碎屑巖水平井水平段長度影響因素及優(yōu)選

趙旭

(中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

碎屑巖水平井水平段長度影響因素及優(yōu)選

趙旭

(中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

通過對塔河油田碎屑巖水平井水平段長度對產(chǎn)能和油藏開發(fā)影響的分析，建立了綜合考慮油藏滲流、井筒內(nèi)變質(zhì)量流和孔眼入流的水平井分段變密度射孔模型。從變密度射孔的孔密與水平井長度對產(chǎn)能影響關(guān)系的角度，研究了碎屑巖水平井水平段長度對不同生產(chǎn)條件下產(chǎn)量和防控底水的影響。研究表明:完井設(shè)計時，應(yīng)把沿水平井筒不同位置的非均質(zhì)性變化作為主要考慮因素;考慮產(chǎn)能、經(jīng)濟性的影響，建議塔河油田碎屑巖水平井水平段長度增長至350～400 m。該研究對延長塔河油田碎屑巖水平井無水采油期和提高最終采收率具有一定的指導(dǎo)意義。

碎屑巖水平井;變密度射孔;合理長度;塔河油田

0 引言

近年來，塔河油田碎屑巖水平井開發(fā)技術(shù)得到快速發(fā)展，水平井數(shù)量逐年增多。國內(nèi)外研究表明，水平井設(shè)計和研究中的一個重要問題就是確定水平段的合理長度［1-2］。水平段的長度不僅影響水平井的單井產(chǎn)量、鉆完井成本和泄油面積，而且影響油田的鉆井數(shù)量和開發(fā)投資［3-6］。因此，從完井工程、產(chǎn)能和經(jīng)濟性角度對塔河油田碎屑巖水平井水平段的長度進行了研究。

1 完井工程對水平井水平段長度的影響分析

1.1 水平井分段變密度射孔模型

根據(jù)Dikken［7-8］模型，有:

式中:pw(x)為水平井筒上 x處的壓力，MPa;pw(xwb)為水平井筒趾端xwb處的壓力，MPa;Δpr(x)為水平井筒上x處所對應(yīng)的油藏到井筒有效半徑的壓降，MPa;Δpr(xwb)為水平井井筒趾端xwb處所對應(yīng)的油藏到井筒有效半徑的壓降，MPa;Δps(x)為水平井筒上x處所對應(yīng)的從井筒有效半徑到水平井筒的壓降，MPa;Δps(xwb)為水平井井筒趾端xwb處所對應(yīng)的從水井井筒有效半徑到水平井筒的壓降，MPa。

由式(1)可知，油藏中流體向水平井井筒的流動過程可以分為油藏滲流階段、井壁入流階段、井筒內(nèi)流體變質(zhì)量流階段。

(1)水平井油藏滲流模型。根據(jù)Karcher等人的研究，油藏到井筒有效半徑之間的壓降Δpr為:

(2)水平井近井壁入流。Δps主要是油藏流體經(jīng)過射孔孔眼進入井筒中的流動所引起的，采用Forchheimer方程可得:

式中:qL為水平井井筒單位長度的產(chǎn)量，m3/(s·m); re為井筒泄油半徑，m;rew為流入等效半徑，m;μ為流體黏度，mPa·s;qi為第i個網(wǎng)格內(nèi)單位長度上的產(chǎn)量，m3/(s·m);K為滲透率，μm2;β為非達西流速度系數(shù);Lc為水平井井筒長度，m;h為油層厚度，m;Lp為射孔穿透深度，m;Mp為射孔密度函數(shù);rp為孔眼內(nèi)徑，m;ρ為流體密度，kg/m3。

(3)井筒內(nèi)流體變質(zhì)量流。射孔入流水平井筒內(nèi)變質(zhì)量管流壓降包括摩擦壓降、加速度壓降、混合壓降(孔眼流體與井筒中流體混合產(chǎn)生的壓降)，將這3部分壓降整合，則有:

式中:f為流動阻力系數(shù);fperf為射孔孔眼導(dǎo)致的井筒管壁附加流動阻力系數(shù);vi為井筒中第i個網(wǎng)格流速，m/s;Din為井筒直徑，m;pw(i)為井筒第i個網(wǎng)格井底流壓，Pa;Δpmix(i)為井筒第i個網(wǎng)格混合壓降，Pa;rw為水平井筒內(nèi)徑，m;lo為第i個網(wǎng)格內(nèi)水平井水平段的長度，m。

1.2 計算分析

采用塔河油田某生產(chǎn)井的實際數(shù)據(jù)對水平井水平段長度的影響進行更深入的分析。該井基本參數(shù)如下:水平井井筒半徑為0.108 m，油層厚度為16.3 m，平均水平滲透率為108×10-3μm2，平均垂直滲透率為73×10-3μm2，流體黏度為2.78 mPa·s。采用射孔完井，水平段趾端的孔眼密度為20孔/m。

圖1為日產(chǎn)量為125 m3/d下射孔密度與水平段長度的關(guān)系，圖2為射孔密度隨油井產(chǎn)量的變化關(guān)系。由圖1可知，當水平段長度為100 m時，為了維持水平井筒內(nèi)的壓力平衡，水平井跟端和趾端的射孔密度都約為20孔/m，表明在125 m3/d的產(chǎn)量下，100 m長的水平段井筒內(nèi)的各位置處的壓力基本一致。而當水平段井筒長度達到300 m時，跟端和趾端的射孔密度差約為2孔/m，表明300 m長的水平段井筒內(nèi)，水平段跟端到趾端的流動壓力已經(jīng)出現(xiàn)了不同，但差距較小;而當水平段井筒長度達到500 m時，跟端和趾端的射孔密度差大于4孔/m。綜上所述，水平段長度越長，水平井井筒內(nèi)跟端與趾端間摩擦阻力所引起的壓力差就越大，為了均衡水平井段內(nèi)的流動壓力，射孔密度隨著水平段從趾端到根端就要不斷減小。

