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水錐貫穿時間典型曲線隨完井條件變化之研究

井孔段長度(L)分別為 1000 ft、2000 ft、3000 ft;無因次水平孔段 高度(zwD)分別為0.4、0.5、0.6、0.8,而進行水錐形成時間、水錐 貫穿時間與水錐貫穿時間典型曲線研究。以下是以水平井孔段長度

(L)為 1000 ft 之案例進行說明。

(1) L=1000 ft,zwD=0.5,固定石油生產率之生產

假設水平井孔段長度為1000 ft,水平孔段位於原始油水界面上 方25 ft 處(zwD=0.5),井口以固定石油生產率(qo)70 stb/day 進行 生產。以含水飽和度準則(△Sw)分析水錐形成時間時:當含水飽和 度準則(△Sw)為0.00001 時,其所對應之無因次水錐形成時間(tD) 為2.92×10-3;水錐形成時間(t)則為 0.009 天(表 3-2;圖 3-12)。

若以無因次壓力差準則(△PD)分析水錐形成時間時:當無因次壓力 差準則(△PD)為 0.005 時,其所對應之無因次水錐形成時間(tD) 為3.24×10-3;水錐形成時間(t)則為 0.0010 天(表 3-3;圖 3-12)。,

由含水飽和度準則(△Sw=0.00001)及無因次壓力差準則

(△PD=0.005)所得之水錐形成時間相近。

在水錐貫穿時間之估算方面,當水平井的模擬網格之含水飽和度 之變化準則為△Sw= 0.00001 作為水錐已貫穿時,所估算之無因次水 錐貫穿時間(tDbt)為68.05(圖 3-12),其所對應之水錐貫穿時間(tbt) 為210 天(表 3-4)。

若設定石油生產率(qo)分別為20、30、50、70 及 100 stb/day,

可計算其所對應之水錐貫穿時間分別為5600、2100、500、210 及 73.3 天(表3-5;圖 3-13)。若以無因次水錐貫穿時間(式(17))及無

因次產率(式(18)),當無因次石油生產率(qoD)為1.16、1.74、

2.9、3.28 及 1.15 時,無因次水錐貫穿時間(tDbt)分別為4.63、1.07、

0.54、0.23 及 0.15(表 3-5;圖 3-14)。由無因次石油生產率(qoD) 及無因次水錐貫穿時間(tbtD)所繪製之水錐貫穿時間典型曲線(圖 3-14)可看出,石油生產率越大,水錐貫穿時間越短,代表出水時間 越快。在特定的生產期限(30 年)中,水平孔段長度為 1000 ft 且鑽 井高度在原始油水界面上方25 ft 處(zwD=0.5)之水平井,其水錐臨 界產率為16 stb/day(圖 3-13),其所對應之無因次水錐臨界產率為 0.93(圖 3-14)。

當石油生產率分別為20、30、50、70 及 100 stb/day 時,可得在 水錐貫穿之後的井口水油比(water oil rate ratio,WOR)隨時間之變 化(圖3-15),由此結果可知,石油生產率越大,所造成的水油比

(WOR)越高,代表較大的石油生產率會造成較多的出水量。而由 不同石油生產率之井口水切(water cut=qw/ (qw+ qo))隨時間之變化 結果(圖3-16)可知,在同一個觀測時間之下,石油生產率越大,

水切增加速度越快,較大的石油生產率會更快速的引發井口出水。

(2) L=1000 ft,zwD=0.4, 0.5, 0.6, 0.8,固定石油生產率之生產(結果 綜合比較)

在水平井孔段長度為1000 ft 的案例研究中,除了無因次水平孔 段高度(zwD)為0.5 之外,本計畫也研究了 zwD =0.4, 0.6, 0.8(總計 有四個不同的完井高度)在固定石油生產率條件下,之水錐出水,並 進行綜合比較分析。

在水錐形成時間的研究中,當無因次水平孔段高度(zwD)越高 時,其水錐形成時間也越長(在表3-6、3-7 之中採用△Sw=0.00001 及△PD=0.005 為準則)。另外,由不同水平孔段高度(zwD)之水錐 貫穿時間研究中(表 3-9)也發現,無因次水平孔段高度(zwD)越高,

