水平井开采底水油藏水脊脊进规律的物理模拟.pdf

5 9 0 2 0 0 7 年 1 O月 石油勘探与开发 PETROI EUM EXPI ORATI ON AND DEVEI OPM ENT Vo1 ．3 4 No． 5 文章编号 1 0 0 0 0 7 4 7 2 0 0 7 0 5 0 5 9 0 0 4 水 平井开 采底水油藏水脊脊进规律 的物理模 拟 王 家禄 ，刘玉章 ，江如意，官长质 中国石油勘探开发研究院 基金项 目国家重点基础研 究发展 规划项 目 G1 9 9 9 0 2 2 5 摘要 采用现代 电子摄像监视技术和流 动测试 手段， 建 立水平井二维物理模拟 系统 ， 观察水平 井开采底 水油藏 时水 脊脊进 过 程， 研究水脊形成 与发展机理 、 见水时间和采收率的 变化规律 。水 平段长 度较小 时， 较 短 时间 内就形 成 了水 脊， 水脊 的 两翼比较陡， 油水界面变形较大。水平段长度较长 时， 水脊形成 时间推迟 ， 两翼逐 渐变缓且 对称分 布。随着水平 段长度增 加 ， 水平井生产 时见水 时间推迟 ， 无水采 收率和最终采收 率增加 。水 平段长度 相 同时， 随实验压 差增 大， 底 水脊进形 成水 脊时间提 前， 水脊 的发展速度加快 ， 水平井见水 时间提前 ， 水脊 两翼界面变陡， 无水采收率和最终采 收率减 小。图 8参 1 4 关 键 词 水 平 井 ；水脊 ；脊 进 ；物 理 模 拟 中图分类号 TE 3 1 1 文献标识码 A 2 - D ph y s i c a l m o d e l i ng o f wa t e r c o ni n g o f h o r i z o n t a l we l l p r o d u c t i o n i n b o t t o m wa t e r dr i v i ng r e s e r v o i r s W ANG J i a l u，LI U Yu z h a n g，J I ANG Ru y i ，GUAN Ch a n g z h i Re s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m Exp l o r a t i o n De v e l o p me n t ，Pe t r o Ch i n a，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ．C hi n a Ab s t r a c t A 2 D v i s i b l e p h y s i c a l mo d e l o f h o r i z o n t a l we l l p r o du c t i o n wa s s e t u p u s i n g t h e a d v a n c e d e l e c t r o n i c a l l y mo n i t o r i n g t e c hn ol o gy an d f l ow t e s t i n g t o ol s t O i n ve s t i g at e t h e f l u i d f low i n b ot t o m wa t e r d r i v i n g r e s e r vo i r s du r i n g ho r i z o nt a l we l l pr odu c t i on ． The f or ma t i on a nd d e v el o pme n t o f wa t e r c oni ng we r e v i s u a l i z e d， a nd t h e ef f e c t of wa t e r c oni n g on wat e r br e a kt hr ou gh t i me s an d r e c ov e r y r a t i os wa s s t udi e d ．W he n h or iz on t al s e c t i on i s s hor t ，t he wa t e r c on i n g i s f or me d i n a s hor t t i me ，t h e t wo s h o u l d e r s o f t h e c o n i n g a r e s t e e p a n d t h e o i l ／ wa t e r i n t e r f a c e d e f o r ms g r e a t l y ．