高曉飛 羅東紅 閆正和 曾顯磊 陳維華

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司)

一種減緩底水錐進(jìn)的新方法
——中心管技術(shù)及其在西江23-1油田水平井開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

高曉飛 羅東紅 閆正和 曾顯磊 陳維華

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司)

在前人提出中心管原理的基礎(chǔ)上,深入研究了中心管技術(shù),即在篩管內(nèi)插入中心管,以平衡水平井段生產(chǎn)壓差,減緩底水錐進(jìn),并將該技術(shù)成功應(yīng)用于西江23-1油田水平井開(kāi)發(fā)中。中心管技術(shù)能夠減緩底水錐進(jìn)、延長(zhǎng)無(wú)水采油期,從而改善開(kāi)發(fā)效果、增加經(jīng)濟(jì)效益。

底水油藏 中心管技術(shù) 減緩底水錐進(jìn)

水平井技術(shù)能夠提高油氣井產(chǎn)能,因而在油氣田開(kāi)發(fā)中越來(lái)越受到重視。常用的水平井完井方式有裸眼完井、篩管完井、礫石充填完井等,這些完井方式普遍存在的問(wèn)題是水平段跟端壓差最大,若油藏為底水油藏則容易引起水平段跟端過(guò)早見(jiàn)水并造成底水錐進(jìn)過(guò)快,使得油井產(chǎn)量減小、壽命縮短。目前尚沒(méi)有較好的方法減緩底水錐進(jìn),水平井完井后,只能通過(guò)降低油井產(chǎn)量減小生產(chǎn)壓差,從而延緩底水錐進(jìn)。在前人提出中心管原理[1]基礎(chǔ)上,筆者深入研究了中心管技術(shù),即在篩管內(nèi)插入中心管,以平衡水平井段生產(chǎn)壓差,減緩底水錐進(jìn)。實(shí)際應(yīng)用效果表明,中心管技術(shù)能夠有效延長(zhǎng)無(wú)水采油期、減緩含水上升速度,從而改善開(kāi)發(fā)效果、提高經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 中心管完井方式流體流動(dòng)模型

篩管完井可看作射孔完井的一個(gè)特例(即滿足一定射孔密度),流體在井筒中的流動(dòng)可以按照射孔完井方式處理[3-4]。從水平井筒上取出一長(zhǎng)度為Δx的微元體來(lái)分析(圖2),微元體中包含n個(gè)孔,對(duì)于井筒內(nèi)的單相流動(dòng),根據(jù)質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程可得到方程(3)、(4):

1 中心管技術(shù)減緩底水錐進(jìn)原理

1.1 中心管完井生產(chǎn)壓差方程

中心管從水平井段跟端的封隔器延伸到水平段中,將水平段分成有中心管的環(huán)空段和無(wú)中心管的井筒段2部分(圖1)。假設(shè)油藏為均質(zhì)底水油藏,一部分流體從油藏流入有中心管的環(huán)空段,沿環(huán)空流入到中心管末端,另一部分流體從油藏流入無(wú)中心管的井筒段,沿井筒流入到中心管末端;兩部分流體都從中心管末端流入中心管內(nèi)。

以水平段跟端為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系,x軸平行水平段并指向其指端,流體從油藏中流入到有中心管的環(huán)空段和無(wú)中心管的井筒段中,其流動(dòng)方程為[2]

圖2 微元體流動(dòng)示意圖

1.2 中心管完井生產(chǎn)壓差分布

以西江23-1油田H3B油藏為例對(duì)中心管完井水平井段的壓差分布進(jìn)行了計(jì)算。水平段長(zhǎng)度500m,中心管長(zhǎng)度分別取0、125、250、375 m,井筒直徑0.215 9m,篩管直徑0.174 6 m,中心管直徑0.114 3 m,地層壓力18.64M Pa,井底流壓16.64M Pa,設(shè)計(jì)產(chǎn)量2 542.5 m3/d,原油密度0.89 g/cm3,原油粘度5 m Pa·s,根據(jù)方程組(16)和方程組(17)計(jì)算水平井段壓差分布,結(jié)果如圖3所示。

圖3 中心管完井和篩管完井井底壓力曲線

從圖3可以看出,篩管完井(即中心管長(zhǎng)度為0 m),最大生產(chǎn)壓差點(diǎn)出現(xiàn)在跟端,底水將最先從水平井跟端錐進(jìn);而采用中心管技術(shù)后,最大生產(chǎn)壓差出現(xiàn)在中心管末端,底水將最先從中心管末端錐進(jìn),中心管使最大生產(chǎn)壓差出現(xiàn)的位置向指端移動(dòng),有利于減緩底水錐進(jìn)[1-2,4-5]。

