一种疏松砂岩油藏储层微粒运移预测方法及评价方法

本发明属于油气工程，具体涉及一种疏松砂岩油藏储层微粒运移预测方法及评价方法。

背景技术：

1、疏松砂岩油藏储层由于胶结疏松，生产过程中储层中的地层砂微粒在流体携带作用下容易发生剥落和运移，造成储层孔喉堵塞，影响油井产能。特别是海上疏松砂岩油藏（例如我国渤海疏松砂岩油藏群）的高产量条件下，储层孔隙流体流速较高，会更容易诱发储层发生微粒运移，对于油井而言，工程现场的“出砂”现象，就是由于储层微粒运移造成。尤其是在含水饱和度快速上升后，高含水造成储层岩石强度降低，微粒启动临界流速下降，进一步加剧微粒运移和出砂问题，造成储层渗透率非均匀动态分布，从而造成油井产能动态降低。例如渤海某疏松砂岩油藏，油井提高产液量导致含水率上升后，生产一段时间后由于微粒运移堵塞导致产液量大幅下降。因此，识别储层微粒运移的临界条件、运移范围、造成的堵塞程度及其对产能的影响模拟评价，对于预防微粒运移问题的发生具有重要意义。

2、公开号为cn114002123a的发明专利公开了一种疏松低渗砂岩微粒运移实验方法，根据储层岩心及储层压实程度，制作出所需的疏松低渗砂岩的岩心，根据岩心的特征和注入岩心的流体的特征判断微粒运移对储层伤害的影响，但是，该现有技术并没有研究储层微粒运移的临界条件、运移范围、造成的堵塞程度及其对产能的影响，且必须通过实验模拟才能实现并且实验方法较为繁琐，针对的是岩心，不能简易快速的对近井储层大范围微粒运移过程进行预测和评价。

3、基于此，目前在油田现场，由于影响储层微粒运移的机理复杂，因素繁多，尚无简单实用的疏松砂岩油藏储层出砂微粒运移评价方法，具体表现为：

4、(1)在给定储层和油井生产条件下，无法简易快速预测储层出砂微粒运移的临界条件和微粒运移区域范围。

5、(2)无法预测疏松砂岩储层微粒运移后的渗透率变化。

6、(3)缺乏不同微粒运移程度的微粒运移区域范围内的储层伤害程度评价方法。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的弊端，本发明公开了一种疏松砂岩油藏储层微粒运移预测方法及评价方法，采用了如下技术方案：

2、一种疏松砂岩油藏储层微粒运移预测方法，包括微粒运移区域范围预测方法，所述微粒运移区域范围预测方法包括如下步骤：

3、s11、计算含水饱和度由初始值 sw0升高到当前值 sw时，储层岩石会发生水化效应而导致内聚强度降低，储层岩石内聚强度水化降低后的保持强度与原始强度的比例为：

4、（ⅰ）；

5、式（ⅰ）中，为含水饱和度由 sw0升高至 sw后，储层岩石内聚强度水化降低后的保持强度与原始强度的比例，即当前含水饱和度 sw条件下的储层岩石内聚强度为含水饱和度 sw0条件下的储层岩石内聚强度的倍； rsmin为储层岩石的饱水极限最低强度比例系数，无量纲，该数据可通过岩石强度饱水强度测试实验得到；为经验系数，无量纲，优选的，对于疏松砂岩油藏，推荐取值；

6、s12、基于步骤s11得到的值，计算当前含水饱和度 sw条件下的微粒运移临界流速：

7、（ⅱ）；

8、式（ⅱ）中，为含水饱和度 sw条件下的微粒运移临界流速，m/s；为初始含水饱和度 sw0条件下速敏临界流速实验测试得到的速敏临界流速，m/s；为速敏临界流速实验测试使用的流体粘度，pa·s；为储层实际流体粘度；

