对称鱼骨井近井地带渗流的电模拟实验研究

王涂强 黄艺

摘要：为了研究对称鱼骨井的近井地带渗流问题以及其形态可能导致的支间干扰现象，设计了对称鱼骨井的电模拟实验，通过绘制近井地带的等势线及采用单位长度产能概念对实验结果进行了分析，结果表明：对称分布鱼骨井的渗流曲线会因为分支而出现较为明显的形变，尤其在分支指端会出现指端效应和支间干扰现象；通过综合改变形态参数拉开分支间距离是控制分支间干扰的关键；对于多个参数的共同优化应考虑的优化级为分支数>分支长度>分支间夹角。

關键词：对称鱼骨井；渗流曲线；产能；支间干扰

中图分类号：TE 355 文献标识码：A 文章编号：1671-0460（2017）01-0054-03

相较于常规井而言，水平井通过增加了油藏泄油面积而增加产量，而鱼骨状分支井则进一步扩大了控制面积减小了渗流阻力以获得更高的产量，因此在中外油田开发中的应用也越来越多。但由于鱼骨状分支井复杂的井身结构，对这种井型的近井地带的渗流特征研究存在很大的难度。电模拟实验通过电场来模拟地层渗流场，而且具有试验装置简单、相似试验模型易制作、测量便捷准确等优点，常常用来借以研究地层渗流过程。本实验中借鉴前人的方法，通过改进实验装置，设计合适的实验方案，分析了近井地带的渗流压降曲线，并采用单位长度产能这一概念来研究了对称鱼骨井的分支间干扰现象。提出减弱支间干扰的建议，对分支井形态优化有一定意义。

1 实验原理及实验装置

1.1 电模拟实验原理

尽管水动力模型和电模型在规模和时间比例上差异较大，但描述两种体系的方程是相似的，因此可以利用水动力学和电过程之间的相似性来模拟地层中的水动力学过程。该方法即水电相似方法。

两个过程的各个相似系数符合：

1、几何相似系数：C₁=D_m/D_o；

2、电导相似系数：C_ρ=ρ/（k/μ）；

3、阻力相似系数：C_r=（C_ρC₁）；

4、压力相似系数：C_p=U/P；

5、流量相似系数：C_q=I/Q。式中：D_m-模型几何尺寸，m；

D_o-实际油藏尺寸，m；

ρ-溶液电导率，μs/cm；

k-油藏渗透率，10^-3μm²；

μ-际油藏流体粘度，mPa·s；

U-型上电压，V；

P-实际油藏压力，MPa；

I-通过模型的电流，mA；

Q-际油藏产量，m³/d。

相似系数满足C_q=C_p/C_r。该式称为相似准则，用来确定模型所能代表的实际地层情况。式中，其中两个系数是任意的，而第三个根据该准则确定。

1.2 实验装置

电模拟实验装置由地层模拟系统、低压高频供电系统、测量系统三大部分组成。地层模拟系统由圆形玻璃电解槽和电解槽边缘的铜带构成。实验时加入一定量的电解质溶液模拟地层渗流介质，以铜带模拟供给边界，在溶液中部安置事先制作的电阻丝模拟井筒。低压高频供电系统提供安全高频（600Hz，用以避免极化现象）的供电，并输送至供给边界。测量系统采用高精度的电流表。同时在电解槽的底部安放坐标纸用以绘制等势线（图1）。

2 实验模型及方案

2.1 实验模型

根据前文所述的相似系数之间的关系可以确定模型所能反应的油藏条件，同时计算各相似系数。其具体参数如表1所示。

2.2 实验方案

实验方案分两部分进行，第一部分通过绘制模型附近的等势线用以反映近井地带的渗流曲线；第二部分测量回路的电流，换算成产量后折算到单位长度上，用以分析支间干扰现象。

1）使用预先制作的2、4、6分支对称分布模型井进行实验，分支井的长度均为80m。各分支井模型的分支在井筒的1/2处；1/3和2/3处；1/4、1/2、3/4处（见图2）。实验时将模型放置于电解槽中央，采用探针试验法测量等势线的分布，并根据放置在电解槽底的坐标纸读取相应坐标。根据对称定律，和出于减少重复工作的需求，实验时仅记录其一侧的等势线分布。

