2
期
OIL & GAS GEOLOGY2019
年
4
月
文章编号:0253 -9985(2019)02 -0423 -07doi ： 10.11743/ogg20190220
Ahdeb油田水平井控水完井及一体化耦合模型
薛
[1
衡1!2,3,黄祖熹.，王贺华1!3,安永生4,刘榧1!3,成一1!3,何冰.，刘卡5
.振华石油控股有限公司，北京100031; 2.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500;
3.成都北方石油勘探开发技术有限公司，四川成都610000; 4.中国石油大学（北京％石油工程教育部重点实验室，
北京，102249; 5.中国石化中原石油工程有限公司佛山三水分公司，广东佛山528000]
摘要:Ahdeb油田上部主力层系采用水平井注采井网开发，前期取得了较好开发效果，但开发过程中部分井组稳产与高含水矛盾曰
益突出，虽需开展水平井调流控水研究。针对Ahdeb油田这类边水或注入水在高渗层或断层裂缝带突窜引起的水平井见水，基于 不同钻遇储层特征，形成了水平井控水完井分类治理方案，并建立了一套同时适用于盲筛分段组合、中心管和ICD控水完井工艺的 井筒-油藏一体化耦合数值模型。该模型重点考虑了水平井筒受多种作用力下的变质量流动过程，提高了单井的模拟和实际含水 率匹配度。研究表明：对于根部见水的水平井，ICD完井及中心管完井均有较好控水效果，含水率从49. 8%分别下降至37. 8%和
35.0%
。完井控水装置的限流范围应略大于出水井段，才能有效控制含水率。调流控水装置下入时机应选择在水平井见水前，能够
最大程度降低整个生产过程中的含水率，从而提高单井累产油量。
关键词:调流控水;控水完井；数值模拟；水平井;碳酸盐岩；非均质储层;Ahdeb油田 中图分类号:TE355. 6
文献标识码:A
Water control completion of horizontal wells in Ahdeb oilfield and
an integrated coupling model
Xue Heng1，2,3，Huang Zuxi1，Wang Hehua1，3，An Yongsheng4，Liu Fei1，3，Cheng Yi1，3，He Bing1，Liu Ka5
[1. China Zhenhua Oil Co. ，Ltd，Beijing 100031，China； 2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geolo^yy and Exploitation
Chengdu，Sichuan 610500，China； 3. Chengdu North Petroleum Exploration and Engineering，Southwest Petroleum University，Development Technolog^y Co. ，Ltd. ，Chengdu，Sichuan 610000，China； 4. MOE Key Laboratory 〇o Petroleum Engineering，China University 〇o Petroleum# Beijing)，Beijing 102249，China； 5. Zhongyuan Petroleum Engineering Co. ，Ltd. ，SIN OPEC，Foshan，Guangdoog 528000，China]
Abstract: The major beds in upper Ahdeb oilfield are developed with success through an early stage horizontal well flood-ing-]3roduction metliod. However in the current stage，the observed high water cut in many producers has affected the stable production seriously. Therefore，it
is
urgent to
study
the
water control of horizontal
wells.
tal well water breakthrough is caused by active edge or injected water in high-permeability layers or fault fissures，we set up a serious of completion schemes to achieve water control of horizontal wells based on an integrated analysis of encountered reservoirs in drilling，and an newly establishied numerical model of integrated wellbore-reservoir coupling suitable for simulating screen，central tube，and ICD water control completion. In the modeling，the variable mass flows in horizontalwellbores under multiple forces have been considered water control when the water
breaks through in
to the
increase the
match between the
water cut
single-well
the real water cut performance. The results show that the ICDand central tube completion measures are more effective in
heel section，with the
In
si
decreasing from 49.
35. 0% resjoectively. In order to achieve efficient water control，the flow-limiting range of thie water control completion de
vices should be slightly longer thian that of water breakthrough section. The application of water control devices before water breakthrough of horizontal
wells
will
lower the
cumulative
water cut
during the
degree，and in turn this will increase the cumulative production for single wells.
