水平井水平段長度優(yōu)化與分析研究

龐 偉 （中國石化石油工程技術研究院，北京100101）

陳德春 （中國石油大學（華東）石油工程學院，山東東營257061）

李昌恒 （中國石油長慶油田分公司，陜西西安710021）

姜立富 （中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

姚俊濤 （中國石化勝利油田分公司河口采油廠，山東東營257200）

水平井水平段長度優(yōu)化與分析研究

龐 偉 （中國石化石油工程技術研究院，北京100101）

陳德春 （中國石油大學（華東）石油工程學院，山東東營257061）

李昌恒 （中國石油長慶油田分公司，陜西西安710021）

姜立富 （中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

姚俊濤 （中國石化勝利油田分公司河口采油廠，山東東營257200）

針對水平井水平段長度設計的重要性和目前設計方法的局限性，基于CN13－P7井區(qū)和BAE901－P1井區(qū)的地質(zhì)資料，利用油藏數(shù)值模擬軟件CMG建立了三維非均質(zhì)地質(zhì)模型，優(yōu)化了CN13－P7井區(qū)蒸汽吞吐開采和BAE901－P1井區(qū)常規(guī)開采時水平井水平段最優(yōu)長度，分析了滲透率、地面原油粘度、控制面積、底水等對水平段長度影響的敏感性，建立了CN13和BAE901區(qū)塊水平井水平段最優(yōu)長度的回歸方程。結果表明，對水平井水平段最優(yōu)長度影響程度由大到小依次是底水、滲透率、地面原油粘度、控制面積；水平段最優(yōu)長度回歸方程的計算結果與油藏數(shù)值模擬結果的平均相對誤差分別為2．29%、1．74%、1．66%、2．08%，可用于指導CN13和BAE901區(qū)塊水平井水平段長度設計，對同類油田具有重要的借鑒作用。

水平井；長度優(yōu)化；油藏數(shù)值模擬；底水；回歸方程

水平段長度設計是提高水平井開發(fā)效果和效益首先要解決的問題。國內(nèi)外優(yōu)化水平井水平段長度的方法主要有7種：以鉆井技術為優(yōu)化目標的定性方法［1］、以產(chǎn)能為優(yōu)化目標的解析方法［2～4］、以經(jīng)濟效益為優(yōu)化目標的解析方法［5］、綜合考慮產(chǎn)能和經(jīng)濟效益的解析方法［6～8］、以產(chǎn)能和含水率為優(yōu)化目標的解析方法［9］、以產(chǎn)能為優(yōu)化目標的電模擬方法［10］、以產(chǎn)能為優(yōu)化目標的數(shù)值模擬方法［11，12］。前6種方法適用于常規(guī)類型油藏，對邊底水油藏、熱采稠油油藏無能為力；數(shù)值模擬方法可用來優(yōu)化邊底水油藏、稠油油藏水平井長度，但目前只以單井為研究目標［11，12］卻未進行推廣，無法提供可供借鑒的定量公式。筆者以CN13－P7井區(qū)和BAE901－P1井區(qū)為研究對象，利用油藏數(shù)值模擬技術，研究了滲透率、原油粘度、控制面積、底水對水平井水平段長度的影響，建立了CN13和BAE901區(qū)塊水平井水平段最優(yōu)長度的回歸方程，為水平井長度設計提供方法。

1 地質(zhì)模型的建立與歷史擬合

為了對比蒸汽吞吐開采和常規(guī)開采油藏時水平井長度設計的異同，分別選取勝利油田CN13區(qū)塊的CN13－P7井區(qū)和BAE901區(qū)塊的BAE901－P1井區(qū)開展對應研究。

CN13－P7井區(qū)屬于復雜斷塊高滲底水蒸汽吞吐開采的稠油油藏，控制面積0．12km2，控制儲量25．98×104t；油層中深1328m，油層壓力13．24MPa，油層溫度62℃；砂厚10～40m，平均20．7m；有效厚度5．6～28．7m，平均16m；孔隙度32%～37%，平均33．2%；滲透率（500～1500）×10－3μm2，平均1097×10－3μm2；含油飽和度65%；地面原油密度980kg／m3；平均地面原油粘度4200mPa·s；同層有3口井。

