對(duì)稱魚骨井近井地帶滲流的電模擬實(shí)驗(yàn)研究

王涂強(qiáng) 黃藝

摘要：為了研究對(duì)稱魚骨井的近井地帶滲流問題以及其形態(tài)可能導(dǎo)致的支間干擾現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了對(duì)稱魚骨井的電模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)繪制近井地帶的等勢(shì)線及采用單位長(zhǎng)度產(chǎn)能概念對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：對(duì)稱分布魚骨井的滲流曲線會(huì)因?yàn)榉种Ф霈F(xiàn)較為明顯的形變，尤其在分支指端會(huì)出現(xiàn)指端效應(yīng)和支間干擾現(xiàn)象；通過(guò)綜合改變形態(tài)參數(shù)拉開分支間距離是控制分支間干擾的關(guān)鍵；對(duì)于多個(gè)參數(shù)的共同優(yōu)化應(yīng)考慮的優(yōu)化級(jí)為分支數(shù)>分支長(zhǎng)度>分支間夾角。

關(guān)鍵詞：對(duì)稱魚骨井；滲流曲線；產(chǎn)能；支間干擾

中圖分類號(hào)：TE 355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0460（2017）01-0054-03

相較于常規(guī)井而言，水平井通過(guò)增加了油藏泄油面積而增加產(chǎn)量，而魚骨狀分支井則進(jìn)一步擴(kuò)大了控制面積減小了滲流阻力以獲得更高的產(chǎn)量，因此在中外油田開發(fā)中的應(yīng)用也越來(lái)越多。但由于魚骨狀分支井復(fù)雜的井身結(jié)構(gòu)，對(duì)這種井型的近井地帶的滲流特征研究存在很大的難度。電模擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)電場(chǎng)來(lái)模擬地層滲流場(chǎng)，而且具有試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵字谱鳌y(cè)量便捷準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，常常用來(lái)借以研究地層滲流過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)中借鑒前人的方法，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)方案，分析了近井地帶的滲流壓降曲線，并采用單位長(zhǎng)度產(chǎn)能這一概念來(lái)研究了對(duì)稱魚骨井的分支間干擾現(xiàn)象。提出減弱支間干擾的建議，對(duì)分支井形態(tài)優(yōu)化有一定意義。

1 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 電模擬實(shí)驗(yàn)原理

盡管水動(dòng)力模型和電模型在規(guī)模和時(shí)間比例上差異較大，但描述兩種體系的方程是相似的，因此可以利用水動(dòng)力學(xué)和電過(guò)程之間的相似性來(lái)模擬地層中的水動(dòng)力學(xué)過(guò)程。該方法即水電相似方法。

兩個(gè)過(guò)程的各個(gè)相似系數(shù)符合：

1、幾何相似系數(shù)：C₁=D_m/D_o；

2、電導(dǎo)相似系數(shù)：C_ρ=ρ/（k/μ）；

3、阻力相似系數(shù)：C_r=（C_ρC₁）；

4、壓力相似系數(shù)：C_p=U/P；

5、流量相似系數(shù)：C_q=I/Q。式中：D_m-模型幾何尺寸，m；

D_o-實(shí)際油藏尺寸，m；

ρ-溶液電導(dǎo)率，μs/cm；

k-油藏滲透率，10^-3μm²；

μ-際油藏流體粘度，mPa·s；

U-型上電壓，V；

P-實(shí)際油藏壓力，MPa；

I-通過(guò)模型的電流，mA；

Q-際油藏產(chǎn)量，m³/d。

相似系數(shù)滿足C_q=C_p/C_r。該式稱為相似準(zhǔn)則，用來(lái)確定模型所能代表的實(shí)際地層情況。式中，其中兩個(gè)系數(shù)是任意的，而第三個(gè)根據(jù)該準(zhǔn)則確定。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