收稿日期:2018-02-09;修订日期:2018-12-03。第一作者简介：薛衡#1988—%，男，博士，采油工程技术。E-mail:xueheng@zhenhuaoil. com。基金项目：四川省国际科技合作与交流研发项目（2017HH0014);博士后基金项目（2018M633404)。
whole prod
424
石油与天然气地质
第40卷
Key words： water control, water control completion, numerical modeling, horizontal well, carbonate rock& heteroge
neous reservoir, Ahdeb oilfield
与直井相比，水平井具有与地层接触面积大、产量 筒、无水米油期 点，
水平井已大量应
油气藏。但水平井的开发同样遇到许多问
题，最严重 水或注入水的突破，从油井含水
，产量 ， 成水
[1]。Ahdeb油 部 层 部采用水平井排开发
米
,
开发 , 开发程中部分井组产量 、含水
成
丨
水平井稳产 ，亟需开展水平井调流控水研究。
国 水平井
流控水完井方式及完井工
开 大量研究，
分
井、恒流控水 井发展到
井，并成
大量试验，
[2]。
发控水完井方法，比 DWS
井方 、化学堵水技术 井
[3_5]。
水平井见水机理及调流控水
预测方面，国
样开
大量研究工作。其中，基于分 井建立的解析模型
被广泛用来分析水平井生产过程中的油水界面分布及
油藏瞬时压力分布。 ，有解析模型中均未考虑
沿程流体流
井筒内压
， 未实现油藏渗
流与井筒管流的耦合[6_7]。
解决
问题，基于
井筒模拟和油藏模拟的耦合数值方法相继被提 出[8_9]。目前绝大部分数值模拟均是基于底水油藏开
展的研究， 伊拉克Ahdeb油这类边水及 水
水体
问题报道较少。
不水平井控水
井工 控水 预测还有待 步加强。因此，本文重点结合Ahdeb油田的地质、油藏、动态及钻 完井资料，分析其水平井见水机理，根据不
钻 遇储层特征优选老井及新井完井工艺，建立与之
：
井筒-油藏耦合数学模型，最终 单井控水完井
参数
化研究。
1水平井见水机理
Ahdeb油田采
采的水平井网开发，全直
径岩心分析及试井解释结果均表明，上部层系纵向连
通 ，其中纵向渗透率与横向渗透率之比（4/4)平均值达〇?84。纵向连通性越好，下部注入水在 纵向
流动速度会越快[10]。其次，油
区发育高
渗层，该层渗透率与上部层
小渗透率薄层之
极差达32倍，根据最小渗流阻力原理[11],下部注入水 会向上流动 通高渗层；
水到达高渗层后，快
高渗层中形成窜流通道，
水开
[12]。根据钻井 分析，绝大部分生产井
高渗层，
加之生产井
采 及
井，不具 流控
水 ， 水沿高渗层 后直接 水平井， 部井 提前 水， Ahdeb 油 水平井 水
理
1
。 此有必
该油
部层
老
井二次完井及新钻水平井完井调流控水开
井工艺
选及工 参数 化研 。
2
水平井控水完井工艺优选
2.1
水平井见水特征
分析表明，上部层系含水率！50%的生产井中，不
同程度 高渗层的井占88%,7%生产井 靠
近高渗层， 5%生产井钻遇断层裂缝带。根据
这 井 钻遇储层 征 生产动态 征， 水平井分 3类:单点穿高渗层、多点穿高渗层和钻遇断层裂缝 带的水平井。对于单点穿高渗层生产井，总体 水
，水 率较小（图2a);于多点穿高渗 层生产井，含水化 动较大，含水
度快
(
2b )； 于钻遇断层裂缝带的高含水井，该类井
产
水或油井见水后，含水
（图2c)。g
此，根据高含水水平井的不同储层钻遇特征，
实施
流控水分类 理。2.2水平井控水完井工艺的优选
水平井控水 井 基本 流
面 分
控 ， 水平井 水
。 目 前国
控水方 大致分 类： 井控水、半智
ICD分
井控水、半智能AICD分 井控水、智
图1
Ahdeb油田上部层系水平井见水机理示意图Fig. 1
The water breakthrough mechanism of horizontal wells in upper beds of Ahdeb oilfield
