多底井產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法的分類與比較

楊青松，馬 震 (中石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西 榆林 718500)

王曉冬 (中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083)

唐洪衛(wèi) (中石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000)

安永生 (石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)石油大學(xué)(北京))，北京 102249)

李治平，蘇 皓 (中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083)

多底井產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法的分類與比較

楊青松，馬 震 (中石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西 榆林 718500)

王曉冬 (中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083)

唐洪衛(wèi) (中石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000)

安永生 (石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)石油大學(xué)(北京))，北京 102249)

李治平，蘇 皓 (中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083)

多底井與常規(guī)水平井在產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法上存在較大差異。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量研究，提出了一系列產(chǎn)能公式，其間經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和完善，使其接近于油田生產(chǎn)實(shí)際。從多底井產(chǎn)能預(yù)測(cè)的方法、多底井產(chǎn)能公式等方面闡述了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多底井產(chǎn)能預(yù)測(cè)的研究歷程，指出了不同產(chǎn)能公式的假設(shè)條件和適用范圍以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

多底井;齊成偉;產(chǎn)能公式;解析法;擬表皮因子;半解析

多底井是指在油藏開(kāi)發(fā)目的層中完井段以傾斜和多底為主要井眼軌跡特征的水平井，因?yàn)槠涮厥獾木斫Y(jié)構(gòu)對(duì)油藏滲流特征影響很大，使得多底水平井與常規(guī)水平井在產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法上也存在較大差異，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其研究的方法可以分為3種，即解析方法、擬表皮因子法和半解析法。解析方法利用共形映射、勢(shì)疊加原理得到平面滲流場(chǎng)，再將互相垂直的2個(gè)平面滲流場(chǎng)架構(gòu)為擬三維滲流場(chǎng)；擬表皮因子法修正表皮因子，在成熟的垂直井或水平井產(chǎn)能公式的分母中添加表皮因子；半解析法通過(guò)地層滲流和井筒流動(dòng)的耦合，利用分段計(jì)算疊代產(chǎn)生。下面，筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多底井產(chǎn)能預(yù)測(cè)的研究情況進(jìn)行闡述。

1 解析方法

1.1利用直井產(chǎn)能計(jì)算多底水平井產(chǎn)能

程林松等[1]利用替代比概念,提出了一種利用直井產(chǎn)能評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行水平井產(chǎn)能評(píng)價(jià)的方法,并利用該方法對(duì)水平井及多底水平井的產(chǎn)能和影響水平井產(chǎn)能的因素進(jìn)行研究，替代比的計(jì)算公式如下：

(1)

式中，R為替代比；re為泄油體半徑，m；rw為生產(chǎn)段井筒半徑，m；Sv為直井表皮系數(shù)；n為多底水平井的多底數(shù)；L為生產(chǎn)段井筒長(zhǎng)度,m；β為滲透率各向異性系數(shù)；H為儲(chǔ)層厚度,m；h為生產(chǎn)段井筒距儲(chǔ)層底界的高度,m；SH為水平井表皮系數(shù)。

1.2用節(jié)點(diǎn)法計(jì)算魚(yú)骨形多底井產(chǎn)能

何海峰等[2]提出了按井段劃分流動(dòng)段并用節(jié)點(diǎn)法計(jì)算多底井產(chǎn)能的方法。在總壓差和油藏參數(shù)已給定的情況下，魚(yú)骨形多底井的產(chǎn)能直接與多底井段內(nèi)的壓降有關(guān)，而這種壓降又由水平井筒內(nèi)的摩阻作用所引起。為便于計(jì)算多底井段內(nèi)的壓降，可將主井眼以多底位置分為若干段，將多底井眼與主井眼的交匯處記為節(jié)點(diǎn)。在遵守能量守恒和質(zhì)量守恒的條件下，用水平井段流量分布計(jì)算方法，從水平井筒端點(diǎn)向出口處進(jìn)行計(jì)算，就可以獲得某生產(chǎn)壓差下魚(yú)骨形多底井的產(chǎn)能。

1)層流條件 層流條件下，產(chǎn)能計(jì)算公式為：

(2)

2)過(guò)渡流條件 過(guò)渡流條件下，產(chǎn)能計(jì)算公式為：

(3)

3)紊流條件 紊流條件下，產(chǎn)能計(jì)算公式為：

(4)

1.3不完全對(duì)稱多井底水平井產(chǎn)能研究

彭昱強(qiáng)等[3]根據(jù)擬三維思想，運(yùn)用保角變換以及鏡像理論、疊加原理和等值滲流阻力法等滲流理論，對(duì)不完全對(duì)稱多井底水平井穩(wěn)定滲流進(jìn)行了研究，推出其流場(chǎng)分布和產(chǎn)能計(jì)算公式。此外，還對(duì)影響不完全對(duì)稱多井底水平井的部分參數(shù)進(jìn)行了研究和分析，對(duì)多井底水平井的產(chǎn)能進(jìn)行了比較。