其水錐貫穿時間也越長。利用這些結果,本研究建立了zwD = 0.4, 0.5, 0.6, 0.8(總計 4 個不同的鑽井高度)之水錐貫穿時間隨生產率變化曲 線(圖 3-17),並經由無因次化,獲得每個無因次水平孔段高度(zwD) 之水錐貫穿時間典型曲線(圖3-18)。由每個無因次水平孔段高度

(zwD =0.4, 0.5, 0.6 及 0.8)之水錐貫穿時間隨石油生產率變化曲線(圖 3-17)或是水錐貫穿時間典型曲線(圖 3-18)皆可看出,當無因次水 平孔段高度(zwD)變高時(亦即,鑽井高度離油水界面較遠時),

水錐貫穿時間典型曲線會向右偏移。在同一個石油生產率之下,無因 次水平孔段高度(zwD)較高的水平生產井,其水錐貫穿時間較長,

井口出水時間較慢(圖3-18)。而當無因次水平孔段高度(zwD)較 高時,其臨界產率較大。

觀察石油生產率為70 stb/day 但不同水平孔段高度之水油比

(WOR)隨時間變化之結果(圖 3-19)可知,在井口出水後的同一 個觀測時間之下,鑽井高度越低,其水油比(WOR)越高,代表較 低的鑽井高度(因為較接近油水界面)會造成較多的出水量。而觀察 不同水平孔段高度之水切(water cut)隨時間之變化(圖 3-20)可知,

水平孔段高度越低,不僅出水時間越快,其水切增加速度也越快,較 低的鑽井高度會更快速的引發井口出水。

(3) L=1000 ft,zwD=0.4, 0.5, 0.6, 0.8,固定液體生產率之生產(結果 綜合比較)

在水平井孔段長度為1000 ft 的案例研究中,除了無因次水平孔 段高度(zwD)為0.5 之外,本計畫也研究了 zwD =0.4, 0.6, 0.8(總計 有四個不同的完井高度)在固定液體(石油及水)生產率之條件下,

之水錐出水,並進行綜合比較分析。

當無因次水平孔段高度(zwD)越高時,其水錐形成時間也越長。

另外,由不同水平孔段高度(zwD)之水錐貫穿時間研究中可以看出,

無因次水平孔段高度(zwD)越高,其水錐貫穿時間也越長。

本研究同時建立了zwD = 0.4, 0.5, 0.6, 0.8(總計 4 個不同的鑽井

化,獲得每個無因次水平孔段高度(zwD)之水錐貫穿時間典型曲線

(圖3-22)。由每個無因次水平孔段高度(zwD =0.4, 0.5, 0.6 及 0.8)

之水錐貫穿時間隨液體生產率變化曲線(圖3-21)或是無因次水錐 貫穿時間典型曲線(圖3-22)皆可看出,當無因次水平孔段高度(zwD) 變高時(亦即,鑽井高度離油水界面較遠時),水錐貫穿時間典型曲 線會向右偏移。在同一個生產率之下,無因次水平孔段高度(zwD) 較高的水平生產井,其水錐貫穿時間較長,井口出水時間較慢(圖 3-22)。而當無因次水平孔段高度(zwD)較高時,其臨界產率較大。

觀察液體生產率皆為70 stb/day 但不同水平孔段高度之水油比

(WOR)隨時間變化之結果(圖 3-23)可知,在井口出水後的同一 個觀測時間之下,鑽井高度越低,其水油比(WOR)越高,代表較 低的鑽井高度(因為較接近油水界面)會造成較多的出水量。而觀察 不同水平孔段高度之水切(water cut)隨時間之變化(圖 3-24)可知,

水平孔段高度越低,不僅出水時間越快,其水切增加速度也越快,較 低的鑽井高度會更快速的引發井口出水。

(4) L=1000 ft,zwD=0.4, 0.5, 0.6, 0.8,固定井底壓力之生產

在生產條件方面,除了前面所設定的固定石油生產率(constant oil production rate)及固定液體生產率(constant liquid production rate)