9、s13、基于步骤s12得到的微粒运移临界流速，计算储层发生微粒运移的最大半径；

10、（ⅲ）；

11、式（ⅲ）中， rd为储层发生微粒运移的最大半径，m；为井底体积产液量，m3/s，由油井产量折算得到； h为储层厚度，m；为储层初始孔隙度，无量纲；

12、所述储层发生微粒运移的最大半径用于表征微粒运移区域范围。

13、本发明疏松砂岩油藏储层微粒运移区域范围预测的原理为：在储层开发初期较低含水饱和度 sw0条件下测试得到的不同储层速敏临界流速基础上，根据不同储层岩心饱水强度损失规律，预测得到当前含水饱和度 sw条件下的速敏临界流速。再根据生产条件预测沿储层半径分布的流速分布，即可得到微粒运移区域范围。

14、基于此：式（ⅱ）、式（ⅲ）的推导过程如下：

15、（1）计算初始含水饱和度 sw0条件下的临界微粒剥落指数

16、根据地层砂粒从基体剥落主要受储层岩石内聚强度、微粒粒径、流体流速与粘度影响的原理，提出用微粒剥落指数表征微粒受流体冲刷而从基体剥落趋势的定量评价指标：

17、（a）；

18、式（a）中，为微粒剥落指数，无量纲，表征微粒剥落条件的定量指标；为经验系数，无量纲，；为流体流速，m/s；为流体粘度，pa·s；为储层岩石内聚强度，mpa；为微粒粒径，mm。

19、根据储层开发初期的速敏临界流速实验，测试得到初始含水饱和度 sw0条件下储层临界微粒剥落指数为：

20、（b）；

21、式（b）中， bc为储层临界微粒剥落指数，无量纲，对于特定目标储层， bc为一定值，是一个临界特征值，不随含水饱和度、岩石强度条件而变化； s0为储层开发初期初始含水饱和度 sw0条件下储层岩石内聚强度，mpa；为储层开发早期初始含水饱和度 sw0条件下速敏临界流速实验测试得到的速敏临界流速，m/s；为速敏临界流速实验测试使用的流体粘度，pa·s，为微粒粒径。

22、(2)计算当前含水饱和度 sw条件下的微粒运移临界流速：

23、含水饱和度由初始值 sw0升高到当前值 sw后，储层岩石内聚强度会降低为初始内聚强度的倍：

24、（ⅰ）；

25、含水饱和度 sw条件下的储层岩石内聚强度降低为：

26、（c）；

27、由式（a）得到含水饱和度 sw条件下的储层微粒运移临界流速为：

28、（d）；

29、根据式（c）和式（d）中，推导得到式（ⅱ）：

30、。

31、(3)计算储层微粒运移区域的最大半径

32、已知油井产量，可计算近井储层不同半径位置处的储层流体流速分布：

33、（e）；

34、式（e）中，为井底体积产液量，m3/s；为孔隙度，无量纲； r为以井筒中心为轴线的储层半径，m； h为储层厚度，m；为半径r处的流体流速，m/s。

35、根据式（ⅱ）和式（e）中，推导得到式（ⅲ）：

36、。

37、采用本发明公开的疏松砂岩油藏储层微粒运移区域范围预测方法，可以在给定储层和油井生产条件下，快速的预测储层微粒运移的临界条件和微粒运移区域范围。用于简易快速判定当前的生产条件下，储层是否已发生微粒运移以及微粒运移的范围，为油井生产制度调控提供直接依据，并为后续微粒运移区域的储层渗透率伤害预测提供基础。

38、本发明还公开了一种疏松砂岩储层微粒运移后的渗透率预测方法，预测原理为：以储层发生微粒运移的最大半径 rd为外半径进行储层网格单元划分，利用体积守恒原理，考虑多孔介质孔喉结构和渗流特征，计算每个网格单元流入与流出的微粒质量与体积，得到每个网格单元的净增微粒体积，进而预测出微粒运移后的孔隙度和渗透率变化。

