常元昊，樂(lè)平，姜漢橋，劉傳斌，高亞軍，王依誠(chéng)

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500）

底水油藏多分支水平井水脊規(guī)律

常元昊1，2，樂(lè)平2，姜漢橋1，劉傳斌1，高亞軍1，王依誠(chéng)1

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500）

多分支水平井技術(shù)在延緩底水和氣頂?shù)募惯M(jìn)速度、提高油氣井產(chǎn)量等方面作用明顯，但在底水油藏開發(fā)中水脊問(wèn)題仍然不可避免。文中利用數(shù)值模擬方法，建立了底水油藏多分支水平井模型，并分析了底水突破位置與發(fā)展情況的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：分支水平井底水突破位置主要為主支跟端附近以及處于中間的匯點(diǎn)部位附近，具體位置主要取決于分支角度、分支位置以及避水高度。合理產(chǎn)量隨著分支數(shù)目與分支長(zhǎng)度的增加而增加，且兩者的影響程度較大；而分支位置與分支角度對(duì)合理產(chǎn)量的影響程度較小，其中合理產(chǎn)量隨分支角度的增大先增加后減少。

底水油藏；多分支水平井；數(shù)值模擬；水脊

0　引言

在底水油藏開采過(guò)程中，水脊是影響開發(fā)效果的重要因素［1］。隨著鉆完井技術(shù)的發(fā)展和三維地震技術(shù)的普及，分支水平井技術(shù)迅速發(fā)展，它在增大油氣藏泄油面積、提高油氣井產(chǎn)量、延緩底水和氣頂?shù)募惯M(jìn)速度以及合理利用油層的能量等方面均有突出作用［2］。因此，開展底水油藏分支水平井水脊的研究對(duì)適應(yīng)分支水平井技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)水平井的水脊現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛的研究，如利用數(shù)值模擬方法研究了水平井的水淹規(guī)律［3-8］，通過(guò)三維物理模擬系統(tǒng)研究了水脊的動(dòng)態(tài)規(guī)律［9-10］，進(jìn)而建立了穩(wěn)定滲流下底水突破的相關(guān)理論體系［11-16］。但對(duì)于多分支水平井水脊現(xiàn)象的研究卻并不多見。本研究運(yùn)用數(shù)值模擬方法，建立了底水油藏魚骨型分支水平井的基礎(chǔ)模型，依據(jù)數(shù)值模擬圖像分析了分支角度、分支位置、分支長(zhǎng)度以及避水高度對(duì)底水突破位置的影響規(guī)律；同時(shí)，對(duì)底水突破后的發(fā)展情況進(jìn)行了定量分析，研究了合理產(chǎn)量隨多分支水平井參數(shù)改變的變化規(guī)律。

1　底水油藏理論模型的建立

本研究綜合考慮了某油田的實(shí)際情況，以某油田某區(qū)塊的地質(zhì)參數(shù)為基礎(chǔ)建立了合理的地質(zhì)模型。同時(shí)，確定數(shù)值模擬模型所必需的基礎(chǔ)參數(shù)，并在油藏底部設(shè)有解析水體以模擬底水。

1.1理論模型基本參數(shù)

分支水平井理論模型的基本參數(shù)見表1。

1.2網(wǎng)格劃分

X，Y方向網(wǎng)格數(shù)分別為90和80，Z方向網(wǎng)格數(shù)為21。X，Y方向網(wǎng)格步長(zhǎng)均為10 m，Z方向上前20層為2 m，第21層為10 m。分支水平井分布在油藏上部第10層。

2　底水突破位置的影響因素

分支水平井底水突破位置大致位于主支與分支連接附近的夾角區(qū)域內(nèi)。其機(jī)理為，該區(qū)域單位體積的地層流入井筒的流體相對(duì)更多，因而產(chǎn)生了更大的垂向壓力梯度，使該區(qū)域底水優(yōu)先突破。而分支水平井底水突破的具體位置則隨不同因素的變化而變化。

