本发明属于油气开发技术领域，具体涉及到一种注水开发油藏的地下能量利用水平评价方法。
背景技术：
油田注水开发是指在注水井人工注水补充地层能量，通过水将油驱到采油井井底，并通过油井举升系统将油水混合液提升到地面的过程。注水开发过程中消耗了大量的能量，产生成本直接影响油田开发的效益。提高油田的能量利用水平，对降低油田运行成本，提高经济效益具有至关重要的作用。
油田注水开发生产的过程主要包括注水井注入、地下油藏渗流和采油井举升三个子过程。目前注水开发生产过程中能量利用水平的评价仅针对注水井注入、采油井举升两个过程，评价的方法主要是通过现场测试数据计算输入、输出能量及系统效率，其计算方法、评价指标和评价方法都有成熟的标准和方法。但对于作为连接注水井注入和采油井举升两部分枢纽的地下油藏渗流过程，其输入能量、输出能量、渗流过程中损耗的能量、整体的能量利用水平等，还没有明确的计算和评价方法。
鉴于此，本发明提出一种注水开发油藏地下能量利用水平评价方法，根据测试数据，分人工注水开发和弹性能量开发两种方式，计算注水开发生产过程中地下油藏渗流过程中输入、输出、损耗的能量及能量利用水平，准确把握地下油藏系统能耗大小、能量的利用状况，帮助企业改进工艺、设备及管理，挖掘节能潜力，提高能量利用的经济效果。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供了一种注水开发油藏的地下能量利用水平评价方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：
一种注水开发油藏的地下能量利用水平评价方法，评价标准为输出的能量与输入的能量的比值，主要测量与计算方法，包括：
步骤1、获取采油井井底相对基准面的高度，采油井井底油水混合物的密度、流速与井底流压，以及一定时间内采出液的体积和质量，计算得到一定时间内采油井采出的流体能量；
步骤2、获取注水井井底相对基准面的高度、注入水的密度，注水井井底注入水的流速与井底流压，以及一定时间内注入水的体积和质量，计算得到一定时间内注水补充的能量；
步骤3、获取油藏中在不同时间、不同位置的压力和油水混合物的体积，使用积分法计算注水后油藏储存或释放的弹性能量；
步骤4、计算注水开发油藏的地下能量利用水平。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
上述的注水开发油藏的地下能量利用水平评价方法，步骤1中所述的一定时间内采油井采出的流体能量，包括位能、压能和动能，其计算公式如式(ⅰ)所示：
式(ⅰ)中，eo-一定时间内的采油井采出的流体能量，j；ρ1-采油井井底油水混合液的密度，kg/m3；g-重力加速度，m/s2；z1-采油井井底相对基准面的高度，m；v1-采油井井底一定时间内采出液的体积，m3；p1-采油井井底流压，pa；ν1-采油井井底油水混合物的流速，m/s；m1-采油井井底一定时间内采出液的质量，kg。
步骤2中所述的一定时间内的注水补充的能量，包括位能、压能和动能，即计算公式如式(ⅱ)所示：
式(ⅱ)中，ei-一定时间内的注水补充的能量，j；ρ2-注入水的密度，kg/m3；g-重力加速度，m/s2；z2-注水井井底相对基准面的高度，m；v2-注水井井底一定时间内注入水的体积，m3；p2-注水井井底流压，pa；ν2-注水井井底注入水的流速，m/s；m2-注水井井底一定时间内注入水的质量，kg。
步骤3中所述的注水后油藏储存或释放的弹性能量，弹性能量是由于物体发生弹性形变而储存或释放的能量，油藏中油、水以及岩石基质都是微可压缩的，在外力的作用下发生形变，从而储存或释放弹性能量。油藏中油、水以及岩石基质的体积变形最终都会体现为油藏中流体的体积变化；当油、水体积收缩时，油藏压力升高，储存能量；当油、水体积膨胀时，油藏压力下降，释放能量，根据油藏中流体体积及压力的变化，计算注水后油藏储存或释放的弹性能量，计算公式如式(ⅲ)所示：
式(ⅲ)中，将注水井作为坐标原点，x＝0，将开始注水的时间定为时间起点，t＝0；对油藏范围进行积分；ee-注水后油藏储存或释放的弹性能量，j；px,t-油藏中时间为t，位置为x处的压力，pa；vx,0-油藏中时间为0，位置为x处的流体体积，m3；vx,t-油藏中时间为t，位置为x处的流体体积，m3。
步骤4中所述的计算注水开发油藏的地下能量利用水平，当需要人工注水时，对于人工注水补充能量开发的过程，将油藏看做一个整体的系统，则注水井为开发过程提供能量，是系统输入的能量，采油井采出能量是系统输出的能量，而油藏储存的弹性能量是经过能量损耗后系统变化的能量，所以此过程中，储存在油藏中弹性能量以及最后由采油井采出的能量都属于此过程的有用功；因此，对于人工注水补充能量的开发过程，采油井采出的能量与油藏弹性能量的和，除以注水补充的能量就是人工注水补充能量时地下油藏渗流过程的系统效率，计算公式如式(ⅳ)所示：
人工注水补充能量，比较特殊的情况是仅注水，但不采油，即注水补充能量从而使地层压力不断上升的过程，此时，系统中没有能量的输出，因此有用功仅剩地层弹性能量的储存；则系统效率表达式中，采油井输出的能量为0，简化得到公式(ⅵ)：
