海上干擾試井?dāng)?shù)值模擬設(shè)計(jì)及方案優(yōu)化

閆正和，郭康良，李彥平，成楚傳，楊勇，劉遠(yuǎn)志

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司生產(chǎn)作業(yè)部，廣東深圳518067；2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100）

油氣田開發(fā)

海上干擾試井?dāng)?shù)值模擬設(shè)計(jì)及方案優(yōu)化

閆正和1，郭康良2，李彥平1，成楚傳1，楊勇1，劉遠(yuǎn)志1

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司生產(chǎn)作業(yè)部，廣東深圳518067；2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100）

南海東部某油田儲層滲透性較好，但各井產(chǎn)水量存在差異，井間干擾嚴(yán)重。針對該種現(xiàn)象，以滲流力學(xué)理論為基礎(chǔ)，依據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料進(jìn)行干擾試井?dāng)?shù)值模擬，并設(shè)計(jì)施工方案，以查明井間連通性及干擾壓力大小。與常規(guī)方法相比，干擾試井?dāng)?shù)值模擬方法可很好地實(shí)現(xiàn)近井地帶精細(xì)網(wǎng)格和遠(yuǎn)井地帶粗化網(wǎng)格相結(jié)合，從而達(dá)到利用較少的網(wǎng)格真實(shí)刻畫地質(zhì)特征的目的，同時也可很好地模擬油水兩相滲流情況，對實(shí)際施工測試有良好的指導(dǎo)意義。實(shí)際干擾試井施工所搜集到的干擾壓力數(shù)據(jù)與最初模擬設(shè)計(jì)方案相符，從而驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的正確性。

干擾試井；數(shù)值模擬；方案設(shè)計(jì)；南海油田

0　引言

南海東部海域多數(shù)油田地質(zhì)條件較好，構(gòu)造簡單，儲層物性和流體性質(zhì)均較好，產(chǎn)能高，儲層連通性好，水體天然能量充足［1-2］。研究區(qū)某油田2370號油層是該油田的主力產(chǎn)層，位于新近系下中新統(tǒng)珠江組中下部，是一個反韻律濱岸體系臨濱亞相沉積的塊狀砂巖油藏，平面上砂體展布相對穩(wěn)定，油層有效厚度為12.4～23.2m。2370號油層之上發(fā)育一套巨厚的陸棚相泥巖（圖1），縱向上形成了良好的儲蓋組合［3-4］。該油田部分鉆井取心分析結(jié)果顯示，2370號油層孔隙度為13.0%～22.8%，滲透率為47～3 860mD，滲透率大于1 000mD的樣品占樣品總數(shù)的41.2%。統(tǒng)計(jì)滲透率變異系數(shù)與突進(jìn)系數(shù)發(fā)現(xiàn)，2370號油層縱向非均質(zhì)性較強(qiáng)。經(jīng)過數(shù)年的開發(fā)，油層已進(jìn)入中—高含水階段，油藏出現(xiàn)地層能量下降及井間干擾現(xiàn)象。為了解決這個問題，筆者采用干擾試井?dāng)?shù)值模擬的方法來評價井間連通性與干擾壓力（初始壓力與井底壓力之差）大小，并求取井間地層物性參數(shù)。雖然目前干擾試井技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并得到了廣泛應(yīng)用［5］，但海上油田存在取心較少、地質(zhì)資料缺乏、潮汐和波浪干擾大等多重不利因素的影響，這為大規(guī)模進(jìn)行海上干擾試井施工測試增大了的風(fēng)險。筆者在精細(xì)刻畫數(shù)值模型的基礎(chǔ)上，通過配置不同的激動井產(chǎn)液量和干擾時間進(jìn)行模擬對比，最終確定一套在誤差允許范圍內(nèi)的，符合該油田實(shí)際情況的干擾試井方案。

圖1　南海油田油藏剖面Fig.1 Reservoir section of the South China Sea oilfield

圖2　干擾試井示意圖Fig.2 Sketch of interferencewell test

1　干擾試井?dāng)?shù)值模擬原理

干擾試井?dāng)?shù)值模擬是以現(xiàn)有的地質(zhì)資料為基礎(chǔ)建立數(shù)值模型，并借助干擾試井的基本理論，模擬多相流的滲流特征從而得到相應(yīng)參數(shù)。干擾試井測試分為激動井激動一個壓力信號和觀察井接收來自激動井的干擾信號2個關(guān)鍵部分。所謂激動井就是在測試過程中通過改變產(chǎn)液量（工作制度）來產(chǎn)生一個壓力信號的井，觀察井則是在測試過程中通過井下壓力計(jì)監(jiān)測這個壓力信號的井。概括地講，干擾試井的原理就是激動井改變生產(chǎn)制度產(chǎn)生壓力波動，在安裝有高精度壓力計(jì)的觀察井中測量干擾壓力［6-8］（圖2）。假設(shè)：油藏是平面非均質(zhì)的；流體是微可壓縮的；流體黏度和壓縮系數(shù)均是常數(shù)；在干擾試井之前，觀察井的地層壓力保持基本穩(wěn)定；激動井以一定產(chǎn)液量生產(chǎn)；井間相互連通，則在一定時間內(nèi)，存在如下關(guān)系

