多油层合采时油井产液及含水特征分析.doc

多油层合采时油井产液及含水特征分析唐仁选 (华东石油局试采大队) 摘 要：多油层合采时，由于层间压力及物性差异，各层对油井的产量及含水率的贡献不同。本文从简单常见的油水两层模型入手，假定各油层地饱压差较大，油层为刚性水驱，基于达西定律，结合分层和全井的IPR曲线，推导出全井的含水率与井底流压的关系，含水率与产液量的关系，含水率与产油量的关系，产油量与产液量的关系，并对这些关系式进行了分析讨论。本文虽以油水两层为例，其研究思路方法和所得结论可推广到含油气两相流条件下的多层油藏。关键词：多油层 合采 流压 产液 含水 众所周知，无论是单层开采还是多层合采，油井的产油量随着开采时间的增长渐渐减小，而含水率随着时间的增长而逐渐升高，这是油井生产的必然规律。然而，在某一开发阶段，由于措施不同，其产油量和含水率可能不同，在实际开发中，有些井提液导致含水率升高，有些井含水率反而降低，其原因就是各层的压力水平和产液指数不同所致。虽然许多文献对这一现象进行了探讨，但不够详细，因此有必要对这一现象进行分析研究，这对油井科学合理的开采具有一定的参考和指导意义。一、公式的推导及特征分析图1 多油层合采模型（以油水两层为例） 图 1 是常见多油层合采时的模型（以油水两层为例），设油层的平均压力为Po,采油指数为Jo,水层的平均压力为Pw,采水指数为Jw, 井底流压为Pwf（忽略油水层之间的流压差）, 又设油水层均为刚性驱动，则据达西定律有： 产油公式： （1） 产水公式： （2） 产液公式： （3） 其中 ： （4） （5）1 含水率与井底流压的关系 （6）（6）式即油层合采时含水率与井底流压的关系式，又在一定的时间内，油层的采油指数、采水指数和采液指数可看为常数，对（6）求导得： （7）（7）式说明： 当(水层压力油层压力)时，有，则降低井底流压生产时(提液)，则全井含水率下降，反之，增大井底流压生产，含水率反而上升。 当时，有，则降低井底流压生产时，则全井含水率上升，反之，增大井底流压生产，含水率反而下降。 当时（包刮油水同层），则全井含水率不随流压的改变而改变。2 含水率与采液量的关系 （8）（8）即为含水率与采液率的关系式，对（8）式求导得： （9）（9）式说明： 当时，有：，说明增大全井采液量，含水率降低，减小采液量，含水率反而升高。 当 时，有：，说明增大全井采液量，含水率升高，减小采液量，含水率反而降低。 当时，有，说明含水率不随采液量的变化而变化。3 含水量与产油量的关系 （10）（10）式即含水率与产油量的关系，对（10）求导得： （11） （11）式说明： 当时，说明含水率随产油量的增大而降低，随产油量的减小而增大 当时，说明含水率随产油量的增大而增大，随产油量的饿降低而降低。 当时，说明含水率不随产油量的变化而变化。4 产油量与产液量的关系 （12）（12）式说明，产油量随产液量的增大而增大，随产液量的减小而降低，在（12）式中，令(油井表现为不出液,关井)，则： 说明： 当时，油层的产量全部回流到水层，而全井不出液。 当时，,水层的产量全部回流到油层，全井不出液。 当时，此时油水层均不出液，全井自然不出液。现将以上产液及含水特征总结如下表1： 表1 油水两层合采时产液及含水变化特征 Po Pw PoPw Po=PwPwffwPwffwPwffw不变PwffwPwffwPwffw不变QtfwQtfwQtfw不变QtfwQtfwQtfw不变QtQoQtQoQtQoQtQoQtQoQtQo 备注：表示上升，表示下降二、 实 例 分 析例1 为了确定X井的产液及含水特征，进行了一些列测试，其结果见表2： 表2 X井 产 液 及 含 水 测 试 结 果 表总产量Qt(m3/d)含水率fw(%)产水量Qw(m3/d)产油量Qo(m3/d)井底流压Pwf(MPa)7.47856.361.118.9614.31608.575.726.3419.87489.5410.344.3425.764511.6114.152.14 将表2中数据绘制成该井的IPR曲线（见图2），从曲线可求得该井油水层的系列参数如下：Pw=17.4MPa，Jw=0.75 m3/(dMPa)，Po=9.46MPa，Jo=1.95 m3/(dMPa)，Pt=11.71MPa，Jt=2.7 m3/(dMPa)，该井水层压力明显高于油层。 该井的产液及含水特征可分为三个区间讨论，即：当井底流压Pwf属于区间11.71MPaPwf17.4MPa时，油井不产液，水层所产水全部回流到油层，当井底流压降到11.71MPa时，回流量达到最大值4.45m3/d；当井底流压属于区间9.46Pwf11.71时，此时油井100%产水，水层产水一部分回流到油层，一部分排到地面，随着井底流压的进一步降低，回流到油层的水量愈来愈少，排出到地面的水量愈来愈多。