水平井在枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的應(yīng)用

尹雙江 陳 軍 梁光川 蒲海東 易 俊 楊浩瓏

(1.西南石油大學(xué)，成都 610500；2.中石油西氣東輸管道分公司，上海 200122；3.重慶科技學(xué)院，重慶401331)

水平井在枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的應(yīng)用

尹雙江1陳 軍1梁光川1蒲海東2易 俊3楊浩瓏3

(1.西南石油大學(xué)，成都 610500；2.中石油西氣東輸管道分公司，上海 200122；3.重慶科技學(xué)院，重慶401331)

闡述水平井在地下儲(chǔ)氣庫(kù)的應(yīng)用及其研究現(xiàn)狀；分析水平井技術(shù)應(yīng)用于地下儲(chǔ)氣庫(kù)工程的適應(yīng)性和優(yōu)缺點(diǎn)；通過(guò)水平井單井產(chǎn)能實(shí)例計(jì)算評(píng)價(jià)水平井應(yīng)用于地下儲(chǔ)氣庫(kù)的可行性。應(yīng)用結(jié)果表明，采用水平井能使地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采能力大大增強(qiáng)。

枯竭油氣藏；地下儲(chǔ)氣庫(kù)；直井；水平井

地下儲(chǔ)氣庫(kù)是季節(jié)調(diào)峰和確保穩(wěn)定供氣的重要設(shè)施之一，建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)刻不容緩。目前中石油和中石化兩大集團(tuán)公司掀起了建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的熱潮?？v觀國(guó)內(nèi)外，絕大部分地下儲(chǔ)氣庫(kù)類型屬于枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)。國(guó)內(nèi)目前已建或在建的枯竭油氣藏地下儲(chǔ)氣庫(kù)主要是以直井作為注采井或觀察井。儲(chǔ)氣庫(kù)水平井技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)已在歐美一些國(guó)家地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)水平井技術(shù)起步比較晚，目前正處于儲(chǔ)氣庫(kù)水平井鉆采技術(shù)摸索階段。例如國(guó)內(nèi)大港油田2009年在板中北儲(chǔ)氣庫(kù)注采井中首次選用了水平井鉆井工藝，華北油田在京58儲(chǔ)氣庫(kù)群中也選用了水平井作為工作井。2010年在建的中石油長(zhǎng)慶油田陜45井區(qū)以及榆林南井區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)都選用了水平井作為注采井［1］。

我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)水平井技術(shù)應(yīng)用水平與國(guó)外差距較大。在國(guó)外,A Suat Bagci［2］運(yùn)用數(shù)值模擬手段，對(duì) KM枯竭油氣藏地下儲(chǔ)氣庫(kù)水平井和直井井型進(jìn)行了優(yōu)選，模擬出了KM地下儲(chǔ)氣庫(kù)最佳直井和水平井?dāng)?shù)注采組合，獲得了整個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)水平井的最佳注采速度。S R B［3］結(jié)合實(shí)例研究了水平井在儲(chǔ)氣庫(kù)的工程設(shè)計(jì)和實(shí)施方案以及具體的水平井鉆井施工參數(shù)，并討論了現(xiàn)場(chǎng)水平井在生產(chǎn)實(shí)踐中的效果，以及水平井技術(shù)在儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)用中出現(xiàn)的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)系統(tǒng)地闡述此項(xiàng)技術(shù)。筆者在此做初步理論探討，希望對(duì)國(guó)內(nèi)當(dāng)前枯竭油氣藏地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)具有參考和借鑒意義。

1 枯竭油氣藏地下儲(chǔ)氣庫(kù)水平井優(yōu)缺點(diǎn)及適用性

1.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）在滿足儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰功能和安全運(yùn)行的要求下，若技術(shù)上可行，儲(chǔ)層地質(zhì)條件允許，用少量的水平井取代多口直井效果較好，可確保低能量消耗，低墊層氣產(chǎn)出，低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

（2）儲(chǔ)氣庫(kù)水平井在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，能抑制和減緩邊底水的錐進(jìn)，延長(zhǎng)氣井的穩(wěn)產(chǎn)期，避免氣井水淹停產(chǎn)。

（3）地下儲(chǔ)氣庫(kù)選用水平井技術(shù)還可以降低地表環(huán)境污染。儲(chǔ)氣庫(kù)水平井一般不進(jìn)行壓裂等改造措施，儲(chǔ)層傷害小。另外從鉆井工藝來(lái)說(shuō)，水平井鉆速較直井快，水平井采用低密度、低固相的鉆井液，泥漿浸泡儲(chǔ)層時(shí)間短，較直井來(lái)說(shuō)對(duì)儲(chǔ)層污染小。這樣可以更好地保護(hù)儲(chǔ)層，最大程度地降低儲(chǔ)層污染，益于提高注采速度和儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣利用率。

