一种注水井结垢伤害预测方法
技术领域
本发明涉及一种注水井结垢伤害预测方法，属于油气田开发领域。
背景技术
我国新疆、渤海、南海等地区大量油田正处在注水开发阶段。在注水过程中，当注入水流入地层后与地层水混合后，由于其离子成分的差异，易发生沉淀反应，即结垢，从而堵塞地层中的渗流通道，使储层孔隙度、渗透率明显降低，增大表皮系数，严重影响油田生产。在众多垢物中，以碳酸钙最为常见，因此，正确碳酸钙的结垢伤害规律、预测结垢后的伤害程度，进而采取相应的防治或解堵措施变得愈发重要。
预测注水井结垢方法较多，常用的标准方法是SY/T0600-2009《油田水结垢趋势预测》，标准提供的公式中引入的与离子强度和温度有关的修正系数K需要内插法查表获取，过程复杂且易造成人为误差。专利号为CN201710299676.9的《一种用于碳酸钙结垢趋势的预测方法》对油田标准方法做了改进，通过对水样离子成分的的回归分析，得到修正过后的数学预测公式，免去了人为查图版的误差，精度上有一定提升，但需拟合较多数据，且不能判断伤害程度；除此之外，还利用综合了热力学、动力学和流体力学等方面建立的软件如Scale Chem、SDCQPC等来进行预测，但都局限于简单判断是否结垢；目前，专利号为201911170132.8的《一种评价注水井结垢趋势的方法》结合注采井网压力场、温度场、孔渗分布模型建立起的结垢预测模型是较为全面的预测方法，但须考虑注采井网分布，计算量较大且复杂。
发明内容
本发明目的是：为了解决现今注水井结垢后伤害程度预测方法较少，部分方法计算复杂，推广性不强等问题，本发明依托岩心实验数据拟合得到的结垢分布规律公式，结合地层毛细管模型，通过对地层径向单元结垢后引起的毛管半径减小量的计算得到结垢后的地层孔隙度，最后算出地层结垢后的渗透率，本方法计算简单，效果较好，可推广性强。
为实现上述目的，本发明提供了一种注水井结垢伤害预测方法，该方法包括下列步骤：
第一，开展地层条件下的注入水岩心结垢伤害实验，拟合出结垢量与结垢半径关系式；
第二，计算地层毛细管表面积；
第三，应用毛细管模型公式计算生成垢的体积，厚度；
第四，计算结垢后的地层毛管半径，孔隙度；
第五，再应用毛细管模型公式计算渗透率。
上述一种注水井结垢伤害预测方法中，所述毛细管模型公式为
式中，K为地层渗透率，单位为D；
上述一种注水井结垢伤害预测方法中，所述结垢体积公式为
式中，Vd为生成垢的体积，单位为m3；V为地层孔隙体积，单位为m3；y为垢质量浓度，单位为g/m3；ρ为垢密度，单位为g/m3。
上述一种注水井结垢伤害预测方法中，所述毛细管表面积计算公式为
式中，S为结垢区域毛细管表面积，单位为cm2/cm3；r为结垢区域半径，单位为m；H为储层厚度。
上述一种注水井结垢伤害预测方法中，所述计算垢厚度方法为
h＝Vd/S
上述一种注水井结垢地层渗透率预测方法中，从结垢量到结垢后地层渗透率的具体计算步骤为，
第一，将地层沿径向按一定步长划分为若干段，根据岩心伤害实验拟合出的方程，计算出该步长的平均结垢浓度，公式为
式中，y为结垢浓度，单位为mg/L；r2与r1分别为计算步长两端点径向半径，单位为m；
第二，计算该步长内孔隙体积，公式为
式中，H为储层厚度，单位为m；
第三，计算成垢体积，公式为
式中，ρ为垢密度，单位为g/cm3；
第四，计算结垢后地层孔隙度，计算方法如下
第五，计算成垢后毛管半径；
第六，根据毛管模型公式计算出结垢后地层渗透率；
第七，根据离子浓度变化公式计算出下一步长结垢离子浓度然后重复以上计算过程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)计算过程简单；(2)预测快；(3)可推广性强。
附图说明
在附图中：
图1是本方法的技术路线图。
图2是本方法的结垢量与井径的拟合图。