不完全對(duì)稱雙底水平井的產(chǎn)能公式為：

(5)

式中，K為儲(chǔ)層滲透率，10-3μm2；B為原油體積系數(shù)；L1為第一多底生產(chǎn)段長(zhǎng)度，m；L2為第二多底生產(chǎn)段長(zhǎng)度，m。

不完全對(duì)稱四底水平井的產(chǎn)能公式為：

(6)

1.4 Табаков方法

Табаков利用下列方程計(jì)算對(duì)稱式的多底水平井的產(chǎn)能[4]：

(7)

式中，F(xiàn)為支間干擾因子。當(dāng)n=1、2、3、4時(shí)，對(duì)應(yīng)的F=4、2、1.86、1.78。

式(7)的一個(gè)主要假設(shè)是所有的水平多底是在同一個(gè)點(diǎn)出去的，在實(shí)際的鉆井操作中不存在上述情況。由于鉆進(jìn)半徑的存在使得分離點(diǎn)和進(jìn)入油層的點(diǎn)有一定的距離，該距離會(huì)對(duì)式(7)有一定影響。為此，Ramey對(duì)式(7)進(jìn)行了修正并推導(dǎo)出下式[5]：

(8)

式中，m為不共點(diǎn)修正系數(shù)。

1.5保角變換結(jié)合鏡像反映方法

程林松[6]等利用擬三維的思想，運(yùn)用保角變換、鏡像反映等處理方法將三維滲流問(wèn)題轉(zhuǎn)換為2個(gè)二維滲流問(wèn)題，推導(dǎo)出了水平多底井的產(chǎn)能公式。后來(lái)，李璗等[7]從等值滲流阻力的角度、蔣廷學(xué)[8]利用保角變換，將多底井轉(zhuǎn)換位單位圓也推導(dǎo)出了公式，證明了該公式的可靠性(見(jiàn)圖1(a))。

齊成偉[9-13]考慮到多底水平井各分支生產(chǎn)段的不銜接情況，將分支裂縫群模型拓展為環(huán)形裂縫群模型，更加準(zhǔn)確地描述了多底水平井的井身結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1(b))。

齊成偉的圓形地層中輻射狀多底水平井?dāng)M三維產(chǎn)能公式為：

(9)

式中，Kh為儲(chǔ)層水平方向主滲透率，m2；si代表環(huán)形裂縫群的內(nèi)接圓半徑，m；so代表環(huán)形裂縫群的外接圓半徑，m。

圖1 多底水平井?dāng)M三維產(chǎn)能公式原型的改進(jìn)(圖中以3分支示意)

當(dāng)si=0時(shí)，齊成偉公式退化為蔣廷學(xué)公式[8]；當(dāng)n=1時(shí)，齊成偉公式退化為Joshi[14]或Борисов公式[15]。梁峰等[16]證實(shí)，程林松公式、王衛(wèi)紅公式[17]、李璗公式、蔣廷學(xué)公式[8]、馮文光公式[18]均為齊成偉公式的特例；鄒丹等[19]證實(shí)，Борисов公式[15]、Giger公式[20]、Joshi公式、Renard&Dupuy公式[21]均是齊成偉公式的單分支退化公式。

1.6帶形地層中多底水平井的產(chǎn)能研究

齊成偉于2009年繼續(xù)發(fā)表了帶形地層中橫向水平井和縱向雙底水平井的擬三維產(chǎn)能公式[22-24]。這是國(guó)內(nèi)外首次出現(xiàn)的帶形地層中的水平井產(chǎn)能公式。

齊成偉的帶形地層中橫向水平井(如圖2所示，2個(gè)分支時(shí)的情形就是將2個(gè)帶形地層并列靠在一起)的擬三維產(chǎn)能公式為：

(10)

式中，a為兩供液邊界的距離， m；b為帶形地層的寬度，m。

陳德民等[25]證實(shí)滲透率各向異性帶狀水平地層中橫向水平井?dāng)M三維產(chǎn)能公式在穿透比為1的退化情況下具有非常高的預(yù)測(cè)精度。陳元千等[26]將帶形地層中橫向水平井?dāng)M三維產(chǎn)能公式推廣為帶形低滲氣藏中橫向水平井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)公式。

齊成偉的帶形地層中縱向雙底水平井(見(jiàn)圖3)的擬三維產(chǎn)能公式為：

(11)

