白健華，尚寶兵，吳華曉，方濤，戚亞東

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 塘沽 300459)

水平井技術(shù)作為新油田產(chǎn)能建設(shè)、老油田調(diào)整挖潛、實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)的一項(xiàng)重要技術(shù)，已得到了廣泛的推廣應(yīng)用[1,2]。但是隨著開發(fā)時(shí)間的延長，水平井生產(chǎn)也逐漸暴露出一些問題，如水平井出砂、作業(yè)費(fèi)用高、水平井出水等[3,4]。特別是邊底水油藏水平井，受儲層非均質(zhì)性、避水高度變化、生產(chǎn)制度調(diào)整等因素的影響，產(chǎn)液剖面分布不均，易出現(xiàn)過早見水的現(xiàn)象[5]。系統(tǒng)分析產(chǎn)液剖面分布規(guī)律及其影響因素，有利于延緩邊底水的突進(jìn)，提高水平井的開發(fā)效果，且可為水平井的調(diào)剖堵水提供依據(jù)[6]。因此，有必要利用已有的有限資料如鉆井及測井資料，快速地對水平井產(chǎn)液剖面進(jìn)行預(yù)測研究，找出水平井的出水部位。針對水平井產(chǎn)液剖面及出水規(guī)律，國內(nèi)外學(xué)者分別通過理論分析和數(shù)值模擬等方法開展了研究，探究地質(zhì)油藏、水平井完井、生產(chǎn)制度等因素對水平井出水的影響。如Chaperon[7]研究了各向異性地層的水脊變化規(guī)律，Papatzacos等[8]解決了水平井底水脊進(jìn)見水時(shí)間的預(yù)測問題，Souza等[9]利用所建立的數(shù)學(xué)模型研究了水平井底水脊進(jìn)突破時(shí)間以及突破后流體的流動(dòng)狀態(tài)，并與eclipse模擬的結(jié)果進(jìn)行了對比。周代余等[10]以現(xiàn)場實(shí)際井組為例建立地質(zhì)模型，分析了水平井水淹動(dòng)態(tài)特征差異及其影響因素。王慶等[11]的研究表明非均質(zhì)性對見水井段的位置和產(chǎn)液產(chǎn)油沿井段的分布有較大影響。

以往的研究都是在特定的地質(zhì)油藏參數(shù)條件下進(jìn)行的，難以直接指導(dǎo)實(shí)際特定油田的產(chǎn)液剖面分布規(guī)律預(yù)測；此外，針對產(chǎn)液強(qiáng)度、隔夾層等的影響研究較少。本文在已有研究基礎(chǔ)上，以海上S油田實(shí)際油藏參數(shù)為基礎(chǔ)，建立底水油藏模型，全面研究了水平井長度、原油黏度、鉆井污染、采液速度、避水高度、各向異性、平面非均質(zhì)性、隔夾層位置等因素對產(chǎn)液剖面的影響規(guī)律，可為該井的生產(chǎn)制度調(diào)整、控水方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 油藏模型的建立

海上S油田為典型的邊底水油藏，主要采用定向井和水平井開發(fā)，油田開發(fā)時(shí)間較長，基礎(chǔ)資料較為完備。隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長，油田部分水平井呈現(xiàn)出邊底水突破、含水快速上升的問題。因此此處以本油

田的物性參數(shù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)值模擬方法對水平井的產(chǎn)液剖面變化開展了研究。本研究建立的模型基本參數(shù)如下：長800 m，寬520 m，頂深1400 m，油水界面1435 m，孔隙度25%，水平氣測滲透率500 mD，垂向滲透率與水平滲透率的比值為0.1，原油黏度40 mPa·s，底水模型如圖1所示。

圖1 水平井模型

模型網(wǎng)格采用40 m×26 m×40 m網(wǎng)格系統(tǒng)，X、Y方向的步長均為20 m，Z方向的步長為1 m。水平井長度為600 m，位于油藏中上部，距離油水界面25 m。

