凝膠隔板抑制水平井底水錐進(jìn)效果分析

沈 思 孫 瑫 華科良 袁偉杰

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司， 天津 300452)

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凝膠隔板抑制水平井底水錐進(jìn)效果分析

沈 思 孫 瑫 華科良 袁偉杰

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司， 天津 300452)

運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)對凝膠隔板抑制水平井底水錐進(jìn)效果進(jìn)行深入分析。首先建立數(shù)值模擬模型，對影響錐進(jìn)效果的各因素進(jìn)行評價，包括隔板的滲透率、隔板尺寸及位置。結(jié)果表明，凝膠隔板可以大大延緩底水油藏水平井的見水時間，減緩含水率上升速度，增加產(chǎn)油量，但隔板的滲透率并不是越低越有效，當(dāng)滲透率小于一定值時，見水時間反而變早；凝膠隔板在長度大于水平井長度，寬度盡量與長度一致時效果最好；隔板的水平位置應(yīng)盡可能以水平井為基準(zhǔn)保持對稱，在縱向上靠近水平井且距離水平井2～3 m最優(yōu)。

底水油藏； 底水錐進(jìn)； 數(shù)值模擬； 凝膠隔板

底水油藏在自然開采過程中因油水界面無隔層、流度比較大等原因,易出現(xiàn)底水錐進(jìn)[1]。底水錐進(jìn)是影響底水油藏開發(fā)效果的重要因素。底水錐進(jìn)常常使油井過早見水、含水率上升迅速、產(chǎn)量遞減加快[2]。底水稠油油藏進(jìn)入開發(fā)中后期，隨著底水的錐進(jìn)，水竄現(xiàn)象嚴(yán)重制約了油田的發(fā)展[3]。

Muskat等人于1935年首先提出了水錐理論，簡單給出了極限產(chǎn)量、極限壓差和極限水錐高度計(jì)算關(guān)系式和相應(yīng)的計(jì)算圖表[4]。Karp等人在前人研究的基礎(chǔ)上分析了水平隔板性質(zhì)對底水錐進(jìn)的影響[5]；Welge和Weber使用2D模型對錐進(jìn)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬[6]; Sobocinski和Cornelius運(yùn)用多種數(shù)學(xué)方法對底水的突破時間進(jìn)行了預(yù)測[7]；Wheatley使用3D模型模擬了水錐存在時的壓力分布情況[8]；Hoyland得到了各向異性地層臨界產(chǎn)量的數(shù)值計(jì)算法[9]； Guo等人分析了不同壓力梯度下臨界產(chǎn)量的計(jì)算方法[10]。目前對于凝膠隔板對水平井底水錐進(jìn)影響的定量研究較少，更多只是定性分析。本次研究利用數(shù)值模擬技術(shù)對水平井下部的凝膠隔板性質(zhì)進(jìn)行研究，研究隔板的滲透率、大小、位置等因素對見水時間、含水率曲線形態(tài)和累計(jì)產(chǎn)油量的影響。對隔板影響水平井生產(chǎn)及抑制底水錐進(jìn)的規(guī)律進(jìn)行定量研究。

1 數(shù)值模型的建立

運(yùn)用CMG公司的STARS模擬器構(gòu)建數(shù)值模擬模型。模型為黑油模型，油藏大小為425 m×425 m，厚度為18.3 m的均質(zhì)油藏，步長為17×17，水平、垂向平均滲透率均為500×10-3μm2。油藏中心有一口水平井，水平段長度為175 m，日產(chǎn)液量80 m3。底水運(yùn)用Carter-Tracy方法構(gòu)建，水體大小為儲量的2倍。凝膠隔板位于油藏內(nèi)部，厚度 1.5 m，通過定義油藏某一部分的滲透率來定義隔板。隔板的長度、寬度、水平位置、垂向位置分別用Lb、Wb、Xb、Zb表示。此外為了達(dá)到精細(xì)研究的目的，井周圍和隔板附近的網(wǎng)格都進(jìn)行了網(wǎng)格加密(每個網(wǎng)格又被剖分成了5×5)。

2 模擬結(jié)果分析與討論

為了更好地研究隔板的各項(xiàng)性質(zhì)對水平井底水錐進(jìn)效果的影響，根據(jù)隔板的滲透率、長度、寬度以及隔板的水平位置和垂直位置設(shè)置了26套方案，見表1。

2.1 隔板滲透率的影響

不同隔板滲透率下的含水率和累產(chǎn)油曲線見圖1。從圖1可知：沒有凝膠隔板，水平井在生產(chǎn)200 d左右開始見水，而在有隔板的情況下，見水時間延長到300 d以上，且含水率上升速度減緩；當(dāng)生產(chǎn)時間達(dá)到1 000 d時，沒有隔板的水平井含水率達(dá)到60%以上，而隔板滲透率為0.5×10-3μm2的水平井含水率只有10%左右；同樣，隔板在增加水平井累產(chǎn)油方面的效果也較明顯。