步骤4中所述的计算注水开发油藏的地下能量利用水平，当无需人工注水时，一定时间内的注水补充的能量为0，属于弹性能量开采，油田开发采用弹性能量开采的方式，原油是由油藏中流体及岩石的弹性能量驱动的，油藏的弹性能量为开发过程提供能量，是系统输入的能量。采油井输出的能量是系统输出的能量，也就是系统的有用功；因此，对于油藏弹性能量开采的过程，采油井采出的能量除以油藏的弹性能量就是弹性能量开采时地下油藏渗流过程的系统效率，计算公式如式(ⅴ)所示：
本发明具有以下特点：
本发明建立的油藏开发过程中地下能量利用水平评价方法，根据流体力学能量的表征及转化，测算得出地下油藏渗流过程中输入的能量(注水补充的能量)、输出的能量(采油井采出的能量)、油藏储存或释放的能量以及渗流过程中能耗的系统效率，明确地下油藏渗流过程中的能量利用水平，可以准确把握地下油藏系统能耗大小、能量的利用状况，指导油田节能降耗。
附图说明
图1为本发明实施例注水开发油藏的地下能量利用水平评价方法的具体流程图；
图2为本发明实施例中采油井采出的流体能量、累计采出的能量与时间的关系图；
图3为本发明实施例中注水补充的能量、累计补充的能量与时间的关系图；
图4为本发明实施例中油藏存储的能量、累计存储的能量与时间的关系图；
图5为本发明实施例中注水开发油藏的地下能量利用水平，即系统效率与时间的关系图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
实施例
运用数值模拟手段，建立仅包含一口注水井、一口采油井的一注一采的一维典型模型，包含11个网格，网格大小为30m×10m×5m，油藏中深2000m，孔隙度0.28，渗透率1800×10-3um2，地层粘度24mpa·s，初始含油饱和度0.7，采液速度15％，测量并统计相关油藏参数，说明油藏开发过程中地下能耗表征方法；本实施例采用注水开采，注水开发油藏的地下能量利用水平评价方法包括：步骤如图1表示：
步骤101，计算采油井采出的能量，获取采油井井底相对基准面的高度，基准面取在油藏中深，即高度为0，采油井井底油水混合物的密度995kg/m3、流速为0.4m/s与井底流压为19.85mpa，以及90天内采出液的体积(0.95m3/d，共84.9m3)和质量(84475kg)，应用公式(ⅰ)计算得到90天内采油井采出的流体能量与累计采出的流体能量；
式(ⅰ)中，eo-一定时间内的采油井采出的流体能量，j；ρ1-采油井井底油水混合液的密度，kg/m3；g-重力加速度，m/s2；z1-采油井井底相对基准面的高度，m；v1-采油井井底一定时间内采出液的体积，m3；p1-采油井井底流压，pa；ν1-采油井井底油水混合物的流速，m/s；m1-采油井井底一定时间内采出液的质量，kg。注水90天后，计算得到90天累积输出的能量为1664578971j，即462.38kw·h，并且图2给出了采油井1-86天时间段内输出能量的数值。
步骤103，计算注水井补充的能量，获取注水井井井底相对基准面的高度，基准面取在油藏中深，即高度为0、注水井井底注入水的流速为0.44m/s与井底流压为20.85mpa，以及90天内注入水的体积(1.05m3/d，共94.5m3)和质量(94500kg)，应用公式(ⅱ)计算得到90天内注水补充的能量与累计补充的能量，具体见图3所示；
式(ⅱ)中，ei-一定时间内的注水补充的能量，j；ρ2-采油井井底油水混合液的密度，kg/m3；g-重力加速度，m/s2；z2-采油井井底相对基准面的高度，m；v2-注水井井底一定时间内注入水的体积，m3；p2-注水井井底流压，pa；ν2-注水井井底注入水的流速，m/s；m2-注水井井底一定时间内注入水的质量，kg。计算得到90天累积输入的能量，即注水井补充的能量为2419496408j，即672.1kw·t，并且图2给出了注水井1-86天时间段内输入能量的数值。
步骤105，稳定注水90天后，油藏的平均压力上升10.2mpa，储存了弹性能量，油藏通过压缩流体体积、增大孔隙体积共在地下存水9.5方储存了弹性能量。应用公式(ⅲ)测算累积90天储存的弹性能量为237354520j，即65.9kw·t。获取油藏中在时间为t、位置为x处的压力和油水混合物的体积，使用积分法计算注水后油藏储存或释放的弹性能量，其中油藏1-86天具体数据见图4所示；
式(ⅲ)中，将注水井作为坐标原点，x＝0，将开始注水的时间定为时间起点，t＝0；对油藏范围进行积分；ee-注水后油藏储存或释放的弹性能量，j；px,t-油藏中时间为t，位置为x处的压力，pa；vx,0-油藏中时间为0，位置为x处的流体体积，m3；vx,t-油藏中时间为t，位置为x处的流体体积，m3。
图1中的步骤107中计算地下油藏渗流过程中系统效率，图5给出了系统效率与时间的关系图；
计算公式如式(ⅳ)所示：
应用公式(ⅳ)计算得到本发明此油藏地下渗流过程中油藏的累计90天后系统效率平均为78.6％。