多油層油藏均衡開(kāi)采影響因素分析

黃愛(ài)先

（中國(guó)石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營(yíng) 257094）

多油層油藏均衡開(kāi)采影響因素分析

黃愛(ài)先

（中國(guó)石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營(yíng) 257094）

不均衡開(kāi)采是多油層油藏開(kāi)發(fā)存在的主要問(wèn)題?；谟筒貪B流模型和井筒流動(dòng)模型，根據(jù)壓力的連續(xù)性條件，建立了多油層油藏-井筒流動(dòng)耦合的半解析模型，給出了多層合采直井的產(chǎn)液剖面和壓力剖面計(jì)算方法，定量計(jì)算并分析了井筒壓力損失、層間滲透率差異、原油黏度差異、壓力差異和層間距離對(duì)多層合采直井均衡開(kāi)采的影響。結(jié)果表明：層間壓力差異對(duì)多油層油藏直井均衡開(kāi)采的影響最大，在其他參數(shù)相同的條件下，層位地層壓力越大，相應(yīng)產(chǎn)量越高，當(dāng)合采油層間的壓力差異大于生產(chǎn)壓差時(shí)，有可能出現(xiàn)竄流；層間滲透率差異影響次之，在其他參數(shù)相同的條件下，各層段的產(chǎn)液量只與層位間的滲透率比值有關(guān)，而與滲透率的具體大小無(wú)關(guān)；層間原油黏度差異相對(duì)較小，井筒壓力損失的影響可以忽略。該研究對(duì)多油層油藏的開(kāi)發(fā)效果預(yù)測(cè)以及完井方案優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

多油層油藏；多層合采；層間差異；均衡開(kāi)采；影響因素

0 引言

對(duì)于多油層油藏，高滲層與低滲層在吸水能力、水線(xiàn)推進(jìn)速度、油層壓力、采油速度、采出程度、水淹等方面存在層間差異。高滲層由于滲透率高、連通性好、注水效果好、油層壓力高，致使高滲層采油速度高，生產(chǎn)井的大部分產(chǎn)量由此層采出；中、低滲層由于吸水能力差、油層壓力低，導(dǎo)致采油速度低，油層的生產(chǎn)能力得不到充分發(fā)揮［1-7］。此外，高滲層由于吸水能力強(qiáng)，水線(xiàn)前緣很快向油井突進(jìn)，使得油井過(guò)早水淹。不均衡開(kāi)采是多油層油藏開(kāi)發(fā)存在的主要問(wèn)題［8］，影響因素有很多［9-10］，包括層間滲透率差異、黏度差異、含水率差異、壓力差異和井筒壓力損失等。目前，關(guān)于這些因素的影響規(guī)律以及影響程度的認(rèn)識(shí)還不全面，本文擬在多油層油藏-井筒耦合模型的基礎(chǔ)上，開(kāi)展多油層油藏均衡開(kāi)采影響因素定量分析，從而為多油層油藏的開(kāi)發(fā)效果預(yù)測(cè)以及完井方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 多油層油藏-井筒耦合模型

將射孔段劃分為n個(gè)長(zhǎng)度為ΔL的井筒單元，從距井口最近的單元開(kāi)始，依次從1到n編號(hào)。

根據(jù)油藏滲流模型，對(duì)每個(gè)井筒單元可建立其產(chǎn)量與生產(chǎn)壓差之間的關(guān)系式［11-12］：

式中：Δpr，i為第i個(gè)井筒單元的油藏滲流壓降，Pa；PIi為第i個(gè)井筒單元的采油指數(shù)，m3/（d·MPa）。

基于流體壓力的連續(xù)性，有［13］

式中：pe為初始油藏壓力，Pa；pw，i為第i個(gè)井筒單元的壓力，Pa；Δps，i為由套管射孔完井引起的第i個(gè)井筒單元的附加滲流壓降，Pa。

根據(jù)井筒流動(dòng)模型，各井筒單元之間的壓力關(guān)系可以寫(xiě)為［14］

式中：Δpwi，i+1為流體從第i+1個(gè)井筒單元流到第i個(gè)井筒單元過(guò)程中產(chǎn)生的壓降，Pa。

當(dāng)油井以定產(chǎn)量生產(chǎn)時(shí)，有

式中：Q為總產(chǎn)量，m3/d。

當(dāng)油井以定井底壓力生產(chǎn)時(shí)，有

式中：pwh為跟端壓力，Pa。

式（2）—（5）為多油層油藏-井筒流動(dòng)耦合的半解析模型，共2n個(gè)方程，2n個(gè)未知量（Qi，pw，i）。鑒于方程的非線(xiàn)性特征，需采用牛頓迭代法求解。

