劉懷珠， 李良川， 吳 均， 周 燕， 岳湘安

（1.冀東油田鉆采工藝研究院，河北唐山063004；2.中國石油大學石油工程學院，北京102249）

利用水平井物理模型進行底水油藏開采物理模擬實驗，較之理論方法能夠更加真實地再現實際油藏或油井中流體的流動特征［1］。底水油藏的開采過程中，水平井往往很快見水甚至嚴重水淹［2－4］?，F有的水平井理論研究主要集中在如何布井、影響水平井產能的因素、水脊位置與形狀等方面［5－11］。關于對底水油藏水平井出水規(guī)律的影響國內主要以數值模擬研究較多［12］，所參考的物理模型都較為簡單［13－14］。而利用三維物理模型來模擬和評價底水油藏水平井出水規(guī)律的實驗國內尚處于初步階段［15－16］。最好的三維物理模擬方法是針對某一具體的油藏狀況建立對應的參數比例模型進行模擬試驗研究，將會對研究實際油藏水平井出水規(guī)律、預測水錐位置、堵水工藝選擇和評價具有重要參考價值。制作了底水油藏水平井三維物理模型，并在該模型上對水平井出水規(guī)律進行了模擬實驗研究。

1 實驗模型

實驗壓制長、寬、高為70cm×10cm×5cm的儲層模型，模型頂部中間位置開3mm×3mm深的凹槽，中間填充細篩管模擬水平井通道，篩管水平井長70cm，井徑2.5mm，跟端位于模型右側，距出口端18，35，58，69cm處布置4個測壓點，監(jiān)測水平井筒內的壓力梯度變化，在模型底部建立底水驅動系統。

實驗流體為白油和模擬地層水，白油25℃時密度0.96g／cm3，粘度66mPa·s，模擬地層水礦化度為1 600mg／L。

實驗模擬5種不同井身結構的水平井，見表1。

表1 不同模型的井身結構Table 1 Well trajectory of different horizontal well model

2 實驗步驟

①底水油藏水平井三維物理模型抽真空24h。

②取礦化度為1 600mg／L的地層配伍水，從底水處的5個飽和點和水平井上的5個測壓點飽和水。再通過平流泵泵入地層水，直至水從水平井上的5個測壓點分別流出。計算其孔隙體積和孔隙度。

③ 配制與地層溫度60℃下粘度相似的白油（66mPa·s）。以0.2mL／min的驅替速度飽和油以制造束縛水，用六通閥將中間容器與水平井身上5個測壓點相連接，直至水平井上的5個測壓點水平井出口分別連續(xù)出油為止。計算飽和油體積及含油飽和度。

就能得出奇異值差分譜序列的峰值譜N,以及相應的重構階數.如差分譜峰值dk,以角標數字k找出奇異值序列中的對應峰值σk,即在k值前的奇異值變化較大,而之后的奇異值將接近于某一值后穩(wěn)定.說明峰值σk是信號與噪聲的分界點,此時取k值前的奇異值重構信號,該信號就是降噪處理后的真實振動特征數據.

④以泵速4mL／min注入，用六通閥將中間容器與底水5點相連接，水平井出口接量筒分段時間計量，至含水率98%。其間記錄井身壓力梯度和各飽和度測點處的含油飽和度變化。計算含水率。

3 底水驅出水準數的建立

從底水驅水平井開采的理論研究入手，建立統一的、具有普適性的表征出水規(guī)律的準數（無量綱參數團）。該準數的意義在于將影響水平井出水規(guī)律、出水部位的諸多因素包含在一個無量綱的參數團——出水動態(tài)準數中，無論是總的含水變化還是出水部位均與該準數具有很好的相關性。即對于哪些影響因素很多、難以找到明顯規(guī)律的實驗數據，利用該準數整理后，可以顯示出很好的規(guī)律；不同條件下的出水部位也可以用該準數統一地判別。

在實際底水油藏中，現場有很多復雜因素，判斷影響水平井出水規(guī)律非常困難。出水規(guī)律主要敏感因素包括井身結構因素如套管漏失、管外竄流等，油藏因素包括如底水、裂縫、高滲透層、粘滯力／重力、密度差、油水粘度比等因素互相作用。在實驗技術可以實現條件下，利用儲層厚度、滲透率分布，水平井井眼軌跡位置、狗腿深度，水體驅替壓差，油水粘度等主要參數建立出水準數。

設在沿水平井井筒各點處的壓力為pi，對應儲層截面處的滲透率和孔隙度分別為ki，φi，底水至井筒的油層厚度為hi、原油和水（驅油劑）的粘度分別為μoi，μsi。設底水驅油過程中xi處的驅替前緣位于zi，前緣推進速度為

若ksi＝koi＝ki，

油水界面運移至hi處（突破）所需要的時間ti可由公式（2）變形積分得到

如果油層均質，且水平井與底水面平行，水驅前緣與水平井平行推進，運移至hi的時間為

底水驅出水準數Tw定義為：整個水平井的水驅前緣平均突破時間ˉt與水平井各點的水驅前緣突破時間ti之比。

顯然，底水驅出水準數在水平井方向上分布越均勻，開采過程中水驅前緣推進越均勻，越不容易形成水脊，底水的波及效率越高；反之，易于在突進準數Tw最大處發(fā)生水竄，含水急劇上升，甚至導致暴性水淹。