BAE901－P1井區(qū)屬于巖性構造低粘低滲底水油藏，控制面積0．3km2，控制儲量22．5×104t；油層中深2942m，油層壓力30．3MPa，飽和壓力21MPa，油層溫度116．6℃；砂厚0～35m；有效厚度0～15m，平均10m；孔隙度3．9%～23%，平均16．6%；平均滲透率45．27×10－3μm2；含油飽和度58%；地面原油密度893kg／m3；平均地面原油粘度20．8mPa·s；同層有2口井。

采用油藏數(shù)值模擬軟件CMG的STARS模塊建立CN13－P7井區(qū)、BAE901－P1井區(qū)的三維非均質(zhì)地質(zhì)模型。其中，CN13－P7井區(qū)X、Y方向網(wǎng)格數(shù)分別為26、43，網(wǎng)格長度均為10m，Z方向分5層，合計5590個網(wǎng)格；BAE901－P1井區(qū)X、Y方向網(wǎng)格數(shù)分別為47、30，網(wǎng)格長度均為20m，Z方向分3層，合計4230個網(wǎng)格。

CN13－P7井區(qū)從1995年9月歷史擬合到2009年9月；標定儲量25．98×104t，數(shù)值模擬計算儲量26．2×104t，誤差0．85%；BAE901－P1井區(qū)從2008年12月擬合到2009年9月；標定儲量22．5×104t，計算儲量23．2×104t，誤差3．11%。根據(jù)累計產(chǎn)液（油）量、日產(chǎn)油量、含水率等擬合指標修正地質(zhì)模型。

2 水平井水平段長度優(yōu)化與敏感性分析

2．1 水平井水平段長度優(yōu)化

CN13－P7井區(qū)水平井注汽強度為11t／m，井口注汽干度為70%，燜井時間為4～5d。油藏數(shù)值模擬研究得到CN13－P7井水平段長度與累計產(chǎn)油量關系如圖1所示，可看出隨水平段長度的增加，累計產(chǎn)油量也在增加，但水平段超過200m后，累計產(chǎn)油量的增加趨于平緩，因此CN13－P7井水平段最優(yōu)長度（圖1中曲線上空心圓圈所對應的長度，下同）為200m。同理，由圖2可看出BAE901－P1井的水平段最優(yōu)長度為350m。

圖1 CN13－P7井水平段長度與累計產(chǎn)油量曲線

圖2 BAE901－P1井水平段長度與累計產(chǎn)油量曲線

2．2 滲透率敏感性分析

滲透率越高水平井產(chǎn)量會越大，但有底水時，油井見水也越快。圖3、4表明：①高滲和低滲油藏水平井，都是滲透率較小時水平段最優(yōu)長度較長，如CN13－P7井區(qū)滲透率由548．5×10－3μm2增大到4388×10－3μm2時，水平段最優(yōu)長度由250m減小到150m，減幅為40%；②滲透率較小時，滲透率變化對水平段最優(yōu)長度影響較小，如BAE901井區(qū)滲透率由13．58×10－3μm2增大到90．54×10－3μm2時，水平段最優(yōu)長度由400m減小到360m，減幅10%。

2．3 地面原油粘度敏感性分析

圖3 CN13－P7井水平段最優(yōu)長度對滲透率的敏感性

圖4 BAE901－P1井水平段最優(yōu)長度對滲透率的敏感性

通過改變地面原油粘度大小，進行了地面原油粘度敏感性分析，結果見圖5、6。由圖5、6可以看出：①原油粘度越低，水平井有效波及體積越大，延緩了見水時間速度，最優(yōu)水平段長度也越長；②原·增大到8400mPa·s時，水平段最優(yōu)長度由250m減小到150m，減幅40%；BAE901－P1井區(qū)原油粘度由2．08mPa·s增大到312mPa·s時，水平段最優(yōu)長度由400m減小到200m，減幅50%。

