底水油藏水平井中心管控水完井優化研究

龔章晟，吳 奇，尹順利

（長江大學 石油工程學院，湖北 武漢 430100）

底水油藏水平井中心管控水完井優化研究

龔章晟，吳 奇，尹順利

（長江大學 石油工程學院，湖北 武漢 430100）

對于底水油藏，采取常規水平井開發時，由于地層非均質性和流動摩阻的影響，底水錐進問題比較突出，含水率上升過快，對開發效果產生較大影響。采用中心管完井技術可以延緩底水錐進，平衡跟端生產壓差，改變跟端液體流向，增加無水采油量，延長生產井壽命。以A油田某井為例，根據中心管完井壓降耦合計算模型以及底水穩定機理推導出中心管見水時間計算公式。在給定套管內徑尺寸和中心管外徑尺寸的條件下分析了不同長度水平段的中心管見水時間的長短以及在給定中心管長度為 300 m 的條件下分析了不同管徑尺寸的中心管見水時間的長短。

中心管完井；參數優化；底水油藏

中心管完井工藝作為一種水平井完井控錐技術是于 20 世紀 90 年代早期由 Brekke 首次提出的，之后permadi、Sinha、Jansen 等人分別從不同角度對中心管采油控制水錐的原理以及實驗模擬進行了研究。國內方面，張舒琴等人根據質量守恒和動量原理得到影響井筒壓力分布的壓降模型，油藏和井筒的相互影響得到中心管完井的耦合模型及求解思路。實例計算結果表明中心管完井能夠降低跟端的大壓差，平緩整個剖面的流入量，從而達到控錐的效果[1]。陳培涼等根據質量守恒和動量原理得到井筒流動模型，根據勢疊加和鏡像反映原理得到油藏滲流模型，并推導出中心管油藏滲流與井筒耦合模型。通過模型計算結果表明中心管可將水平段最大生產壓差與最小生產壓差的差值大大降低，從而延緩底水錐進延長無水采油期[2]。大港油田在“十一五”期間開展中心管采油工藝技術研究，將中心管采油技術用于前期控水完井，為水平井穩油控水探索出一條新的技術途徑。此外中心管完井目前在南海東部海域也得到了廣泛的應用。中心管完井技術是在常規完井井眼中再加入一根小于井眼直徑的油管，并用封隔器封閉小油管和套管之間的環形空間。加入中心管后，就將水平段分成了中心管段和無中心管段兩部分，流體的流動也由單一的井筒流動變成了三部分流動，即：中心管外環空中流動、無中心管段井筒流動和中心管內部的流動。該技術通過改變跟端流體流向來減小跟部生產壓差，進而達到增油控水的目的。該技術對于均質油藏底水控制簡單且實用，但是對于非均質油藏由于水平井段各點的滲透率不同，底水不一定在跟端突破，因此在非均質油藏中應慎重使用。此外，在海上油田開發過程中，有時受平臺位置限制，會出現水平井井頭在構造低部位，距底水最近，而井尾在構造高部位，采用常規水平井開發會導致井頭過快見水，加劇底水錐進。由于中心管完井技術可以靈活設置入液口的位置，將入液口設置在靠近井尾的高部位，可以有效解決井頭過低的問題，改善開發效果。但需值得注意的是不同的完井參數對中心管的應用效果會造成不的影響通過完井參數的優選能更好的改善開發效果、提高經濟效益[3]。

1 中心管完井參數優化設計

以西江油田某井為例，該井位于G4N油藏，地層平均壓力 19.79 MPa，水平段長 599 m，中心管直徑 0.113 9 m，篩管直徑 0.174 2 m，井底流壓 17.62 MPa，原油密度 0.79 g/cm3，原油粘度 12 MPa·s，中心管長度分別取 0、200、300、400 m，根據上述中心管壓降耦合計算模型，計算水平段的壓力和入流量分布，結果如圖 1、圖 2 所示[4]。

圖1 中心管完井壓力分布Fig.1pressure distribution of central well completion

從壓力分布圖可以看出當中心管長度為0時，即在裸眼完井的情況下，壓力分布最低點出現在水平段的跟端，由于跟段的生產壓差最大，底水也將會首先從跟端部位錐進。而在油井水平段加入中心管后，明顯的改變了水平段的壓力分布，與裸眼完井相比，其壓力分布的最低點由油井的跟端移動至中心管的末端，這樣一來，平衡了跟端的生產壓差，并且壓力最低點隨著中心管長度增加而向趾端移動。

圖2 中心管完井入流量分布Fig.2 Flow distribution of central well completion

從入流量分布圖可以看出，在裸眼完井的情況下，由于水平段沿流動方向存在壓降和水平段與其兩端滲流方式的不同，使得整個入液剖面呈近似傾斜的“U”型分布，下入中心管后，改變了壓力分布，進而改變了入液剖面的分布[5]。

通過對壓力分布和入流量分布的計算分析可以看出，油井采用中心管完井技術后，最大生產壓差出現的位置從原來的跟端向水平段趾端發生了移動，消除了底水在跟端的錐進，并且最大壓差值明顯降低，減緩了底水錐進速度；由于存在中心管的影響，改變了水平段井筒壓力分布，降低了跟端的生產壓差，與裸眼完井相比，使得整個水平段壓力的分布相對均勻，入液剖面也更加平緩，達到了均衡排液的效果[6]。

