复杂结构水平井产能关系研究_赵立新

收稿日期:2005-09-28基金项目:中国教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(2005-383);黑龙江省科技攻关项目(2005G1785-00)和黑龙江省教育厅科学技术研究项目(10551016)作者简介:赵立新(1972-),男(汉族),黑龙江安达人,副教授,博士,主要从事水处理、流体机械及液流仿真技术研究。

文章编号:1673 5005(2006)03 0077 04复杂结构水平井产能关系研究赵立新1,蒋明虎1,赵雪峰2,刘书孟3,吴柏志4(1.大庆石油学院机械科学与工程学院,黑龙江大庆163318; 2.大庆油田有限责任公司第二采油厂,黑龙江大庆163414;3.上海交通大学环境科学与工程学院,上海200030; 4.胜利油田有限公司第三井下作业公司,山东东营257000)摘要:通过分析多底井油藏内的渗流特征,建立了复杂结构井的概念,并对影响复杂结构井的产能因素进行了正交数值实验研究。

结果表明,分支水平井的分支长度和分支井数是影响产能的主要因素,二者的影响程度相当,增加分支长度或分支井数均可以增大泄油范围,进一步增加油井产能。

有限导流条件下复杂结构水平井的产能关系呈非线性特征,不同分支井条件下的产能增比与分支井数和分支长度组合数呈指数变化特征。

复杂结构井的产能关系式能够涵盖常规水平井,具有水平井产能关系的一般性特征。

关键词:复杂结构水平井;油藏数值模拟;正交分析;产能中图分类号:T E 355.6 文献标识码:AResearch on deliverability relationship of complicated horizontal wellZHAO Li x in 1,JIANG M ing hu 1,ZHAO Xue feng 2,LIU Shu meng 3,WU Bai zhi 4(1.Colle ge of Mechanical Science and Engineer ing in D aqing Petroleum I nstitute,D aqing 163318,H eilon gj iang Prov ince,China;2.T he 2nd Oil Production Plant of Daqing Oilf ield L imited Compan y ,Daqing 163414,Heilongj iang Province,China;3.College of Envir onment Science and Engineering in University of Shangha i Transportation ,Shanghai 200030,China;4.T he 3rd Dow nhole Operation Comp any of Sh engli Oilf ield L imited Compan y ,Dongying 257000,Shandon g Province,China)Abstract :A new concept of complicated hor izontal wells w as defined based on the fluid flow ing characteristics in reservoir with multi later al wells.And influnence factors for deliverability of complicated horizontal wells were studied by orthogonal numerical simulations.T he results show that the major factors of affecting the well deliverability are lateral branch length and branch number.T he oil drainage area can be improved w hen the branch leng th or branch number i s increased,and the well deliv erability will be increased.T he deliverability relationship o f oil w ells with definite conductivity along horizont al wells w as investigated throug h changing br anch number,and the deliver abilit y o f complicated hor izonal wells pr esents non linear characters.T he specific productivity ratio show s an power law r elatio n with t he g roup number of lateral branch length and branch number ,the r elationship is universal and it can overlap the conventional horizontal w ells.Key words :complicated horizontal w ell;reservoir numer ical simulation;or thogonal analysis;well deliverability水平井中较长的水平井段增加了井筒与油层的直接接触面积,因此为原油流入井筒或通过井筒把工作流体注入地层提供了有利条件。

随着井长增加,井筒水动力学的损失也逐渐增加,井长的增加带来的采油指数的增量会越来越小,如果水平井趾端存在强泄流区,甚至会出现采油指数降低的情况。

另一方面,随着井长的增加,钻井成本增加,因此增油收益与钻井成本之间存在平衡关系。

影响水平井产能的因素很多,包括地层渗流特征、流体性质以及水平井的设计参数等[1]。

随着钻井技术的进步,多分支水平井目前已获得应用,多分支井井筒内的流动更复杂,分支间距、分支长度以及分支井与主井夹角等也对产能产生影响。

利用水平井开采油藏是一项复杂的系统工程,因此系统研究水平井渗流力学2006年 第30卷 中国石油大学学报(自然科学版) V ol.30 No.3 第3期 Journal of China U niversity of Petroleum Jun.2006和流体力学耦合问题对于正确评价水平井产能、进一步实现油藏的高效开采具有重要的实际意义。

