底水油藏多分支水平井水脊规律

常元昊，乐平，姜汉桥，刘传斌，高亚军，王依诚

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249；2.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500）

底水油藏多分支水平井水脊规律

常元昊1，2，乐平2，姜汉桥1，刘传斌1，高亚军1，王依诚1

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249；2.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川 成都 610500）

多分支水平井技术在延缓底水和气顶的脊进速度、提高油气井产量等方面作用明显，但在底水油藏开发中水脊问题仍然不可避免。文中利用数值模拟方法，建立了底水油藏多分支水平井模型，并分析了底水突破位置与发展情况的变化规律。研究结果表明：分支水平井底水突破位置主要为主支跟端附近以及处于中间的汇点部位附近，具体位置主要取决于分支角度、分支位置以及避水高度。合理产量随着分支数目与分支长度的增加而增加，且两者的影响程度较大；而分支位置与分支角度对合理产量的影响程度较小，其中合理产量随分支角度的增大先增加后减少。

底水油藏；多分支水平井；数值模拟；水脊

0　引言

在底水油藏开采过程中，水脊是影响开发效果的重要因素［1］。随着钻完井技术的发展和三维地震技术的普及，分支水平井技术迅速发展，它在增大油气藏泄油面积、提高油气井产量、延缓底水和气顶的脊进速度以及合理利用油层的能量等方面均有突出作用［2］。因此，开展底水油藏分支水平井水脊的研究对适应分支水平井技术的发展有着重要意义。

近年来，国内外学者针对水平井的水脊现象进行了广泛的研究，如利用数值模拟方法研究了水平井的水淹规律［3-8］，通过三维物理模拟系统研究了水脊的动态规律［9-10］，进而建立了稳定渗流下底水突破的相关理论体系［11-16］。但对于多分支水平井水脊现象的研究却并不多见。本研究运用数值模拟方法，建立了底水油藏鱼骨型分支水平井的基础模型，依据数值模拟图像分析了分支角度、分支位置、分支长度以及避水高度对底水突破位置的影响规律；同时，对底水突破后的发展情况进行了定量分析，研究了合理产量随多分支水平井参数改变的变化规律。

1　底水油藏理论模型的建立

本研究综合考虑了某油田的实际情况，以某油田某区块的地质参数为基础建立了合理的地质模型。同时，确定数值模拟模型所必需的基础参数，并在油藏底部设有解析水体以模拟底水。

1.1理论模型基本参数

分支水平井理论模型的基本参数见表1。

1.2网格划分

X，Y方向网格数分别为90和80，Z方向网格数为21。X，Y方向网格步长均为10 m，Z方向上前20层为2 m，第21层为10 m。分支水平井分布在油藏上部第10层。

2　底水突破位置的影响因素

分支水平井底水突破位置大致位于主支与分支连接附近的夹角区域内。其机理为，该区域单位体积的地层流入井筒的流体相对更多，因而产生了更大的垂向压力梯度，使该区域底水优先突破。而分支水平井底水突破的具体位置则随不同因素的变化而变化。

通过文献调研，将分支角度、分支位置（以第1分支与主支跟端的距离和分支间距的关系为代表）、分支长度以及避水高度作为底水突破位置的影响因素进行分析。选用井筒直径0.12 m、分支间距90 m、5分支、分支角度30°以及分支长度150 m的鱼骨分支水平井为基础模型。

2.1分支位置

图1a中，第1分支与主支跟端的距离为50 m，分支间距180 m，主支跟端附近率先见水；而图1b中，第1分支与主支跟端的距离为200 m，分支间距130 m，处于中间的汇点附近率先见水。由此可见：在其他因素不变时，当第1分支与主支跟端的距离明显大于分支间距时，底水总是倾向在处于中间的汇点附近率先突破；反之，当第1分支与主支跟端的距离明显小于分支间距时，则底水倾向在主支跟端附近突破。

2.2分支角度

图2a是一个5分支水平井，分支角度为90°，且第1分支与主支跟端的距离等于分支间距，可明显看出主支跟端附近率先见水；图2b同样为5分支水平井，所处油藏条件完全一样，且第1分支与主支跟端的距离等于分支间距，但分支角度为45°，但可明显发现其见水位置出现于中间的汇点附近。

由此可见：当其他因素不变，且第1分支与主支跟端的距离相较分支间距差别不大时，分支角度的大小起关键作用。即分支角度越小，则越会在处于中间的汇点附近优先见水。然而，与分支位置因素相比，分支角度对底水突破的影响作用较小。

