趙燕,陳向軍
(1.中國石油大學勝利學院,山東 東營 257061;2.中國石化石油工程技術研究院,北京 100101)
底水錐進是底水油藏開發(fā)面臨的最大難題,會導致生產井含水率快速上升,產油量明顯下降,開發(fā)經濟效益變差[1-6]。關井壓錐是針對底水油藏高含水井實行周期性間歇生產的開發(fā)方式[7-8]。高含水井關井后,井底無生產壓差,油水在重力作用下分異,水錐逐漸回落到一定程度,生產井再開井生產,含水率下降,產油量提高。準確判斷關井后水錐回落狀況,可以有效指導再開井時機的確定,從而提高再開井生產的開發(fā)效果。
調研發(fā)現(xiàn),李傳亮等[9-10]對底水油藏關井壓錐效果進行了大量分析,潘昭才等[11]研究了單井控制剩余可采儲量規(guī)模、邊底水能量、底水上升規(guī)律等因素對關井壓錐效果的影響,聶彬等[12]研究了隔夾層、油水黏度比、垂向滲透率與水平滲透率比值、井距、產液量等因素對底水油藏水錐起降規(guī)律的影響,但目前缺少簡捷有效的水錐回落高度的確定方法。
本文利用數(shù)值模擬方法,研究各影響因素下水錐回落高度隨關井時間的定量關系,進而建立關井壓錐后水錐回落高度的預測模型,為底水油藏關井壓錐開發(fā)方式提供有效指導。
利用ECLIPSE軟件,建立包含1口直井的底水油藏數(shù)值模型。模型采用50×25×23的均勻網(wǎng)格系統(tǒng),F(xiàn)etchovich水體,網(wǎng)格大小8 m×8 m×1 m,縱向上1—20層為油層,21—23層為水層。
基礎模型的其他參數(shù)為:水油體積比為20,油層厚度(do)為 20 m,孔隙度為 32.3%,水平滲透率(Kh)為1 000 ×10-3μm2,垂向滲透率(Kv)為 100×10-3μm2,初始含油飽和度為 0.6,地層原油黏度(ηo)為 25 mPa·s,原油密 度(ρo)為 900 kg/m3,地 層 水 表 觀 黏 度(ηw)為 0.5 mPa·s,地層水密度(ρw)為 1 000 kg/m3。 模型中生產井含水率達到95%時關井壓錐,模擬底水油藏直井的水錐回落過程。
圖1 水油密度差對無因次水錐回落高度的影響
采用單因素分析法,模擬計算水油密度差(ρw-ρo)、油水黏度比(ηo/ηw)、油層厚度、水平滲透率、垂向滲透率與水平滲透率比值(Kv/Kh)對水錐回落高度(H)的影響,得到單因素作用下水錐回落高度隨關井時間(t)的定量關系。為便于分析不同條件下水錐回落高度的變化特征,引入無因次水錐回落高度(HD)的概念。無因次水錐回落高度為水錐回落高度與油層厚度的比值,即HD=H/do。
首先,隨t的增大,HD逐漸增加,但水錐回落速度逐漸變慢;其次,ρw-ρo對水錐回落的影響比較明顯,ρwρo越大,HD越大,初期水錐回落速度越快(見圖1)。這是因為 ρw-ρo是水錐回落的驅動力,ρw-ρo越大,重力分異越明顯。HD與t呈較好的雙曲正切函數(shù)關系,HD與ρw-ρo呈較好的線性關系。
HD受 ηo/ηw影響顯著(見圖 2)。隨 ηo/ηw的增加,HD增加,水錐回落速度越快。油水黏度影響油水流動能力,ηo/ηw越大,油水流動能力差異越大,油水越易分離。HD與ηo/ηw呈較好的對數(shù)函數(shù)關系。
HD隨do的增加而減?。ㄒ妶D3)。do越大,關井時水錐高度越大,形成的油水重力勢能越大,水錐回落速度越快,回落高度越大,但HD越小。HD與do呈指數(shù)函數(shù)關系。
隨Kh的增加,HD增加,初期水錐回落速度越快(見圖4)。HD與Kh呈較好的對數(shù)函數(shù)關系。Kh決定地層流體的滲流能力大小,Kh越大,油水滲流能力均增強,油水在重力作用下分異速度越快。
Kv/Kh對HD的影響顯著(見圖5)。隨Kv/Kh的增加,HD增加,增大幅度逐漸減小。HD和Kv/Kh呈對數(shù)函數(shù)關系。
無因次水錐回落高度與以上各影響因素呈現(xiàn)良好的數(shù)學關系,且相關性較高,為建立可靠的預測模型奠定了堅實的基礎。根據(jù)無因次水錐回落高度與單因素的數(shù)學關系,采用LSTOPT軟件進行多元非線性回歸,得到水錐回落高度預測模型。
圖2 油水黏度比對無因次水錐回落高度的影響
圖3 油層厚度對無因次水錐回落高度的影響
圖4 水平滲透率對無因次水錐回落高度的影響
利用該水錐回落高度預測模型,可以實現(xiàn)在不進行數(shù)值模擬的情況下,僅利用水油密度差、油水黏度比、油層厚度、水平滲透率、垂向滲透率與水平滲透率比值,即可計算不同關井時間的水錐回落高度。該預測模型的適用范圍為:ρw-ρo=50~200 kg/m3,ηo/ηw=5~50,do=5~30 m,Kh=500×10-3~3 000×10-3μm2,Kv/Kh=0.05~1.00。
圖5 垂向滲透率與水平滲透率比值對無因次水錐回落高度的影響
勝利油田Z1塊Ng6砂體為典型底水油藏,平均孔隙度為 32.3%,Kh=1 524×10-3μm2,Kv=210×10-3μm2,do=12.3 m,ρw=1 000 kg/m3,ρo=914 kg/m3,ηw=0.6 mPa·s,ηo=22.0 mPa·s。1998年開始采用天然能量開發(fā),2011年10月,Z1-23井因高含水關井,該井對應的油層厚度為15.2 m,射開頂部3.8 m。
2016年2月對Z1-23井進行碳氧比能譜測井,落實該塊水錐回落狀況。測井解釋該井Ng6層油水界面較原始油水界面上升7.7 m,根據(jù)最大水錐高度為油層避射高度與油井射孔厚度一半的和[13-14],則該井2016年2月水錐回落高度應為5.60 m。利用水錐回落高度預測模型,計算該井2016年2月水錐回落高度為5.28 m,誤差5.71%。實例驗證說明,該水錐回落高度預測模型的計算結果能夠滿足礦場應用要求。
1)利用油藏數(shù)值模擬,分析了5種主要因素對底水油藏水錐回落高度的影響規(guī)律。 其中:ρw-ρo,ηo/ηw,Kh,Kv/Kh越大,HD越大,關井初期水錐回落速度越快;do越大,關井初期水錐回落速度越快,但HD越小。
2)水錐回落速度先快后慢,前期下降速度較快,隨關井時間的延長,水錐回落速度逐漸變慢。
3)采用多元非線性回歸方法建立底水油藏直井水錐回落高度預測模型,方法簡單,預測結果可靠,能夠滿足礦場應用的需要。
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