趙旭

(中國(guó)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(zhǎng)度影響因素及優(yōu)選

趙旭

(中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

通過對(duì)塔河油田碎屑巖水平井水平段長(zhǎng)度對(duì)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(zhǎng)度對(duì)產(chǎn)能影響關(guān)系的角度，研究了碎屑巖水平井水平段長(zhǎng)度對(duì)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(jì)時(shí)，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(jì)性的影響，建議塔河油田碎屑巖水平井水平段長(zhǎng)度增長(zhǎng)至350～400 m。該研究對(duì)延長(zhǎng)塔河油田碎屑巖水平井無(wú)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(zhǎng)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?dāng)?shù)量逐年增多。國(guó)內(nèi)外研究表明，水平井設(shè)計(jì)和研究中的一個(gè)重要問題就是確定水平段的合理長(zhǎng)度［1-2］。水平段的長(zhǎng)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?dāng)?shù)量和開發(fā)投資［3-6］。因此，從完井工程、產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)性角度對(duì)塔河油田碎屑巖水平井水平段的長(zhǎng)度進(jìn)行了研究。

1 完井工程對(duì)水平井水平段長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)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(jìn)入井筒中的流動(dòng)所引起的，采用Forchheimer方程可得:

式中:qL為水平井井筒單位長(zhǎng)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(gè)網(wǎng)格內(nèi)單位長(zhǎng)度上的產(chǎn)量，m3/(s·m);K為滲透率，μm2;β為非達(dá)西流速度系數(shù);Lc為水平井井筒長(zhǎng)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(dòng)阻力系數(shù);fperf為射孔孔眼導(dǎo)致的井筒管壁附加流動(dòng)阻力系數(shù);vi為井筒中第i個(gè)網(wǎng)格流速，m/s;Din為井筒直徑，m;pw(i)為井筒第i個(gè)網(wǎng)格井底流壓，Pa;Δpmix(i)為井筒第i個(gè)網(wǎng)格混合壓降，Pa;rw為水平井筒內(nèi)徑，m;lo為第i個(gè)網(wǎng)格內(nèi)水平井水平段的長(zhǎng)度，m。

1.2 計(jì)算分析

采用塔河油田某生產(chǎn)井的實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)水平井水平段長(zhǎng)度的影響進(jìn)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(zhǎng)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(dāng)水平段長(zhǎng)度為100 m時(shí)，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(zhǎng)的水平段井筒內(nèi)的各位置處的壓力基本一致。而當(dāng)水平段井筒長(zhǎng)度達(dá)到300 m時(shí)，跟端和趾端的射孔密度差約為2孔/m，表明300 m長(zhǎng)的水平段井筒內(nèi)，水平段跟端到趾端的流動(dòng)壓力已經(jīng)出現(xiàn)了不同，但差距較小;而當(dāng)水平段井筒長(zhǎng)度達(dá)到500 m時(shí)，跟端和趾端的射孔密度差大于4孔/m。綜上所述，水平段長(zhǎng)度越長(zhǎng)，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(dòng)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(zhǎng)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(dāng)日產(chǎn)量為50 m3/d時(shí)，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(dāng)日產(chǎn)量為100 m3/d時(shí)，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(dòng)沿程摩阻;當(dāng)日產(chǎn)量為200 m3/d時(shí)，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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)產(chǎn)生的沿程摩阻較小，整個(gè)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(jìn)行水平井分段變密度射孔控水完井優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)主要根據(jù)不同位置處油藏的非均質(zhì)性差異進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，水平井水平段長(zhǎng)度適當(dāng)延長(zhǎng)不會(huì)對(duì)分段變密度射孔完井效果產(chǎn)生明顯的影響。

2 產(chǎn)能對(duì)水平井水平段長(zhǎng)度的影響分析

為了進(jìn)一步分析水平井水平段長(zhǎng)度對(duì)開發(fā)效果的影響，對(duì)碎屑巖水平井水平段長(zhǎng)度與產(chǎn)能的影響關(guān)系進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 水平段長(zhǎng)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(zhǎng)度不斷增加，油井的產(chǎn)量不斷增加，當(dāng)水平段長(zhǎng)度小于450 m時(shí)，油井產(chǎn)量的增幅較大;而當(dāng)水平段長(zhǎng)度大于450 m時(shí)，油井產(chǎn)量增幅較小，水平井水平段長(zhǎng)度與產(chǎn)能比的關(guān)系和水平段長(zhǎng)度與產(chǎn)量的關(guān)系類似。因此，適當(dāng)增加水平井水平段的長(zhǎng)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(zhǎng)度的經(jīng)濟(jì)性分析

為了進(jìn)一步分析塔河油田碎屑巖水平井水平段長(zhǎng)度變化的影響，對(duì)塔河油田碎屑巖水平井水平段長(zhǎng)度的變化進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析(表1、圖4)。

圖4為水平井水平段長(zhǎng)度經(jīng)濟(jì)性分析的計(jì)算結(jié)果，隨著水平段長(zhǎng)度的增加，水平井的總收益不斷增加。當(dāng)水平段長(zhǎng)度小于370 m時(shí)，隨著水平段長(zhǎng)度的增加，水平井總收益增幅較大，而當(dāng)水平段長(zhǎng)度大于370 m時(shí)，隨著水平段長(zhǎng)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(jì)效益對(duì)水平井水平段長(zhǎng)度的影響，建議塔河油田碎屑巖水平井水平段長(zhǎng)度設(shè)定為350～400 m，既不會(huì)明顯增大井筒內(nèi)流體流動(dòng)沿程摩阻，又可以大幅度提高油井產(chǎn)量，保證經(jīng)濟(jì)收益。

表1 經(jīng)濟(jì)性分析補(bǔ)充參數(shù)

圖4 水平段長(zhǎng)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(zhǎng)度和日產(chǎn)量的角度，分析了水平井水平段長(zhǎng)度對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度的適度增加不會(huì)對(duì)分段變密度射孔均衡入流產(chǎn)生影響。

(3)適當(dāng)增加塔河油田碎屑巖水平井水平段的長(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)家重大專項(xiàng)“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(jí)工程師，2004年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，2009年畢業(yè)于中國(guó)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(guó)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(chǎng)應(yīng)用工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.024