1.3 中心管入液口位置優(yōu)化

在井筒尺寸、篩管尺寸及中心管尺寸一定的情況下,油井累積產(chǎn)油量與中心管入液口位置有關(guān)。仍然采用H 3B油藏基本數(shù)據(jù),只考慮中心管入液口位置不同分別計(jì)算油井累積產(chǎn)油量,結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出,中心管入液口位于水平井段中間時(shí)的累積產(chǎn)油量比位于水平井段其它位置時(shí)多,因此中心管入液口一般應(yīng)選擇位于水平井段中間,但工程設(shè)計(jì)時(shí)還要根據(jù)實(shí)際井眼軌跡和油水界面位置具體確定。

表1 油井累積產(chǎn)油量與中心管入液口位置的關(guān)系(104m3)

2 應(yīng)用效果

西江23-1油田4H井作為試驗(yàn)井使用中心管完井取得了較好的效果,因此在12H～15H井等4口井也使用了中心管技術(shù)。中心管完井技術(shù)的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下方面:

(1)延長(zhǎng)無(wú)水采油期

表2為西江23-1油田油井無(wú)水采油有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。從表2可以看出,H 3B油藏下中心管井(4H井)的無(wú)水采油期是不下中心管井(1H～3H井)的2.6倍,無(wú)水采油量是不下中心管井的2.5倍,底水錐進(jìn)速度(底水從油水界面移動(dòng)到水平井段的時(shí)間)比不下中心管井慢0.4 m/d。H 1B油藏下中心管井(12H～15H井)平均無(wú)水采油期是不下中心管井(10H井)的2.8倍,平均無(wú)水采油量是不下中心管井的4倍,平均底水錐進(jìn)速度比不下中心管井慢0.9m/d。可見(jiàn),中心管完井技術(shù)在無(wú)水采油階段能夠延長(zhǎng)無(wú)水采油期和增加無(wú)水采油量。

表2 西江23-1油田油井無(wú)水采油有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

(2)減緩含水上升速度

表3為西江23-1油田油井不同含水階段含水上升速度統(tǒng)計(jì)表。由表3可知,H 3B油藏下中心管井(4H井)含水上升速度(每采出104m3油對(duì)應(yīng)的含水上升率)比不下中心管井(1H～3H井)平均含水上升速度在低含水、中含水和總體上分別慢13.24%、24.73%和2.83%。H1B油藏下中心管井(12H～15H井)平均含水上升速度比不下中心管井(10H井)在低含水、中含水和總體上分別慢48.23%、65.68%和2.86%。從不同含水階段看,中心管技術(shù)能夠有效地延緩含水上升速度。

表3 西江23-1油田油井不同含水階段含水上升速度統(tǒng)計(jì)表(%/104m3)

(3)改善開(kāi)發(fā)效果

西江23-1油田油井累積產(chǎn)油量和含水關(guān)系曲線如圖4、5所示。從圖4、5可以看出,含水一定時(shí)下中心管井的累積產(chǎn)油量普遍比不下中心管井高。以含水60%為例,H 3B油藏下中心管井(4H井)累積產(chǎn)油量(6×104m3)是不下中心管井的2倍(1H～ 3H井平均累積產(chǎn)油量3×104m3);H1B油藏下中心管井(12H～15H井平均累積產(chǎn)油量10×104m3)累積產(chǎn)油量是不下中心管井(10H井累積產(chǎn)油量1× 104m3)的10倍。圖4中3H井曲線位置與形態(tài)更接近4H井,是因?yàn)?H井跟端遠(yuǎn)離油水界面,生產(chǎn)過(guò)程中底水錐進(jìn)較慢;而圖5中12H井曲線異常是因?yàn)樵摼捎谠煨崩щy使得水平段跟端離油水界面較近,生產(chǎn)過(guò)程中中心管減緩底水錐進(jìn)效果不明顯。

