對稱魚骨井近井地帶滲流的電模擬實驗研究

王涂強 黃藝

摘要：為了研究對稱魚骨井的近井地帶滲流問題以及其形態可能導致的支間干擾現象，設計了對稱魚骨井的電模擬實驗，通過繪制近井地帶的等勢線及采用單位長度產能概念對實驗結果進行了分析，結果表明：對稱分布魚骨井的滲流曲線會因為分支而出現較為明顯的形變，尤其在分支指端會出現指端效應和支間干擾現象；通過綜合改變形態參數拉開分支間距離是控制分支間干擾的關鍵；對于多個參數的共同優化應考慮的優化級為分支數>分支長度>分支間夾角。

關鍵詞：對稱魚骨井；滲流曲線；產能；支間干擾

中圖分類號：TE 355 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0460（2017）01-0054-03

相較于常規井而言，水平井通過增加了油藏泄油面積而增加產量，而魚骨狀分支井則進一步擴大了控制面積減小了滲流阻力以獲得更高的產量，因此在中外油田開發中的應用也越來越多。但由于魚骨狀分支井復雜的井身結構，對這種井型的近井地帶的滲流特征研究存在很大的難度。電模擬實驗通過電場來模擬地層滲流場，而且具有試驗裝置簡單、相似試驗模型易制作、測量便捷準確等優點，常常用來借以研究地層滲流過程。本實驗中借鑒前人的方法，通過改進實驗裝置，設計合適的實驗方案，分析了近井地帶的滲流壓降曲線，并采用單位長度產能這一概念來研究了對稱魚骨井的分支間干擾現象。提出減弱支間干擾的建議，對分支井形態優化有一定意義。

1 實驗原理及實驗裝置

1.1 電模擬實驗原理

盡管水動力模型和電模型在規模和時間比例上差異較大，但描述兩種體系的方程是相似的，因此可以利用水動力學和電過程之間的相似性來模擬地層中的水動力學過程。該方法即水電相似方法。

兩個過程的各個相似系數符合：

1、幾何相似系數：C₁=D_m/D_o；

2、電導相似系數：C_ρ=ρ/（k/μ）；

3、阻力相似系數：C_r=（C_ρC₁）；

4、壓力相似系數：C_p=U/P；

5、流量相似系數：C_q=I/Q。式中：D_m-模型幾何尺寸，m；

D_o-實際油藏尺寸，m；

ρ-溶液電導率，μs/cm；

k-油藏滲透率，10^-3μm²；

μ-際油藏流體粘度，mPa·s；

U-型上電壓，V；

P-實際油藏壓力，MPa；

I-通過模型的電流，mA；

Q-際油藏產量，m³/d。

相似系數滿足C_q=C_p/C_r。該式稱為相似準則，用來確定模型所能代表的實際地層情況。式中，其中兩個系數是任意的，而第三個根據該準則確定。

1.2 實驗裝置

電模擬實驗裝置由地層模擬系統、低壓高頻供電系統、測量系統三大部分組成。地層模擬系統由圓形玻璃電解槽和電解槽邊緣的銅帶構成。實驗時加入一定量的電解質溶液模擬地層滲流介質，以銅帶模擬供給邊界，在溶液中部安置事先制作的電阻絲模擬井筒。低壓高頻供電系統提供安全高頻（600Hz，用以避免極化現象）的供電，并輸送至供給邊界。測量系統采用高精度的電流表。同時在電解槽的底部安放坐標紙用以繪制等勢線（圖1）。

2 實驗模型及方案

2.1 實驗模型

根據前文所述的相似系數之間的關系可以確定模型所能反應的油藏條件，同時計算各相似系數。其具體參數如表1所示。

2.2 實驗方案

實驗方案分兩部分進行，第一部分通過繪制模型附近的等勢線用以反映近井地帶的滲流曲線；第二部分測量回路的電流，換算成產量后折算到單位長度上，用以分析支間干擾現象。

1）使用預先制作的2、4、6分支對稱分布模型井進行實驗，分支井的長度均為80m。各分支井模型的分支在井筒的1/2處；1/3和2/3處；1/4、1/2、3/4處（見圖2）。實驗時將模型放置于電解槽中央，采用探針試驗法測量等勢線的分布，并根據放置在電解槽底的坐標紙讀取相應坐標。根據對稱定律，和出于減少重復工作的需求，實驗時僅記錄其一側的等勢線分布。