圖2 帶形地層中的橫向水平井 圖3 帶形地層中的縱向雙分支水平井

游支云等[27]根據(jù)齊成偉橫向水平井和縱向水平井?dāng)M三維產(chǎn)能公式研究了帶形地層中水平井方位對(duì)產(chǎn)能和采收率的影響。呂勁等[28]根據(jù)齊成偉橫向水平井和縱向水平井?dāng)M三維產(chǎn)能公式對(duì)帶狀油氣藏中的水平井方向進(jìn)行了優(yōu)選研究。張烈輝等[29]將齊成偉縱向雙分支水平井?dāng)M三維產(chǎn)能公式推廣為帶狀低滲透油氣藏中縱向雙分支水平井在不同完井方式下的產(chǎn)能公式。

需要注意的是，在應(yīng)用上述公式計(jì)算多底井的產(chǎn)能時(shí)，泄油半徑 是影響產(chǎn)能的主要因素之一，而該參數(shù)往往難以準(zhǔn)確計(jì)算。為此，Joshi提出了等效泄油半徑的概念[14]，其適用于水平多底點(diǎn)不同、有過(guò)渡段的情況；Chen[30]利用半數(shù)值解得到多底長(zhǎng)度可以任意并且方向也可以任意的多底井的產(chǎn)能公式，但其前提條件是油藏形狀有限制并且只是擬穩(wěn)態(tài)時(shí)的解；S.J.Smith[31]對(duì)上述2種方法進(jìn)行了實(shí)例對(duì)比。

解析法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，但是其假設(shè)的條件過(guò)多，使其在實(shí)際生產(chǎn)中的適應(yīng)性較差，如式(7)、(8)、(9)和(11)假設(shè)井為對(duì)稱式的多底井，但是對(duì)稱式的多底井是一種理想的多底井形式，在實(shí)際應(yīng)用中很少，因而影響了上述公式的使用。同時(shí)，如泄油半徑 等影響產(chǎn)能的重要參數(shù)很難準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)，只能使用等效參數(shù)的概念，這也影響了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 擬表皮因子法

擬表皮因子法的主要特點(diǎn)是在均質(zhì)等厚地層中，利用全滲透垂直井的線源解將任意的多底井用一口有綜合表皮因子(擬表皮因子)的井代替，從而得到多底井的產(chǎn)能。假設(shè)條件如下：多底的方向是任意的、每個(gè)多底可以不在同一平面內(nèi)、多底半徑和表皮系數(shù)可以不同；每個(gè)多底都有無(wú)限導(dǎo)流能力而且在一個(gè)壓力系統(tǒng)內(nèi)，油藏簡(jiǎn)化為均質(zhì)無(wú)限大平行平板，可以有各向異性的滲透率，流動(dòng)為單相流動(dòng)。Leif Larsen[32]提出了上述方法，具體內(nèi)容如下。

擬穩(wěn)態(tài)下采液指數(shù)的通用公式為：

(12)

地層中任一點(diǎn)的壓力計(jì)算公式為：

(13)

式中，角標(biāo)D代表無(wú)因次的物理量；t代表時(shí)間，s。

對(duì)于無(wú)限大地層中任意多底井可以用下列公式表示井底流壓：

(14)

對(duì)于一種特定的多底井，利用式(14)得到各自的井底壓力(包含各自的表皮因子)，當(dāng)滿足式(13)所表示的壓力分布的時(shí)候，就可以得到擬表皮因子的大小。

以雙底井為例，文獻(xiàn)[32]中給出了擬表皮系數(shù)的計(jì)算式為：

(15)

式中，S1為雙多底水平井的表皮系數(shù)。

該方法的主要特點(diǎn)在于經(jīng)過(guò)處理后的模型可以考慮多底之間隔離的情況，其優(yōu)點(diǎn)是不針對(duì)特定的井型，對(duì)井的結(jié)構(gòu)限制少，而且可以考慮每個(gè)多底表皮的影響，但該方法的不足是無(wú)法考慮邊界和井筒中流動(dòng)摩阻的影響。

3 半解析方法

3.1雙多底井半解析計(jì)算法

韓國(guó)慶等[33]根據(jù)多層非均質(zhì)油藏地層之間壓力不平衡的特點(diǎn)建立了多底井半解析產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型，包括油藏壓力響應(yīng)模型、井筒流動(dòng)模型以及油藏滲流和井筒流動(dòng)的耦合模型。該模型將油井分成若干段，對(duì)每一段進(jìn)行油藏滲流和井筒流動(dòng)的耦合，然后經(jīng)過(guò)迭代求得每一段油井的壓力和流入量分布，從而得到整個(gè)油井的產(chǎn)能。包括油藏壓力響應(yīng)模型、井筒流動(dòng)模型以及油藏滲流和井筒流動(dòng)的耦合模型。

