.一种优化在具有流动障碍物的地下地层中井的位置，以便用于从地下地层的烃开采的方法，包含通过计算机系统，使用一个或多个储层模拟来识别地下地层的绕过油区域； 通过计算机系统，基于由所述一个或多个储层模拟识别的绕过油区域，从钻井记录中识别地下地层中的一个或多个流动障碍物；预测地下地层中的所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸； 基于所预测的横向延伸，确定将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有预定水平剩余油饱和度的区域，使得所识别的一个或多个流动障碍物位于所述一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；以及基于所述一个或多个水平加密井的设置，确定相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井，其中，从所述至少一个水平井的包含烃的流体的生产优化从地下地层的烃开采。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包含输出或显示指示一个或多个水平加密井或至少一个水平井的设置位置的一个或多个参数。
10.如权利要求8所述的方法，其中，通过计算机系统使用储层模拟来识别地下地层的绕过油区域进一步包含接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据，并执行用于识别绕过油区域的一个或多个储层模拟。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述至少一个水平井的水平区段被确定为具有所述一个或多个水平加密井的间距允许的程度。
12.如权利要求8所述的方法，其中，通过计算机系统使用一个或多个储层模拟来识别绕过油区域进一步包含计算地下地层的储层模型，该储层模型具有代表地下地层中的流动障碍物的比例的一个或多个参数，其中所述计算包含改变地下地层中的流动障碍物的比例。
13.如权利要求8所述的方法，其中，通过计算机系统使用一个或多个储层模拟来识别绕过油区域进一步包含计算地下地层的储层模型，该储层模型具有代表地下地层中的流动障碍物的相关长度的一个或多个参数，其中所述计算包含改变流动障碍物的相关长度。
14.如权利要求8所述的方法，其中，预测所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸的步骤进一步包含预测所识别的一个或多个流动障碍物的垂直比例。
15.如权利要求8所述的方法，其中，所述地下地层包含底水或边水。
16.一种提高从具有流动障碍物的地下地层中获得的烃产量的方法，包含 使用一个或多个储层模拟来识别地下地层的绕过油区域；基于由所述一个或多个储层模拟识别的绕过油区域，识别地下地层中的一个或多个流动障碍物；预测地下地层中的所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸； 基于所预测的横向延伸，将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有预定水平剩余油饱和度的区域，使得所识别的一个或多个流动障碍物位于所述一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；基于所述一个或多个水平加密井的设置，相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井；以及以小压降从所述至少一个水平井生产包含烃的流体，从而提高从地下地层获得的烃的产量。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包含在设置所述一个或多个水平加密井之后并且在设置所述至少一个水平井之前，钻探一个或多个先导孔以验证流动障碍物的存在。
18.如权利要求16所述的方法，进一步包含当含水量高时，提高从地下地层的流体生产率。
19.如权利要求18所述的方法，其中，当水占所生产流体的80-90%时，则含水量高。
20.如权利要求16所述的方法，其中，使用储层模拟来识别地下地层的绕过油区域进一步包含接收指示与地下地层中的物质相关联的物理性质的数据，并执行用于识别绕过油区域的一个或多个储层模拟。
21.如权利要求16所述的方法，其中，在所述一个或多个水平加密井的间距允许的程度上钻探所述至少一个水平井的水平区段。
22.如权利要求16所述的方法，其中，使用一个或多个储层模拟来识别绕过油区域进一步包含计算地下地层的储层模型，该储层模型具有代表地下地层中的流动障碍物的比例的一个或多个参数，其中所述计算包含改变地下地层中的流动障碍物的比例。
23.如权利要求16所述的方法，其中，使用一个或多个储层模拟来识别绕过油区域进一步包含计算地下地层的储层模型，该储层模型具有代表地下地层中的流动障碍物的相关长度的一个或多个参数，其中所述计算包含改变流动障碍物的相关长度。
24.如权利要求16所述的方法，其中，预测所识别的一个或多个流动障碍物的横向延伸的步骤进一步包含预测所识别的一个或多个流动障碍物的垂直比例。
25.如权利要求16所述的方法，其中，所述地下地层包含底水或边水。
26.一种用于优化在具有流动障碍物的地下地层中井的位置，以便用于从地下地层的烃开采的系统，所述系统包含驻留在存储器中的一个或多个数据结构，用于存储来自一个或多个储层模拟的表示地下地层中的绕过油区域的数据；以及在一个或多个数据处理器上执行的软件指令，用于基于由所述一个或多个储层模拟所识别的绕过油区域，来识别地下地层中的一个或多个流动障碍物，并预测地下地层中的所识别的流动障碍物的横向延伸；其中基于所预测的横向延伸，将一个或多个水平加密井设置在地下地层的具有预定水平剩余油饱和度的区域，使得所述一个或多个流动障碍物位于所述一个或多个水平加密井的路径与地下地层中的水与油之间的接触区域之间；基于所述一个或多个水平加密井的设置，相对于地下地层的油柱来设置至少一个水平井；以及从所述至少一个水平井的包含烃的流体的生产优化从地下地层的烃开采。
全文摘要
本发明提供了优化从包括具有底水或边水的地下地层的地下地层中的烃开采的计算机实现的系统和方法。该系统和方法可以配置成接收来自储层模拟的指示地下地层中的绕过油区域的数据；根据由储层模拟识别的绕过油区域，识别地下地层中的流动障碍物；以及预测地下地层中的所识别流动障碍物的横向延伸。可以相对于流动障碍物将加密水平井设置在地下地层的区域，使得来自地下地层中的水平井的生产优化烃开采。
文档编号E21B43/00GK102272414SQ200980141922
公开日2011年12月7日 申请日期2009年9月17日 优先权日2008年9月19日
发明者M·S·魏神威, 兰立川, 刘松, 周登恩, 廖心武, 张丰立, 张鹏, 李波, 杨庆红, 温先焕, 田立新, 葛丽珍, 赵春明 申请人:中国海洋石油总公司, 雪佛龙美国公司