大孔道水平井多元熱流體井間竄流程度表征研究

吳海君，杜慶軍，宮汝祥

（1.中國石油大學(xué)（華東），山東 青島266580；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津300450）

0 引言

水平井多元熱流體吞吐技術(shù)已在渤海稠油開發(fā)實踐中取得了較好的增產(chǎn)效果［1-4］。由于注氣量較大且油藏非均質(zhì)性嚴重，特別是大孔道的存在，使得井間氣竄現(xiàn)象嚴重，影響了注入井和鄰井的動態(tài)［5-9］，降低了熱能利用率和多元熱流體的開發(fā)效果，干擾了油井的正常生產(chǎn)［10-13］。必須采取關(guān)井以及減小注氣強度等措施，以便減小氣竄的影響。在后續(xù)生產(chǎn)過程中，也需對不同竄流程度的氣竄現(xiàn)象采取不同的調(diào)整措施［14-16］。因此，需要建立不同氣竄程度的表征方法，從而對井間竄流程度進行分類研究，為后續(xù)調(diào)整方式的制定提供指導(dǎo)。

本文利用數(shù)值模擬方法，建立了存在大孔道的水平井多元熱流體井間竄流基礎(chǔ)模型，提出用井間竄流系數(shù)、 竄流距離和形狀因子3 種參數(shù)來定量表征氣竄程度；在此基礎(chǔ)上，討論了大孔道滲透率和注入量對3種表征方法的影響。

1 基礎(chǔ)模型的建立

南堡×油田x 井生產(chǎn)層位為Nm05 小層，垂直深度943 m，生產(chǎn)初期地層壓力8 MPa，水平段長215 m。在多輪次吞吐生產(chǎn)期間，該井與鄰近的y 井之間存在明顯的氣竄特征。在注氣期間，x 井的油壓和套壓迅速下降，y 井的油壓由0 上升至2.5 MPa；在下泵生產(chǎn)期，x井地層流壓下降較快，由初始的9.4 MPa 下降到3.0 MPa，產(chǎn)能下降迅速。根據(jù)y 井和x 井的近井地層性質(zhì)，分析認為，兩井間存在大孔道。以x 井實際油藏特征為依據(jù)，建立了水平井多元熱流體吞吐竄流模型，其井位及滲透率分布見圖1。

模型基本參數(shù)為：油藏溫度56 ℃，地下原油黏度665 mPa·s，油層厚度6 m，初始含油飽和度0.68，平面滲透率4 000×10-3μm2；在I，J 和K 方向上劃分的網(wǎng)格數(shù)為51×25×8，網(wǎng)格尺寸為25 m×15 m×0.75 m，水平段長215 m。

采用吞吐井交替開井開發(fā)方式，4 口邊井以120 m3/d 的排液速度同時生產(chǎn)2 個月后，自中心井開始注入多元熱流體。其中熱水注入溫度為240 ℃，注入速度為165 m3/d，地面標準狀況下，氣體注入速度為57 600 m3/d，注入量為3 300 m3。

圖1 模型井位及滲透率分布

2 竄流程度的表征方法

4 口邊井在生產(chǎn)過程中壓力逐漸降低，產(chǎn)油量逐漸減小，當(dāng)中心井注入多元熱流體后，由于氣體的擴散和井間的壓力差，注入氣會向井周圍擴散。為了便于研究井間氣體的竄流程度，以其中一口井（3#井）的日產(chǎn)氣和累計產(chǎn)氣曲線為研究對象，提出竄流系數(shù)的概念，定量表征井間氣體的竄流程度。利用氣體驅(qū)替前緣場圖，提出了竄流前緣距離和形狀因子2 個參數(shù)，對竄流程度進行表征。

2.1 井間竄流系數(shù)

圖2為3#井日產(chǎn)氣量和累計產(chǎn)氣量隨生產(chǎn)時間的變化?？梢钥闯觯涸谥行木膺^程中，3#井日產(chǎn)氣量逐漸增大；當(dāng)中心井注入結(jié)束時，3#井的日產(chǎn)氣量達到最大；在之后的生產(chǎn)過程中，日產(chǎn)氣量逐漸減小。

在注入量一定的條件下，竄流越嚴重，則鄰井日產(chǎn)氣量的峰值越大，生產(chǎn)結(jié)束時的累計產(chǎn)氣量也越大，因此，引入竄流系數(shù)的概念來表征井間竄流程度的大小。其定義為，在一個生產(chǎn)周期內(nèi)，鄰井最大日產(chǎn)氣量和鄰井累計產(chǎn)氣量的乘積與累計注氣量平方的比值。其表達式為

式中：n 為井間竄流系數(shù)；Qmax為鄰井最大日產(chǎn)氣量，m3；Qc為鄰井累計產(chǎn)氣量，104m3；Qi為中心井注氣總量，104m3。