39、进一步的，所述疏松砂岩油藏储层微粒运移预测方法还包括微粒运移后的渗透率预测方法，具体包括如下步骤：

40、s21、采用所述微粒运移区域范围预测方法计算微粒运移区域范围；

41、s22、将所述微粒运移区域范围内的储层划分为n个网格；优选的，划分方法具体为：将所述储层沿半径方向划分成n个环柱状的网格，第n个网格的外半径为储层发生微粒运移的最大半径 rd，第1个网格的内半径为井筒半径 rw，进一步优选的，所述n个网格中每个网格的半径增量δr为0.1~0.25m，此处网格的半径增量指的是网格的外半径与内半径的差值。划分的网格见附图1、附图2所示。

42、s23、计算所述n个网格中每个网格的平均流体流速：

43、（ⅳ）；

44、式（ⅳ）中，为第i个网格内平均流速，m/s； ri-1为第i-1个网格的外半径，也为第i个网格的内半径，m； ri为第i个网格的外半径；i取值为1，2…n，注：第1个网格的内半径为井筒半径 rw；

45、s24、基于步骤s23得到的平均流体流速计算每个网格能够启动运移的微粒体积：

46、根据当前含含水饱和度 sw条件下的平均流体流速、流体粘度和储层岩石内聚强度、储层临界微粒剥落指数，计算第i个网格中发生运移的微粒最大粒径：

47、（ⅴ）；

48、式（ⅴ）中，为第i个网格运移的最大微粒粒径，mm；为经验系数，无量纲，推荐； s1为含水饱和度 sw条件下的储层岩石内聚强度，mpa；为储层临界微粒剥落指数，无量纲；

49、（ⅵ）；

50、式（ⅵ）中，δvs(i)为第i个网格启动运移的微粒体积，m3；为在地层砂筛析曲线上获得的与微粒粒径对应的运移微粒质量比例；为第i个网格的地层砂砂粒总质量，kg；为储层中的地层砂粒密度，kg/m3；

51、地层砂筛析曲线如图3所示，式（ⅴ）中的微粒粒径对应的是图3中的横坐标地层砂粒粒径，地层砂筛析曲线中与横坐标地层砂粒粒径对应的纵坐标累重百分即为运移微粒质量比例。

52、s25、计算所述每个网格微粒运移后排出的微粒体积：

53、计算储层多孔介质原始当量孔喉直径：

54、（vii）；

55、式（vii）中， dtro为储层多孔介质原始当量孔喉直径，mm；α1为经验系数，无量纲，优选的，对于疏松砂岩储层，推荐α1取值1/6； ds50为微粒粒度中值，mm；

56、确定第i网格单元向第i-1网格单元排出的微粒粒径：

57、（viii）；

58、式（viii）中， dso(i)为第i网格向第i-1网格排出的微粒粒径，mm；γo为经验系数，无量纲，优选的，对于疏松砂岩储层，推荐取值0.75；

59、（ix）；

60、式（ix）中，为第i个网格向第i-1个网格排出的微粒的体积；为在地层砂筛析曲线上获得的与微粒粒径 dso(i)对应的排出微粒质量比例；为储层初始孔隙度，微粒运移前储层各处孔隙度相同，所以也为第i个网格单元的初始孔隙度，小数，无量纲；

61、同理，式（viii）中的微粒粒径 dso(i)对应的是图3中的横坐标地层砂粒粒径，地层砂筛析曲线中与横坐标地层砂粒粒径对应的纵坐标累重百分即为排出微粒质量比例。

62、s26、基于步骤s25得到的每个网格微粒运移后排出的微粒体积计算微粒运移后每个网格的渗透率：

63、具体原理为：每个网格单元启动运移的微粒一部分会被排出到流动的下游网格，同时也会接受上游网格向自己排出的微粒，第i网格从第i+1网格吸收的微粒的体积即为第i+1个网格向第i个网格排出的微粒体积，因此得到：

