考慮顆粒充填的水平井控水完井產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法

譚呂 張寧 秦世利 安永生 熊成琛

摘要：近年來(lái)在水平井管柱與井眼環(huán)空進(jìn)行顆粒充填的控水方法在底水油藏得到了廣泛的應(yīng)用，目前尚沒(méi)有準(zhǔn)確的產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法。為此，從宏觀流動(dòng)與微觀流動(dòng)的差異性入手，分析了流體在底水油藏、顆粒充填層、控水工具等不同空間維度內(nèi)流動(dòng)之間的相互關(guān)系，在油水兩相數(shù)值模擬模型的基礎(chǔ)上，采用“矩陣鑲邊”的方法將3 個(gè)維度的流動(dòng)模型相互耦合，提出了考慮顆粒充填的水平井控水完井產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，準(zhǔn)確度比常規(guī)等效方法提高9.17%。研究結(jié)果表明，新方法能夠?qū)崿F(xiàn)流體在油藏、顆粒充填層和控水工具間竄流量的定量求解，更直接地體現(xiàn)不同空間維度流動(dòng)對(duì)控水效果的影響，為底水油藏考慮顆粒充填的水平井控水完井產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供了有力工具。

關(guān)鍵詞：海洋石油；完井；底水；水平井；控水工具；顆粒充填；耦合；產(chǎn)量預(yù)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

0 引言

底水油藏具有水體能量充足、油柱高度低、流體性質(zhì)差異大的特點(diǎn)，但底水突破導(dǎo)致水平井含水上升過(guò)快、采油速度降低、水處理成本增加等問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著底水油藏的有效開(kāi)發(fā)，為了提高單井產(chǎn)量和開(kāi)采速度，水平井逐步取代了直井和定向井開(kāi)發(fā)方式［1］。為進(jìn)一步減緩水平井底水錐進(jìn)速度，出現(xiàn)了多種水平井控水完井方式，包括變密度篩管完井、中心管完井、ICD（Inflow Control Device） 控水完井、AICD（Autonomous Inflow Control Device） 控水完井、復(fù)合型控水完井等。

變密度篩管完井［2］針對(duì)水平井跟端壓差大、底水易突破的問(wèn)題，根據(jù)水力學(xué)原理，利用篩管孔眼、孔徑和孔密都比普通篩管小的特點(diǎn)，將跟端較大的生產(chǎn)壓差抵消掉一部分，實(shí)現(xiàn)了底水對(duì)水平井均衡供液。中心管完井［3］針對(duì)長(zhǎng)位移水平井壓降過(guò)大的問(wèn)題，在水平井筒中下入一定長(zhǎng)度的中心管，平衡沿水平段生產(chǎn)壓差，減緩了由于高流量帶來(lái)的水平井“跟趾效應(yīng)”問(wèn)題。ICD 控水完井［4］針對(duì)沿水平段儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)的問(wèn)題，利用流體力學(xué)原理，對(duì)流經(jīng)ICD 的流體產(chǎn)生一個(gè)與流量相關(guān)的壓差， 解決了底水油藏水平井的先期控水問(wèn)題。AICD 控水完井［5］針對(duì)ICD 只能進(jìn)行先期控水的特點(diǎn)，利用油水黏度的差異，對(duì)流經(jīng)AICD 的流體產(chǎn)生一個(gè)與黏度相關(guān)的壓差，解決了底水油藏水平井的后期控水問(wèn)題。近年來(lái)，出現(xiàn)了一種新的復(fù)合型控水完井方式［6］，采用顆粒充填方式對(duì)控水管柱與水平井眼環(huán)空進(jìn)行充填，采用ICD 或AICD 等控水工具進(jìn)行流入控制，在稠油油藏和裂縫性油藏開(kāi)發(fā)中有較明顯的效果。相比于其他控水完井方式，這種方式的流動(dòng)更加復(fù)雜，如何對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確產(chǎn)量預(yù)測(cè)成為了亟待解決的問(wèn)題。