1 油层渗流特征复杂结构井是指在油藏开发目的层中完井段以倾斜和分支为主要井眼轨迹特征的水平井,主要表现在钻井技术的复杂性、完井技术的复杂性和井身结构对油层渗流特征的影响,使得复杂结构井的产能关系与常规水平井存在较大差异。

复杂结构井完井段的分支结构特征如图1所示。

图1 分支水平井分布目前水平井自身还没有形成与直井一样成熟的布井和设计方法,水平井在油气田开发领域得到应用以来,主要用于原有直井开发系统的加密以及油田剩余油挖潜。

水平井生产时,水平井筒内除了沿水平井长度方向有流动(一般称为主流)外,还有流体从油藏沿水平井筒长度方向径向流入井筒。

从水平井筒趾端到跟端,流体质量流量逐渐增加,其流动为变质量流。

在这种情况下,沿主流方向流速也逐渐增加,流体沿井轴方向流动存在堆积效应,加速度压降不再等于零,其影响不能忽略[2]。

流体从油藏沿水平井筒径向流入,干扰了主流管壁边界层,影响了其速度剖面,从而改变了由速度分布决定的壁面摩擦阻力。

另一方面,径向流入的流量会影响水平井筒内压力分布及压降,而井筒内的压力分布又会反过来影响从油藏径向流入井筒的流量,因而油藏内的渗流与水平井筒内的流动是耦合的。

利用油藏数值模拟方法[3]可以计算出定压边界条件下不同复杂结构水平井的油藏压力分布,如图2所示(图2(a)~图2(d)分别简称为a,b,c,d 型分支井)。

图2 复杂结构水平井压力分布特征由图2可以看出,分支形状特征影响油藏的压力分布,同时分支长度、支间距以及分支井与主井夹角也对压力分布产生影响,并进一步影响油层的渗流特征和泄油范围,因此相同流压条件下的不同分支结构水平井的产量不同。

由3种不同类型复杂结构水平井主井内沿程压力分布(图3)可以看出,流体在从趾端到跟端的流动过程中,累积流量逐渐增加,相应的井筒内的水动力损失发生变化,压力变化图3 复杂结构水平井主井内沿程压力分布幅度逐渐增加,同时对油藏压力分布产生影响,井筒跟端与油藏间的压差大,泄流程度也大,而靠近趾端逐渐变小。

因此分支虽然为对称分布,但沿流向(图2箭头所示)的压力分布(图2)和流量分布(图4)并不对称,分支节点处由于节流效应使得流量分布出现突变。

图4 复杂结构水平井主井内沿程流量分布2 产能影响因素为使复杂结构水平井产能影响因素研究结果具78 中国石油大学学报(自然科学版) 2006年6月有可比性,设定一定的油藏参数,改变复杂结构水平井的特征参数。

油藏埋深为1500m,复杂结构水平井的布井范围为630m 420m 15m ,油层孔隙度为25%,渗透率为50 10-3 m 2,原始含油饱和度为70%,原始含水饱和度为30%,原油粘度为20mPa s,原始油层压力为15MPa,油藏保持定压边界条件为15M Pa,完井方式为裸眼或筛管完井,相渗和毛管压力资料取自参考文献[4]。

由于以往对常规水平井(单支井)的产能影响因素研究较多[5],因此在对分支井产能各影响因素的数值进行设计时,给定主井长度,同时考虑各因素之间的独立性,确定复杂结构水平井参数敏感性分析影响因素,包括支井长/油藏半宽(A )、分支井数(B)、分支夹角(C)和支井分布形式(D),各因素的水平集见表1。

表1 复杂结构水平井产能影响因素水平集水平集A B C D 30230对称 60460交错90690交错采用正交数值实验分析方法进行研究,设定跟端压力为5M Pa,以各种方案的稳定产能作为对比指标,9种计算方案的产能及各因素影响的产能均值和极差见表2,3。

表2 9种计算方案及其对应的产能实验方案A B C D 产能q/(t d -1)1A B CD119.492A B C D 142.183A B C D 153.664A B C D 146.805A B C D 170.596A B C D 180.607A B C D 179.298A B C D 208.449ABCD271.96表3 产能均值及极差影响因素产能均值q av /(t d -1)极差q R /(t d -1)A 138.44165.99189.9051.46B 148.53173.74202.0753.54C 169.51186.98167.8519.13D187.35167.36169.6319.99由极差可以看出,分支特征对复杂结构井产能影响的敏感程度排序为:分支数、分支长度、支井分布形式、分支夹角。