數(shù)值模擬計算得出，在基礎(chǔ)方案下，3#井日產(chǎn)氣峰值為7 364.4 m3，累計產(chǎn)氣量為25.34×104m3，累計注氣量為111.8×104m3。用式（1）計算得到基礎(chǔ)方案的竄流系數(shù)為14.43。

圖2 3#井日產(chǎn)氣量和累計產(chǎn)氣量隨時間的變化

2.2 竄流前緣距離和形狀因子

圖3為高滲帶滲透率為平均滲透率的8 倍、 注入結(jié)束時的含氣飽和度分布。竄流前緣距離定義為注氣結(jié)束時注入井與竄流前緣間的最大距離。圖中L 即為竄流前緣距離。當(dāng)高滲帶滲透率為平均滲透率的8 倍時，L 值為158.94 m。

圖3 竄流前緣距離示意

為了研究氣體擴散前緣形狀的不規(guī)則程度，引入形狀因子表征圖形規(guī)則程度，形狀因子越大，圖形越規(guī)則。形狀因子定義為，注氣結(jié)束時氣體擴散前緣所包含的面積與周長平方的比值。即：

式中：m 為形狀因子；s 為面積，m2；c 為周長，m。

當(dāng)高滲帶滲透率倍數(shù)為8 倍時，周長為695.13 m，面積為17 115.15 m2，根據(jù)式（2）計算得到形狀因子為0.035 42。

3 大孔道滲透率對表征參數(shù)的影響

分別討論了井間大孔道滲透率依次為平均滲透率的4，8，12，16 和20 倍時3#井產(chǎn)氣量的變化，并計算得到相應(yīng)的竄流系數(shù)、竄流前緣距離和形狀因子。

3.1 對竄流系數(shù)的影響

不同大孔道滲透率倍數(shù)下，3#井日產(chǎn)氣量的變化如圖4所示。不同滲透率時竄流系數(shù)見表1。由圖可知，隨著高滲條帶滲透率的增大，3#井日產(chǎn)氣量峰值增加，且出現(xiàn)的時間更早；竄流系數(shù)也隨高滲條帶滲透率的增加而迅速增加。其主要原因在于，隨著高滲帶滲透率的增大，更多的氣體會以更快的速度沿高滲條帶突破，造成鄰井產(chǎn)氣量增加，使注入氣體利用率降低。

圖4 不同高滲帶滲透率倍數(shù)下3#井日產(chǎn)氣量

表1 不同高滲帶滲透率倍數(shù)下的竄流系數(shù)

3.2 對竄流前緣距離的影響

圖5為高滲帶滲透率倍數(shù)分別為4，8，12，16 和20 倍時注入20 d 后含氣飽和度分布，表2為不同滲透率倍數(shù)下注入結(jié)束時的注入井與竄流前緣的距離L值。由圖可以看出，大孔道滲透率越大，氣體沿高滲條帶向生產(chǎn)井竄流程度越嚴重，在相同時刻，竄流前緣與注入井間距離越大。

圖5 不同滲透率倍數(shù)下注入20 d 后含氣飽和度分布

表2 不同滲透率倍數(shù)下的竄流前緣距離

為了解竄流前緣距離隨注入時間的變化，分別模擬了滲透率倍數(shù)為8 時注入4，8，12，16，20 d 時含氣飽和度分布。模擬結(jié)果表明，當(dāng)注入時間較短時，無明顯氣竄，但隨著注入時間的增加，注入量增加，氣體擴散范圍增大，竄流前緣距離也隨之增大。

利用數(shù)值模擬技術(shù)，綜合模擬研究了不同大孔道滲透率倍數(shù)在不同時間竄流前緣距離的變化，結(jié)果見圖6。由圖可以看出：注入時間越長，相同滲透率倍數(shù)條件下的竄流前緣距離越大；滲透率倍數(shù)越大，竄流前緣距離隨時間的增加幅度越大。

圖6 注入時間對竄流前緣距離的影響

3.3 對竄流形狀因子的影響

利用數(shù)值模擬技術(shù)，還研究了大孔道不同滲透率倍數(shù)下在注入結(jié)束時竄流形狀因子的變化，結(jié)果見表3。由表可知，隨著滲透率的增大，形狀因子逐漸降低，竄流前緣不規(guī)則程度增加。這主要是由于，高滲帶滲透率倍數(shù)越大，氣體沿高滲帶竄進程度越明顯，氣體擴散范圍越不規(guī)則。

表3 不同滲透率倍數(shù)下的形狀因子統(tǒng)計

4 結(jié)論

1）提出了井間竄流系數(shù)、竄流距離和形狀因子3個參數(shù)來定量表征竄流程度的大小。

2）隨著大孔道滲透率的增大，竄流系數(shù)和竄流距離均增大，形狀因子減小。

3）隨著注入量的增大，竄流距離逐漸增大；注入量相同時，大孔道滲透率越大，形狀因子越小，竄流程度越大。

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