1.1 中心管長度優化

通過計算分析可知，在給定井筒尺寸和中心管尺寸的情況下，通過改變中心管入液口的位置可以改變井筒壓力和入流量的分布，實現減小生產壓差和均衡排液的目的，使油井達到最優的的完井效果。

從底水脊進穩定機理和對水平段壓降的研究可知，由于沿井筒流動方向存在壓降，導致其沿程壓力分布不均衡，入流量也不同，在同一時刻，入流量高，即壓差最大，黏滯力最大，底水上升動力最大的地方水脊高度較高，底水突破的時間也最早。因此，水平井見水時間為底水運動速度最大時，從油水邊界運動到油井的時間，即為入流量最大處的見水時間[7]。

根據滲流的速度定義可知，底水運動的距離與時間的關系為：

對式（1）兩邊積分得：

由于油藏內流動遵循達西定律，滲流速度為：

根據勢的疊加原理和邊界鏡像反應，底水油藏水平井的勢為：

對式（4）求導后代入式（2）可得見水時間：

式中：φ—油藏孔隙度;

u—滲流速度，m/s;

T—見水時間，s;

h—油層厚度，m;

zw—避水高度，m;

Φ —水平井在底水油藏產生的勢;

qi—水平段沿程入流量，m3/s。

結合之前耦合模型計算得到的入流量分布，令Rs的值為中心管長與水平段長度之比，有效孔隙度23.39%，油層厚度 8.9 m，zw為油層厚度一半，即水平井位于油層中部，對見水時間[8]進行計算，結果如圖3所示。

圖3 不同中心管長度的見水時間Fig.3 The water time of the different center tube length

從上圖可以看出，中心管完井確實可以延長無水采油期，其無水采油期是裸眼完井的3倍左右。在裸眼完井的情況下，油井在生產僅 100 多天后就開始見水，隨著中心管長度的增加，曲線斜率大幅度增加，無水采油期延長，可達到近 350 d，但同時也可以看出，中心管長度并不是越長越好，當其長度超過一定值時，無水采油期反而隨著中心管長度減少。故中心管存在最優入液口位置，從圖中可知當中心管為水平段長度的 0.4～0.5 倍時左右，油井可獲得最大無水采油期，但是還要根據實際開采情況和水平段的物性參數來確定合理的中心管長度。

1.2 中心管管徑優化

通過中心管完井壓降計算模型可知，隨著中心管管徑的增加，導致環形空間減小，使得水平中心管段的產液量下降，而非中心管段的產液量上升。目前在西江油田常用的有 4.5 寸和 5 寸兩種尺寸的中心管[9]。在中心管長度、井筒尺寸一定的情況下，僅改變中心管尺寸，以上述例子進行計算，給定中心管長 300 m，結果如圖 4 所示。

圖4 不同管徑的入流量分布Fig.4 Inflow distribution of different diameters

從計算結果可以看出，兩種管徑的產液剖面相似，對實際生產影響不大，但是考慮到經濟因素、油井出砂情況及井下作業技術保障中心管成功下達井筒位置，提高技術措施的成功率[10]，故優選 4.5寸的中心管。

2 結 論

（1）對于底水油藏來說，采用中心管完井方式后，改變了水平段井筒沿程壓力分布，有效的抑制底水錐進，降低了跟端的生產壓差。

（2）在給定井筒尺寸和中心管尺寸的情況下，當中心管為水平段長度的 0.4～0.5 倍左右時，油井可獲得最大無水采油期。

（3）在給定中心管長 300 m 的條件下，對比4.5 寸和 5 寸兩種尺寸的中心管的產液剖面并結合其他實際因素優選出 4.5 寸的中心管。

［1］張舒琴，李海濤,等.水平井中心管完井流入和壓力剖面預測[J].鉆采工藝,2009, 32(6):43-45.

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Research on Optimization of the Center Tube Control Water Completion Technology During Horizontal Well Development of Bottom Water Reservoirs

GONG Zhang-sheng, WU Qi, YIN Shun-li
(School ofpetroleum Engineering, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China)

During conventional horizontal well development of bottom water reservoirs, because of the influence of reservoir heterogeneity and flow friction, the bottom water coningproblem isprominent and the moisture content is rising too fast, which have great influence on development effect. The center tube well completion technology can delay the bottom water coning, balance theproductionpressure differential, change the liquid flow, increase oil recovery without water and extend the life of theproduction well. In thispaper, taking a well in A oilfield as an example, based on the completionpressure coupling calculating model and the bottom water coupling stability mechanism, the formulation of calculating the center tube water time was deduced. The center tube water time under different length horizontal section was analyzed as well as the water time of 300 m center tube under different diameter size.

Centerpipe completion;parameter optimization; Bottom water reservoir

TE 357

： A

： 1671-0460（2017）02-0265-03

2016-09-21

龔章晟（1992-），男，長江大學碩士研究生，研究方向：石油與天然氣工程。E-mail：865674331@qq.com。