底水油藏水平井中心管控水完井優(yōu)化研究

龔章晟，吳 奇，尹順利

（長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100）

底水油藏水平井中心管控水完井優(yōu)化研究

龔章晟，吳 奇，尹順利

（長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100）

對于底水油藏，采取常規(guī)水平井開發(fā)時(shí)，由于地層非均質(zhì)性和流動摩阻的影響，底水錐進(jìn)問題比較突出，含水率上升過快，對開發(fā)效果產(chǎn)生較大影響。采用中心管完井技術(shù)可以延緩底水錐進(jìn)，平衡跟端生產(chǎn)壓差，改變跟端液體流向，增加無水采油量，延長生產(chǎn)井壽命。以A油田某井為例，根據(jù)中心管完井壓降耦合計(jì)算模型以及底水穩(wěn)定機(jī)理推導(dǎo)出中心管見水時(shí)間計(jì)算公式。在給定套管內(nèi)徑尺寸和中心管外徑尺寸的條件下分析了不同長度水平段的中心管見水時(shí)間的長短以及在給定中心管長度為 300 m 的條件下分析了不同管徑尺寸的中心管見水時(shí)間的長短。

中心管完井；參數(shù)優(yōu)化；底水油藏

中心管完井工藝作為一種水平井完井控錐技術(shù)是于 20 世紀(jì) 90 年代早期由 Brekke 首次提出的，之后permadi、Sinha、Jansen 等人分別從不同角度對中心管采油控制水錐的原理以及實(shí)驗(yàn)?zāi)M進(jìn)行了研究。國內(nèi)方面，張舒琴等人根據(jù)質(zhì)量守恒和動量原理得到影響井筒壓力分布的壓降模型，油藏和井筒的相互影響得到中心管完井的耦合模型及求解思路。實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明中心管完井能夠降低跟端的大壓差，平緩整個(gè)剖面的流入量，從而達(dá)到控錐的效果[1]。陳培涼等根據(jù)質(zhì)量守恒和動量原理得到井筒流動模型，根據(jù)勢疊加和鏡像反映原理得到油藏滲流模型，并推導(dǎo)出中心管油藏滲流與井筒耦合模型。通過模型計(jì)算結(jié)果表明中心管可將水平段最大生產(chǎn)壓差與最小生產(chǎn)壓差的差值大大降低，從而延緩底水錐進(jìn)延長無水采油期[2]。大港油田在“十一五”期間開展中心管采油工藝技術(shù)研究，將中心管采油技術(shù)用于前期控水完井，為水平井穩(wěn)油控水探索出一條新的技術(shù)途徑。此外中心管完井目前在南海東部海域也得到了廣泛的應(yīng)用。中心管完井技術(shù)是在常規(guī)完井井眼中再加入一根小于井眼直徑的油管，并用封隔器封閉小油管和套管之間的環(huán)形空間。加入中心管后，就將水平段分成了中心管段和無中心管段兩部分，流體的流動也由單一的井筒流動變成了三部分流動，即：中心管外環(huán)空中流動、無中心管段井筒流動和中心管內(nèi)部的流動。該技術(shù)通過改變跟端流體流向來減小跟部生產(chǎn)壓差，進(jìn)而達(dá)到增油控水的目的。該技術(shù)對于均質(zhì)油藏底水控制簡單且實(shí)用，但是對于非均質(zhì)油藏由于水平井段各點(diǎn)的滲透率不同，底水不一定在跟端突破，因此在非均質(zhì)油藏中應(yīng)慎重使用。此外，在海上油田開發(fā)過程中，有時(shí)受平臺位置限制，會出現(xiàn)水平井井頭在構(gòu)造低部位，距底水最近，而井尾在構(gòu)造高部位，采用常規(guī)水平井開發(fā)會導(dǎo)致井頭過快見水，加劇底水錐進(jìn)。由于中心管完井技術(shù)可以靈活設(shè)置入液口的位置，將入液口設(shè)置在靠近井尾的高部位，可以有效解決井頭過低的問題，改善開發(fā)效果。但需值得注意的是不同的完井參數(shù)對中心管的應(yīng)用效果會造成不的影響通過完井參數(shù)的優(yōu)選能更好的改善開發(fā)效果、提高經(jīng)濟(jì)效益[3]。

1 中心管完井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

以西江油田某井為例，該井位于G4N油藏，地層平均壓力 19.79 MPa，水平段長 599 m，中心管直徑 0.113 9 m，篩管直徑 0.174 2 m，井底流壓 17.62 MPa，原油密度 0.79 g/cm3，原油粘度 12 MPa·s，中心管長度分別取 0、200、300、400 m，根據(jù)上述中心管壓降耦合計(jì)算模型，計(jì)算水平段的壓力和入流量分布，結(jié)果如圖 1、圖 2 所示[4]。