2 水平井產(chǎn)液剖面影響因素分析

基于建立的底水油藏水平井模型，研究了水平井長度、原油黏度、表皮系數(shù)(表皮系數(shù)用S表示，若S>0，表示井底有堵塞產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)；若S<0，表示增產(chǎn)措施改善了井底周圍滲透性能，降低了井底流動(dòng)阻力)、采液速度、各向異性(PERMX、PERMY、PERMZ分別代表儲層在X、Y、Z方向的滲透率)等8個(gè)因素對水平井產(chǎn)液剖面的影響規(guī)律。各因素取值情況如表1所示。

表1 產(chǎn)液剖面影響因素敏感性分析

2.1 水平井長度的影響

設(shè)置水平段長度分別為200、400、600 m，研究水平段長度對產(chǎn)液剖面的影響。如圖2所示，在水平井產(chǎn)液量一定的情況下，水平段長度越長，產(chǎn)液剖面越均勻且水脊上升越緩慢，越有利于延緩水平井含水上升速度。

a 200 m b 400 m c 600 m

2.2 原油黏度的影響

設(shè)置原油黏度為10、50、100 mPa·s，研究原油黏度對產(chǎn)液剖面和含水率的影響。如圖3所示，原油黏度越大，則生產(chǎn)壓差越大，底水脊進(jìn)越快，見水越早；隨著原油黏度的增加，跟端和趾端液流量逐漸減少，中間逐漸增大。且模擬結(jié)果表明，隨著原油黏度的增大，水平井的穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間縮短，產(chǎn)量遞減加快，見水時(shí)間縮短，含水上升加快。

2.3 鉆井污染的影響

設(shè)置表皮系數(shù)S為0、20、40，研究鉆井污染對產(chǎn)液剖面的影響。如圖4所示，隨著表皮系數(shù)的增大，底水脊進(jìn)變緩，產(chǎn)液剖面流量降低，液量難以維持；表皮系數(shù)較小時(shí)，見水早，產(chǎn)液剖面為凸型；表皮系數(shù)較大時(shí)，見水晚，產(chǎn)液剖面為凹型。

a S=0 b S=20 c S=40

2.4 采液速度的影響

設(shè)置采液速度為200、400、600、800、1000 m3/d，研究采液速度對產(chǎn)液剖面的影響。如圖5所示，采液速度越大，跟趾端與井筒中間液量差別越大；生產(chǎn)壓差越大，井筒的流入剖面越不均勻。隨著采液速度的增大，穩(wěn)產(chǎn)期變短，但是日產(chǎn)油量大，累產(chǎn)油量高，以液帶油作用明顯；低采液速度見水時(shí)間長，含水上升慢，但是見水后，產(chǎn)油量同樣迅速遞減。

圖5 不同采液速度下的產(chǎn)液剖面

2.5 避水高度的影響

設(shè)置避水高度為5、15、25 m，研究避水高度對產(chǎn)液剖面的影響。如圖6所示，避水高度增大，井筒流入剖面油量增加，底水脊進(jìn)到井筒延緩，壓力補(bǔ)充緩慢，生產(chǎn)壓差大；避水高度越大，產(chǎn)液剖面越不均勻，跟趾端效應(yīng)越明顯。對于強(qiáng)底水油藏，避水高度越大，則穩(wěn)產(chǎn)期越長，見水越晚，含水上升越慢，累產(chǎn)油量越高，開發(fā)效果越好。

圖6 不同避水高度下的產(chǎn)液剖面

2.6 各向異性的影響

設(shè)置垂向滲透率與水平滲透率的比值分別為0.2、0.4、0.6、0.8，研究儲層各向異性對產(chǎn)液剖面的影響。如圖7所示，垂向滲透率與水平滲透率的比值越大，底水脊進(jìn)越快，壓力供給越充足，壓力剖面越均勻，井筒流入剖面油量越少、水量越多；產(chǎn)油剖面跟趾端與中間段差異減小，產(chǎn)液剖面由凸型過渡到凹型。