第$期薛衡，等.Ahdeb油田水平井控水完井及一体化耦合模型425
ig. 2 Water breakthrough characteristics of oil producers with various reservoir characters in Ahdeb oilfield;单点穿高渗层典型井含水率曲线;b.多点穿高渗层典型井含水率曲线;@钻遇断层裂缝带典型井含水率曲线
井控水、 井控水 控水法[1-$，4，13]。根心 阻，
井的控水原理 水平井
水平井流
水平 小直径油管，通
流动摩-趾端
据综合分析对比，结合目前国 成 控水技术，推
目标油田采 +ECP分 井、中心 井及ICD完井控水技术。其中， +ECP分 井控水原理
分
井的基
，通
水平井面、
水
井参数，达到控制水平井产
、提高油藏采收率的目的。
流压差 小（
合 %，
，达到有
体流向，增加体 面，均衡水平井
生产压差;该工艺技术压差 高可达MPa
，实成本相 ， 于根部出水或均质油藏控
水。ICD完井的控水原理是根据油藏渗透率变化特 征，在不水平井段分
ICD流入控
，通过
kPa级），此与
断层裂缝带（出水层
面的目的。中
大流体 阻 (达MPa级）来平衡油藏与井筒之 限流压 「
压力不均匀
3种
程度上均衡水平井产 ，实现各井段均衡流量的控制。综合考虑
426
石油与天然气地质第40卷
表
Table 1 1水平井控水完井分类治理方案
Categorized treatment scheme for water
control completion of horizontal wells
类型
钻遇储层征
完井方式控水工艺轨迹跟部穿过或靠近高渗层
裸眼中心
老井
轨迹多点
高渗层，或储层 均质ICD完井
强
筛管
钻遇裂缝带的高含水井+ ECP+ ECP
储层非均质
强或靠近
ICD：
度
_
新井
水
ECP分
井
断层裂缝带导致见水
盲管+ECP分段完井
井方 技术原理，基于不 储层钻遇特征及生产类型，形成 Ahdeb油水平井完井控水分类治理 方案，如表1所示。
3水平井控水完井耦合数学模型建立
3.1 3种完井方式下的流动过程假设
基于前面 3
井工艺技术，建立了与之理模型。不 井方 水平井控水限流过 程中
及的流动过程
3
。
井
，流体
与井 流动所产生的压降被视量直径的水平管流所产生的压降[14]，此与 方
。最终，
+ECP分
井及中心 井 化为油藏流动及井筒流动
流动 程， ICD 井 流动 程中， &D的流动过程。
3. 2
油藏流动模型
油藏
水油藏边界（由于
水
高 渗层，
流水平井，因此样考虑
水），油藏为
油水两相渗流，不 气体，
流动过程
温
程;考虑重 压
，地层岩石及流体
压缩[15]。
通过对油水两相流[16]在三维笛卡尔坐标系中的 展开，
到油相及水相方程分
：
立dt(!\\ BA 〇) K立(gro 处dx)+) 立dy(\\ Gro 变）
a5
r# 2 )
井筛眼
中
心管管
III III毒善毒+
c
_~~
JjJ5U|^5LjJgU JtjrfgJ
4油藏流动
—►中心管与筛管环空流动=令
筛管与井眼环空流动
^
岭
井
筒
内流动
--------►
ICD
流动
•中心管内流动
图3
3
种完井方式下的流动过程
Fig. 3
Comparison of flow process for the three
completion patterns
a盲筛管+ ECP分 井技术;b.中心管完井技术；
@ ICD完井技术
中）！r为油藏 度，％;0。和分
油藏中水
相、油相体积系数， 次;3r &分 油藏中水
相、油相
度，％ ;Pr和？分
油藏内水相和油相
的压力，MPa;>，5 M
三
；Ow
O
x
分 单
油藏流出到井筒的水相、油
相体积流量，m3/s ; Gr和Go分别为油藏内水相和油相 单位压差 油藏网格$流动到相邻油藏网格y的
体积流量，（m3 • s_1)/MPa。
其中，
项Of和Or。根据达西定律有：
〇rw K \"
w#? -?f)
#3)
〇rfo K \"A#? _?f)