2）对不同分支井模型进行实验以反应分支形态和产量及单位长度产量的关系，并研究支间干扰现象。实验时通过电压为6.02V的高频电流并测量回路电流大小。实验时分别对分支夹角为30°、45°、60°；分支长度为60、80、100m；分支数分别为2、4、6的分支模型进行了实验。将实验所得电流换算成实际产量后，折合到单位长度上，以此研究支间干扰现象。

3 实验结果讨论

3.1 渗流曲线的研究

从绘制的等势线分布可以反映出渗流曲线总体上有在近井地带密集、距井筒较远的部分稀疏的特点；在主井及最靠近主井指端的分支井的指端也会出现渗流曲线密集的现象，在两分支之间，则又会变得稀疏；整体看来表现为指端效应。而从图中也可以明显的看出，由于分支井的存在导致地层近井地带的渗流曲线发生了较大幅度的畸变，可以预见随着分支数的增多以及分支长度的增长，渗流曲线的变化也会增大，受影响的范围也会变得更加广泛。

图3中横向对比可以看出，随着分支数的增加，导致压降曲线在分支井覆盖段被不断拉直，可说明在渗流过程中，由于其他分支的存在，导致渗流压力会向多个分支进行分配，以至于导致单个分支上所能得到的地层流体减少，即会出现支间干扰现象。

3.2 支间干扰的研究

该部分的分支与主井筒夹角为45°。从总产量与单位长度产量的对比可以看出随着分支数的增多，虽然总产量在不断增长，但是单位长度的产能显著降低。而且隨着分支数的增加，总产量的增加趋势和单位长度产量的下降趋势均有所放缓。可以认为随着分支数的增加，支间干扰现象逐渐显露（图4）。

取45°夹角时研究分支长度与产能的关系。总产能随着分支长度的增长而增加，但同时单位长度的产能却在降低。但从图中看出当分支长度较长时单位长度的产能下降趋势逐渐放缓，相反此时产能增幅却较为可观。结合对分支数的研究，可以在分支数较多时适当增加分支长度以取得较好的开发效果。在较长分支长度情况下，支间干扰造成的单位长度产能下降并不明显（图5）。

取分支长度为80m研究分支与主井夹角对产能的影响。单位长度的产能随着分支角度的变化并不明显，粗略的呈增长态势，可以认为随着分支角度的增长，分支逐渐打开，使得分支间的距离拉开，进而减弱了支间干扰现象。但是由于单分支的控制区域存在于分支的附近，始终存在重合部分，因而整体的变化不大。根据图中曲线的对比，可以认为在分支数较多时，可以考虑增加分支间夹角，以起到增加总产量的作用的同时又不至于产生较为明显的支间干扰现象（图6）。

根据以上分析，总产量的增幅随着分支数的增加而有所放缓，而随着分支长度的增加却呈增加趋势。而在从两分支增加至四分支的过程中产能有较大幅度的提升。可以认为在较少分支数和较短分支长度时应优先考虑增加分支数，而分支数较高时则再考虑增加分支长度，当分支数和分支长度均较高时再考虑增加分支间夹角。即各参数的优化级应为分支数>分支长度>分支间夹角。

4 结论

采用电模拟实验，绘制了对称鱼骨井近井地带油藏的渗流曲线分布，并分析了分支间的支间干扰现象。得出了以下结论：

（1）对称分布鱼骨井的渗流曲线呈近井地带密集、距井筒较远的部分稀疏的特点，且在最靠近主井指端的分支井的指端也会出现渗流曲线密集的现象，而且随着分支数的增加，渗流曲线的变化也会加剧。

（2通过对单位长度产能的研究认为支间干扰是确实存在的。认为通过减少分支数拉开分支间距离是控制分支间干扰的关键，同时增加分支长度和分支与主井筒夹角也可以在一定程度上弱化支间干扰现象。

（3）对于多个参数的共同优化应考虑的优化级为分支数>分支长度>分支间夹角。