3.2分離支半解析計(jì)算法

陳衛(wèi)東等[34]提出了一種半解析法模型方法，即首先建立一個(gè)單支水平井模型，耦合地層滲流和井筒內(nèi)的流動(dòng)，計(jì)算出這個(gè)單支水平井的產(chǎn)能，在耦合和計(jì)算的過(guò)程中充分考慮摩擦壓降、加速度壓降和重力壓降的影響。然后在一個(gè)多底油井中引入這個(gè)單支水平井的模型，從而計(jì)算出每個(gè)多底的產(chǎn)能、多底井的總產(chǎn)能以及井筒內(nèi)的壓降。

該半解析模型可以優(yōu)化多底長(zhǎng)度和縱向多底點(diǎn)的位置，但由于模型中沒(méi)有考慮多底之間的相互影響，因此預(yù)測(cè)理想多底井結(jié)果較準(zhǔn)確，但對(duì)于任意多底角度的多底(特別是多底角度較小時(shí))或者魚(yú)骨井產(chǎn)能的計(jì)算結(jié)果偏差較大。

3.3魚(yú)骨井產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法

范玉平等[35]、劉想平等[36]分別利用半解析模型建立了魚(yú)骨井產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法。劉想平把多底井各支沿其長(zhǎng)度方向分成若干小段，假設(shè)從油藏流入每段內(nèi)的流量沿該段長(zhǎng)度方向?yàn)榫鶆蚍植?，而各段流量不相等。根?jù)鏡象反映和勢(shì)疊加原理可推導(dǎo)出各小段在油藏中產(chǎn)生的勢(shì)，從而求出多底井在底水驅(qū)油層中任一位置產(chǎn)生的勢(shì)，進(jìn)而求得該點(diǎn)的壓力，為計(jì)算多底上的產(chǎn)能打下基礎(chǔ)。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是考慮了多底角度對(duì)產(chǎn)能的影響；但疊加后的總產(chǎn)能沒(méi)有考慮其它多底的存在對(duì)它的影響，導(dǎo)致計(jì)算出的單井產(chǎn)能要比實(shí)際要高。

3.4OuyangLiang-Biao方法

圖4 多底分段示意圖

Ouyang Liang-Biao[37]提出了一個(gè)多底井的井眼和油藏耦合模型，其主要假設(shè)是平行平板泄油體、微可壓縮流體、多底井筒內(nèi)考慮摩擦壓降、加速度壓降和重力壓降，且多底形態(tài)可以是任意的(見(jiàn)圖4)。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是先求得整個(gè)地層內(nèi)的平均滲透率k*，在此基礎(chǔ)上把井筒每個(gè)小段處的滲透率變化的影響轉(zhuǎn)化為該小段的表皮因子s，因而處理結(jié)果有比較高的精度，但是該方法也沒(méi)有很好解決多底井分支間互相干擾的問(wèn)題。

3.5三維差分模型方法

在非常規(guī)井半解析模型方面，Wolfsteiner等[38]利用格林函數(shù)建立了直角坐標(biāo)系下的三維差分模型，該模型考慮了井筒摩擦壓降、重力壓降和加速度壓降，但存在如下不足之處：井筒流動(dòng)模型和地層滲流模型中沒(méi)有考慮完井方式的影響；對(duì)近井地帶滲透率非均質(zhì)性的處理沒(méi)有考慮地層傷害的影響；沒(méi)有考慮多底匯合處的局部壓力損失的影響。

半解析方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了計(jì)算，又保證了一定的精度，但是該方法都不能很好的解決多底井分支間互相干擾的問(wèn)題，而且解決兩相問(wèn)題也比較困難。

4 結(jié)論和建議

1)解析方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，但它假設(shè)條件過(guò)多，在實(shí)際生產(chǎn)中的適應(yīng)性比較差；擬表皮因子法的優(yōu)點(diǎn)是不針對(duì)特定井型，對(duì)井的結(jié)構(gòu)限制少，其不足是無(wú)法考慮邊界和井筒中流動(dòng)摩阻的影響；半解析方法簡(jiǎn)化了計(jì)算，又保證了精度，但不能很好地解決多底井分支間的干擾問(wèn)題，解決兩相問(wèn)題也比較困難。

2)目前研究多底井的產(chǎn)能，其泄油區(qū)域都是比較規(guī)則的圓形或帶形，考慮更實(shí)際的泄油體幾何形狀是今后改進(jìn)產(chǎn)能公式的發(fā)展方向。

3)考慮到多底井分支間互相干擾及多底長(zhǎng)度影響也是今后研究產(chǎn)能公式時(shí)需要重視之處。

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2012-11-12

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05009)。

楊青松(1987-)，男，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事油氣水滲流力學(xué)、油氣井產(chǎn)能預(yù)測(cè)、油氣田開(kāi)發(fā)方面的研究工作。

TE312

A

1673-1409(2013)08-N067-06

[編輯] 李啟棟