表1 方案編號及描述

隨著隔板滲透率的減小，生產(chǎn)井見水時間逐漸推遲，含水率上升速度變小，累產(chǎn)油量變大，但當(dāng)滲透率小于0.50×10-3μm2時，見水時間反而提前，累產(chǎn)油量下降。通過分析發(fā)現(xiàn)，由于隔板滲透率遠(yuǎn)小于基質(zhì)滲透率，使得隔板兩側(cè)形成相對高滲通道，加快了兩側(cè)水錐的上升速度，促使油井見水；而隔板的滲透率與基質(zhì)滲透率極差不大時，雖然會有一部分底水通過隔板，但另一方面會減小隔板兩側(cè)與中間的壓差，延緩了二次水錐的形成(見圖2)：因此，并不是隔板滲透率越低，水平井見水時間越晚。由于二次水錐的存在，需要考慮具體油藏的情況，隔板滲透率為基質(zhì)平均垂向滲透率的110 000～11 000時，對水錐的抑制效果最好。

2.2 隔板長度的影響

隔板長度也是一個主要的影響因素，為了評價隔板長度對延緩見水時間的影響，設(shè)計(jì)了5套方案。其中，隔板的滲透率都取為0.5×10-3μm2，寬度為125 m，隔板位于水平井正下方2.8 m處，隔板長度分別為75 m(37水平井長度)、125 m(57水平井長度)、175 m(水平井長度)、225 m(97水平井長度)、275 m(117水平井長度)。模擬結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出：當(dāng)隔板長度小于水平井長度時，水平井見水時間與基礎(chǔ)方案(無隔板)基本一致，含水率上升速度也沒有得到好轉(zhuǎn)，含水率曲線的形態(tài)也和基礎(chǔ)方案大體一致；當(dāng)隔板長度等于甚至大于水平井長度時，含水率曲線形態(tài)發(fā)生了明顯的變化，從見水時機(jī)到上升速度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于隔板長度小于水平井長度的方案。此外，當(dāng)隔板的長度大于水平井長度時，會大大延緩水平井的見水時間，并顯著限制了二次水錐的形成，但若長度繼續(xù)增加，由于水平井寬度方向二次水錐的形成，隔板降水效果變化不明顯。

圖1 不同隔板滲透率下的含水率和累產(chǎn)油曲線

圖2 不同隔板滲透率對含水飽和度的影響

因此在設(shè)計(jì)水平井段長度時要充分考慮隔板的分布情況和長度，水平井段若長于隔板長度會造成底水的快速錐進(jìn)。

2.3 隔板寬度的影響

為了對隔板寬度的影響效果進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了9套方案(隔板寬度分別為25、75、125、175、225、275、325、375、425 m)，其含水率曲線如圖4所示?？梢钥闯觯弘S著隔板寬度的加大，水平井見水時機(jī)逐漸推后，其含水率上升速度逐漸變小，但當(dāng)寬度大于175 m時，隔板抑制水錐的效果不明顯，累產(chǎn)油量的增幅減緩。

圖3 不同隔板長度下的含水率曲線

分析認(rèn)為,當(dāng)隔板的寬度(垂直于水平井延伸方向)大于長度(平行于水平井延伸方向)時，寬度不再起主導(dǎo)作用，水錐會沿著隔板長度方向錐進(jìn)，使得隔板的長度成為影響錐進(jìn)的主導(dǎo)因素。

圖4 不同隔板寬度下的含水率和累產(chǎn)油曲線

以水平井中心位置為原點(diǎn)，研究隔板中心位置相對于原點(diǎn)的水平距離的影響。共設(shè)計(jì)了3套方案，隔板長度和寬度取水平井長度，為175 m，滲透率為0.5×10-3μm2，水平距離分別為-25、0、25 m。模擬結(jié)果如圖5所示。隔板水平位置的影響主要體現(xiàn)在見水時機(jī)上。當(dāng)隔板與水平井存在水平位移時，見水時機(jī)提前，甚至比沒有隔板的效果更差。分析認(rèn)為：隔板與水平井存在位移會使得水平井兩端的壓力場分布不均，加強(qiáng)底水向另一個方向的錐進(jìn)，但隔板的水平位置對水平井最終含水率影響并不大。

因此在設(shè)計(jì)水平井井位的時候，要考慮水平井周圍滲透率的分布情況和隔板的位置，盡量做到讓水平井周圍的壓力分布均衡，最大程度地發(fā)揮隔板的作用。