的生產之外,也設計以固定井底壓力之生產或簡稱為定壓生產,進行 水錐問題研究。

假設以50 psi 之地層壓降(地層與井底之壓差為 50 psi)進行生 產,在生產率尚未出水之前(水的生產率為0 時),石油生產率會隨 著時間遞降(圖3-25),但當水錐貫穿地層而開始生產水時,石油 生產率會很快速的遞降而產水率會很快的上升(圖3-25)。將不同 水平孔段高度(zwD=0.4, 0.5, 0.6, 0.8)所進行之固定井底壓力生產試 驗(△p=50 psi)結果進行綜合比較(圖 3-26)可知,水平孔段高度 較低(zwD=0.4)的水平井,在出水之前,其石油生產率的遞降比水 平孔段高度較高(zwD=0.8)的水平井要慢。水平孔段高度較低

(zwD=0.4)的水平井較早出水,石油生產率曲線較早受到出水影響 而快速遞降(圖3-26)。

由不同水平孔段高度(zwD=0.4, 0.5, 0.6, 0.8)固定井底壓力生產 試驗(△p=50psi)所得的累積石油生產量結果(圖 3-27)可知,水 平孔段高度(zwD)為0.4 的水平井,其累積石油生產量最低;而水 平孔段高度(zwD)為0.6 的水平井,累積石油生產量最高。由此結 果可知,在地層中間偏上方的位置(zwD=0.6)進行鑽井並生產,可 以獲得最高的累積石油生產量。

由另一個固定井底壓力生產試驗(△p=100psi)之累積石油生產 量的結果(圖3-28)也可看出,水平孔段高度最低的水平井

(zwD=0.4),其累積石油生產量最低;而水平孔段高度(zwD)為0.6 的水平井,有最高的累積石油生產量,其結果與前述固定井底壓力生 產試驗(△p=50psi)之結果一致。

(5) 綜合討論

本研究設計了水平孔段長度(L)分別為 1000 ft、2000 ft、3000 ft 及無因次水平孔段高度(zwD)分別為 0.4、0.5、0.6、0.8 等不同水 平井水錐模式,進行水錐形成時間、水錐貫穿時間與水錐貫穿時間典 型曲線研究。

由水平孔段長度(L)為 1000 ft 之水錐貫穿時間典型曲線(圖 3-29)可看出,無因次水平孔段高度(zwD)越低,水錐貫穿時間典 型曲線越向左偏移。當水平孔段長度(L)為 2000 ft 及 3000 ft 時,

其水錐貫穿時間典型曲線也有相同的趨勢(圖3-30 及 3-31)。亦即,

無因次水平孔段高度(zwD)越低,水錐貫穿時間越短,井口也會越 早出水。

將不同水平孔段長度(L=1000 ft、2000 ft、3000 ft)但是在同一 個水平孔段高程(zwD=0.5)之水錐貫穿時間典型曲線進行比較(圖

3-32)得知,水平孔段長度增長時,水錐貫穿時間典型曲線會向右偏 移。換言之,在同一個液體生產率之下,水平孔段長度較長的水平井,

其水錐貫穿時間較長,井口也會較晚出水。水平孔段長度較長的水平 井,其臨界產率較高。

分析不同水平孔段長度(L=1000 ft、2000 ft、3000 ft)在同一個 水平孔段高度(zwD=0.5)及同一個液體生產率(qL=70 stb/day)之水 切隨時間之變化結果(圖3-33)可知,水平孔段長度越長,其井口 出水(water cut 開始大於 0)的時間會越晚。在同一個觀測時間之下,

水平孔段長度較長的水平井,其水切量較低(圖3-33)。

觀察不同水平孔段長度(L=1000 ft、2000 ft 及 3000 ft)在不同 水平孔段高程(zwD=0.4、0.5、0.6 及 0.8)固定井底壓力生產(△p=50 psi)時所得之累積石油生產量隨時間變化結果(圖 3-34、3-35 及 3-36)

可知,當水平孔段長度為1000 ft 時,水平孔段高度(zwD)為 0.6 的 水平井之累積石油生產量最高(圖3-34)。而由水平孔段長度為 2000 ft 及 3000 ft 固定井底壓力生產試驗也獲得相同的結果(圖 3-35 及 3-36),在水平孔段高度(zwD=0.6)可得到累積石油生產量為最高。

由不同水平孔段高度的固定井底壓力生產試驗可知,在地層中間偏上 方的位置,zwD=0.6 處,進行鑽井並生產,可以獲得最高的累積石油

生產量。

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