2.3分支长度

图3是在图2b分支水平井基础上，将其分支长度变长为400 m的示意图。

由图3可以看出，底水突破位置稍向右移。可见，在其他因素保持不变的情况下，改变分支长度，会使水突破位置随长度变化出现移动，但移动程度不大。

2.4避水高度

避水高度即分支水平井与油水界面的距离。图4为分支水平井其他参数以及油藏参数均一致，避水高度分别为30，25，20 m时的底水突破示意图。

由图4可以看出，随着避水高度的减小，底水突破位置由处于中间的汇点附近逐渐转移至主支跟端附近。即随着该距离的缩小，底水更倾向在主支跟端附近率先见水。

3　分支水平井参数对合理产量的影响

水脊形成后，其发展速度影响水平井开采动态和效果。水脊发展速度越快，水平井见水时间越早，含水率上升越快。在本次研究中，结合现场实际生产情况，将采出程度达到25%时的产油量确定为合理产量，以此作为分支水平井参数优选的依据。已有的研究发现，选用不对称型分支水平井进行油藏开采更加有利，故针对不对称的分支水平井分支长度、分支数目、分支角度以及分支位置4个因素进行正交实验设计，分析其对于合理产量的影响趋势。

3.1正交试验设计

对上述4个因素进行四因素四水平的正交试验设计，试验方案见表2，数值模拟所得结果统计见表3（表中：A为第1分支与主支跟端的距离，B为分支数目，C为分支长度，D为分支角度）。

3.2极差法分析影响趋势

利用极差法分析合理产量，结果见表4。

从表4可以看出，第1分支距主支跟端100 m、分支数目为5、分支长度为250 m以及分支角度为45°的分支水平井，参数组合为最优组合。由于RC＞RB＞RA＞RD，故知分支长度影响最大，其次是分支数目，而第1分支与主支跟端的距离（代表分支位置）以及分支角度的影响较小。

由表4还可以看出：随着分支长度的增大与分支数目的增多，合理产量（m值）呈现增长趋势，并且增幅较大，能够达到50%左右；合理产量随第1分支距主支跟端距离的增大呈现波动状态，但波动幅度较小，一般不超过15%；分支角度的影响幅度非常小，仅仅在3%左右，整体趋势为随着分支角度的增大，合理产量先变大后逐步减小。

4　结论

1）利用数值模拟方法，从图像角度分析了底水油藏鱼骨分支水平井底水突破位置的变化情况。底水突破位置，主要集中在主井筒跟端附近或主井筒上中间处的汇点附近，其影响因素主要为分支角度、分支位置以及避水高度。除此之外，分支长度对底水突破的位置也有一定影响，但影响较小。

2）针对水脊发展的影响情况，分析了分支水平井参数对合理产量的影响趋势。所研究的4个主要参数中，分支数目与分支长度影响明显，且均与合理产量正相关，而分支位置与分支角度对合理产量的影响程度较小；因此，在利用分支水平井进行开发时，分支水平井参数的合理选取是减缓底水脊进速度的关键因素。

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（编辑李宗华）

Laws of water cone of multilateral horizontal well in bottom water reservoir

CHANG Yuanhao1，2，YUE Ping2，JIANG Hanqiao1，LIU Chuanbin1，GAO Yajun1，WANG Yicheng1
（1.College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.School of Oil and Natural Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

Multilateral horizontal well have obvious effects on delaying the speed of water coning for bottom-water and gas-cap and raising the production，but water coning is still an inevitable problem during the exploitation.Using numerical simulation methods，the model of multilateral horizontal well with bottom-water reservoir is built，and the changings of the bottom-water breakthrough position and developing situation are analyzed.The results show that bottom-water breakthrough position for multilateral horizontal well is mainly near the heel of main branch or near the middle sinks，the exact position is decided by branch angle，branch position and the height of water avoidance.Branch number and branch length share a positive correlation with reasonable output，and these two factors have great influence；branch angle and branch position have less effects，and with increase of branch angle，the reasonable output increases first and then decreases.

bottom water reservoir；multilateral horizontal wells；numerical simulation；water cone

国家自然科学基金青年科学基金项目“考虑启动条件和井筒压降的底水油藏分支水平井水脊耦合模型”（51404201）；中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室开放课题“底水油藏多分支井出水部位和见水时间预测模型”（PRP/open 1501）

TE349

A

10.6056/dkyqt201604020

2015-10-23；改回日期：2016-05-09。

常元昊，男，1993年生，在读硕士研究生，从事油气藏工程相关方面研究。E-mail：691720562@qq.com。

引用格式：常元昊，乐平，姜汉桥，等.底水油藏多分支水平井水脊规律［J］.断块油气田，2016，23（4）：501-504.

CHANG Yuanhao，YUE Ping，JIANG Hanqiao，et al.Laws of water cone of multilateral horizontal well in bottom water reservoir［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：501-504.