双层完井排液压锥中油井产量的确定

2010-10-13刘彦成王健刘彦武乐潇蒋曙鸿张小龙

石油石化节能 2010年11期

关键词：底水水层射孔

刘彦成王健刘彦武乐潇蒋曙鸿张小龙

(1.西南石油大学;2.西安石油大学;3.山东省东营市仙河镇海洋采油厂油气集输大队)

双层完井排液压锥中油井产量的确定

刘彦成1王健1刘彦武2乐潇1蒋曙鸿1张小龙3

(1.西南石油大学;2.西安石油大学;3.山东省东营市仙河镇海洋采油厂油气集输大队)

双层完井排液压锥是一种相对新颖而且有效的控制底水锥进的方法,在世界范围内得到广泛的关注和应用。为了更好地将其技术应用于开发底水油藏,针对Wojtanowic提出的开发底水油藏的新思维——双层完井排液压锥,对底水油藏油井的产量问题进行了研究,并理论推导出油井产量和油层厚度的关系,这对进一步做好底水油藏油井的生产管理工作和科学开发底水油藏有一定的指导意义。

底水油藏底水锥进完井排液油井产量

底水油藏开发过程中,底水的天然能量使得底水油藏的采收率较高,但是当油井产量大于临界产量时,底水就会上窜,甚至水淹,导致油井产量大幅度降低,对于该难题的认识已有100多年历史。Smith C.L.和更早的学者们对底水锥进的原理进行过研究,发现底水锥进的形成是由于油井采液产生的压力梯度造成的。如果底水锥进得不到合理的控制,水锥将使油井过早见水,并严重影响油井的正常生产[1]。

为了抑制底水锥进,可以采用以下措施:①控制油层射开程度[2];②节流压锥 (即控制油井产量)[3];③关井压锥[4];④人为注入堵剂形成隔板,阻止底水锥进[5];⑤双层完井排液压锥,主要有两种技术:井下水沉技术 (DWS)和井下水循环技术 (DWL)。为实现排水采油抑制底水锥进,DWS技术关键是采用一种特殊完井技术来实现油水界面上下流体的分别开采[6];然而由于DWS技术需要大量的举升底水来实现压锥采油的目的,所以大大增加了成本,同时底水的采出也损失了底水油藏的能量,使得开采效益降低。为解决上述难题而发展起来的一种新技术,即DWL,它和DWS作用相同,但是不需要把水举升到地面,同时水循环也使得地层能量损失降低,达到高效开采油藏的目的[7]。为此,本文就关于完井排液压锥展开讨论,并理论推导出油井的合理产量,这对于底水油藏的合理开发有着重要的现实意义。

1 理论推导

双层完井排液压锥技术的理论假设条件如下[6]:

图1 DWS控制底水锥进示意图

图2 DWL控制底水锥进示意图

◇满足达西定律;

◇稳定状态和平面径向流;

◇流体视为不可压缩流体;

◇水平渗透率满足:Kh=Kradial=Kx=Ky;

◇油层射孔段在油层的上部,水层射孔段在油水界面下部;

◇在水层中的渗流同样也是平面径向流;

◇没有气顶,只有原油和地层水的流动;

◇储层有强水驱作用,即水层的厚度不随时间变化;

◇hw、hx、hpw、hc等是储层实际的参数,是常数;ho是油层的厚度,随着开采的进行油层厚度在不断下降,但是满足条件:ho＞hc。

从图和假设条件可知,为了使油水界面稳定,顶部射孔段的分压应该满足下式:

式中 ΔPtop——顶部油层射孔段处的压力,MPa;

ΔPbot——底部油层射孔段处的压力,MPa;

ΔPcow1——发生“水锥”突破油层时的临界毛管压力,MPa;

ΔPcow2——发生“油锥”突破水层时的临界毛管压力,MPa;

式中ρw——水相的密度,kg/m3;

ρo——油相的密度,kg/m3;

hw——水层的厚度,m;

hx——水层射孔段的高度,m;

hpw——水层的射开程度,m。

满足达西定律条件下,平面径向稳定渗流的产量公式可表达为:

式中q——产液量,m3/d;

K——地层的渗透率,10-3μm2;

h——储层的厚度,m;

pe——地层压力,MPa;

pwf——井底压力,MPa;

μ——液体黏度,mPa·s;

B——流体的体积系数,m3/m3;

re——油层的半径,m;

rw——油井的半径,m;

代入顶部 (油层)和底部 (水层)射孔段处的压力于式 (4)中得到:

式中qtop——油层段产油量,m3/d;

Bo——原油的体积系数,m3/m3;

Ko——油层的渗透率,10-3μm2;

μo——油相黏度,mPa·s。

则

式中qbottom——水层段的产水量,m3/d;

Bw——水的体积系数,m3/m3;

Kw——水层的渗透率,10-3μm2;μw——水相黏度,mPa·s。

设避水高度hc,hc=ho-hop;避油高度hd,hd=hw-hx-hpw;ρw-ρo=Δρ代入式 (7)得到:

在实际生产中由于储层原油的不断开采,使得原油产量也随之变化。将式(9)关于ho求一阶导,并求出使q′top=0的ho的值,推导如下:

当qbottom的值一定时 (即泵提供的功率一定时):由式 (10)可知qtop和ho满足线性关系。随着开采的进行,ho在不断下降,所以qtop也应该降低,以满足抑制底水的条件,从而保证油井持续、高效地生产。

2 应用举例

以塔里木盆地砂岩底水油藏某油井为例,其油井参数如下:

qtop=37 m3/d,qbottom=111 m3/d,M=5,ho=30 m,hw=12 m,hc=16 m,hpo=4 m,hd= 4 m,Bo=1.25,Bw=1.03,Δρ=0.15×103kg/ m3,μo=25 mPa·s,K=0.35μm2,φ=0.17,re=400 m,rw=0.1 m,2年后油层的厚度降为:ho=25 m,同时也满足ho＞hc。

故根据式 (9)计算得出油井的产量为:30.83 m3/d。