圖6 西江23-1油田H 3B油藏油井采出程度和含水率關(guān)系曲線

圖7 西江23-1油田H 1B油藏油井采出程度和含水率關(guān)系曲線

西江23-1油田油井采出程度和含水關(guān)系曲線如圖6、7所示。從圖6、7可以看出,含水一定時(shí),下中心管井的采出程度比不下中心管井高。以含水6 0%為例,H 3B油藏下中心管井(4H井)采出程度(5%)是不下中心管井的1.8倍(1H～3H井平均采出程度2.8%),而H 1B油藏下中心管井(12H～15H井平均采出程度12%)采出程度是不下中心管井(10H井采出程度1.1%)的10.9倍。

(4)增加經(jīng)濟(jì)效益

西江23-1油田5口井使用中心管共增加費(fèi)用約500萬(wàn)元人民幣,但截至2009年底,累積增加產(chǎn)油量超過(guò)5×104m3,增加經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)1 570萬(wàn)美元(油價(jià)按照50美元/桶計(jì)算)。

3 結(jié)論

(1)與篩管完井相比中心管完井可改變水平井段生產(chǎn)壓差分布,使最大生產(chǎn)壓差由水平井跟端向指端移動(dòng),有利于減緩底水錐進(jìn)。

(2)中心管技術(shù)在西江23-1油田取得了很好的應(yīng)用效果,減緩了底水錐進(jìn)、延長(zhǎng)了無(wú)水采油期、增加了無(wú)水采油量,從而改善了開(kāi)發(fā)效果、增加了經(jīng)濟(jì)效益。

符號(hào)注釋

pr—地層壓力;

p(x)—水平段x處的壓力;

Js—特殊采油指數(shù),與油藏幾何形狀、滲透率、粘度有關(guān);

f—管壁摩擦系數(shù),f=CRe-α,層流時(shí)取α=1,C=16;

v1、v2—微元體流入、流出的平均流速;

vp—孔眼徑向流體流入平均流速;

pw1、pw2—流入、流出壓力;

A—微元體的截面積;

Ap—孔眼截面積;

ρ—流體密度;

m—流體質(zhì)量流量;

Q—井筒內(nèi)該段主流上端平均流量;

q—從油藏經(jīng)該段所有孔眼流入井筒的總流量;

ρ—流體密度;

D—水平井筒直徑;

Ds—篩管內(nèi)徑;

qw—從油藏經(jīng)該段所有孔眼流入無(wú)中心管的井筒段的總流量;

Qw—無(wú)中心管的井筒段該段主流上端平均流量;

Dst—中心管外徑;

Ds—篩管內(nèi)徑;

qan—從油藏經(jīng)該段所有孔眼流入有中心管的環(huán)空段的總流量;

Qan—有中心管的環(huán)空段主流上端平均流量;

Lw—水平井段長(zhǎng)度;

Lst—中心管長(zhǎng)度。

[1] BREKKE K,L IEN SC.New and simple completion methods for horizontal wells imp rove the production performance in high permeability,thin oil zones[C].SPE 24762,1994.

[2] JANSEN JD.A semi analytical model for calcuating pressure dropalong horizontal wells with stinger completions[C].SPE 74212, 2003.

[3] 劉想平,張兆順,劉翔鶚,等.水平井筒內(nèi)與滲流耦合的流動(dòng)壓降計(jì)算模型[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2000,22(2):36-39.

[4] 王小秋,汪志明,魏建光.井筒與油藏耦合條件下水平井變質(zhì)量流動(dòng)規(guī)律研究[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展:A輯,2005,20 (3):326-331.

[5] PERMAD IP.Horizontal well completion with stinger for reducing water coning problem s[C].SPE 37464,1997.

(編輯:孫豐成)

A new method for delaying coning in bottom water reservoir:application of stinger technology in horizontal well development of XJ23-1 oilfield

Gao Xiaofei Luo Donghong Yan Zhenghe Zeng Xian lei Chen Weihua
(Shenzhen B ranch ofCNOOC L td.,Guangdong,518067)

Based on the principle of stringer,this paper makes study deeply on stinger technology that inserts a stringer into screen to balance pressure drop and delay water coning.The stringer technology has been applied successfully in horizontal well development of XJ23-1 oilfield with delaying water coning,pro longing water free production period,imp roving development effect and increasing economic benefits.

bottom water reservoir;stinger technology;delaying water coning

高曉飛,男,工程師,2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè),目前主要從事油氣田開(kāi)發(fā)工作。地址:廣東省深圳市蛇口工業(yè)二路1號(hào)海洋石油大廈(郵編:518067)。E-mail:gaoxf@cnooc.com.cn。

2009-07-07 改回日期:2010-02-01