当井底流压Pwf9.46MPa时，油层开始出油，此时油井既出水也出油，主要开采特征如下：1：含水率随井底流压的降低而降低 由表2测试数据及本文（6）式推导出的的关系作含水率与井底流压的关系曲线（见图3），由图3可见，当水层压力高于油层时，降低井底流压开采，全井含水率将下降。 2 含水率随产液量的增大而降低3 含水量随采油量的增大而降低 4 产油量随产液量的增大而增大（见图6）。 由X井的实测数据及图2图6说明，对于水层压力高于油层时，降低井底流压，增大产液量生产，可提高油井的产油量和降低全井的含水率。例2 Y井也是多层合采，为确定其产液及含水特征，作了一些列测试（见表3）表3 X井 产 液 及 含 水 测 试 结 果 表产液量Qt (m3/d)含水率fw (%)产水量Qw (m3/d)产油量Qo（m3/d）井底流压Pwf (MPa)23.90023.8513.1069.234.523.945.3212.41157.445.571.685.911.03240.949.5119.3121.69.65319.652.3167152.68.27393.654.5214.7178.96.89462.756.7262.4200.35.51527.158.8310.1217.04.14 将表3中的数据绘制各层及全井的IPR曲线(图7)，从图7分析该井的油层压力近似为Po14.23MPa，水层的压力近似为Pw13.1MPa，全井IPR曲线外推Pt13.58MPa，显然该井油层压力高于水层压力，从油层及全井IPR曲线分析，油层产气，描述油层的流入动态应采用Vogel方程，但本文基于达西定律分析所得结论同样适用于非刚性驱动油藏。 对油层压力高于水层而言，其产液及含水特征与上述高压水层恰好相反。同样也可分为三个区间讨论， 当井底流压 13.58MPaPwf14.23MPa时，油层出液，水层不出液，油层所产液全部回流到低压水层中去，而全井表现为不出液特征；当井底流压进一步下降属于区间13.1Pwf13.58MPa时，油层一部分液体回流到低压水层中去，一部分产出到地面，此时全井表现为100%产油；当井底流压下降到水层压力下时，即井底流压Pwf油层压力Po，则含水率将会降低，如果油层压力Po水层压力Pw，则含水率将会升高，但两种情况下的产油量都将随产液量的增大而增大（具体参见表1）。两种情况下含水率的变化(升高或降低)只取决于油水层的压力高低，而含水率升高或降低的幅度不仅取决于油水层的压力而且还取决于采油和采水指数。2 当水层压力等于油层压力（包括油水同层）时，油层含水率不随井底流压的变化而变化，而实际油藏降压开采，一般含水率会有所上升，主要是由于油藏的非均质和高流度比引起。3 三种情况（即PwPo、PwPo、Pw=Po）下降低流压开采都会提高产油量、产水量，两者增加的幅度分别取决于各自的采油指数和采水指数。4 基于以上分析，主要有以下几点认识 ：（1）在层间压力较大的情况下，宜分层开采，尤其是油层和含水率较高的油水同层，不宜合采。如水层压力高于油层压力，当流压较高时( PoPwfPw)，油层不出液，主要是含水率较高的油水层出液，同时部分水层倒灌到油层，当油井关井时水层全部倒灌到油层，只有当井底流压低于油层压力时油层才出油，而此时油井一般已经过相当长时间的开采。期间油层不可闭免要受到负面影响，产能和采收率一般不可能恢复到合采之前的水平。当油层压力高于水层时，情况相反。但此时不宜深抽提液，以免水层出水导致含水率升高。（2）当开采的油层上下隔层附近有水层时，最好提前注水保持油层的能量。因为当油层压降亏空较大时，水层和油层之间形成较大的压差，如果隔层又不密封，此时水层的水将会窜到油层，形成“短路”，此时含水率在短期内急剧升高，产油量急剧下降。水层油层(3)：多层合采时，由于层间压力水平差异，层间干扰较大，当油井关井时，高压层液体必然向低压层倒灌，直至井筒液柱压力平衡于高压层压力为止。当油井再一次开井生产时，如先出油后出水，最后水油比趋于平衡，说明油层压力高于水层压力，因此降压开采，必然增大含水率；如先出水后出油，最后两者产量趋于平衡，说明水层压力高于油层压力，降压开采可降低含水率，增大产油量。（4）在油井改变工作制度后，可测量出油井产水量、产油量、产液量和动液面，由动液面可算出井底压力，由两个或多个这样的工作制度，可绘出油层的IPR曲线，求得油层、水层压力的大小，进而可进行工作参数的分析。5、本文所得结论不适用于底水活跃开采的油井。 符号说明： fw：全井含水率 Jo：采油指数，m3/(dMPa) Jw：采水指数，m3/(dMPa) Jt：采液指数，m3/(dMPa) Po：油层压力，MPa Pw：水层压力，MPa Pt：全井IPR曲线当产量为零时的压力值，MPa Pwf：井底流压，MPa Qo：产油量，m3/d Qw：产水量，m3/d Qt：产液量，m3/d参考文献1