#4)
式中:\"w和\"。分别是水相和油相的流度，MPa\"1 • s^;
Iw为井指数，m3;?为^网格压，MPa;?f为水平井筒中
压力，MPa。
其中，水相和油相的流度函数分别为：
'
rrw
# 5)x 4rro
\"o = r Br
# 6)
中)4r和4■。分 水相和油相的相对渗透率，无因
次;#r和#。分 油藏水相、油相粘度，mPa • s;0r和
0o分 油藏水相、油相体积系数，
次。其次，水相和油相在单位压差
体积流量分
别为：
P 244
Gr ：
\"-r 4 + 4 w# B)Go ：
一P 2\"44_ -r 4 + 4。
# 0)
式中:P为油藏网格$ 9相邻网格7_交界面的面积，
第$期薛衡，等.Ahdeb油田水平井控水完井及一体化耦合模型427
! !-r为油藏网格〖与相邻油藏网格y之间的长度，m! 和4分别为油藏网格^和7'的渗透率，10 _3 \"m2。3.3水平井筒变质量流动模型
流体在井筒中流动时，一方面流体从水平井趾部 不断向根部流动， 方面油藏中的流体又不断向井 筒中汇集， 4
。
于相比于常规直井而言，水平井 ，流体从
井趾流到井
程中受到
压
加速度压，会对水平井的产能产生较大 。忽略重力压，此井筒压力与长度
表达为：
#%'Pwf( $1，_
t)
Pwf( i，「介t)
~
40$^厂，. ]2
25
P[〇wf(€ + 1，0 _〇wf($0]2 ]
+ 2$^
(9)
其中，等式右边第一项为摩擦阻力压降，第二项为 加速度压降。式中:/为流体在井筒
数，无
次为井筒网格i和网格i + 1之
距离，m!p
为井筒内流体密度，kg/m3! 7为井筒半径，m! ( $ .
为.寸刻井筒网格〖处的体积流量，m3/s。
考虑井筒 体 质量流动，建立油藏与井筒
间的耦合
）
〇wf( $ 士，. _ 〇wf( $ -士，. K 〇rfw(
+ 〇rfo(
(10)
3.4水平井控水完井模型耦合求解
公式（1)，（2)，（9) (10%构成了不同水平井控水完井方 合控制方程。 ，这里 求解
未知数有6个:油相压力、水相压力、油相 度、水相
度、井筒压力及井筒流量（&D完井方
，可
根据不同ICD类型 不
压
型，因此其未
知数仍然为6个。不ICD类型对于压
型已有文
献报道较多[17]，此处不再赘述）。为了求解以上6个
未知数，
辅助方程：
Qrfw(’，Qrf〇(’，0
叮叮叮叮叮几叮几叮叮几部 W ... Qwf0+l，0
i
Qwf0+，0
2 1 部言會會會會會會會會t
會
图4
生产过程中水平井变质量流动示意图
Fig. 4
Schematic diagram showing variable mass flows in
horizontal wells in production
饱和度方程：
+ 3r = 1
(11)毛管压力方程：
Prcow
K Pro + Prw
(12)采用有限差分方 控制方程 离散，建立与之 方程组，
数矩阵
大型稀疏矩阵中，利用牛顿-拉夫森迭代方 。为了
简化 程，水平井筒中
质量流动按照
处
理。油藏流动按全隐式方法求解，
大程度上提
高
敛性。
4水平井控水完井参数优化
以Ahdeb油田某水平井为例，该井钻井轨迹A点
垂深2 621 m，B点垂深2 641 m，采用5-1/2〃筛管完井。水平
830 m，该井跟部穿过高渗层，测井解释结
步落实该井根部有175 m井
高渗层，占全
井段的21 %。该段储层平均渗透率为140x10-3 \"m2, 剩余井段平均渗透率为15 b 10 \"m2,渗透率极差达9. 3倍。根据前面地质油藏及开发动态分析结果， 其产水贡献 来源于根部高渗层段。参照建立的水
平井控水完井分类治理方案，拟采用中心管控水完井
工
产水井段实
流控水，
结合数
步
验证控水有
。
4.1控水完井工艺优选
利 建立的3种不 井控水工艺耦合模型，
通 该井真实历史配产数据，模拟
不 ：井工 水率随生产
化
，
5 f
。其中，该井在生产900 d
，实老井二次完
井控水(包括： 度
、中心管及&D控水完井％。中，直 不同情况
水率模拟结果，点该井