W h e n h o r i z o n t a l s e c t i o n i s l o ng，t he wa t e r c on i n g i s f or me d i n a l o ng t i me，t he t wo s h oul de r s of t he c o ni ng a r e ge nt l e a nd di s t r i but e d s y mmet r i c a l l y ． W i t h t h e i n c r e a s i n g o f h o r i z o n t a l s e c t i o n l e n g t h， t h e wa t e r b r e a k t h r o u g h t i me d e l a y s ， t h e wa t e r f r e e r e c o v e r y a n d t h e u l t i ma t e r e c o ve r y i nc r e a s e ． The i nc r e a s e of pr odu c i n g pr e s s ur e s ho r t e n s t he pr odu c t i on p e r i o d be f o r e wat er br e a kt hr ou gh， a nd d e c r e a s e s b ot h wa t e r f r e e r e c o ve r y an d ul t i mat e r e c ov e r y ． Ke y wo r d sho r i z ont a l we l l ；wa t e r c r e s t ；wat e r c oni ng；p hys i c al mo de l i n g 0引言 底水油藏开采过程中， 底水锥进／ 脊进是一个严重 的 问题 。采 用 直 井 开 发 时 ， 井 筒 附 近 油 藏 有 较 大 的 压 力降 ， 底水形成水锥迅速突破井筒 ， 油井在较短时间内 见水 。采用 水平 井开 发 时 ， 由于水 平段 较 长 ， 油 藏 内井 筒附近生产 压差较小 ， 底水 形成水脊 ， 水脊 脊进 速度 慢 ， 见水时间推迟 ， 提高了无水期产油量。近年来 国内 外学 者对 水平 井 开采 底 水 油 藏 进 行 了广 泛 研 究 ， 大 部 分 文献通 过 理论 分 析研 究 了底 水 油 藏 水 平 井产 能 、 临 界产 量 和见水 时 间 。 ] 、 水 平井 两 相渗 流机 理l 8 ． 9 ] 、 底 水 油藏 开采 的数 值模拟 方法 0 ] 、 底水 油藏 采水 控锥方 法口 等 ， 但 是对 底 水 油 藏水 平 井 开 采 的 物理 模 拟 研 究 较少 。中国塔中 4油 田成功地应用水平井技术开采了 不仅有底水而且有气顶的油藏 ， 延缓 了见水时间， 提高 了单井产量 ， 取得了巨大经济效益 。 。 本文 通过 二维 可视 物 理模 拟 装 置进 行 水 平 井开 采 底水油藏流体流动规 律研究 ， 观察水平井开采时水脊 脊进过程 ， 研究不同水平段长度、 不同生产压差条件下 底水上升规律 、 水脊形成与发展机理 ， 分 析水平段长度 和生产压差对见水时间和采收率的影响 ， 剖析水平 井 开采底水油藏的渗流机理 ， 寻求延缓底水脊进的方法。 1实验装置与实验方法 1 ． 1模拟 装置 采用现代电子摄像 监视技术和流动测试手段 ， 建 立水 平井 二维 物理模 拟 系统 见 图 1 ， 实验 流 程 由二 维 可视模型 、 测量和驱动系统 、 管路和储液罐 、 摄像装置 维普资讯 2 0 0 7年 1 O月 王家禄 等 水平井开采底水油藏水脊脊进规律 的物理模拟 图 1 水平 井二维物理模 拟系统 示意图 等部 分构 成 。 二 维可视物理模 型 由两块相 同尺寸 的有 机玻璃板构 成 ， 两板 之间距离 为 1 ． 2 c m， 玻璃 板 镶嵌 在 不锈 钢 架 内 ， 形成矩形槽。槽中用不同粒径玻璃珠充填模拟油藏 ， 装 填好的模型用螺钉加压密封。模型中水平井位置、 水平 段长度都可调。模型尺寸为 7 0 c m3 0 c m1 ． 2 c m 长 宽高 ， 用直径为 6 ram的紫铜管模拟水平井， 射S L S L 眼 直径为 0 ． 8 ram， 射孔密度为 1 0 c m均布 4个孔 ， 模拟水平 井段 长度分别 为 0 ， 1 0 ， 2 0 ， 3 0 ， 4 0 ， 5 5 c m。 实 验采 用 了直径 为 0 ． 0 5 ～O ． 1 5 ram 和 0 ． 1 5 ～O ． 2 5 mm的玻璃珠 ， 按不 同比例混合充填 ， 模 型的渗透率为 3 D。用黏度为 1 ． 9 mP a S的煤油作为模拟油 ， 为了清 楚地 观察 底水上 升 流动 变 化 ， 采用 红 颜 色水 进 行 驱 替 ， 水 的黏度 为 1 ． 0 mP a S 。 