隨著控水技術(shù)成為緩解底水錐進(jìn)問(wèn)題的焦點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)底水油藏水平井不同控水完井方式的產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法開(kāi)展了深入的研究。李偉等［7］建立了變密度篩管配合盲管控流完井的耦合模型，采用微元段法求解，通過(guò)實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了變密度篩管配合盲管控流技術(shù)的優(yōu)越性，該模型考慮了單相油藏滲流和井筒管流的三維穩(wěn)態(tài)耦合。于法珍等［8］在進(jìn)行中心管控水耦合模型求解的過(guò)程中，分別建立流體在盲管和篩管中的流動(dòng)模型，解決了半解析中心管控水完井耦合模型求解難的問(wèn)題，該模型考慮了鉆井污染的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)非均質(zhì)底水油藏中心管設(shè)計(jì)。付宣等［9］在ICD 控水完井耦合模型中引入了基于勢(shì)的疊加原理和鏡像反射原理的油藏滲流模型，給出了非均質(zhì)油藏水平井ICD 控水完井流入剖面的優(yōu)化方法，重點(diǎn)討論了不同ICD 控水參數(shù)對(duì)水平井流入剖面的影響。安永生等［10］從油藏、ICD、水平井筒三個(gè)空間尺度的流動(dòng)模型出發(fā)，以各個(gè)空間尺度的接觸面為鏈接節(jié)點(diǎn)，建立了水平井ICD 控水完井一體化耦合模型，該模型考慮封隔器對(duì)控水管柱和水平井筒環(huán)空進(jìn)行分段的方式，計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)了油藏、ICD、水平井筒間的相互影響。郭松毅等［11］基于有序聚類(lèi)方法，結(jié)合水平井筒流入剖面，以延長(zhǎng)無(wú)水采油期和提高累積產(chǎn)油量為目標(biāo)，建立了水平井AICD 控水完井分段方法，并證明了該分段方法能有效延長(zhǎng)無(wú)水采油期和提高累產(chǎn)。Birchenk 等［12］建立底水油藏水平井ICD 控水完井的半解析耦合模型，解決了非均質(zhì)油藏中水平井ICD 控水完井的流入均衡問(wèn)題，并能優(yōu)化出合適的ICD 控水完井參數(shù)。楊青松等［13］建立了水平井ICD 控水完井的多段井模型，實(shí)現(xiàn)了井筒與油藏的耦合，研究了底水油藏水平井ICD 控水完井的產(chǎn)液動(dòng)態(tài)規(guī)律，分析了ICD 控水完井對(duì)產(chǎn)能和采收率的影響。張俊斌等［14］在分析底水油藏水平井連續(xù)封隔體ICD 控水完井流動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，基于油藏?cái)?shù)值模擬方法提出了連續(xù)封隔體ICD 控水完井的產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法，該方法未考慮連續(xù)封隔體內(nèi)部竄流的影響。

除了文獻(xiàn)報(bào)道外，國(guó)內(nèi)外一些軟件公司也開(kāi)展了大量的研究，多款商用軟件具備底水油藏水平井不同控水完井方式的產(chǎn)量預(yù)測(cè)功能。按照產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法原理，商用數(shù)值模擬軟件可以大致分為以“節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析”為主要解決方案和以“多段井”耦合為主要解決方案等兩大類(lèi)。前者將油藏、控水管柱與水平井眼的環(huán)空、控水工具和水平井筒進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分，利用節(jié)點(diǎn)壓力作為求解的連接紐帶，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同控水完井方式、不同空間維度流動(dòng)的穩(wěn)態(tài)模擬，能夠針對(duì)某一時(shí)刻的油藏參數(shù)開(kāi)展靜態(tài)的產(chǎn)油量和含水率的預(yù)測(cè)；后者基于油藏?cái)?shù)值模擬模型，將油藏流動(dòng)模型、控水工具流動(dòng)模型和水平井筒流動(dòng)模型相互耦合，采用封隔器對(duì)控水管柱與水平井眼環(huán)空進(jìn)行分隔，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ICD 和AICD 等不同控水完井方式的動(dòng)態(tài)模擬。