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，將分支角度、分支位置（以第1分支與主支跟端的距離和分支間距的關(guān)系為代表）、分支長(zhǎng)度以及避水高度作為底水突破位置的影響因素進(jìn)行分析。選用井筒直徑0.12 m、分支間距90 m、5分支、分支角度30°以及分支長(zhǎng)度150 m的魚骨分支水平井為基礎(chǔ)模型。

2.1分支位置

圖1a中，第1分支與主支跟端的距離為50 m，分支間距180 m，主支跟端附近率先見水；而圖1b中，第1分支與主支跟端的距離為200 m，分支間距130 m，處于中間的匯點(diǎn)附近率先見水。由此可見：在其他因素不變時(shí)，當(dāng)?shù)?分支與主支跟端的距離明顯大于分支間距時(shí)，底水總是傾向在處于中間的匯點(diǎn)附近率先突破；反之，當(dāng)?shù)?分支與主支跟端的距離明顯小于分支間距時(shí)，則底水傾向在主支跟端附近突破。

2.2分支角度

圖2a是一個(gè)5分支水平井，分支角度為90°，且第1分支與主支跟端的距離等于分支間距，可明顯看出主支跟端附近率先見水；圖2b同樣為5分支水平井，所處油藏條件完全一樣，且第1分支與主支跟端的距離等于分支間距，但分支角度為45°，但可明顯發(fā)現(xiàn)其見水位置出現(xiàn)于中間的匯點(diǎn)附近。

由此可見：當(dāng)其他因素不變，且第1分支與主支跟端的距離相較分支間距差別不大時(shí)，分支角度的大小起關(guān)鍵作用。即分支角度越小，則越會(huì)在處于中間的匯點(diǎn)附近優(yōu)先見水。然而，與分支位置因素相比，分支角度對(duì)底水突破的影響作用較小。

2.3分支長(zhǎng)度

圖3是在圖2b分支水平井基礎(chǔ)上，將其分支長(zhǎng)度變長(zhǎng)為400 m的示意圖。

由圖3可以看出，底水突破位置稍向右移?？梢?，在其他因素保持不變的情況下，改變分支長(zhǎng)度，會(huì)使水突破位置隨長(zhǎng)度變化出現(xiàn)移動(dòng)，但移動(dòng)程度不大。

2.4避水高度

避水高度即分支水平井與油水界面的距離。圖4為分支水平井其他參數(shù)以及油藏參數(shù)均一致，避水高度分別為30，25，20 m時(shí)的底水突破示意圖。

由圖4可以看出，隨著避水高度的減小，底水突破位置由處于中間的匯點(diǎn)附近逐漸轉(zhuǎn)移至主支跟端附近。即隨著該距離的縮小，底水更傾向在主支跟端附近率先見水。

3　分支水平井參數(shù)對(duì)合理產(chǎn)量的影響

水脊形成后，其發(fā)展速度影響水平井開采動(dòng)態(tài)和效果。水脊發(fā)展速度越快，水平井見水時(shí)間越早，含水率上升越快。在本次研究中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，將采出程度達(dá)到25%時(shí)的產(chǎn)油量確定為合理產(chǎn)量，以此作為分支水平井參數(shù)優(yōu)選的依據(jù)。已有的研究發(fā)現(xiàn)，選用不對(duì)稱型分支水平井進(jìn)行油藏開采更加有利，故針對(duì)不對(duì)稱的分支水平井分支長(zhǎng)度、分支數(shù)目、分支角度以及分支位置4個(gè)因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析其對(duì)于合理產(chǎn)量的影響趨勢(shì)。

3.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)上述4個(gè)因素進(jìn)行四因素四水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)方案見表2，數(shù)值模擬所得結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表3（表中：A為第1分支與主支跟端的距離，B為分支數(shù)目，C為分支長(zhǎng)度，D為分支角度）。

3.2極差法分析影響趨勢(shì)