摄像采用两 种方法 用数码 相机将 不同时间 的照 相结果直接输入计算机 ， 用录像 机摄 录水脊动态变化 过程 ， 与 定量测 量 的开采 效果 进行 对 比分析 。 1 ． 2实验方 法 先在圆管填砂 模型 上利用不 同粒径 的玻 璃珠配 比， 分别测量渗透率 。将配 比好的玻璃珠作为实验用 的多孔介质 ， 利用湿 填法填充实验模型。抽真 空模 型 饱和水 ， 再用模拟油驱替模 型饱和油 ， 束缚水饱和度为 3 5 。 水驱实验时， 为便于摄像观察 ， 用染成红色的水作 为驱替介质 ， 从模型底部模 拟底水 向上恒流速驱替模 型 中的油 。实 验 过 程 中每 间 隔 3 rai n采 集 一 次 进 出 口 压 力差 以及 油 、 水 产 出量 。 2结果 与讨论 2 ． 1水 脊的形 成 与发展 不 同水平段 长 度 的 水 平 井 开 采 时 ， 水 脊 形 成 过 程 和水 脊形 状是 不 同的 见 图 2 。水平 段较 短 时 ， 很 短 时 间 内就 出现水 脊 ， 水脊 的两 翼 比较 陡 ， 油水 边 界 变形 较 大 ， 在两翼边缘处出现较大的死油区。 图 2水 平 段 长 度 不 同时 水 脊 形 状 随着水 平段 长度 的 增加 ， 水 脊 形 成 时 间推 迟 ， 水 脊 两翼逐渐变缓且对称分布 ， 两翼边缘处形成 的死油 区 维普资讯 石油勘探 与开发 油气 田开发 Vo 1 ． 3 4 N o ． 1 0 也较小 。当水平段 长度进 一步增加时 ， 水脊 现象不是 很 明显 ， 特别是水驱初始 阶段油水界 面是线状 均匀 向 上推进 ； 水线接 近水平井井筒 时才逐渐 出现微微 凸起 的界面， 然后变形为两翼较平缓 的水脊形态 ， 油水界面 与水平井筒接触处为水脊顶点 ， 水脊长度 与水平 段长 度几乎 相 等 。 水平段长度相同时， 随实验压差增 大， 底水形成水 脊时间提前 ， 水脊的发展速度加快 ， 水平井见水时间提 前， 水脊两翼界面变陡。 2 ． 2水平井见水时间与含水率的变化 水平井见水 时间与含水率 的变化受水平段长 度、 生产压差等因素影 响很 大。水平井段较长 时， 见水时 间 明显推 迟 见 图 3 。 图中无 因次 时间定 义 为 t D t u ／ △S 式中 f 时间， s ； u 渗流速度 ， m／ s ； L 模型 长度 ， m； 模型孑 L 隙度 ， f ； △ S 模 型可动油饱 和 度 ， f 。 l o o 8 O 一 6 0 哥 嘉4 o 2 0 0 1 O 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 无因次时间 图 3 生产压差为 9 ． 0 k P a时水平段长 度对 含水 率的影响 水平 段长 度相 同 、 生产 压 差增 大 时 ， 水 平 井见 水 时 间提前 见 图 4 。从 图 4看 出， 水平井见水后 ， 含水率 上升速度较快， 几乎呈直线上升 ， 达 到一定程度后， 含 水率上升速度减缓 ， 含水率 曲线有一个明显 的拐弯处 ， 1 o o 8 O 6 0 哥 嘉4 o 2 O O 无因次时间 图 4 水 平段长度 为 2 0 c m 时生产压 差对含水率的影响 不同长度 的水平段 ， 不同的生产压差， 出现拐弯的时间 不同， 拐弯处 的含水率也不同。水平段长度相同时， 生 产压差增大使含水率上升速度加快， 出现拐 弯时间提 前 ， 含水率达到 9 O 的时间短。生产压差大时， 油水界 面推进速度加快 ， 容易形成水脊 ， 底水很快 脊进到水平 井 筒 ， 导 致 油井见 水 。 2 ． 3水 平 井开 采采 出程度 的 变化 生 产压 差相 同时 ， 随 水平 段 长 度增 加 ， 见 水 时 间 推 迟 ， 无水 采收率 和最终采 收率增 加。生产压差 为9 ． 0 k P a 、 水平井段长度为 1 0 c m时， 无水采 收率为 3 6 ， 最 终采收率为 6 9 ， 无 因次见水 时 间为 5 ； 生 产压差 为 9 ． 0 k P a 、 水平段长度为 3 0 c m时， 无水采收率为5 7 ． 8 ， 最终采收率 为 8 4 ， 无 因次见水 时间为 1 2 见 图 5 。 生 产压 差 为 3 ． 4 k P a 、 水 平段 长 度 为 1 0 c m 时 ， 无水 采 收 率为 5 1 ． 5 ， 最终采 收率 为 8 1 ， 无 因次见水时间为 9 ； 生 产压差 为 3 ． 4 k P a 、 水平 段 长 度 为 3 0 c m 时 ， 无 水 采 收率为 7 0 ． 0 ， 最终采 收率 为 8 8 ， 无 因次见水时间 为 1 6 ． 5 见 图 6 。 一 ．j{ L 1* 厘 翟 * 水平段长度 锄 图 5 生产压差为 9 ． 