图3是本方法的预测结垢后孔隙度分布图。
图4是本方法的预测结垢后渗透率分布图。
具体实施方式
下面结合实施方式和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供了一种页岩气井返排率预测方法，图1为本方法的技术路线图，该方法包括下列步骤：
第一，模拟地层温度与注水速度，开展注入水岩心伤害实验，将伤害后的岩心均匀切分为若干段，并用盐酸滴定伤害后的岩心，过滤并测定Ca2+含量，计算出CaCO3的平均含量，用Excel进行回归分析，得到结垢量与结垢半径之间的关系式；
第二，分段计算各段环形单元内总结垢质量，首先应用实验拟合公式计算的平均结垢量，再计算单元体积内的孔隙体积，最后相乘的到结垢质量；
第三，根据每段得到的结垢质量除以垢密度即得到垢体积，假设垢在孔隙体积中均匀分布，用垢体积除以毛管表面积则得垢厚度，从而得到成垢后毛管孔径，毛管结垢后孔隙度；
第四，应用毛管模型孔径、渗透率、孔隙度的关系式计算出渗透率；
第五，重复以上步骤，直到计算出计算范围等于结垢总半径。
进一步的，所述岩心伤害实验需采用环氧胶结的人造岩心以排除岩心自身Ca2+的影响。
进一步的，实验中注入流体速度的设定需结合现场日配注量大小来确定，计算公式如下，
式中，v为流体流速，单位为m/s；Qpeizhu为现场配注量，单位为m3/d；Spaoyan为井筒射孔总表面积，单位为m2。
进一步的，将滴定得到的Ca2+质量除以注入时间通过岩心的总液量得到垢浓度分布。
进一步的，各段孔隙体积计算公式应为
式中，rn＝n*步长+rw，rw为井筒半径单位为m，n表示目前正计算第几段。
进一步的，结垢后，地层毛孔半径大小计算式为
rl＝r-h
式中，rl为结垢后地层毛孔半径，单位为m；r为地层原始孔吼半径，单位为m；h为结垢厚度，单位为m。
以某油田地层A1注水井为例，该井配注量为50m3/d，井筒半径为0.1m，注水层段厚度为18m，地下射孔总面积为0.007m2，地层渗透率50mD，孔隙度为20％，地层温度为80℃；
首先制备直径为40mm，长为200mm的环氧胶结人造岩心，测得其空气渗透率为30-60mD，用相应过滤后的地层水饱和岩心，并将岩心夹持器置于80℃的恒温水浴中，以0.008m/s的速度持续注入过滤后的注入水直到在最大压力下注不进为止，将岩心取下并均匀切成五段，粉碎后用盐酸滴定过滤液中的Ca2+含量，算出CaCO3的平均含量，如图2所示，拟合结垢量与结垢半径关系式为100y＝40×136.05×r-0.664；
进一步的，根据曲线分析，当半径为10m时，结垢量已接近于0，因此可以将10m作为结垢半径。以为伤害半径为10m，设定计算单元半径0.1m，则需要从井筒开始，重复上述计算步骤，共计算100段。
根据上述步骤首先应用实验拟合公式计算的平均结垢量，再计算单元体积内的孔隙体积，然后相乘得到结垢质量；根据每段得到的结垢质量除以垢密度即得到垢体积，假设垢在孔隙体积中均匀分布，用垢体积除以毛管表面积则得垢厚度，从而得到成垢后毛管孔径，最后算出毛管结垢后孔隙度，分段计算得到沿井半径方向的结垢后孔隙度分布如图3所示；接着应用毛管模型孔径、渗透率、孔隙度的关系式计算出渗透率分布，如图4所示；
进一步的，上述计算假设了水垢在单位步长内是均匀分布的，结垢量是基于实验数据拟合，其中结垢量是在注入水压力较大时注不进后测定值，所以一定程度上反映出了当注水井由于结垢导致注水井停注后的最大结垢量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)结垢分布依托实验数据，较为准确和真实；(2)需要数据较少；(3)可推广性强。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
