大孔道水平井多元热流体井间窜流程度表征研究

吴海君，杜庆军，宫汝祥

（1.中国石油大学（华东），山东 青岛266580；2.中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津300450）

0 引言

水平井多元热流体吞吐技术已在渤海稠油开发实践中取得了较好的增产效果［1-4］。由于注气量较大且油藏非均质性严重，特别是大孔道的存在，使得井间气窜现象严重，影响了注入井和邻井的动态［5-9］，降低了热能利用率和多元热流体的开发效果，干扰了油井的正常生产［10-13］。必须采取关井以及减小注气强度等措施，以便减小气窜的影响。在后续生产过程中，也需对不同窜流程度的气窜现象采取不同的调整措施［14-16］。因此，需要建立不同气窜程度的表征方法，从而对井间窜流程度进行分类研究，为后续调整方式的制定提供指导。

本文利用数值模拟方法，建立了存在大孔道的水平井多元热流体井间窜流基础模型，提出用井间窜流系数、 窜流距离和形状因子3 种参数来定量表征气窜程度；在此基础上，讨论了大孔道渗透率和注入量对3种表征方法的影响。

1 基础模型的建立

南堡×油田x 井生产层位为Nm05 小层，垂直深度943 m，生产初期地层压力8 MPa，水平段长215 m。在多轮次吞吐生产期间，该井与邻近的y 井之间存在明显的气窜特征。在注气期间，x 井的油压和套压迅速下降，y 井的油压由0 上升至2.5 MPa；在下泵生产期，x井地层流压下降较快，由初始的9.4 MPa 下降到3.0 MPa，产能下降迅速。根据y 井和x 井的近井地层性质，分析认为，两井间存在大孔道。以x 井实际油藏特征为依据，建立了水平井多元热流体吞吐窜流模型，其井位及渗透率分布见图1。

模型基本参数为：油藏温度56 ℃，地下原油黏度665 mPa·s，油层厚度6 m，初始含油饱和度0.68，平面渗透率4 000×10-3μm2；在I，J 和K 方向上划分的网格数为51×25×8，网格尺寸为25 m×15 m×0.75 m，水平段长215 m。

采用吞吐井交替开井开发方式，4 口边井以120 m3/d 的排液速度同时生产2 个月后，自中心井开始注入多元热流体。其中热水注入温度为240 ℃，注入速度为165 m3/d，地面标准状况下，气体注入速度为57 600 m3/d，注入量为3 300 m3。

图1 模型井位及渗透率分布

2 窜流程度的表征方法

4 口边井在生产过程中压力逐渐降低，产油量逐渐减小，当中心井注入多元热流体后，由于气体的扩散和井间的压力差，注入气会向井周围扩散。为了便于研究井间气体的窜流程度，以其中一口井（3#井）的日产气和累计产气曲线为研究对象，提出窜流系数的概念，定量表征井间气体的窜流程度。利用气体驱替前缘场图，提出了窜流前缘距离和形状因子2 个参数，对窜流程度进行表征。

2.1 井间窜流系数

图2为3#井日产气量和累计产气量随生产时间的变化。可以看出：在中心井注气过程中，3#井日产气量逐渐增大；当中心井注入结束时，3#井的日产气量达到最大；在之后的生产过程中，日产气量逐渐减小。

在注入量一定的条件下，窜流越严重，则邻井日产气量的峰值越大，生产结束时的累计产气量也越大，因此，引入窜流系数的概念来表征井间窜流程度的大小。其定义为，在一个生产周期内，邻井最大日产气量和邻井累计产气量的乘积与累计注气量平方的比值。其表达式为

式中：n 为井间窜流系数；Qmax为邻井最大日产气量，m3；Qc为邻井累计产气量，104m3；Qi为中心井注气总量，104m3。

数值模拟计算得出，在基础方案下，3#井日产气峰值为7 364.4 m3，累计产气量为25.34×104m3，累计注气量为111.8×104m3。用式（1）计算得到基础方案的窜流系数为14.43。