2 均衡開(kāi)采影響因素定量分析

一口3層同采直井的分采層位自上而下依次為A1，A2，A3，層段有效厚度 10 m，中部深度分別為1 000，1 020，1 040 m，各層段均完全射開(kāi)。以層段參數(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行直井分層開(kāi)采均衡性影響因素研究。層段滲透率1 000×10-3μm2，油井控制半徑100 m，井筒半徑0.1 m，射孔段井斜角0°，套管外徑121.36 mm，套管壁厚9.17 mm，產(chǎn)液量100 m3/d，層段頂部初始?jí)毫?0 MPa，地層壓力系數(shù)0.85，地面原油黏度100 mPa·s，井筒混合液密度0.85 g/cm3，含水率0.40，地溫梯度3℃/ 100 m，地表溫度20℃。對(duì)各層段取相同的滲透率、原油黏度和含水率級(jí)差，分析各物性參數(shù)及壓力損失對(duì)多油層斷塊非均質(zhì)油藏均衡開(kāi)采的影響規(guī)律及大小。

2.1 井筒壓力損失

取射孔段長(zhǎng)度為100 m。單層開(kāi)采條件下，射孔段沿程流量和壓力分布見(jiàn)圖1。從圖中可以看出，距離射孔段頂部越近，井筒壓力越小，流量越高。其中，井筒壓力與至射孔段頂部距離近似呈線(xiàn)性關(guān)系，射孔段頂?shù)撞康木矇翰罴s為0.8 MPa。相對(duì)而言，比流量沿射孔段變化幅度較小，射孔段頂?shù)撞康谋攘髁坎顑H為0.000 4 m3/（d·m），約為射孔段沿程平均比流量的0.04%。

圖1 射孔段沿程流量、壓力分布

在射孔段壓降中，重力壓降最大，約為800 Pa，接近總壓降；摩擦壓降次之，約為50 Pa；加速壓降最小，約為5 Pa。結(jié)合圖1發(fā)現(xiàn)，盡管重力壓降很大，但射孔段沿程流量差異很小。這說(shuō)明在均質(zhì)油藏中，直井流量均衡性受地層壓力變化量和井筒壓降共同影響。由于地層壓力系數(shù)與井筒混合液密度數(shù)值相等，所以，井筒摩擦壓降是引起直井流量不均衡的主要原因。

油田一般直井射孔段長(zhǎng)度不超過(guò)幾十米，日產(chǎn)量不足100 m3。由上述計(jì)算結(jié)果可以預(yù)測(cè)，在油田一般生產(chǎn)條件下，井筒壓力損失約為幾百帕，遠(yuǎn)小于一般直井的生產(chǎn)壓差。因此，在直井分層開(kāi)采中，井筒壓力損失的影響可以忽略。

2.2 層間滲透率差異

一口2層同采直井的分采層位滲透率分別為K1，K2，相應(yīng)的產(chǎn)液量分別為Q1，Q2。層間滲透率差異對(duì)合采層段產(chǎn)量的影響如圖2所示。對(duì)于多層合采直井而言，在其他參數(shù)相同的條件下，各層段的產(chǎn)液量之比等于各層段的滲透率之比。即在直井總產(chǎn)液量一定的情況下，隨著層間滲透率級(jí)差的增大，開(kāi)采均衡性逐漸變差。如果其他參數(shù)相同，那么各層段的產(chǎn)液量只與各層間的滲透率之比有關(guān)，而與滲透率的具體大小無(wú)關(guān)。

圖2 層間滲透率差異對(duì)合采層段產(chǎn)液剖面的影響

2.3 層間原油黏度差異

圖3 層間原油黏度差異對(duì)合采層段產(chǎn)液剖面的影響

2.4 層間壓力差異

一口3層同采直井，從上至下各層段中部深度分別為1 000，1 020，1 040 m。分別取地層壓力系數(shù)為0.85，1.00，以及壓力異常（上、中、下3層的地層壓力分別為10.0，11.0，9.5 MPa）3種情況，則層間壓力差異對(duì)合采層段流量剖面的影響情況如圖4所示。

當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)為0.85時(shí)，由重力引起的井筒壓力梯度與地層壓力梯度抵消，摩擦壓降和加速壓降是導(dǎo)致射孔段流量剖面不均衡的主要原因。從上到下，射孔段比流量逐漸降低。

當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)為1.00時(shí)，由重力引起的井筒壓力梯度小于地層壓力梯度。從圖中可以看出，各層內(nèi)的流量剖面基本均衡，而各層間的流量差異較大。從上到下，各射孔段的比流量逐漸降低，上、中、下3層的比流量分別約為3.1，3.3，3.6 m3/（d·m）。這說(shuō)明，重力壓降是導(dǎo)致射孔段流量剖面不均衡的主要原因，而摩擦壓降和加速壓降的影響相對(duì)較小。

當(dāng)?shù)貙訅毫Ξ惓r(shí)，由于各層壓力差異大于油井生產(chǎn)壓差，導(dǎo)致下層流量出現(xiàn)負(fù)值，即高壓層流體通過(guò)井筒向低壓層倒灌。