電模擬實(shí)驗(yàn)裝置由地層模擬系統(tǒng)、低壓高頻供電系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)三大部分組成。地層模擬系統(tǒng)由圓形玻璃電解槽和電解槽邊緣的銅帶構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)時(shí)加入一定量的電解質(zhì)溶液模擬地層滲流介質(zhì)，以銅帶模擬供給邊界，在溶液中部安置事先制作的電阻絲模擬井筒。低壓高頻供電系統(tǒng)提供安全高頻（600Hz，用以避免極化現(xiàn)象）的供電，并輸送至供給邊界。測(cè)量系統(tǒng)采用高精度的電流表。同時(shí)在電解槽的底部安放坐標(biāo)紙用以繪制等勢(shì)線（圖1）。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图胺桨?/p>

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

根據(jù)前文所述的相似系數(shù)之間的關(guān)系可以確定模型所能反應(yīng)的油藏條件，同時(shí)計(jì)算各相似系數(shù)。其具體參數(shù)如表1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)方案分兩部分進(jìn)行，第一部分通過(guò)繪制模型附近的等勢(shì)線用以反映近井地帶的滲流曲線；第二部分測(cè)量回路的電流，換算成產(chǎn)量后折算到單位長(zhǎng)度上，用以分析支間干擾現(xiàn)象。

1）使用預(yù)先制作的2、4、6分支對(duì)稱分布模型井進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分支井的長(zhǎng)度均為80m。各分支井模型的分支在井筒的1/2處；1/3和2/3處；1/4、1/2、3/4處（見圖2）。實(shí)驗(yàn)時(shí)將模型放置于電解槽中央，采用探針試驗(yàn)法測(cè)量等勢(shì)線的分布，并根據(jù)放置在電解槽底的坐標(biāo)紙讀取相應(yīng)坐標(biāo)。根據(jù)對(duì)稱定律，和出于減少重復(fù)工作的需求，實(shí)驗(yàn)時(shí)僅記錄其一側(cè)的等勢(shì)線分布。

2）對(duì)不同分支井模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以反應(yīng)分支形態(tài)和產(chǎn)量及單位長(zhǎng)度產(chǎn)量的關(guān)系，并研究支間干擾現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)電壓為6.02V的高頻電流并測(cè)量回路電流大小。實(shí)驗(yàn)時(shí)分別對(duì)分支夾角為30°、45°、60°；分支長(zhǎng)度為60、80、100m；分支數(shù)分別為2、4、6的分支模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)所得電流換算成實(shí)際產(chǎn)量后，折合到單位長(zhǎng)度上，以此研究支間干擾現(xiàn)象。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

3.1 滲流曲線的研究

從繪制的等勢(shì)線分布可以反映出滲流曲線總體上有在近井地帶密集、距井筒較遠(yuǎn)的部分稀疏的特點(diǎn)；在主井及最靠近主井指端的分支井的指端也會(huì)出現(xiàn)滲流曲線密集的現(xiàn)象，在兩分支之間，則又會(huì)變得稀疏；整體看來(lái)表現(xiàn)為指端效應(yīng)。而從圖中也可以明顯的看出，由于分支井的存在導(dǎo)致地層近井地帶的滲流曲線發(fā)生了較大幅度的畸變，可以預(yù)見隨著分支數(shù)的增多以及分支長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，滲流曲線的變化也會(huì)增大，受影響的范圍也會(huì)變得更加廣泛。

圖3中橫向?qū)Ρ瓤梢钥闯觯S著分支數(shù)的增加，導(dǎo)致壓降曲線在分支井覆蓋段被不斷拉直，可說(shuō)明在滲流過(guò)程中，由于其他分支的存在，導(dǎo)致滲流壓力會(huì)向多個(gè)分支進(jìn)行分配，以至于導(dǎo)致單個(gè)分支上所能得到的地層流體減少，即會(huì)出現(xiàn)支間干擾現(xiàn)象。