2.5 隔板縱向位置的影響

為了研究隔板縱向位置對水平井含水率的影響，設(shè)計(jì)了5套方案，隔板長度和寬度取水平井長度，為175 m，滲透率為0.5×10-3μm2，水平距離為 0 m。以水平井中心為原點(diǎn)，隔板中心位置與水平井中心位置的縱向距離記為隔板的縱向位置，分別為0、2.8、5.6、8.4、11.2 m，模擬結(jié)果如圖6所示。隔板的縱向位置對水平井的含水率及水錐的抑制影響較大，距離越遠(yuǎn)，水錐就越容易突破隔板，而一旦突破，水錐就會迅速上升。總之，距離越遠(yuǎn)，見水時間越早，含水率上升越快，水錐抑制效果越差；而距離太近時，初期水平井的日產(chǎn)油量會略小于其他方案，這是因?yàn)榫嚯x太近，隔板會阻擋油的流動，從而影響初期產(chǎn)油量。

圖5 不同隔板水平位置下的含水率和累產(chǎn)油曲線

圖6 不同隔板垂直位置下的含水率和日產(chǎn)油曲線

綜合以上考慮，研究區(qū)塊水平井在隔板上方 2～3 m比較合適，既能有效抑制水錐的突進(jìn)，又能保證一定的產(chǎn)油能力。

3 結(jié) 語

(1) 通過數(shù)值模擬技術(shù)評價了凝膠隔板在抑制底水錐進(jìn)中的關(guān)鍵作用，隔板的存在會延緩見水時間，減緩含水率上升速度并達(dá)到增油的目的。

(2) 隔板的封堵效果并不是越強(qiáng)越有效，封堵效果太強(qiáng)會促進(jìn)二次水錐的形成，隔板滲透率介于基質(zhì)平均垂向滲透率的110 000～11 000為最佳。

(3) 隔板長度長于水平井水平段的長度，且寬度與長度一致，會得到較好的抑制水錐的效果，但長度、寬度過大時，其延緩水錐的效果差別不大。因此設(shè)計(jì)水平井時，水平段的長度應(yīng)盡量小于隔板的長度。

(4) 水平井段的水平位置應(yīng)盡量以隔板為基準(zhǔn)保持對稱，在縱向上應(yīng)盡量靠近隔板。

[1] 吳均,李良川,朱玉雙,等．底水油藏先期堵水技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2007,29(增刊1)：94-96．

[2] 李傳亮,楊學(xué)鋒.底水油藏的壓錐效果分析[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,25(5):45-46．

[3] 李曉林,周興武,金兆勛,等.影響稠油油藏底水錐進(jìn)的主要參數(shù)研究[J].特種油氣藏,2003,10(增刊1):56-58.

[4] MUSKAT M, WYCHOFF R D. An Approximate Theory of Water Coning in Oil Production [J]. Transactions of the AIME, 1935,114(1):144-163.

[5] KARP J C, LOWE D K, MARUSOV N. Horizontal Barriers for Controlling Water Coning [J]. Journal of Petroleum Technology, 1962,14(7):783-790.

[6] WELGE H J, WEBER A G. Use of Two-Dimensional Methods for Calculating Well Coning Behavior [J]. Society of Petroleum Engineers Journal,1964,4(4):345-355.

[7] SOBOCINSKI D P, CORNELIUS A J. A Correlation for Predicting Water Coning Time [J]. Journal of Petroleum Technology, 1965,17(5):594-600.

[8] WHEATLEY M J.An Approximate Theory of Oil Water Coning [G].SPE 14210MS,1985.

[9] HOYLAND L A, PAPATZACOS P,SKJAEVELAND S M. Critical Rate for Water Coning: Correlation and Analytical Solution [J].SPE Reservoir Engineering,1989,4(4):495-502.

[10] GUO B Y, LEE R L-H. A Simple Approach to Optimization of Completion Interval in OilWater Coning Systems [J]. SPE Reservoir Engineering,1993,8(4):249-255.

Study on the Effect of Gel Barriers to Horizontal Well Water Coning in Bottom Water Reservoir

SHENSiSUNTaoHUAKeliangYUANWeijie

(Engineering Technology Branch, CNOOC Energy Development Co. Ltd., Tianjin 300452, China)

In this paper the effect of gel barriers to horizontal wells water coning is simulated with numerical simulation. A numerical simulation model was established first, considering the influential factors, such as permeability, size and location of the barriers. It concludes that barriers can delay the coning time of horizontal wells, slow down water cut rising and increase oil production. If the permeability of the barriers is below the matrix permeability, its water coning can come earlier. If the length of barriers is the same as the horizontal well, it will get optimal result. The horizontal well location should be symmetric with the barriers in horizontal direction and be close enough to the barriers in vertical direction, about 2～3 meters.

bottom water reservoir; water coning; numerical simulation; gel barriers

2016-01-26

國家重大專項(xiàng)項(xiàng)目“海上大井距多層合采稠油油藏聚合物驅(qū)剩余油分布機(jī)理研究”(2011ZX05024-002-001)

沈思(1984 — )，男，工程師，研究方向?yàn)槿尾捎图坝筒財?shù)值模擬技術(shù)。

TE355.6

B

1673-1980(2016)05-0030-05