圖1 中心管完井壓力分布Fig.1pressure distribution of central well completion

從壓力分布圖可以看出當(dāng)中心管長度為0時(shí)，即在裸眼完井的情況下，壓力分布最低點(diǎn)出現(xiàn)在水平段的跟端，由于跟段的生產(chǎn)壓差最大，底水也將會首先從跟端部位錐進(jìn)。而在油井水平段加入中心管后，明顯的改變了水平段的壓力分布，與裸眼完井相比，其壓力分布的最低點(diǎn)由油井的跟端移動至中心管的末端，這樣一來，平衡了跟端的生產(chǎn)壓差，并且壓力最低點(diǎn)隨著中心管長度增加而向趾端移動。

圖2 中心管完井入流量分布Fig.2 Flow distribution of central well completion

從入流量分布圖可以看出，在裸眼完井的情況下，由于水平段沿流動方向存在壓降和水平段與其兩端滲流方式的不同，使得整個(gè)入液剖面呈近似傾斜的“U”型分布，下入中心管后，改變了壓力分布，進(jìn)而改變了入液剖面的分布[5]。

通過對壓力分布和入流量分布的計(jì)算分析可以看出，油井采用中心管完井技術(shù)后，最大生產(chǎn)壓差出現(xiàn)的位置從原來的跟端向水平段趾端發(fā)生了移動，消除了底水在跟端的錐進(jìn)，并且最大壓差值明顯降低，減緩了底水錐進(jìn)速度；由于存在中心管的影響，改變了水平段井筒壓力分布，降低了跟端的生產(chǎn)壓差，與裸眼完井相比，使得整個(gè)水平段壓力的分布相對均勻，入液剖面也更加平緩，達(dá)到了均衡排液的效果[6]。

1.1 中心管長度優(yōu)化

通過計(jì)算分析可知，在給定井筒尺寸和中心管尺寸的情況下，通過改變中心管入液口的位置可以改變井筒壓力和入流量的分布，實(shí)現(xiàn)減小生產(chǎn)壓差和均衡排液的目的，使油井達(dá)到最優(yōu)的的完井效果。

從底水脊進(jìn)穩(wěn)定機(jī)理和對水平段壓降的研究可知，由于沿井筒流動方向存在壓降，導(dǎo)致其沿程壓力分布不均衡，入流量也不同，在同一時(shí)刻，入流量高，即壓差最大，黏滯力最大，底水上升動力最大的地方水脊高度較高，底水突破的時(shí)間也最早。因此，水平井見水時(shí)間為底水運(yùn)動速度最大時(shí)，從油水邊界運(yùn)動到油井的時(shí)間，即為入流量最大處的見水時(shí)間[7]。

根據(jù)滲流的速度定義可知，底水運(yùn)動的距離與時(shí)間的關(guān)系為：

對式（1）兩邊積分得：

由于油藏內(nèi)流動遵循達(dá)西定律，滲流速度為：

根據(jù)勢的疊加原理和邊界鏡像反應(yīng)，底水油藏水平井的勢為：

對式（4）求導(dǎo)后代入式（2）可得見水時(shí)間：

式中：φ—油藏孔隙度;

u—滲流速度，m/s;

T—見水時(shí)間，s;

h—油層厚度，m;

zw—避水高度，m;

Φ —水平井在底水油藏產(chǎn)生的勢;

qi—水平段沿程入流量，m3/s。

結(jié)合之前耦合模型計(jì)算得到的入流量分布，令Rs的值為中心管長與水平段長度之比，有效孔隙度23.39%，油層厚度 8.9 m，zw為油層厚度一半，即水平井位于油層中部，對見水時(shí)間[8]進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同中心管長度的見水時(shí)間Fig.3 The water time of the different center tube length

從上圖可以看出，中心管完井確實(shí)可以延長無水采油期，其無水采油期是裸眼完井的3倍左右。在裸眼完井的情況下，油井在生產(chǎn)僅 100 多天后就開始見水，隨著中心管長度的增加，曲線斜率大幅度增加，無水采油期延長，可達(dá)到近 350 d，但同時(shí)也可以看出，中心管長度并不是越長越好，當(dāng)其長度超過一定值時(shí)，無水采油期反而隨著中心管長度減少。故中心管存在最優(yōu)入液口位置，從圖中可知當(dāng)中心管為水平段長度的 0.4～0.5 倍時(shí)左右，油井可獲得最大無水采油期，但是還要根據(jù)實(shí)際開采情況和水平段的物性參數(shù)來確定合理的中心管長度。