实际历史含水率变化情况。
中知，在未实施控
水完井
拟含水率与真实含水率匹配度很好，说
6o 历史生产数据
5o% /4o5 每
3o 2o
200 400 600 800
1 000 1 200 1 400 1 600
生产时间
/d
图5
不同完井方式下的控水效果对比
Fig. 5
Comparison of water control results withdifferent completion patterns
428石油与天然气地质第40卷
明该模型具有较高可靠度，基于该模型开展3 井
工
控水
拟具有较高的参考价值。模拟结
，实 度 控水完井后，含水率仅从
49. 8%下降到48. 2%。这主要是因为变密度筛管的 径较大，节流压差
有限，
kPa级[18]，
达到均衡生产压差需求。而实 &D和中心管控 水完井后，含水率分别下降至37. 8 %。和35. 0 %。，二者 控水 相当。 ，采中心 井的成本仅为ICD完井的30 %。〜40 %。，考虑经济性，推荐该井采用中 心
井。
4.2中心管下入比例优化
基于中心管控水完井工艺，
步分析中心管
深度 水平井控水 ，从而
选完井工艺参数。图6 中心 不
比例时
水率。 中 看出，随着 比例逐渐增大，含水率逐渐降低。当下入比例达0.3时，含水率从 49.8% 到了 35.0%。，达到最小值。
比例超过0.3后，含水率基本保持不变，因此化
比例为 0.3。这 出水
分布在根部21 %井
， 中心
比例小于该值，则 实现有效控水。
，
比例应略大于该值，
高渗层段
会对周围储层产生压力干扰， 加附近井
水
度。4 3
控水装置下入时机优化7 不
中心 后， 水率随生产
化
。模拟发现，6种方案均能有效控制含水，含
水率从未实施控水完井的54. 2%。
30.5% (时点为1 500 d)。 ，
水期实施控水完井够更有效地 生产过程中
水率，
利
于提高累计产油量。 产相同情况下，含水率
越低，
生产过程中的累产油量越高。
，水初期实施控水完井能够 部流体 象，使渗流
面更为均衡。例，
期产和250d
中心
后 水率
生产过程中均小于其他方案，因 此其控水
。5结论与建议
1) 根据Ahdeb油水平井钻遇储层特征 水
征，优选3种不
井控水工艺，形成了老井二次完
井和新投产井调流控水分类治理方案；
2) 建立 分 合完井、中心管完井VICD
45
4o
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
中心管下入比例
图6中心管下入比例优化(900 d时下入中心管％
Fig. 6
Optimization of the central pipe implement location (working time: 900 days)
6o
■历史生产数据 -投产
时
d下
入
中
心
管
5o.250 % -500 d下入中心管 4o
-700 /d下入中心管 —
900
#3od下入中心管 下入中心管 ---------1100
d
卞入中心管
•
*2o
一
未下入中心管
0 200 400 600 800
1 000 1 200 1 400 1 600
生产时间
/d
图7中心管下入时机优化（下入比例为0. 3 %
Fig. 7
Optimization of the central pipe
implement time# setting ratio ：0. 3 )
井方
井筒-油藏一体化耦合模型。其中，井
筒模型考虑了流体变质量流动过程，提高 拟结果
准确性，模型水平井完井控水
预测及参数优
化提供了技术手段；
3%研表明，对于根部见水的水平井，ICD完井 及中心
井均有
控水
。其中，中心
入 比例应略大于出水井段，才有
水平井含水率。
度 井节流压差
有限，
达到
均衡生产压差需求；
4) 拟发现，在水平井见水前实施控水完井能够更有效地
生产过程中
水率，
利于提高单井累产油量，因此建议新钻水平井
井
考
虑 流控水 。
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