2）對不同分支井模型進行實驗以反應分支形態和產量及單位長度產量的關系，并研究支間干擾現象。實驗時通過電壓為6.02V的高頻電流并測量回路電流大小。實驗時分別對分支夾角為30°、45°、60°；分支長度為60、80、100m；分支數分別為2、4、6的分支模型進行了實驗。將實驗所得電流換算成實際產量后，折合到單位長度上，以此研究支間干擾現象。

3 實驗結果討論

3.1 滲流曲線的研究

從繪制的等勢線分布可以反映出滲流曲線總體上有在近井地帶密集、距井筒較遠的部分稀疏的特點；在主井及最靠近主井指端的分支井的指端也會出現滲流曲線密集的現象，在兩分支之間，則又會變得稀疏；整體看來表現為指端效應。而從圖中也可以明顯的看出，由于分支井的存在導致地層近井地帶的滲流曲線發生了較大幅度的畸變，可以預見隨著分支數的增多以及分支長度的增長，滲流曲線的變化也會增大，受影響的范圍也會變得更加廣泛。

圖3中橫向對比可以看出，隨著分支數的增加，導致壓降曲線在分支井覆蓋段被不斷拉直，可說明在滲流過程中，由于其他分支的存在，導致滲流壓力會向多個分支進行分配，以至于導致單個分支上所能得到的地層流體減少，即會出現支間干擾現象。

3.2 支間干擾的研究

該部分的分支與主井筒夾角為45°。從總產量與單位長度產量的對比可以看出隨著分支數的增多，雖然總產量在不斷增長，但是單位長度的產能顯著降低。而且隨著分支數的增加，總產量的增加趨勢和單位長度產量的下降趨勢均有所放緩?？梢哉J為隨著分支數的增加，支間干擾現象逐漸顯露（圖4）。

取45°夾角時研究分支長度與產能的關系?？偖a能隨著分支長度的增長而增加，但同時單位長度的產能卻在降低。但從圖中看出當分支長度較長時單位長度的產能下降趨勢逐漸放緩，相反此時產能增幅卻較為可觀。結合對分支數的研究，可以在分支數較多時適當增加分支長度以取得較好的開發效果。在較長分支長度情況下，支間干擾造成的單位長度產能下降并不明顯（圖5）。

取分支長度為80m研究分支與主井夾角對產能的影響。單位長度的產能隨著分支角度的變化并不明顯，粗略的呈增長態勢，可以認為隨著分支角度的增長，分支逐漸打開，使得分支間的距離拉開，進而減弱了支間干擾現象。但是由于單分支的控制區域存在于分支的附近，始終存在重合部分，因而整體的變化不大。根據圖中曲線的對比，可以認為在分支數較多時，可以考慮增加分支間夾角，以起到增加總產量的作用的同時又不至于產生較為明顯的支間干擾現象（圖6）。

根據以上分析，總產量的增幅隨著分支數的增加而有所放緩，而隨著分支長度的增加卻呈增加趨勢。而在從兩分支增加至四分支的過程中產能有較大幅度的提升?？梢哉J為在較少分支數和較短分支長度時應優先考慮增加分支數，而分支數較高時則再考慮增加分支長度，當分支數和分支長度均較高時再考慮增加分支間夾角。即各參數的優化級應為分支數>分支長度>分支間夾角。

4 結論

采用電模擬實驗，繪制了對稱魚骨井近井地帶油藏的滲流曲線分布，并分析了分支間的支間干擾現象。得出了以下結論：

（1）對稱分布魚骨井的滲流曲線呈近井地帶密集、距井筒較遠的部分稀疏的特點，且在最靠近主井指端的分支井的指端也會出現滲流曲線密集的現象，而且隨著分支數的增加，滲流曲線的變化也會加劇。

（2通過對單位長度產能的研究認為支間干擾是確實存在的。認為通過減少分支數拉開分支間距離是控制分支間干擾的關鍵，同時增加分支長度和分支與主井筒夾角也可以在一定程度上弱化支間干擾現象。

（3）對于多個參數的共同優化應考慮的優化級為分支數>分支長度>分支間夾角。