圖5 CN13－P7井水平段最優(yōu)長度對原油粘度的敏感性

圖6 BAE901－P1井水平段最優(yōu)長度對原油粘度的敏感性

2．4 控制面積敏感性分析

通過改變控制面積的大小，進行了控制面積敏感性分析，結果見圖7、8。由圖7、8可以看出：①控制面積小于蒸汽吞吐井的受效面積或者冷采井波及面積時，控制面積越大，水平井水平段最優(yōu)長度越大；②由于油井的實際控制面積有限，因此控制面積大于蒸汽吞吐井的受效面積或者冷采井波及面積時，控制面積增加，水平井水平段最優(yōu)長度不會有明顯的變化。

2．5 底水敏感性分析

通過對有底水和無底水情況的研究，進行了底水敏感性分析，結果見圖9、10。由圖9、10可以看出：①對高粘高滲油藏中的熱采水平井（如CN13－P7井），底水的存在對水平段最優(yōu)長度有相當大影響，一旦局部底水突破，則整個水平段會很快水淹，因此有底水的水平井水平段最優(yōu)長度遠小于沒有底水或者底水很弱、離得很遠的井；無底水時水平段最優(yōu)長度是有底水時的2倍左右；②低粘低滲油藏中的冷采水平井（如BAE901－P1井），底水的存在對水平段最優(yōu)長度影響不大。

3 水平井水平段最優(yōu)長度方程回歸與精度分析

利用正交優(yōu)化設計方法和油藏數(shù)值模擬軟件，對有無底水兩種情況進行計算，并對油藏數(shù)值模擬結果進行回歸，回歸方程為：

圖7 CN13－P7井水平段最優(yōu)長度對控制面積敏感性

圖8 BAE901－P1井水平段最優(yōu)長度對控制面積敏感性

圖9 CN13－P7井有無底水時水平段最優(yōu)長度

圖10 BAE901－P1井有無底水時水平段最優(yōu)長度

CN13區(qū)塊有底水時：

式中，Lopt為水平段最優(yōu)長度，m；X＝K為滲透率，10－3μm2；μo為原油粘度，mPa·s。

CN13區(qū)塊無底水時：

BAE901區(qū)塊有底水時：

BAE901區(qū)塊無底水時：

各回歸方程的精度見表1、2。

表1 CN13區(qū)塊水平井水平段最優(yōu)長度回歸方程的精度

4 結論

1）水平井水平段長度增加，累計產(chǎn)油量也會增加；但是到一定長度之后，增加趨勢會減弱甚至不增加，故存在最優(yōu)水平段長度；CN13－P7井和BAE901－P1井水平段最優(yōu)長度分別為200、350m。

2）對CN13－P7井和BAE901－P1井水平段最優(yōu)長度影響程度由大到小依次是底水、滲透率、地面原油粘度、控制面積；無底水時高粘高滲油藏水平井水平段最優(yōu)長度能達到有底水時的2倍，滲透率、原油粘度對高粘高滲油藏和低粘低滲油藏都有顯著的影響，控制面積小于水平井的受效面積（波及面積）時對水平井最優(yōu)長度有明顯影響，而大于后則影響很小。

3）應用正交設計方法和油藏數(shù)值模擬軟件，研究了CN13區(qū)塊和BAE901區(qū)塊不同滲透率、原油粘度和有無底水時水平井水平段最優(yōu)長度；應用DPS軟件回歸了最優(yōu)長度與滲透率和粘度的二元三次方程，方程精度高，可用于指導水平井長度設計，研究方法和結果對同類區(qū)塊具有借鑒意義。

表2 BAE901區(qū)塊水平井水平段最優(yōu)長度回歸方程的精度

該文系中國石化勝利油田分公司資助項目“水平井完井技術參數(shù)敏感性研究”（編號：57－2008－js－00040）產(chǎn)出論文。

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［編輯］ 蕭 雨

TE355．6

A

1000－9752（2012）07－0119－06

2011－12－20

龐偉（1983－），男，2007年中國石油大學（華東）畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事水平井完井、測試和油藏模擬方面的研究。