64、（x）；

65、式（x）中，δ vsn(i)为第i个网格净增微粒体积；为第i+1个网格向第i个网格排出的微粒的体积；

66、计算净增微粒占据掉孔隙体积后的第i网格新的孔隙度，即微粒运移后的孔隙度：

67、（xi）；

68、式（xi）中，为第i网格微粒运移后的孔隙度； vi为第i个网格单元的体积，m3；

69、计算储层初始孔隙度和原始渗透率关系系数：

70、（xii）；

71、式（xii）中，为储层初始孔隙度和原始渗透率关系系数， k0为储层单元未发生微粒运移时的原始渗透率，即储层原始渗透率，d；φ0为储层初始孔隙度，小数，无量纲。b、c为经验系数，b取值3.0，c取值2.0。

72、计算第i网格发生微粒运移后的孔隙度φ(i)对应的渗透率k(i)，即微粒运移后的渗透率：

73、（xiii）；

74、式（xiii）中k(i)为第i网格微粒运移后的渗透率，d；φ(i)为第i网格微粒运移后的孔隙度，小数，无量纲。

75、采用s23~s25所述的步骤完成全部网格微粒运移后渗透率的计算。

76、进一步的，步骤s24中：

77、（xiv）（同上述式c）；

78、式（xiv）中，s0为初始含水饱和度sw0条件下的储层岩石内聚强度，mpa。

79、进一步的，步骤s24中：

80、（xv）(同上述式b)；

81、式（xv）中，为经验系数，无量纲，；为微粒粒径，mm。

82、本发明还公开了一种疏松砂岩油藏储层微粒运移评价方法，包括微粒运移伤害程度评价方法，具体包括如下步骤：

83、s31、采用上述任一所述的疏松砂岩油藏储层微粒运移预测方法计算每个网格微粒运移后的渗透率；

84、s32、计算储层微粒运移范围比，所述储层微粒运移范围比用于表征微粒运移范围大小，表明在微粒运移空间范围上的严重程度：

85、（xvi）；

86、式（xvi）中，为储层微粒运移范围比； re为储层控制外半径； rw为井筒半径；

87、s33、计算储层微粒运移区域的平均渗透率：

88、（xvii）；

89、式（xvii）中，为储层微粒运移区域的平均渗透率，d；

90、s34、基于步骤s33得到的储层微粒运移区域的平均渗透率计算储层总体伤害渗透率损失比：

91、（xviii）；

92、式（xviii）中，为储层总体伤害渗透率损失比； k0为储层原始渗透率，d；

93、s35、基于步骤s32得到的储层微粒运移范围比和步骤s34得到的储层总体伤害渗透率损失比计算微粒运移伤害程度：

94、（xix）；

95、式（xix）中，为微粒运移伤害程度，当为0时表示无伤害，当为1时表示完全伤害，当介于0~1之间时表示受到伤害，值越大，伤害程度越高，当<0表示改善流通性。

96、进一步的，所述评价方法还包括如下步骤：s36、计算每个网格的伤害渗透率比：

97、（xx）；

98、式（xx）中，为第i个网格的伤害渗透率比。通过计算每个网格的伤害渗透率比，可以更准确的预测出微粒运移对不同网格渗透率的影响。

99、通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

100、采用本发明公开的疏松砂岩油藏储层微粒运移区域范围预测方法，可以简易快速判定当前的生产条件下，储层是否已发生微粒运移以及微粒运移的范围，为油井生产制度调控提供直接依据，并为后续微粒运移区域的储层渗透率伤害预测提供基础。

101、采用本发明公开的疏松砂岩油藏储层微粒运移后的渗透率预测方法，可以在给定储层和油井生产条件下，快速的预测储层微粒运移后的孔隙度和渗透率，定量评价储层微粒运移造成的渗透率变化程度，作为是否需要进行微粒运移治理的主要决策依据，同时为后续储层微粒运移伤害程度评价提供关键基础数据。

102、本发明提供的疏松砂岩油藏储层微粒运移伤害程度评价方法，可以用于分析高含水条件下对储层强度物性及微粒剥落条件的影响规律，微粒运移对储层孔渗物性的影响规律以及高含水微含砂/泥工况对储层供液产液的影响规律，预测高含水微粒运移临界条件、运移位置范围、微粒堵塞程度、渗透率伤害程度。