圖7 不同垂向滲透率與水平滲透率比值下的產(chǎn)液剖面

2.7 平面非均質(zhì)性的影響

保持平均滲透率相同的情況下，研究了平面非均質(zhì)性對產(chǎn)液剖面的影響。如圖8所示，平面非均質(zhì)性越強(qiáng)，則高滲條帶部位底水脊進(jìn)越快，能量越充足，生產(chǎn)壓差越小，產(chǎn)油量越高；高滲條帶集中分布在水平井中間部位時(shí)見水最快，生產(chǎn)效果最差。

圖8 平面非均質(zhì)性不同情況下的產(chǎn)液剖面

2.8 隔夾層位置的影響

設(shè)置夾層中心與水平井跟端距離為0、100、300、500、600 m(夾層長度為水平井長度的1/3，與水平井筒的垂直距離為10 m)，研究隔夾層位置對產(chǎn)液剖面的影響。如圖9所示，根據(jù)模擬，存在隔夾層的部位，井筒流入剖面產(chǎn)油量大，產(chǎn)水量少，生產(chǎn)壓差大。由流線圖可以看出，隔夾層沿水平井筒分布，可以使脊進(jìn)的底水發(fā)生繞流，抑制底水直接突進(jìn)到井筒，降低含水率，有效提高底水油藏的開發(fā)效果。因此對于底水油藏，當(dāng)存在隔夾層時(shí)，能夠抑制含水率的上升，增大產(chǎn)油量；隔夾層越靠近水平井兩端，含水上升越快，水平井產(chǎn)能越低；隔夾層位于水平井中部，抑制底水突進(jìn)效果最好。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)數(shù)值模擬研究結(jié)果，水平井長度越長、鉆井污染產(chǎn)生的表皮越大，水平井的產(chǎn)液剖面越均勻，此時(shí)水平井邊底水呈現(xiàn)均勻推進(jìn)的形態(tài)，有利于減緩水平井的含水上升速度。(2)原油黏度越大、采液速度越大、避水高度越小、各向異性越強(qiáng)、平面非均質(zhì)性越強(qiáng)，則產(chǎn)液剖面越不均勻，地層產(chǎn)液最先沿易流動(dòng)通道產(chǎn)出，此時(shí)邊底水易產(chǎn)生局部突進(jìn)；不同的隔夾層分布對產(chǎn)液剖面的影響不同，當(dāng)隔夾層位于水平井底部中間位置時(shí)，隔夾層形成了遮擋作用，產(chǎn)液剖面呈現(xiàn)兩端高、中間低的形態(tài)，此時(shí)抑制邊底水效果最好。對于實(shí)際水平井，可結(jié)合實(shí)際井沿井身的滲透率分布、避水高度變化等因素，確定可能的出水位置，從而有針對性地開展堵控水工藝。(3)根據(jù)分析，當(dāng)產(chǎn)液強(qiáng)度增大時(shí)，產(chǎn)液剖面分布越不均勻，中間段的產(chǎn)液貢獻(xiàn)越大。雖然邊底水突破時(shí)間提前，但水平井總體產(chǎn)油量升高，以液帶油效果明顯。

目前的分析結(jié)果只是基于數(shù)值模擬方法得出，由于現(xiàn)場對于實(shí)際生產(chǎn)井通過生產(chǎn)測井等方法實(shí)際確定產(chǎn)液剖面的井較少，因此還未有合適的井將理論預(yù)測結(jié)果與實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證。后續(xù)針對實(shí)際水平井，將進(jìn)一步結(jié)合各種影響因素完善產(chǎn)液剖面預(yù)測方法，以更好地指導(dǎo)水平井生產(chǎn)調(diào)整和堵控水工藝的實(shí)施。