3.2 支間干擾的研究

該部分的分支與主井筒夾角為45°。從總產(chǎn)量與單位長(zhǎng)度產(chǎn)量的對(duì)比可以看出隨著分支數(shù)的增多，雖然總產(chǎn)量在不斷增長(zhǎng)，但是單位長(zhǎng)度的產(chǎn)能顯著降低。而且隨著分支數(shù)的增加，總產(chǎn)量的增加趨勢(shì)和單位長(zhǎng)度產(chǎn)量的下降趨勢(shì)均有所放緩。可以認(rèn)為隨著分支數(shù)的增加，支間干擾現(xiàn)象逐漸顯露（圖4）。

取45°夾角時(shí)研究分支長(zhǎng)度與產(chǎn)能的關(guān)系。總產(chǎn)能隨著分支長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而增加，但同時(shí)單位長(zhǎng)度的產(chǎn)能卻在降低。但從圖中看出當(dāng)分支長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)單位長(zhǎng)度的產(chǎn)能下降趨勢(shì)逐漸放緩，相反此時(shí)產(chǎn)能增幅卻較為可觀。結(jié)合對(duì)分支數(shù)的研究，可以在分支數(shù)較多時(shí)適當(dāng)增加分支長(zhǎng)度以取得較好的開發(fā)效果。在較長(zhǎng)分支長(zhǎng)度情況下，支間干擾造成的單位長(zhǎng)度產(chǎn)能下降并不明顯（圖5）。

取分支長(zhǎng)度為80m研究分支與主井夾角對(duì)產(chǎn)能的影響。單位長(zhǎng)度的產(chǎn)能隨著分支角度的變化并不明顯，粗略的呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，可以認(rèn)為隨著分支角度的增長(zhǎng)，分支逐漸打開，使得分支間的距離拉開，進(jìn)而減弱了支間干擾現(xiàn)象。但是由于單分支的控制區(qū)域存在于分支的附近，始終存在重合部分，因而整體的變化不大。根據(jù)圖中曲線的對(duì)比，可以認(rèn)為在分支數(shù)較多時(shí)，可以考慮增加分支間夾角，以起到增加總產(chǎn)量的作用的同時(shí)又不至于產(chǎn)生較為明顯的支間干擾現(xiàn)象（圖6）。

根據(jù)以上分析，總產(chǎn)量的增幅隨著分支數(shù)的增加而有所放緩，而隨著分支長(zhǎng)度的增加卻呈增加趨勢(shì)。而在從兩分支增加至四分支的過(guò)程中產(chǎn)能有較大幅度的提升。可以認(rèn)為在較少分支數(shù)和較短分支長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮增加分支數(shù)，而分支數(shù)較高時(shí)則再考慮增加分支長(zhǎng)度，當(dāng)分支數(shù)和分支長(zhǎng)度均較高時(shí)再考慮增加分支間夾角。即各參數(shù)的優(yōu)化級(jí)應(yīng)為分支數(shù)>分支長(zhǎng)度>分支間夾角。

4 結(jié)論

采用電模擬實(shí)驗(yàn)，繪制了對(duì)稱魚骨井近井地帶油藏的滲流曲線分布，并分析了分支間的支間干擾現(xiàn)象。得出了以下結(jié)論：

（1）對(duì)稱分布魚骨井的滲流曲線呈近井地帶密集、距井筒較遠(yuǎn)的部分稀疏的特點(diǎn)，且在最靠近主井指端的分支井的指端也會(huì)出現(xiàn)滲流曲線密集的現(xiàn)象，而且隨著分支數(shù)的增加，滲流曲線的變化也會(huì)加劇。

（2通過(guò)對(duì)單位長(zhǎng)度產(chǎn)能的研究認(rèn)為支間干擾是確實(shí)存在的。認(rèn)為通過(guò)減少分支數(shù)拉開分支間距離是控制分支間干擾的關(guān)鍵，同時(shí)增加分支長(zhǎng)度和分支與主井筒夾角也可以在一定程度上弱化支間干擾現(xiàn)象。

（3）對(duì)于多個(gè)參數(shù)的共同優(yōu)化應(yīng)考慮的優(yōu)化級(jí)為分支數(shù)>分支長(zhǎng)度>分支間夾角。