利用極差法分析合理產(chǎn)量，結(jié)果見表4。

從表4可以看出，第1分支距主支跟端100 m、分支數(shù)目為5、分支長(zhǎng)度為250 m以及分支角度為45°的分支水平井，參數(shù)組合為最優(yōu)組合。由于RC＞RB＞RA＞RD，故知分支長(zhǎng)度影響最大，其次是分支數(shù)目，而第1分支與主支跟端的距離（代表分支位置）以及分支角度的影響較小。

由表4還可以看出：隨著分支長(zhǎng)度的增大與分支數(shù)目的增多，合理產(chǎn)量（m值）呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且增幅較大，能夠達(dá)到50%左右；合理產(chǎn)量隨第1分支距主支跟端距離的增大呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，但波動(dòng)幅度較小，一般不超過(guò)15%；分支角度的影響幅度非常小，僅僅在3%左右，整體趨勢(shì)為隨著分支角度的增大，合理產(chǎn)量先變大后逐步減小。

4　結(jié)論

1）利用數(shù)值模擬方法，從圖像角度分析了底水油藏魚骨分支水平井底水突破位置的變化情況。底水突破位置，主要集中在主井筒跟端附近或主井筒上中間處的匯點(diǎn)附近，其影響因素主要為分支角度、分支位置以及避水高度。除此之外，分支長(zhǎng)度對(duì)底水突破的位置也有一定影響，但影響較小。

2）針對(duì)水脊發(fā)展的影響情況，分析了分支水平井參數(shù)對(duì)合理產(chǎn)量的影響趨勢(shì)。所研究的4個(gè)主要參數(shù)中，分支數(shù)目與分支長(zhǎng)度影響明顯，且均與合理產(chǎn)量正相關(guān)，而分支位置與分支角度對(duì)合理產(chǎn)量的影響程度較??；因此，在利用分支水平井進(jìn)行開發(fā)時(shí)，分支水平井參數(shù)的合理選取是減緩底水脊進(jìn)速度的關(guān)鍵因素。

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（編輯李宗華）

Laws of water cone of multilateral horizontal well in bottom water reservoir

CHANG Yuanhao1，2，YUE Ping2，JIANG Hanqiao1，LIU Chuanbin1，GAO Yajun1，WANG Yicheng1
（1.College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.School of Oil and Natural Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

Multilateral horizontal well have obvious effects on delaying the speed of water coning for bottom-water and gas-cap and raising the production，but water coning is still an inevitable problem during the exploitation.Using numerical simulation methods，the model of multilateral horizontal well with bottom-water reservoir is built，and the changings of the bottom-water breakthrough position and developing situation are analyzed.The results show that bottom-water breakthrough position for multilateral horizontal well is mainly near the heel of main branch or near the middle sinks，the exact position is decided by branch angle，branch position and the height of water avoidance.Branch number and branch length share a positive correlation with reasonable output，and these two factors have great influence；branch angle and branch position have less effects，and with increase of branch angle，the reasonable output increases first and then decreases.

bottom water reservoir；multilateral horizontal wells；numerical simulation；water cone

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“考慮啟動(dòng)條件和井筒壓降的底水油藏分支水平井水脊耦合模型”（51404201）；中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題“底水油藏多分支井出水部位和見水時(shí)間預(yù)測(cè)模型”（PRP/open 1501）

TE349

A

10.6056/dkyqt201604020

2015-10-23；改回日期：2016-05-09。

常元昊，男，1993年生，在讀碩士研究生，從事油氣藏工程相關(guān)方面研究。E-mail：691720562@qq.com。

引用格式：常元昊，樂(lè)平，姜漢橋，等.底水油藏多分支水平井水脊規(guī)律［J］.斷塊油氣田，2016，23（4）：501-504.

CHANG Yuanhao，YUE Ping，JIANG Hanqiao，et al.Laws of water cone of multilateral horizontal well in bottom water reservoir［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：501-504.