4 底水驅出水準數的驗證

以底水開采PV數為橫坐標，以計算出的4個井筒壓力監(jiān)測點出水準數為縱坐標繪制出水準數動態(tài)分布圖。

以模型底水開采結束后，含水飽和度接近100%時，模型縱向上的3層含水飽和度點取飽和度平均值為縱坐標，以模型橫向7個點的空間分布為橫坐標作含水飽和度空間分布圖；將4個井筒壓力監(jiān)測點所在位置為橫坐標，其底水開采結束后的出水準數為縱坐標作底水驅出水準數空間分布圖。

4.1 標準水平井底水驅出水部位預測

圖1為標準水平井底水驅出水準數分布及含水飽和度分布圖。

Fig.1 Bottom water drive number and water saturation distribution diagram of standard horizontal well圖1 標準水平井底水驅出水準數分布及含水飽和度分布

從圖1可以看出，標準水平井底水開采時，跟端的底水突進準數遠高于其他各段。底水驅至含水接近100%時，跟端至趾端平均出水準數為1.704，0.970，0.642，0.682。出水準數和含水飽和度都是水平井跟端處值最高，用底水驅出水準數預測的出水部位與實測含水飽和度點所反映出水部位完全吻合。

4.2 水平井不同井眼軌跡出水部位預測

圖2為水平井不同軌跡的底水驅出水準數分布及含水飽和度分布圖。圖2（a），2（c）分別為狗腿3 cm距離跟端10cm、狗腿3cm距離跟端35cm底水驅出水準數分布及含水飽和度分布，圖2（b），2（d）分別為狗腿5cm距離跟端10cm、狗腿5cm距離跟端35cm底水驅出水準數分布及含水飽和度分布。

Fig.2 Bottom water drive number and water saturation distribution diagram of different well trajectory horizontal well圖2 不同井眼軌跡水平井底水驅出水準數分布及含水飽和度分布

圖2中可以看出水平井不同軌跡底水驅出水準數分布和含水飽和度分布絕大多數都是一致的，底水驅出水準數預測的出水部位與實測含水飽和度點所反映出水部位完全吻合。從圖1，2（a），2（b）和圖2（c），2（d）可以看出隨著狗腿深度的增加，狗腿處的底水驅出水準數在逐漸增大，含水飽和度分布圖中反映出狗腿深度對含水飽和度的影響越來越明顯。

圖2（a）中，水平井狗腿3cm距離跟端10cm，底水開采至接近含水100%，含水飽和度和出水準數都是水平井跟端處遠高于其他各段，二者反映出的出水部位完全吻合。跟端至趾端底水突進準數為3.762，0.791，0.688，0.676。跟端處底水突進準數3.762大于標準水平井跟端底水突進準數1.704，在水平井跟端處表現為更易出水和水淹。

圖2（b）中，水平井狗腿5cm距離跟端10cm，含水飽和度和出水準數都是水平井跟端處遠高于其他各段，二者均反映出水平井跟端出水。跟端至趾端底水突進準數為7.925，0.989，0.552，0.477。相對狗腿3cm，跟端含水飽和度和底水突進準數更高，在水平井跟端處表現為更易出水和水淹。

圖2（c）中，水平井狗腿3cm距離跟端35cm，含水飽和度表現為水平井跟端和中部出水，跟端至趾端底水突進準數為1.330，2.092，0.842，0.801，中部高于其他各段，反映出水平井中部出水，整體出水趨勢較緩。

圖2（d）中，水平井狗腿5cm距離跟端35cm，含水飽和度和出水準數都是水平井中部處遠高于其他各段，二者均反映出水平井中部出水。跟端至趾端底水突進準數為1.240，3.984，0.867，0.895。相對狗腿3cm，中部含水飽和度和底水突進準數更高，水平井中部更易出水和水淹。

綜上所述，通過標準水平井、斜水平井以及不同井身軌跡水平井底水驅實驗得出的結果與底水驅出水準數吻合度很高，該準數可以用來作為底水油藏水平井實際開采過程中出水部位判斷的依據。

5 結束語

（1）利用建立的底水油藏水平井三維物理模型研究了不同井身軌跡水平井底水驅出水規(guī)律，在底水油藏中狗腿處的含水飽和度明顯高于其他位置，隨著狗腿深度的增加，狗腿處的含水飽和度越來越高。

（2）根據底水驅水平井開采理論建立了底水驅出水準數。該準數預測的出水部位與實驗結果完全吻合，證明了底水驅出水準數的準確性，為后續(xù)的調剖堵水措施的優(yōu)化提供了依據，在水平井實際開采過程中，還可以根據底水驅出水準數，通過控制水平井段各段的產液量來提高水平井單井產量，從而優(yōu)化水平井開采方式。

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