式中：Δpw為干擾壓力，MPa；pR為地層壓力，MPa；pw（t）為觀察井在t時刻的井底壓力，MPa；Q為激動井產(chǎn)液量，m3/d；μ為流體黏度，mPa·s；B為流體體積系數(shù)，無因次；Ei為指數(shù)積分函數(shù)；K為地層滲透率，mD；t為生產(chǎn)時間，h；φ為地層孔隙度，%；Ct為綜合壓縮系數(shù)，MPa-1；r為井間距離，m；h為地層厚度，m。

2　干擾試井方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化

2.1干擾試井井組的優(yōu)選

南海油田目前已有十余口井投產(chǎn)，在油田整體提液過程中發(fā)現(xiàn)部分井存在干擾現(xiàn)象，尤以西南部的W7和W3井井間干擾較為嚴(yán)重。W7井于2012年投產(chǎn)，初期自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)液為652.6m3，日產(chǎn)油為641m3，含水率為1.8%，自噴生產(chǎn)半年后因提液需要轉(zhuǎn)為電潛泵生產(chǎn)，高峰日產(chǎn)液為1 632.9m3，日產(chǎn)油為635m3，含水率為61.1%。W3井于2005年投產(chǎn)，初期自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)液為1 009.57m3，含水率為0，無水采油期1年半左右，高峰日產(chǎn)液為1 880.4m3，日產(chǎn)油為1 009.6m3，含水率為3.8%。W3與W7井相距295m，為最近的兩口井，當(dāng)W3井提液量增大1%時，W7井井底壓力計(jì)顯示壓力下降迅速，表現(xiàn)出極為明顯的干擾現(xiàn)象。由于進(jìn)行干擾試井需要對觀察井進(jìn)行關(guān)井，而現(xiàn)階段W3井產(chǎn)液量最高，為節(jié)約成本，最終選定W3與W7井作為干擾測試的關(guān)聯(lián)井組，并以產(chǎn)液量最高的W3井作為激動井，W7井作為觀察井進(jìn)行干擾試井方案設(shè)計(jì)。

2.2干擾試井方案設(shè)計(jì)

W7和W3井均為水平井，生產(chǎn)層位為2370號油層，其在平面上存在一定的非均質(zhì)性。對其采用Voronoi網(wǎng)格進(jìn)行離散化，在平面上刻畫出一個空間區(qū)域，區(qū)域內(nèi)任意2個節(jié)點(diǎn)之間的連線必然被2個節(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)格邊界垂直平分，任意一點(diǎn)到網(wǎng)格中心點(diǎn)的距離均小于該點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的距離。在此單一層內(nèi)可以分為油藏區(qū)域和油藏邊界兩部分，油藏邊界采用對稱的塊狀網(wǎng)格，并將其設(shè)為定壓邊界。油藏區(qū)域內(nèi)則生成正六邊形幾何特性的網(wǎng)格，其網(wǎng)格塊的中心可由網(wǎng)格塊步長和網(wǎng)格塊與水平方向的夾角求得［9-14］。由此建立的Voronoi網(wǎng)格可用于描述形態(tài)復(fù)雜的油藏，同時可減少網(wǎng)格取向效應(yīng)，其正交特性符合徑向流的方向。將W7與W3井測井解釋滲透率和有效厚度等儲層參數(shù)輸入該數(shù)值模型中，周邊相對較遠(yuǎn)處的W8，W6和W11井的相關(guān)參數(shù)也用于插值。由于W7和W3井相距最近，因此在定義數(shù)值模型時適當(dāng)加大了網(wǎng)格密度，最終形成了一個大范圍內(nèi)粗格化和局部精細(xì)化，且儲層參數(shù)漸變的較為真實(shí)的數(shù)值模型（圖3）。

圖3　干擾試井油藏?cái)?shù)值模型Fig.3 Numericalmodelof oil reservoir of interferencewell test

