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        聯(lián)合隔板理論和井底循環(huán)排液技術開發(fā)底水油藏新模型

        2021-07-28 07:57:02劉峰陳軍斌李紅正伍勇卜盼盼楊飛
        斷塊油氣田 2021年4期
        關鍵詞:潛水泵底水水層

        劉峰 ,陳軍斌 ,李紅正 ,伍勇 ,卜盼盼 ,楊飛

        (1.西安石油大學石油工程學院,陜西 西安 710065;2.中國石化中原油田分公司工程技術管理部,河南 濮陽 457001;3.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院,陜西 西安 751500;4.中國石油長慶油田分公司第五采油廠,陜西 西安 751500)

        0 引言

        油井的臨界產(chǎn)量是底水油藏開發(fā)過程中的重要參數(shù)之一,臨界產(chǎn)量的高低決定著底水油藏開發(fā)效果的好壞[1]。一方面,為了控制底水錐進,延長油井無水采油期,底水油藏油井需要以低于臨界產(chǎn)量進行生產(chǎn),但油井采油速度低,不能帶來良好的經(jīng)濟效益;另一方面,如果油井以高于臨界產(chǎn)量進行生產(chǎn),則出現(xiàn)底水錐進快,油井較早見水,含水率迅速上升,導致油井暴性水淹而關井,大部分原油將無法采出。因此,需要探索一種既能提高臨界產(chǎn)量又能延長油井無水采油期的底水油藏開發(fā)新方法。

        為了同時達到這2個目的,目前常用的方法有:1)油井開井生產(chǎn)一段時間后關井,關井一段時間后,再開井生產(chǎn),如此循環(huán)反復[2];2)根據(jù)隔板理論,注入人工堵劑(如聚丙烯酰胺),在油水接觸面附近形成隔板,控制底水錐進[3];3)運用雙重完井技術(DWS),分別對油水層射孔,油從上部射孔段經(jīng)油管產(chǎn)出,水從下部射孔段的油套環(huán)形空間流出,通過控制油和水的采出速度,保持油水接觸面的穩(wěn)定[4];4)運用井底循環(huán)排液技術(DWL),對油水層均射孔,并分別安裝封隔器和潛水泵,上部潛水泵抽汲原油到地面,下部底水層布2個潛水泵,一個用來抽汲底水,將底水經(jīng)下部井筒循環(huán),通過另一個潛水泵重新注入到較深的地層底部,阻止水錐形成[5]。

        但上述各方法在抑制底水錐進和提高油井臨界產(chǎn)量方面的效果都不甚理想。海上油田油井投資大,回收期短,采出的底水在海上處理較困難。為了盡可能提高海上油井的臨界產(chǎn)量,本文結合底水油藏隔板理論[6-8]和DWL技術優(yōu)點,提出了一種開發(fā)底水油藏的新方法,可以在大幅度提高底水油藏油井臨界產(chǎn)油量的同時延長油井無水采油期。

        1 理論模型

        堵劑隔板和井底循環(huán)排液的作用機理不同。井底循環(huán)排液泵抽汲底水[9-10],抑制油水界面上升,人工隔板BC阻擋底水錐進。穩(wěn)態(tài)情況下,底水錐進路徑為A—B—C—D(見圖1。圖中ho為油層厚度,hw為底水厚度,hp為油井射孔段長度,Zop為上部射孔段與油水界面的距離,Zwd為產(chǎn)出底水與油水界面的距離,Zdi為底水產(chǎn)出端和底水重新注入端的距離,re為油藏供給邊界半徑,rb為堵劑隔板半徑)。底水錐進過程中需要同時克服堵劑隔板的阻擋和井底循環(huán)排液泵抽汲產(chǎn)生的雙重作用,因此本方法可以有效抑制底水錐進,延長油井無水采油期,而“改進隔板-DWL”臨界產(chǎn)量新模型則可以有效提高底水油藏的臨界產(chǎn)量。

        圖1 模型底水流動形態(tài)

        1.1 改進隔板理論

        對于帶隔板底水油藏,油井生產(chǎn)后,底水在生產(chǎn)壓差的作用下向上錐進(見圖2,hb為油水界面到隔板的距離)。對于底水油藏水錐而言,隔板作用相當于將井筒半徑延長到隔板邊緣,在達到相同含水率時,帶隔板油井所需要的時間遠大于不帶隔板油井;同時,在隔板邊緣處,帶隔板油井的生產(chǎn)壓差也小于不帶隔板油井的生產(chǎn)壓差。

        圖2 帶隔板油井臨界產(chǎn)量生產(chǎn)時的流動形態(tài)

        帶隔板油井的臨界產(chǎn)量計算相關假設為:油水滲流為穩(wěn)態(tài)流動,油藏均質,忽略毛細管力的影響,忽略油水過渡帶的影響,油水間有明顯界面,油、水密度和黏度均為常數(shù)。

        李傳亮等[11]根據(jù)格林第二公式,推導出了帶隔板底水油藏油井臨界產(chǎn)量qcb公式:

        式中:K 為滲透率,μm2;Δρwo為油水密度差,g/cm3;g 為重力加速度,m/s2;Bo為原油體積系數(shù);μo為原油黏度,mPa·s。

        實際鉆完井過程中,射孔段與隔板之間有一定距離。因此,底水油藏油井實際臨界產(chǎn)量的計算,還應該考慮打開程度的影響。何巍等[12]提出了考慮打開程度影響的底水油藏油井附加臨界產(chǎn)量qcp公式:

        式中:Kv,KH分別為垂向、水平方向的滲透率,μm2。

        1.2DWL理論

        DWL技術實施包含3個射孔段,分別是油層射孔段、底水上部射孔段、底水下部射孔段(見圖3)。在油水界面上部油層段,原油通過射孔段產(chǎn)出;在油水界面下部的底水層,底水通過下部的潛水泵抽汲,通過油管重新注入到下部水層,不需將底水采出地面[13-15]。

        圖3 油井循環(huán)排液時的流動形態(tài)示意

        DWL技術臨界產(chǎn)油量和產(chǎn)水量計算假設[16-18]:底水能量充足;流體的流動符合達西定律;K為常數(shù),與KH相等;油井射孔段在油藏上部;油藏中無氣頂,忽略油水過渡區(qū)影響;下部排水和重新注入底層水的射孔段長度相同,并且遠小于整個水層厚度。

        穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)時,含油層段油井壓降Δpop[19-20]為

        底水水錐向上錐進時,油層射孔段與油水界面壓差pMop為

        潛水泵穩(wěn)態(tài)抽汲時,水層上部射孔段壓降Δpwd為

        定義水層射孔段無因次參數(shù)Ddi:

        水層上部射孔段與油水界面壓差pMwd為

        潛水泵穩(wěn)態(tài)注水時,水層下部射孔段壓降Δpwi為

        水層下部射孔段與油水界面壓差pMwi為

        油井正常生產(chǎn)時,油水界面的壓力平衡,則有:

        將式(3)—(9)代入式(10),計算得到 DWL 技術油井的臨界產(chǎn)油量qopc和底水抽汲量qwdc:

        式中:qop為 DWL技術的采油量,t/d;qwd為DWL技術的底水產(chǎn)出速度(也即底水重新注入速度),t/d;Bw為地層水體積系數(shù);M為油水流度比;ρo,ρw分別為地層原油、地層水的密度,g/cm3;μw為地層水黏度,mPa·s;rw為井筒半徑,m。

        從式(11)可以看出,臨界產(chǎn)油量與底水循環(huán)抽汲量密切相關,隨著抽汲量的增加,DWL技術采油的臨界產(chǎn)量增加。在實際生產(chǎn)中,應選擇合理的抽汲量以提高底水油藏的臨界產(chǎn)油量。

        實際應用中,DWL技術壓錐效果明顯:一方面,底水不需要采出,可以節(jié)省采出水和地面處理水成本;另一方面,底水在下部循環(huán)未被采出,增加了底水油藏的驅動能量,有利于油藏的合理開采。但是,DWL技術要求油井射開和裝置封隔器位置準確,上部潛水泵采水速度和下部潛水泵抽汲水速度合理。

        1.3 新模型理論

        借鑒改進隔板理論和DWL技術在開發(fā)底水油藏方面的優(yōu)勢,將二者進行組合,建立了一種新的底水油藏開發(fā)模型。由于DWL與隔板理論中原油采出作用力不同,因此DWL技術油井臨界產(chǎn)量取決于井底潛水泵提供的動力大小,而隔板理論油井臨界產(chǎn)量取決于井底壓差與油水重力之間的差異,與潛水泵動力無關。新模型中油井臨界產(chǎn)量滿足疊加原理,將帶隔板油井的臨界產(chǎn)量、打開程度對油井產(chǎn)生的附加臨界產(chǎn)量和DWL技術采油的臨界產(chǎn)量三者相加,得到油井的“改進隔板-DWL”臨界總產(chǎn)量表達式:

        式中:qt為油井的總產(chǎn)量,t/d。

        將式(1)、(2)、(11)代入式(13),得:

        式(14)即為底水油藏“改進隔板-DWL”臨界產(chǎn)量計算新模型。

        2 實例分析

        東海平湖油田某底水油藏油井的有關參數(shù)為:ho=18 m,hw=21 m,hp=11 m,hb=5 m,re=500 m,rb=100 m,rw=0.1 m,KH=K=0.43 μm2,Kv=0.043 μm2,qwd=40 t/d,Bo=1.46,Bw=1.05,ρw=1.1 g/cm3,ρo=0.78 g/cm3,μo=0.54 mPa·s,Ddi=13.5,Zop=12.5 m,Zwd=5.5 m,M=5。

        將各參數(shù)代入式(1)、(2)、(11)、(14),計算的油井臨界產(chǎn)量分別為 89.38,1.19,97.71,187.09 t/d。 從計算結果可以看出,新理論方法計算的日產(chǎn)量是單獨注入人工堵劑隔板日產(chǎn)量的2.08倍,是單獨采用DWL技術計算油井產(chǎn)量的1.93倍。因此,新模型“改進隔板-DWL”技術可明顯提高底水油藏臨界產(chǎn)量,尤其是在海上油田,投資成本高,資金回收期短,處理和凈化水困難等難題。

        3 結論

        1)結合隔板理論和DWL技術開采底水油藏的優(yōu)點,建立了新的底水油藏臨界產(chǎn)量計算模型。實例計算結果表明,相比于單獨隔板理論和DWL技術臨界產(chǎn)量,新模型計算的油井臨界產(chǎn)量分別是前者的2.08倍、后者的1.93倍。

        2)隨著DWL技術抽汲底水速度的增加,臨界產(chǎn)量增加,“改進隔板-DWL”臨界產(chǎn)量也增加。應用新模型開發(fā)底水油藏時,應該根據(jù)油藏開發(fā)實際,設置合理的底水抽汲速度,充分發(fā)揮新方法的優(yōu)點。

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