劉彥成王健劉彥武樂瀟蔣曙鴻張小龍

(1.西南石油大學(xué);2.西安石油大學(xué);3.山東省東營市仙河鎮(zhèn)海洋采油廠油氣集輸大隊)

雙層完井排液壓錐中油井產(chǎn)量的確定

劉彥成1王健1劉彥武2樂瀟1蔣曙鴻1張小龍3

(1.西南石油大學(xué);2.西安石油大學(xué);3.山東省東營市仙河鎮(zhèn)海洋采油廠油氣集輸大隊)

雙層完井排液壓錐是一種相對新穎而且有效的控制底水錐進的方法,在世界范圍內(nèi)得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。為了更好地將其技術(shù)應(yīng)用于開發(fā)底水油藏,針對Wojtanowic提出的開發(fā)底水油藏的新思維——雙層完井排液壓錐,對底水油藏油井的產(chǎn)量問題進行了研究,并理論推導(dǎo)出油井產(chǎn)量和油層厚度的關(guān)系,這對進一步做好底水油藏油井的生產(chǎn)管理工作和科學(xué)開發(fā)底水油藏有一定的指導(dǎo)意義。

底水油藏 底水錐進 完井排液 油井產(chǎn)量

底水油藏開發(fā)過程中,底水的天然能量使得底水油藏的采收率較高,但是當油井產(chǎn)量大于臨界產(chǎn)量時,底水就會上竄,甚至水淹,導(dǎo)致油井產(chǎn)量大幅度降低,對于該難題的認識已有100多年歷史。Smith C.L.和更早的學(xué)者們對底水錐進的原理進行過研究,發(fā)現(xiàn)底水錐進的形成是由于油井采液產(chǎn)生的壓力梯度造成的。如果底水錐進得不到合理的控制,水錐將使油井過早見水,并嚴重影響油井的正常生產(chǎn)[1]。

為了抑制底水錐進,可以采用以下措施:①控制油層射開程度[2];②節(jié)流壓錐 (即控制油井產(chǎn)量)[3];③關(guān)井壓錐[4];④人為注入堵劑形成隔板,阻止底水錐進[5];⑤雙層完井排液壓錐,主要有兩種技術(shù):井下水沉技術(shù) (DWS)和井下水循環(huán)技術(shù) (DWL)。為實現(xiàn)排水采油抑制底水錐進,DWS技術(shù)關(guān)鍵是采用一種特殊完井技術(shù)來實現(xiàn)油水界面上下流體的分別開采[6];然而由于DWS技術(shù)需要大量的舉升底水來實現(xiàn)壓錐采油的目的,所以大大增加了成本,同時底水的采出也損失了底水油藏的能量,使得開采效益降低。為解決上述難題而發(fā)展起來的一種新技術(shù),即DWL,它和DWS作用相同,但是不需要把水舉升到地面,同時水循環(huán)也使得地層能量損失降低,達到高效開采油藏的目的[7]。為此,本文就關(guān)于完井排液壓錐展開討論,并理論推導(dǎo)出油井的合理產(chǎn)量,這對于底水油藏的合理開發(fā)有著重要的現(xiàn)實意義。

1 理論推導(dǎo)

雙層完井排液壓錐技術(shù)的理論假設(shè)條件如下[6]:

圖1 DWS控制底水錐進示意圖

圖2 DWL控制底水錐進示意圖

◇滿足達西定律;

◇穩(wěn)定狀態(tài)和平面徑向流;

◇流體視為不可壓縮流體;

◇水平滲透率滿足:Kh=Kradial=Kx=Ky;

◇油層射孔段在油層的上部,水層射孔段在油水界面下部;

◇在水層中的滲流同樣也是平面徑向流;

◇沒有氣頂,只有原油和地層水的流動;

◇儲層有強水驅(qū)作用,即水層的厚度不隨時間變化;

◇hw、hx、hpw、hc等是儲層實際的參數(shù),是常數(shù);ho是油層的厚度,隨著開采的進行油層厚度在不斷下降,但是滿足條件:ho＞hc。

從圖和假設(shè)條件可知,為了使油水界面穩(wěn)定,頂部射孔段的分壓應(yīng)該滿足下式:

式中 ΔPtop——頂部油層射孔段處的壓力,MPa;

ΔPbot——底部油層射孔段處的壓力,MPa;

ΔPcow1——發(fā)生“水錐”突破油層時的臨界毛管壓力,MPa;

ΔPcow2——發(fā)生“油錐”突破水層時的臨界毛管壓力,MPa;

式中ρw——水相的密度,kg/m3;

ρo——油相的密度,kg/m3;

hw——水層的厚度,m;

hx——水層射孔段的高度,m;

hpw——水層的射開程度,m。

滿足達西定律條件下,平面徑向穩(wěn)定滲流的產(chǎn)量公式可表達為:

式中q——產(chǎn)液量,m3/d;

K——地層的滲透率,10-3μm2;

h——儲層的厚度,m;

pe——地層壓力,MPa;

pwf——井底壓力,MPa;

μ——液體黏度,mPa·s;

B——流體的體積系數(shù),m3/m3;

re——油層的半徑,m;

rw——油井的半徑,m;

代入頂部 (油層)和底部 (水層)射孔段處的壓力于式 (4)中得到:

式中qtop——油層段產(chǎn)油量,m3/d;

Bo——原油的體積系數(shù),m3/m3;

Ko——油層的滲透率,10-3μm2;

μo——油相黏度,mPa·s。

則

式中qbottom——水層段的產(chǎn)水量,m3/d;

Bw——水的體積系數(shù),m3/m3;

Kw——水層的滲透率,10-3μm2;μw——水相黏度,mPa·s。

設(shè)避水高度hc,hc=ho-hop;避油高度hd,hd=hw-hx-hpw;ρw-ρo=Δρ代入式 (7)得到:

在實際生產(chǎn)中由于儲層原油的不斷開采,使得原油產(chǎn)量也隨之變化。將式(9)關(guān)于ho求一階導(dǎo),并求出使q′top=0的ho的值,推導(dǎo)如下:

當qbottom的值一定時 (即泵提供的功率一定時):由式 (10)可知qtop和ho滿足線性關(guān)系。隨著開采的進行,ho在不斷下降,所以qtop也應(yīng)該降低,以滿足抑制底水的條件,從而保證油井持續(xù)、高效地生產(chǎn)。

2 應(yīng)用舉例

以塔里木盆地砂巖底水油藏某油井為例,其油井參數(shù)如下:

qtop=37 m3/d,qbottom=111 m3/d,M=5,ho=30 m,hw=12 m,hc=16 m,hpo=4 m,hd= 4 m,Bo=1.25,Bw=1.03,Δρ=0.15×103kg/ m3,μo=25 mPa·s,K=0.35μm2,φ=0.17,re=400 m,rw=0.1 m,2年后油層的厚度降為:ho=25 m,同時也滿足ho＞hc。

故根據(jù)式 (9)計算得出油井的產(chǎn)量為:30.83 m3/d。

3 結(jié)論

(1)研究了無隔板底水油藏油井中抑制底水錐進的方法,同時指出了在雙層完井排液中油井產(chǎn)量隨時間的變化關(guān)系,以及不同的油層厚度對油井產(chǎn)量的影響。

(2)并理論推導(dǎo)出油井產(chǎn)量和油層厚度的關(guān)系,對科學(xué)地開發(fā)底水油藏有一定的指導(dǎo)作用和現(xiàn)實意義。

[1]Leonid M Surguchev.Water shut-off:simulation and laboratory evaluation:SPE 50609[R],1998.

[2]李傳亮.帶隔板底水油藏油井射孔井段的確定方法[J].新疆石油地質(zhì),2004,25(2):199-201.

[3]李傳亮.帶隔板底水油藏油井見水時間預(yù)報公式[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),1997,16(4):49-50.

[4]李傳亮.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):45-47.

[5]范鳳英.化學(xué)凝膠隔板阻斷底水錐進礦場試驗[J].鉆采工藝,2003,26(4):86-89.

[6]Fia Adhl Utama.An analytical model to predict segregated flow in the downhole water sink completion and anisotropic reservoir:SPE 120196[R],2008.

[7]L Jin.An analytical model for water coning control installation in reservoir with bottom water:PETSOC [R],2009.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.11.005

2010-01-18)