由于需要有明顯的干擾壓力才能合理地進(jìn)行干擾試井解釋，因此干擾試井設(shè)計(jì)需要通過模擬來獲得合理的干擾壓力，從而指導(dǎo)干擾試井測試施工，避免可能的風(fēng)險，提高成功率。根據(jù)實(shí)際資料，該油田油井在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生噪聲和波動，其干擾壓力為1～10 kPa。海上油井壓力會受到潮汐作用的影響，潮汐作用干擾壓力一般為0.689 5～6.895 0 kPa。此外，還有其他因素可能造成背景壓力的不穩(wěn)定波動。因此，基于已建立好的數(shù)值模型，通過控制激動井產(chǎn)液量和干擾時間進(jìn)行模擬，可使干擾壓力不小于103.43 kPa，使得即使存在部分地質(zhì)因素不清和其他外界條件變化的影響，依然能夠保證測試誤差在一定范圍內(nèi)，并獲得有效合理的干擾壓力數(shù)據(jù)體。

W3井現(xiàn)階段日產(chǎn)液量為794.94～953.93m3，含水率為80%。因此數(shù)值模型建立后，根據(jù)W3井現(xiàn)階段的產(chǎn)液量為953.93m3/d時進(jìn)行模擬配產(chǎn)，并模擬產(chǎn)液量為1 907.86m3/d時的干擾壓力，并將它們進(jìn)行對比。通過調(diào)整相滲曲線，模擬油水兩相滲流，得到最終壓力變化曲線（圖4）。

從圖4可看出，W 3井以產(chǎn)液量為1 907.86m3/d生產(chǎn)時，W7井壓力下降速度明顯比W3井以產(chǎn)液量為953.93m3/d生產(chǎn)時快得多，說明激動井產(chǎn)液量對干擾壓力有很大影響。從初始點(diǎn)開始，保持W7井一直關(guān)井的情況下，W3井以產(chǎn)液量為1 907.86m3/d開井生產(chǎn)，很快就觀察到了W7井井底壓力下降。由于儲層物性較好，壓力波傳播速度較快，在開井16.1 h后干擾壓力就達(dá)到了103.43 kPa，在開井37.2 h后干擾壓力達(dá)到了137.9 kPa；在關(guān)井15.7 h后壓力恢復(fù)了103.43 kPa，關(guān)井41.2 h后壓力恢復(fù)了137.9 kPa。從初始點(diǎn)開始，W7井一直保持關(guān)井的情況下，W3井以產(chǎn)液量為953.93m3/d生產(chǎn)，W7井的壓力下降相對緩慢，開井71.33 h后干擾壓力達(dá)到了103.43 kPa，開井198.83 h后干擾壓力達(dá)到了137.9 kPa；關(guān)井63.83h后壓力恢復(fù)了103.43 kPa。通過對比可以看出，欲使干擾壓力達(dá)到103.43 kPa，兩種設(shè)計(jì)方案所需時間相差55.23 h。鑒于現(xiàn)階段油層的實(shí)際供液能力及突然猛烈提液可能會對油水兩相滲流產(chǎn)生影響，擬定使用產(chǎn)液量為953.93m3/d進(jìn)行激動。設(shè)計(jì)方案為：從某一時刻起，W7井停止生產(chǎn)并下入高精度壓力計(jì)監(jiān)測該井井底壓力，保持該井一直關(guān)閉，W3井正常生產(chǎn)48 h后關(guān)井48 h，然后開井以產(chǎn)液量為953.93m3/d生產(chǎn)96 h，再關(guān)井96 h，之后所有井恢復(fù)正常生產(chǎn)。

圖4　干擾壓力對比Fig.4 Com parison of interference pressure

2.3干擾試井方案優(yōu)化

如果依據(jù)該方案進(jìn)行施工，理論上就能搜集到可以用來進(jìn)行干擾試井解釋的較為合理的壓力數(shù)據(jù)體，而且具體施工起來也很便捷，但同時也存在一定的問題。根據(jù)模擬結(jié)果認(rèn)為，雖然在激動井激動前已經(jīng)監(jiān)測了背景壓力的變化，但仍有可能因?yàn)楸尘皦毫ΡO(jiān)測不全而使解釋結(jié)果不夠準(zhǔn)確。如果把原方案改為類似脈沖試井的多次開關(guān)井制度，則不僅可以在未能完整錄取背景壓力的情況下，把初始脈沖前緣當(dāng)作背景壓力，其后緣作為受到干擾影響的壓力進(jìn)行分析，得到純干擾壓力變化值，而且可以根據(jù)解釋的結(jié)果對測試全過程進(jìn)行壓力歷史擬合檢驗(yàn)，提高資料解釋的準(zhǔn)確度，同時還可以避免因單次關(guān)井時間過長而造成油井固結(jié)等不利現(xiàn)象發(fā)生。最終確定的施工設(shè)計(jì)方案為：①W3井保持開井正常生產(chǎn)，W7井關(guān)井12 h，下入高精度壓力計(jì)；②W7井開井正常生產(chǎn)48 h，保持W3井開井正常生產(chǎn)；③W7井關(guān)井48 h測壓力恢復(fù)；④W 3井關(guān)井48h；⑤W3井開井以產(chǎn)液量為953.93m3/d生產(chǎn)48h，保持W7井一直關(guān)井；⑥干擾試井測試結(jié)束，所有井恢復(fù)正常生產(chǎn)（圖5）。

