考虑颗粒充填的水平井控水完井产量预测方法

谭吕 张宁 秦世利 安永生 熊成琛

摘要：近年来在水平井管柱与井眼环空进行颗粒充填的控水方法在底水油藏得到了广泛的应用，目前尚没有准确的产量预测方法。为此，从宏观流动与微观流动的差异性入手，分析了流体在底水油藏、颗粒充填层、控水工具等不同空间维度内流动之间的相互关系，在油水两相数值模拟模型的基础上，采用“矩阵镶边”的方法将3 个维度的流动模型相互耦合，提出了考虑颗粒充填的水平井控水完井产量预测方法，准确度比常规等效方法提高9.17%。研究结果表明，新方法能够实现流体在油藏、颗粒充填层和控水工具间窜流量的定量求解，更直接地体现不同空间维度流动对控水效果的影响，为底水油藏考虑颗粒充填的水平井控水完井产量预测提供了有力工具。

关键词：海洋石油；完井；底水；水平井；控水工具；颗粒充填；耦合；产量预测

中图分类号：TE312 文献标识码： A

0 引言

底水油藏具有水体能量充足、油柱高度低、流体性质差异大的特点，但底水突破导致水平井含水上升过快、采油速度降低、水处理成本增加等问题长期困扰着底水油藏的有效开发，为了提高单井产量和开采速度，水平井逐步取代了直井和定向井开发方式［1］。为进一步减缓水平井底水锥进速度，出现了多种水平井控水完井方式，包括变密度筛管完井、中心管完井、ICD（Inflow Control Device） 控水完井、AICD（Autonomous Inflow Control Device） 控水完井、复合型控水完井等。

变密度筛管完井［2］针对水平井跟端压差大、底水易突破的问题，根据水力学原理，利用筛管孔眼、孔径和孔密都比普通筛管小的特点，将跟端较大的生产压差抵消掉一部分，实现了底水对水平井均衡供液。中心管完井［3］针对长位移水平井压降过大的问题，在水平井筒中下入一定长度的中心管，平衡沿水平段生产压差，减缓了由于高流量带来的水平井“跟趾效应”问题。ICD 控水完井［4］针对沿水平段储层非均质性较强的问题，利用流体力学原理，对流经ICD 的流体产生一个与流量相关的压差， 解决了底水油藏水平井的先期控水问题。AICD 控水完井［5］针对ICD 只能进行先期控水的特点，利用油水黏度的差异，对流经AICD 的流体产生一个与黏度相关的压差，解决了底水油藏水平井的后期控水问题。近年来，出现了一种新的复合型控水完井方式［6］，采用颗粒充填方式对控水管柱与水平井眼环空进行充填，采用ICD 或AICD 等控水工具进行流入控制，在稠油油藏和裂缝性油藏开发中有较明显的效果。相比于其他控水完井方式，这种方式的流动更加复杂，如何对其进行准确产量预测成为了亟待解决的问题。

随着控水技术成为缓解底水锥进问题的焦点，国内外学者对底水油藏水平井不同控水完井方式的产量预测方法开展了深入的研究。李伟等［7］建立了变密度筛管配合盲管控流完井的耦合模型，采用微元段法求解，通过实例计算验证了变密度筛管配合盲管控流技术的优越性，该模型考虑了单相油藏渗流和井筒管流的三维稳态耦合。于法珍等［8］在进行中心管控水耦合模型求解的过程中，分别建立流体在盲管和筛管中的流动模型，解决了半解析中心管控水完井耦合模型求解难的问题，该模型考虑了钻井污染的影响，能够实现非均质底水油藏中心管设计。付宣等［9］在ICD 控水完井耦合模型中引入了基于势的叠加原理和镜像反射原理的油藏渗流模型，给出了非均质油藏水平井ICD 控水完井流入剖面的优化方法，重点讨论了不同ICD 控水参数对水平井流入剖面的影响。安永生等［10］从油藏、ICD、水平井筒三个空间尺度的流动模型出发，以各个空间尺度的接触面为链接节点，建立了水平井ICD 控水完井一体化耦合模型，该模型考虑封隔器对控水管柱和水平井筒环空进行分段的方式，计算结果体现了油藏、ICD、水平井筒间的相互影响。郭松毅等［11］基于有序聚类方法，结合水平井筒流入剖面，以延长无水采油期和提高累积产油量为目标，建立了水平井AICD 控水完井分段方法，并证明了该分段方法能有效延长无水采油期和提高累产。Birchenk 等［12］建立底水油藏水平井ICD 控水完井的半解析耦合模型，解决了非均质油藏中水平井ICD 控水完井的流入均衡问题，并能优化出合适的ICD 控水完井参数。杨青松等［13］建立了水平井ICD 控水完井的多段井模型，实现了井筒与油藏的耦合，研究了底水油藏水平井ICD 控水完井的产液动态规律，分析了ICD 控水完井对产能和采收率的影响。张俊斌等［14］在分析底水油藏水平井连续封隔体ICD 控水完井流动规律的基础上，基于油藏数值模拟方法提出了连续封隔体ICD 控水完井的产量预测方法，该方法未考虑连续封隔体内部窜流的影响。

除了文献报道外，国内外一些软件公司也开展了大量的研究，多款商用软件具备底水油藏水平井不同控水完井方式的产量预测功能。按照产量预测方法原理，商用数值模拟软件可以大致分为以“节点系统分析”为主要解决方案和以“多段井”耦合为主要解决方案等两大类。前者将油藏、控水管柱与水平井眼的环空、控水工具和水平井筒进行节点划分，利用节点压力作为求解的连接纽带，实现了对不同控水完井方式、不同空间维度流动的稳态模拟，能够针对某一时刻的油藏参数开展静态的产油量和含水率的预测；后者基于油藏数值模拟模型，将油藏流动模型、控水工具流动模型和水平井筒流动模型相互耦合，采用封隔器对控水管柱与水平井眼环空进行分隔，实现了对ICD 和AICD 等不同控水完井方式的动态模拟。