考慮顆粒充填的水平井控水完井產量預測方法

譚呂 張寧 秦世利 安永生 熊成琛

摘要：近年來在水平井管柱與井眼環空進行顆粒充填的控水方法在底水油藏得到了廣泛的應用，目前尚沒有準確的產量預測方法。為此，從宏觀流動與微觀流動的差異性入手，分析了流體在底水油藏、顆粒充填層、控水工具等不同空間維度內流動之間的相互關系，在油水兩相數值模擬模型的基礎上，采用“矩陣鑲邊”的方法將3 個維度的流動模型相互耦合，提出了考慮顆粒充填的水平井控水完井產量預測方法，準確度比常規等效方法提高9.17%。研究結果表明，新方法能夠實現流體在油藏、顆粒充填層和控水工具間竄流量的定量求解，更直接地體現不同空間維度流動對控水效果的影響，為底水油藏考慮顆粒充填的水平井控水完井產量預測提供了有力工具。

關鍵詞：海洋石油；完井；底水；水平井；控水工具；顆粒充填；耦合；產量預測

中圖分類號：TE312 文獻標識碼： A

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底水油藏具有水體能量充足、油柱高度低、流體性質差異大的特點，但底水突破導致水平井含水上升過快、采油速度降低、水處理成本增加等問題長期困擾著底水油藏的有效開發，為了提高單井產量和開采速度，水平井逐步取代了直井和定向井開發方式［1］。為進一步減緩水平井底水錐進速度，出現了多種水平井控水完井方式，包括變密度篩管完井、中心管完井、ICD（Inflow Control Device） 控水完井、AICD（Autonomous Inflow Control Device） 控水完井、復合型控水完井等。

變密度篩管完井［2］針對水平井跟端壓差大、底水易突破的問題，根據水力學原理，利用篩管孔眼、孔徑和孔密都比普通篩管小的特點，將跟端較大的生產壓差抵消掉一部分，實現了底水對水平井均衡供液。中心管完井［3］針對長位移水平井壓降過大的問題，在水平井筒中下入一定長度的中心管，平衡沿水平段生產壓差，減緩了由于高流量帶來的水平井“跟趾效應”問題。ICD 控水完井［4］針對沿水平段儲層非均質性較強的問題，利用流體力學原理，對流經ICD 的流體產生一個與流量相關的壓差， 解決了底水油藏水平井的先期控水問題。AICD 控水完井［5］針對ICD 只能進行先期控水的特點，利用油水黏度的差異，對流經AICD 的流體產生一個與黏度相關的壓差，解決了底水油藏水平井的后期控水問題。近年來，出現了一種新的復合型控水完井方式［6］，采用顆粒充填方式對控水管柱與水平井眼環空進行充填，采用ICD 或AICD 等控水工具進行流入控制，在稠油油藏和裂縫性油藏開發中有較明顯的效果。相比于其他控水完井方式，這種方式的流動更加復雜，如何對其進行準確產量預測成為了亟待解決的問題。

隨著控水技術成為緩解底水錐進問題的焦點，國內外學者對底水油藏水平井不同控水完井方式的產量預測方法開展了深入的研究。李偉等［7］建立了變密度篩管配合盲管控流完井的耦合模型，采用微元段法求解，通過實例計算驗證了變密度篩管配合盲管控流技術的優越性，該模型考慮了單相油藏滲流和井筒管流的三維穩態耦合。于法珍等［8］在進行中心管控水耦合模型求解的過程中，分別建立流體在盲管和篩管中的流動模型，解決了半解析中心管控水完井耦合模型求解難的問題，該模型考慮了鉆井污染的影響，能夠實現非均質底水油藏中心管設計。付宣等［9］在ICD 控水完井耦合模型中引入了基于勢的疊加原理和鏡像反射原理的油藏滲流模型，給出了非均質油藏水平井ICD 控水完井流入剖面的優化方法，重點討論了不同ICD 控水參數對水平井流入剖面的影響。安永生等［10］從油藏、ICD、水平井筒三個空間尺度的流動模型出發，以各個空間尺度的接觸面為鏈接節點，建立了水平井ICD 控水完井一體化耦合模型，該模型考慮封隔器對控水管柱和水平井筒環空進行分段的方式，計算結果體現了油藏、ICD、水平井筒間的相互影響。郭松毅等［11］基于有序聚類方法，結合水平井筒流入剖面，以延長無水采油期和提高累積產油量為目標，建立了水平井AICD 控水完井分段方法，并證明了該分段方法能有效延長無水采油期和提高累產。Birchenk 等［12］建立底水油藏水平井ICD 控水完井的半解析耦合模型，解決了非均質油藏中水平井ICD 控水完井的流入均衡問題，并能優化出合適的ICD 控水完井參數。楊青松等［13］建立了水平井ICD 控水完井的多段井模型，實現了井筒與油藏的耦合，研究了底水油藏水平井ICD 控水完井的產液動態規律，分析了ICD 控水完井對產能和采收率的影響。張俊斌等［14］在分析底水油藏水平井連續封隔體ICD 控水完井流動規律的基礎上，基于油藏數值模擬方法提出了連續封隔體ICD 控水完井的產量預測方法，該方法未考慮連續封隔體內部竄流的影響。

除了文獻報道外，國內外一些軟件公司也開展了大量的研究，多款商用軟件具備底水油藏水平井不同控水完井方式的產量預測功能。按照產量預測方法原理，商用數值模擬軟件可以大致分為以“節點系統分析”為主要解決方案和以“多段井”耦合為主要解決方案等兩大類。前者將油藏、控水管柱與水平井眼的環空、控水工具和水平井筒進行節點劃分，利用節點壓力作為求解的連接紐帶，實現了對不同控水完井方式、不同空間維度流動的穩態模擬，能夠針對某一時刻的油藏參數開展靜態的產油量和含水率的預測；后者基于油藏數值模擬模型，將油藏流動模型、控水工具流動模型和水平井筒流動模型相互耦合，采用封隔器對控水管柱與水平井眼環空進行分隔，實現了對ICD 和AICD 等不同控水完井方式的動態模擬。