（4）儲(chǔ)氣庫(kù)水平井可使井口工藝盡可能集中，占地面積少，便于生產(chǎn)管理，地面設(shè)施投資少。

（5）儲(chǔ)氣庫(kù)的密封性是儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)者和儲(chǔ)氣庫(kù)業(yè)主都關(guān)注的重要因素之一，也是關(guān)系儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)成功與否的關(guān)鍵性因素。儲(chǔ)氣庫(kù)打直井有鉆穿儲(chǔ)層的可能性，水平井先進(jìn)技術(shù)可以大大降低鉆穿儲(chǔ)層的風(fēng)險(xiǎn)和概率。

（6）儲(chǔ)氣庫(kù)選擇水平井工藝可以大幅擴(kuò)大地層和井眼的接觸面積，可以高效利用儲(chǔ)層，能在較低的壓降下提高產(chǎn)量。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于同一油氣藏，水平井的調(diào)峰氣量比直井高1.5～6倍［4］，這主要取決于油氣藏性質(zhì)和水平段的長(zhǎng)度。

（7）根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，儲(chǔ)氣庫(kù)采用水平井雖然投資管理費(fèi)用要比直井高2倍以上，但是產(chǎn)量提高了幾倍，甚至幾十倍，總體經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。水平井技術(shù)可以確保儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行更安全、更高效、更經(jīng)濟(jì)。

1.2 缺點(diǎn)

由于儲(chǔ)氣庫(kù)水平井相對(duì)于直井、鉆完井工藝更復(fù)雜，不如直井、鉆完井技術(shù)那么成熟，如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)，就有可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工程失敗。此外目前地下儲(chǔ)氣庫(kù)水平井注采地面工藝尚未配套，還不完善。儲(chǔ)氣庫(kù)水平井的應(yīng)用有嚴(yán)格的地質(zhì)條件限制，從國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)庫(kù)建庫(kù)選擇水平井技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，一般要滿足儲(chǔ)層厚度（hm＞5m）、物性（KH＞20×10－3μm2·m）、各向非均質(zhì)性（β＜50）等要求。這些條件使水平井技術(shù)在枯竭油氣藏地下儲(chǔ)氣庫(kù)中的選用受到一定限制。

1.3 適應(yīng)性

若油氣藏滲透率較低，儲(chǔ)層厚度較薄，則水平井比直井更加適應(yīng)。對(duì)于低滲透枯竭油氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)，水平井技術(shù)亦適應(yīng)。底水塊狀氣藏有效厚度較大，試氣時(shí)單井產(chǎn)能較高，也可以用水平井的方式開(kāi)發(fā)［6］。對(duì)于溶洞、裂縫比較發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜的枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層，直井難以鉆遇有效儲(chǔ)層，水平井較直井更具適應(yīng)性。

2 實(shí)例分析

國(guó)內(nèi)擬建的WS地下儲(chǔ)氣庫(kù)為一枯竭的油藏，由于目前沒(méi)有實(shí)際的儲(chǔ)氣庫(kù)水平井注采氣生產(chǎn)資料，本文通過(guò)產(chǎn)能計(jì)算對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)水平井注采能力進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1 儲(chǔ)氣庫(kù)基本數(shù)據(jù)

WS地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣藏為一北寬南窄呈北北東－南南西方向延伸的狹長(zhǎng)形的逆牽引背斜(見(jiàn)圖1)。儲(chǔ)氣庫(kù)含氣面積為2.97km2，儲(chǔ)層B2下1～B2上3層系同時(shí)動(dòng)用，并強(qiáng)注強(qiáng)采。儲(chǔ)氣庫(kù)上限壓力為20MPa，下限壓力為5MPa，儲(chǔ)氣庫(kù)最大庫(kù)容取7.18×108m3。儲(chǔ)氣庫(kù)注氣規(guī)模設(shè)計(jì)為100×104m3/d,采氣規(guī)模按150×104m3/d 考慮，總墊氣量為 3.02×108m3，有效工作氣量為3.54×108m3。采氣期從11月到次年3月，共120d；注氣期從3月到9月，共200d；平衡期在每年的4月和10月（共45d），即每年管道運(yùn)行供需平衡期。WS儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)垂直井單井采氣能力3.2×104m3/d，注氣能力 3×104m3/d，設(shè)計(jì)水平井單井注采能力為（3～30）×104m3/d。從 2011年開(kāi)始新鉆 8口水平井，垂深 2 700～2 740m，斜深 2 750～2 790m，井距設(shè)計(jì)為400～450m，水平井段長(zhǎng)300m。到2015年投產(chǎn)時(shí)有12口井注氣，11口井采氣。