圖5干擾試井測試施工安排Fig.5 Testing schedule of interferencewell test

圖6　W 7井實(shí)測干擾壓力Fig.6 Actualmeasurement interference pressure ofW 7well

3　干擾試井測試數(shù)據(jù)錄取

依據(jù)方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行了嚴(yán)格的施工測試。2014年3月8日14時開始在W7井下入高精度壓力計(jì)監(jiān)測W7井壓力變化。保持W3與W7井均開井正常生產(chǎn)，W7井在3月10日20時開始關(guān)井，并持續(xù)關(guān)井到3月21日20時測試結(jié)束。W3井在3月12日20時關(guān)井，之后每隔48 h改變一次開關(guān)井制度，直到3月20日20時結(jié)束測試。期間激動井開井生產(chǎn)時平均產(chǎn)油為424.98m3/d，平均產(chǎn)水為766.32m3/d，整體產(chǎn)液量比設(shè)計(jì)值略微增大。施工測試搜集到了良好的數(shù)據(jù)（圖6），從圖6可以看出，受W 3井開關(guān)井激動的影響，W7井在一個48 h的工作制度內(nèi)受到的干擾壓力達(dá)到了62.05～68.95 kPa，與之前進(jìn)行干擾設(shè)計(jì)模擬的60～70 h達(dá)到103.43 kPa基本相符，略微的誤差可能是由井間部分地質(zhì)特征不清，在數(shù)值模型中無法精細(xì)表征引起的，但總體上其誤差是滿足設(shè)計(jì)要求的，從而驗(yàn)證了數(shù)值模型所用地質(zhì)參數(shù)的準(zhǔn)確性，以及干擾試井設(shè)計(jì)思路和方案的正確性。

4　結(jié)論

（1）通過干擾試井設(shè)計(jì)和模擬，結(jié)合干擾試井相關(guān)理論得出激動井產(chǎn)液量及干擾測試時間與干擾壓力均呈明顯的單調(diào)函數(shù)正相關(guān)關(guān)系，在進(jìn)行試井設(shè)計(jì)時應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)合理的激動井產(chǎn)液量和測試時間。

（2）依據(jù)地質(zhì)資料進(jìn)行精細(xì)的數(shù)值模擬刻畫，設(shè)計(jì)以103.43 kPa作為干擾試井參數(shù)分析的下限值來配置產(chǎn)液量和對應(yīng)的激動時間，為不確定因素造成的誤差留出了空間，保證了施工能搜集到合理可靠的壓力數(shù)據(jù)。

（3）在潮汐等不穩(wěn)定因素的影響下，完成了基于干擾試井的數(shù)值模擬設(shè)計(jì)及施工，錄取到的壓力資料驗(yàn)證了模擬設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，為今后類似的海上大型干擾測試施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

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（本文編輯：李在光）

Interferencewell testw ith numericalsimulation design and program optim ization at sea

YAN Zhenghe1，GUO Kangliang2，LIYanping1，CHENGChuchuan1，YANG Yong1，LIU Yuanzhi1
（1.DepartmentofProduction，Shenzhen Branch，CNOOC，Shenzhen 518067，Guangdong，China；2.SchoolofGeosciences，YangtzeUniversity，Wuhan 430100，China）

The reservoir ofan oilfield located in the eastern South China Sea is characterized by good reservoir permeability，different water content in each well and serious interference between production wells.Aiming at this phenomenon，based on seepage flowmechanics and existing geological data，this paper carried out interferencewell test numerical simulation and designed construction program to ascertain interwell connectivity and find out interference pressure.Compared with conventionalmethods，interference well test numerical simulation can realize the combination of fine grid blocks in near bore zones and coarse grid blocks in far bore zones，and then achieved the purpose of describing geological characteristicswith leastgrid blocks and simulated oil and water seepage ofmultiphase flow at the same time，which has favorable guidance for practical construction tests.The actual interference pressure date collected from optimized interferencewell test constructionmatched with the initial designing project，which validates the correctnessof thisdesign scheme.

interferencewell test；numericalsimulation；projectdesign；South ChinaSeaoilfield

TE353

A

1673-8926（2015）02-0098-05

2014-10-22；

2014-12-28

國家重大科技專項(xiàng)“高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術(shù)”（編號：2011ZX05017-001）資助

閆正和（1965-），男，高級工程師，主要從事油氣田開發(fā)和油藏管理工作。地址：（518067）廣東省深圳市蛇口工業(yè)二路1號海洋石油大廈。電話：（0755）26022393。E-mail：yanzhh@cnooc.com.cn。