0 k P a时水平段长度对 采收率与 见水 时间的影响 一 哥 僚 图 6 生产压差为 3 、 4 k P a时水平段长度对采收率 与见水 时间的影响 屋 翟 * 水 平段 长度 相 同时 ， 随着 生 产 压差 增 大 ， 无 水 采油 期缩 短， 见水 时间提前 ， 无水采 收率 和最 终采收率降 维普资讯 2 0 0 7年 1 0月 王 家禄 等 水平井开采底水油藏水脊脊进规律 的物理模 拟 5 9 3 低 。水平 段长 度为 2 0 c m、 生产 压 差 为 3 ． 4 k P a时 ， 无 水 采收率为 7 6 ％， 最终 采收率 为 9 2 ， 无 因次见水时间 为 2 6 ； 水平 段 长 度 为 2 0 c m、 生 产压 差 为 9 ． 0 k P a时 ， 无 水采收率为 3 8 ， 最终采收率为 7 6 ， 无 因次见水时 间 为 7 见 图 7 。水平 段 长度 为 4 0 c m、 生 产 压差 为 2 ． 8 k P a时， 无水采收率为 8 2 ， 最终采收率为 9 4 ， 无 因 次 见水 时间 为 2 8 ． 9 ； 水平 段 长 度 为 4 0 c m、 生 产 压 差 为 8 ． 8 k P a 时 ， 无水采收率为 5 6 ， 最终采收率为 8 8 ， 无 因次见水 时 间为 6 ． 7 5 见 图 8 。 摹 ～ 祷 瞑 摹 ～ 替 蛰 生产压差 k P a 图 7 水 平段 长度为 2 0 c m 时生产 压差对采收率 与见水时间的影响 生产压差 k P a 图 8 水平段长度为 4 0 c m 时生产压 差对 采收 率 与见 水时间的影响 』 亘 茁 圜 』亘 蕾 圜 3结论 通过 二维 可视物 理模 拟 装 置对 水 平 井 开采 底 水 油 藏过程中流体流动规律进行 了研究， 结果表 明， 水平段 长度、 生产压差影响底水上升规律 、 水脊形成与发展机 理 、 见水时间和采收率。 水平段长度较小时， 在较短时问内就形成了水脊 ， 水 脊 的两 翼 比较 陡 ， 油 水边 界 变 形 较 大 。 水 平 段 长 度 较长时， 水脊形成时间较长 ， 水脊 的两翼逐渐变缓且对 称 分 布 。 随着水平 段 长度增 加 ， 在相 同生 产 压差 下 ， 水 平 井 见水时间推迟， 无水采收率和最终采收率增加 。 水 平段 长度 相 同 时 ， 生 产 压 差 增 大 使 水 平 井无 水 采 油期 缩短 ， 见 水时 间提 前 ， 无 水采 收率 和最 终 采 收率 减 小 。 参考文献 [ 1 ] Gu o B o y u n ，Mo l i h a r d J E，I e e R I ．A g e n e r a l s o l u t i o n o f g a s ，／ wa t e r c o n i n g p r o b l e m f o r h o r i z o n t a l w e l l [ A] ．S P E 2 5 0 5 0．1 9 9 2 ． [ 2 3 Ch a p e r o n I ．Th e o r e t i c a l s t u d y o f c o n i n g t o wa r d h o r i z o n t a l we l l s a n d v e r t i c a l we l l s i n a n i s ot r o p i c f o r mat i o ns u bc r i t i c a l a n d c r i t i c a l r a t e s [ A] ．S P E 1 5 3 7 7 ． 1 9 8 6 ． [ 3 ] Gi g e r E M．An a l y t i c 2 - D mo d e l s o f wa t e r c r e s t i n g b e f o r e b r e a k t h r o u g h f o r h o r i z o n t a l we l l s [ J ] ． S P E Re s e r v o i r E n g i n e e r i n g ． NO V ．1 9 8 94 0 9 41 6 ． [ 4 ] 陈志海． 底水油藏的水平井开发[ J ] ． 石油与天然气地质 ． 2 0 0 0 ． 2 1 3 2 1 4 2 1 9． [ 5 ] 姜洪福 ． 隋军 ， 庞 彦明 ， 等． 特低 丰度油藏 水平井 开发技 术研究 与 应用[ J ] ． 石油勘探与开发． 2 0 0 6 ． 3 3 3 3 6 4 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0 修 回日期 2 0 0 7 0 4 1 6 编辑 郭海莉 绘 图 李秀贤 维普资讯