1.2 中心管管徑優(yōu)化

通過中心管完井壓降計(jì)算模型可知，隨著中心管管徑的增加，導(dǎo)致環(huán)形空間減小，使得水平中心管段的產(chǎn)液量下降，而非中心管段的產(chǎn)液量上升。目前在西江油田常用的有 4.5 寸和 5 寸兩種尺寸的中心管[9]。在中心管長度、井筒尺寸一定的情況下，僅改變中心管尺寸，以上述例子進(jìn)行計(jì)算，給定中心管長 300 m，結(jié)果如圖 4 所示。

圖4 不同管徑的入流量分布Fig.4 Inflow distribution of different diameters

從計(jì)算結(jié)果可以看出，兩種管徑的產(chǎn)液剖面相似，對實(shí)際生產(chǎn)影響不大，但是考慮到經(jīng)濟(jì)因素、油井出砂情況及井下作業(yè)技術(shù)保障中心管成功下達(dá)井筒位置，提高技術(shù)措施的成功率[10]，故優(yōu)選 4.5寸的中心管。

2 結(jié) 論

（1）對于底水油藏來說，采用中心管完井方式后，改變了水平段井筒沿程壓力分布，有效的抑制底水錐進(jìn)，降低了跟端的生產(chǎn)壓差。

（2）在給定井筒尺寸和中心管尺寸的情況下，當(dāng)中心管為水平段長度的 0.4～0.5 倍左右時(shí)，油井可獲得最大無水采油期。

（3）在給定中心管長 300 m 的條件下，對比4.5 寸和 5 寸兩種尺寸的中心管的產(chǎn)液剖面并結(jié)合其他實(shí)際因素優(yōu)選出 4.5 寸的中心管。

［1］張舒琴，李海濤,等.水平井中心管完井流入和壓力剖面預(yù)測[J].鉆采工藝,2009, 32(6):43-45.

［2］陳培亮,等.水平井中心油管完井技術(shù)研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2011, 13(5):69-70.

［3］劉暉，李海濤，山金城，等.底水油藏水平井控水完井優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J].鉆采工藝,2013, 36(5):37-40.

［4］高曉飛.一種減緩底水錐進(jìn)的新方法[J].中國海上油氣，2010，22（2）：114-116.

［5］寧玉萍，陳維華.底水油藏水平井中心管、ICD 完井工藝技術(shù)[J].中外能源,2014, 19(2):40-43.

［6］楊青松.底水油藏水平井中心管完井?dāng)?shù)值模擬及參數(shù)優(yōu)化研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào), 2014, 36(5):110-113.

［7］張鋒利.中心管采油技術(shù)在水平井開發(fā)底水油藏中的應(yīng)用[J].特種油氣藏,2013, 20(4):144-146.

［8］李立峰.考慮井筒壓降的底水油藏水平井見水時(shí)間研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào),2012, 27(4):46-48.

［9］向揚(yáng). C 油田水平井中心管調(diào)流控水方案優(yōu)化研究[D].西南石油大學(xué), 2015.

［10］王海.L 油田中心管控水技術(shù)研究[D].西南石油大學(xué)，2011.

Research on Optimization of the Center Tube Control Water Completion Technology During Horizontal Well Development of Bottom Water Reservoirs

GONG Zhang-sheng, WU Qi, YIN Shun-li
(School ofpetroleum Engineering, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China)

During conventional horizontal well development of bottom water reservoirs, because of the influence of reservoir heterogeneity and flow friction, the bottom water coningproblem isprominent and the moisture content is rising too fast, which have great influence on development effect. The center tube well completion technology can delay the bottom water coning, balance theproductionpressure differential, change the liquid flow, increase oil recovery without water and extend the life of theproduction well. In thispaper, taking a well in A oilfield as an example, based on the completionpressure coupling calculating model and the bottom water coupling stability mechanism, the formulation of calculating the center tube water time was deduced. The center tube water time under different length horizontal section was analyzed as well as the water time of 300 m center tube under different diameter size.

Centerpipe completion;parameter optimization; Bottom water reservoir

TE 357

： A

： 1671-0460（2017）02-0265-03

2016-09-21

龔章晟（1992-），男，長江大學(xué)碩士研究生，研究方向：石油與天然氣工程。E-mail：865674331@qq.com。