圖4 層間壓力差異對(duì)合采層段產(chǎn)液剖面的影響

2.5 層間距離

取地層壓力系數(shù)分別為0.85，1.00，層間距離對(duì)合采層段產(chǎn)量的影響如圖5所示。

圖5 層間距離對(duì)合采層段產(chǎn)量的影響

地層壓力系數(shù)為0.85時(shí)，地層壓力梯度與重力引起的井筒壓力梯度抵消，摩擦壓降是引起層間流量差異的主要原因，上層產(chǎn)量大于下層產(chǎn)量。層間距離越大，井筒摩擦壓降越大，層間的產(chǎn)量差異也越大，相應(yīng)的不均衡系數(shù)也越大。由于摩擦壓降與生產(chǎn)壓差相比很小，層間產(chǎn)量差異占總產(chǎn)量的比例也很小。當(dāng)層間距離為200 m時(shí)，層間產(chǎn)量差異僅為總產(chǎn)量的0.007 5%，而不均衡系數(shù)不到0.000 1，近似為0，開(kāi)采基本均衡。

地層壓力系數(shù)為1.00時(shí)，地層壓力梯度大于重力引起的井筒壓力梯度，層間壓力差異是引起層間流量差異的主要原因，下層產(chǎn)量大于上層產(chǎn)量。層間距離越大，層間壓力差異越大，層間的產(chǎn)量差異也越大，相應(yīng)的不均衡系數(shù)也越大。由于層間壓差相對(duì)較大，層間產(chǎn)量差異占總產(chǎn)量的比例也較大。當(dāng)層間距離為200 m時(shí)，層間產(chǎn)量差異約為總產(chǎn)量的23%。層間距離對(duì)均衡開(kāi)采的影響在本質(zhì)上體現(xiàn)在2個(gè)方面：一個(gè)是井筒摩擦壓降，導(dǎo)致上層產(chǎn)量高于下層產(chǎn)量，由于該值與生產(chǎn)壓差相比較小，其影響相對(duì)較弱；另一個(gè)是層間壓力差異，導(dǎo)致高壓層產(chǎn)量大于低壓層產(chǎn)量，地層壓力系數(shù)越大，層間距離對(duì)均衡開(kāi)采的影響就越大。

3 結(jié)論

1）建立了多油層油藏-井筒流動(dòng)耦合的半解析模型，給出了多層合采直井的產(chǎn)液剖面和壓力剖面計(jì)算方法。

2）獲得了井筒壓力損失和層間差異對(duì)直井開(kāi)采均衡性影響規(guī)律的定量認(rèn)識(shí)?？偟膩?lái)說(shuō)，層間壓力差異對(duì)多油層油藏直井均衡開(kāi)采的影響最大，層間滲透率差異影響次之，層間原油黏度差異相對(duì)較小，井筒壓力損失的影響可以忽略。

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（編輯 孫薇）

Analysis on influencing factor of balanced development for multilayered reservoir

Huang Aixian
(Dongxin Oil Production Plant,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257094,China)

Unbalanced development is the main problem of multilayered reservoir.Based on reservoir percolation model and wellbore flow model,a multilayered reservoir-wellbore coupling model is developed according to pressure consistency.The calculation method of fluid producing profile and pressure profile for the balanced development of vertical wells with multilayered commingled production is given.On this basis,the influence of wellbore pressure loss,interlayer permeability difference,oil viscosity difference,pressure difference and interlayer distance on the balanced development of vertical wells with multilayered commingled production is analyzed qualitatively.The results show that the interlayer pressure difference has the greatest influence on balanced development.Under the same condition of other parameters,the greater the horizon formation pressure is,the higher the production is.When the pressure difference between oil layers is greater than the production pressure difference,fluid channeling may occur.The interlayer permeability difference has secondary influence.Under the same condition of other parameters,the produced fluid volume of intervals is only related to the permeability ratio between horizons and has nothing to do with the concrete size of permeability.The viscosity difference of crude oil is relatively small.The influence of wellbore pressure loss can be ignored. This study has guiding signification for the production prediction and scheme design of well completion.

multilayered reservoir;commingled production;interlayer difference;balanced development;influencing factor

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題“斷塊油田特高含水期提高水驅(qū)采收率技術(shù)”（2011ZX05011-003）

TE347

：A

10.6056/dkyqt201501015

2014-07-26；改回日期：2014-11-18。

黃愛(ài)先，女，1967年生，副總地質(zhì)師，高級(jí)工程師，1993年本科畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）釆油專(zhuān)業(yè)，2010年碩士畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣田開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事油田開(kāi)發(fā)技術(shù)研究與管理工作。E-mail：huangaixian.slyt@sinopec.com。

黃愛(ài)先.多油層油藏均衡開(kāi)采影響因素分析［J］.斷塊油氣田，2015，22（1）：70-73.

Huang Aixian.Analysis on influencing factor of balanced development for multilayered reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：70-73.