图2 3#井日产气量和累计产气量随时间的变化

2.2 窜流前缘距离和形状因子

图3为高渗带渗透率为平均渗透率的8 倍、 注入结束时的含气饱和度分布。窜流前缘距离定义为注气结束时注入井与窜流前缘间的最大距离。图中L 即为窜流前缘距离。当高渗带渗透率为平均渗透率的8 倍时，L 值为158.94 m。

图3 窜流前缘距离示意

为了研究气体扩散前缘形状的不规则程度，引入形状因子表征图形规则程度，形状因子越大，图形越规则。形状因子定义为，注气结束时气体扩散前缘所包含的面积与周长平方的比值。即：

式中：m 为形状因子；s 为面积，m2；c 为周长，m。

当高渗带渗透率倍数为8 倍时，周长为695.13 m，面积为17 115.15 m2，根据式（2）计算得到形状因子为0.035 42。

3 大孔道渗透率对表征参数的影响

分别讨论了井间大孔道渗透率依次为平均渗透率的4，8，12，16 和20 倍时3#井产气量的变化，并计算得到相应的窜流系数、窜流前缘距离和形状因子。

3.1 对窜流系数的影响

不同大孔道渗透率倍数下，3#井日产气量的变化如图4所示。不同渗透率时窜流系数见表1。由图可知，随着高渗条带渗透率的增大，3#井日产气量峰值增加，且出现的时间更早；窜流系数也随高渗条带渗透率的增加而迅速增加。其主要原因在于，随着高渗带渗透率的增大，更多的气体会以更快的速度沿高渗条带突破，造成邻井产气量增加，使注入气体利用率降低。

图4 不同高渗带渗透率倍数下3#井日产气量

表1 不同高渗带渗透率倍数下的窜流系数

3.2 对窜流前缘距离的影响

图5为高渗带渗透率倍数分别为4，8，12，16 和20 倍时注入20 d 后含气饱和度分布，表2为不同渗透率倍数下注入结束时的注入井与窜流前缘的距离L值。由图可以看出，大孔道渗透率越大，气体沿高渗条带向生产井窜流程度越严重，在相同时刻，窜流前缘与注入井间距离越大。

图5 不同渗透率倍数下注入20 d 后含气饱和度分布

表2 不同渗透率倍数下的窜流前缘距离

为了解窜流前缘距离随注入时间的变化，分别模拟了渗透率倍数为8 时注入4，8，12，16，20 d 时含气饱和度分布。模拟结果表明，当注入时间较短时，无明显气窜，但随着注入时间的增加，注入量增加，气体扩散范围增大，窜流前缘距离也随之增大。

利用数值模拟技术，综合模拟研究了不同大孔道渗透率倍数在不同时间窜流前缘距离的变化，结果见图6。由图可以看出：注入时间越长，相同渗透率倍数条件下的窜流前缘距离越大；渗透率倍数越大，窜流前缘距离随时间的增加幅度越大。

图6 注入时间对窜流前缘距离的影响

3.3 对窜流形状因子的影响

利用数值模拟技术，还研究了大孔道不同渗透率倍数下在注入结束时窜流形状因子的变化，结果见表3。由表可知，随着渗透率的增大，形状因子逐渐降低，窜流前缘不规则程度增加。这主要是由于，高渗带渗透率倍数越大，气体沿高渗带窜进程度越明显，气体扩散范围越不规则。

表3 不同渗透率倍数下的形状因子统计

4 结论

1）提出了井间窜流系数、窜流距离和形状因子3个参数来定量表征窜流程度的大小。

2）随着大孔道渗透率的增大，窜流系数和窜流距离均增大，形状因子减小。

3）随着注入量的增大，窜流距离逐渐增大；注入量相同时，大孔道渗透率越大，形状因子越小，窜流程度越大。

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