圖1 射孔密度隨水平段長度的變化關(guān)系

圖2 射孔密度隨油井產(chǎn)量的變化關(guān)系

由圖2可知，當日產(chǎn)量為50 m3/d時，水平段井筒內(nèi)射孔密度完全一致，說明水平段跟端至趾端沒有產(chǎn)生明顯的壓力差異;當日產(chǎn)量為100 m3/d時，水平段井筒內(nèi)射孔密度出現(xiàn)變化，說明水平井跟端與趾端間存在一定的流動沿程摩阻;當日產(chǎn)量為200 m3/d時，水平段井筒內(nèi)的射孔密度發(fā)生了較為明顯的變化，說明水平井中跟端與趾端的流動沿程摩阻增大。綜上所述，隨著油井產(chǎn)量的增加，水平井筒內(nèi)跟端至趾端的壓差逐漸增大，因此，為了平抑沿水平段內(nèi)的壓力差異，射孔密度沿著水平段從趾端到跟端要不斷減小。

目前，塔河油田碎屑巖水平井水平段長度均為300 m以下，大部分水平井的產(chǎn)量為20～50 m3/d。由上述分析可知，水平井水平段內(nèi)沿井筒流動產(chǎn)生的沿程摩阻較小，整個水平井筒內(nèi)的壓力一致，水平井水平段各處生產(chǎn)壓差相等。因此，在進行水平井分段變密度射孔控水完井優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)主要根據(jù)不同位置處油藏的非均質(zhì)性差異進行優(yōu)化設(shè)計，水平井水平段長度適當延長不會對分段變密度射孔完井效果產(chǎn)生明顯的影響。

2 產(chǎn)能對水平井水平段長度的影響分析

為了進一步分析水平井水平段長度對開發(fā)效果的影響，對碎屑巖水平井水平段長度與產(chǎn)能的影響關(guān)系進行分析，計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 水平段長度與產(chǎn)量、產(chǎn)能比之間的關(guān)系

由圖3可知，隨著水平井水平段長度不斷增加，油井的產(chǎn)量不斷增加，當水平段長度小于450 m時，油井產(chǎn)量的增幅較大;而當水平段長度大于450 m時，油井產(chǎn)量增幅較小，水平井水平段長度與產(chǎn)能比的關(guān)系和水平段長度與產(chǎn)量的關(guān)系類似。因此，適當增加水平井水平段的長度能夠提升產(chǎn)量，降低地層污染所造成的產(chǎn)量下降，增加產(chǎn)能比。

3 水平井水平段長度的經(jīng)濟性分析

為了進一步分析塔河油田碎屑巖水平井水平段長度變化的影響，對塔河油田碎屑巖水平井水平段長度的變化進行經(jīng)濟性分析(表1、圖4)。

圖4為水平井水平段長度經(jīng)濟性分析的計算結(jié)果，隨著水平段長度的增加，水平井的總收益不斷增加。當水平段長度小于370 m時，隨著水平段長度的增加，水平井總收益增幅較大，而當水平段長度大于370 m時，隨著水平段長度的增加，水平井總收益增幅迅速衰減。

綜上所述，結(jié)合完井工程、產(chǎn)能、經(jīng)濟效益對水平井水平段長度的影響，建議塔河油田碎屑巖水平井水平段長度設(shè)定為350～400 m，既不會明顯增大井筒內(nèi)流體流動沿程摩阻，又可以大幅度提高油井產(chǎn)量，保證經(jīng)濟收益。

表1 經(jīng)濟性分析補充參數(shù)

圖4 水平段長度和產(chǎn)能收益之間的關(guān)系

4 結(jié)論及建議

(1)建立了綜合考慮油藏滲流、井筒內(nèi)變質(zhì)量流和孔眼入流的水平井分段變密度射孔模型，從變密度射孔的孔眼密度與水平段長度和日產(chǎn)量的角度，分析了水平井水平段長度對水平井變密度射孔完井的影響。

(2)在現(xiàn)階段塔河油田碎屑巖水平井的長度和產(chǎn)量的條件下，地層非均質(zhì)性是影響生產(chǎn)壓差變化的主要因素，水平井水平段長度的適度增加不會對分段變密度射孔均衡入流產(chǎn)生影響。

(3)適當增加塔河油田碎屑巖水平井水平段的長度，有利于增加產(chǎn)能，減少地層污染所帶來的產(chǎn)能比下降，并且能夠增加單井的整體收益。

(4)在滿足油藏地質(zhì)開發(fā)和鉆完井工程工程要求下，建議塔河油田碎屑巖水平井水平段長度設(shè)定為350～400 m。

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編輯劉 巍

TE257.1

A

1006-6535(2015)05-0110-03

20150514;改回日期:20150807

國家重大專項“海相碳酸鹽巖油氣井井筒關(guān)鍵技術(shù)(二期)”(2011ZX05005-006-004)

趙旭(1981-)，男，高級工程師，2004年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲運工程專業(yè)，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)油氣井工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，2009～2011年在中國石化石油勘探開發(fā)研究院博士后工作站工作，現(xiàn)主要從事完井工程技術(shù)相關(guān)方面的科研和現(xiàn)場應(yīng)用工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.024