圖1 WS地下儲(chǔ)氣庫(kù)井位部署圖

2.2 儲(chǔ)氣庫(kù)單井產(chǎn)能評(píng)價(jià)

WS儲(chǔ)氣庫(kù)原有5口直井，氣井試氣平均為3.872 7×104m3/d。儲(chǔ)氣庫(kù)直井單井產(chǎn)能太低，滿足不了儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰的需要［7］。本文通過(guò)開(kāi)展水平井產(chǎn)能評(píng)價(jià)，研究?jī)?chǔ)氣庫(kù)水平井注采能力及其可行性。

WS地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣藏基本參數(shù)：有效厚度h為6 m;表皮系數(shù)S為1;儲(chǔ)層溫度T為100℃;天然氣黏度 μg為 0.002 mPa·s；天然氣壓縮因子 Z為 0.85。 水平井的相關(guān)參數(shù)：井筒半徑 rw為0.23m；水平段長(zhǎng)度L為300m；泄氣半徑re為360m。

利用Dr Joshi水平井產(chǎn)能公式預(yù)測(cè)儲(chǔ)氣庫(kù)水平井日注采氣能力。該氣藏水平井?dāng)M采用114mm油管采氣，井口壓力設(shè)為2.5MPa。若忽略氣體與管柱摩擦力和能量損失，將井底流動(dòng)壓力pwf近似為3MPa。當(dāng)?shù)貙訅毫i為5～20MPa時(shí)，考慮最小攜液量及沖蝕流速的影響，水平井產(chǎn)能公式為：

其中：

以上各式中：h—儲(chǔ)層厚度，m；kh—水平井段滲透率，μm2；kv—垂直井段滲透率,μm2；L—儲(chǔ)層水平井段長(zhǎng)度，m；pwf—井底流動(dòng)壓力,MPa；QH水平井日注采氣能力，m3/d；re—直井泄氣半徑，m；reh—水平井段泄氣半徑，m；rw—直井井筒半徑,m；s—表皮系數(shù)；T—儲(chǔ)層溫度，K；Z—天然氣壓縮因子，無(wú)因次；μ—天然氣黏度,mPa·s；β—儲(chǔ)層各向非均質(zhì)性；α—泄氣區(qū)域的主軸半長(zhǎng)度，m。

通過(guò)式（1）～（5），將上述水平井以及 WS儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層基本參數(shù)代入進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 儲(chǔ)氣庫(kù)水平井產(chǎn)能計(jì)算結(jié)果表

從表1計(jì)算結(jié)果可以看出，水平井產(chǎn)能滿足設(shè)計(jì)要求，水平井的注采能力隨著地層壓力上升而增大，且較直井增加明顯，地層壓力越大，儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰能力越強(qiáng)。

3 結(jié) 論

（1）水平井技術(shù)用于地下儲(chǔ)氣庫(kù)意味著“大吞大吐”，使儲(chǔ)氣庫(kù)大氣量調(diào)峰能力提高。

（2）通過(guò)對(duì)WS地下儲(chǔ)氣庫(kù)單井產(chǎn)能評(píng)價(jià)，水平井技術(shù)適用中低滲透枯竭油氣藏地下儲(chǔ)氣庫(kù)。

（3）建議枯竭油氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)井型選擇和井型組合優(yōu)化以及最佳井位的選擇要結(jié)合油氣藏地質(zhì)、油氣藏滲流條件、工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)、以及用數(shù)值模擬等手段綜合起來(lái)對(duì)比優(yōu)選后再確定。

（4）目前水平井技術(shù)在儲(chǔ)氣庫(kù)中運(yùn)用還處于起步和探索階段，建議開(kāi)展儲(chǔ)氣庫(kù)水平井最佳注采工作方式和工作制度等研究。

（5）建議加強(qiáng)儲(chǔ)氣庫(kù)水平井地面工藝配套性研究，以盡快形成我國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)最佳技術(shù)運(yùn)行體系。

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Abstract：The paper expoundes horizontal wells in underground gas storage of applications,and research status and analyzes the advantages and disadvantages of underground gas storage.Calculation results show that the horizontal well can increase underground storage gas storage injection-production ability greatly.

Key words：depleted oil and gas reservoirs；underground gas storage；vertical well；horizontal well

On Application of Horizontal Well in Exhausted Gas Reservoir

YIN Shuang-jiang1CHEN Jun1LIANG Guangc-huan1PU Hai-dong2Yi Jun3Yang Hao-long3
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610500;2.West-East Gas Transfer Pipeline Corporation China,Petro China,Shanghai 200122;3.Chongqing University of Science﹠Technology，Chongqing 401331)

TE822

A

1673-1980（2011）06-0066-03

2011-06-07

尹雙江（1984-），男，湖北宜昌人，西南石油大學(xué)石油與天然氣工程專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榈叵聝?chǔ)氣庫(kù)。