低滲油藏射孔優(yōu)化技術(shù)研究

吳劍,陳嬋娟 (中石化華北石油工程有限公司測井分公司,河南新鄉(xiāng) 453000)

低滲油藏射孔優(yōu)化技術(shù)研究

吳劍,陳嬋娟 (中石化華北石油工程有限公司測井分公司,河南新鄉(xiāng) 453000)

射孔壓裂求產(chǎn)是油氣勘探開發(fā)中應(yīng)用最廣泛的一種完井方式。為盡可能發(fā)揮射孔造縫的功效,降低壓裂成本,制定了合理有效的射孔優(yōu)化方案,提高油井采收率,針對低滲油藏儲層特點,運用三維有限元數(shù)值模擬方法模擬不同射孔參數(shù)下地層和射孔孔眼中的滲流狀態(tài),計算流體產(chǎn)能、產(chǎn)率比等參數(shù),開展射孔完井產(chǎn)能規(guī)律研究,并結(jié)合應(yīng)用地區(qū)的儲層類型進行射孔優(yōu)化技術(shù),為低滲油藏壓裂改造提供有效的技術(shù)手段和依據(jù),促進低滲油藏高效開發(fā)。

低滲油藏;射孔優(yōu)化;采收率

低滲油藏勘探開發(fā)中,主要采用射孔壓裂求產(chǎn),而射孔效率的高低直接影響著油氣井的產(chǎn)能,利用射孔優(yōu)化手段能大大地提高實際生產(chǎn)產(chǎn)能[1]。筆者針對低滲油藏儲層特征,通過三維有限元數(shù)值模擬,進一步開展射孔對產(chǎn)能影響因素分析,并結(jié)合紅河油田儲層類型,開展射孔優(yōu)化設(shè)計,指導(dǎo)現(xiàn)場應(yīng)用,提高了射孔效果,促進低滲油藏油井采收率的提高。

1 射孔優(yōu)化可行性分析

在射孔完井的油井生產(chǎn)中,會產(chǎn)生3類流動阻力:油層流動阻力、射孔孔眼流動阻力及井筒流動阻力。從生產(chǎn)流動阻力的組成上看,井筒流動阻力對各油層來說差異較小,可以忽略。因此,導(dǎo)致各生產(chǎn)層生產(chǎn)流動阻力差異的主要因素是油層滲流阻力和射孔孔眼流動阻力的差異。距井筒0.5m范圍的油層流動阻力占整個生產(chǎn)流動阻力的26%～43%,即使在沒有鉆井污染的情況下,該范圍內(nèi)的油層流動阻力也至少占整個生產(chǎn)流動阻力的20%。而且隨著距井筒距離的增大,油層流動阻力變化減小,即近井地帶流動阻力的快速增大主要是由于孔眼流動阻力的影響 (見圖1)。因此,通過調(diào)節(jié)近井地帶的孔眼流動阻力,可有效地調(diào)整產(chǎn)層的產(chǎn)液量。

圖1 流動阻力隨距井筒距離的變化(井距300m)

2 射孔完井產(chǎn)能影響因素分析

影響射孔完井產(chǎn)能的因素較多,主要因素有孔徑、孔深、孔密、相位角、射孔壓實帶厚度、傷害深度、壓實程度、傷害程度、地層滲透率、生產(chǎn)壓差以及流體 (氣體、液體)黏度等[2-3],其中任何一個參數(shù)變化均會影響射孔完井產(chǎn)能。

孔深是影響產(chǎn)能的一個重要因素,油井產(chǎn)能隨孔深的增加而增加,但當(dāng)孔深增加到一定程度后,產(chǎn)能基本穩(wěn)定。隨著孔密的增加,孔眼滲流場之間的相互干擾程度增加,影響產(chǎn)量,但總體上孔越密產(chǎn)率比越高?？讖綄Ξa(chǎn)能有一定的影響,但不如孔深和孔密的影響大。在其他條件相同情況下,相位角對產(chǎn)能影響不大,即在歸一化參數(shù)條件下,射孔完井產(chǎn)能影響因素由大到小依次為孔深、孔密、孔徑和相位。

污染程度相對產(chǎn)率比與污染深度相對產(chǎn)率比類似,在其他射孔參數(shù)一定時,低穿透情況下,隨著污染程度的減小,射孔完井的產(chǎn)能迅速增大,但其增大速度越來越小;高穿透情況下,隨著污染程度的減小,射孔完井的產(chǎn)能微增大,但其增大幅度非常的小。射孔深度相對于污染深度較大 (射孔深度/污染深度＞4)時,污染程度的減小對產(chǎn)能增大的影響非常有限。

3 射孔完井產(chǎn)能預(yù)測

依據(jù)不同射孔參數(shù)下油井產(chǎn)能影響規(guī)律的定量曲線結(jié)果擬合成相關(guān)的公式,建立射孔完井產(chǎn)能預(yù)測的公式庫[4],開發(fā)相應(yīng)的射孔完井優(yōu)化設(shè)計軟件,根據(jù)已知參數(shù)直接調(diào)用射孔完井產(chǎn)能預(yù)測公式庫,進行射孔完井產(chǎn)能預(yù)測分析。

根據(jù)建立的有限元油藏滲流模型,計算了5種研究范圍半徑、7種孔徑、7種孔密、6種相位角和10種孔深,總共擬合了1470個產(chǎn)量預(yù)測經(jīng)驗公式庫。表1列出了其中7個經(jīng)驗公式。該系列公式是建立在相關(guān)歸一化分析條件基礎(chǔ)上的,最終的產(chǎn)率比進行了如下校正:

PRfinal=Ex Factor*Dr Factor*Dd Factor*Cd Factor*Ct Factor*Inc Factor*PR

式中,ExFactor為經(jīng)驗校正系數(shù),根據(jù)測試數(shù)據(jù)進行相關(guān)校正;DrFactor為傷害深度校正系數(shù);DdFactor為傷害程度校正系數(shù);CdFactor為壓實程度校正系數(shù);CtFactor為壓實厚度校正系數(shù);IncFactor為井斜校正系數(shù)。

表1 產(chǎn)率比與孔深的擬合公式(孔徑10mm、相位角45°)

4 射孔優(yōu)化設(shè)計

在實際射孔優(yōu)化設(shè)計中,常通過產(chǎn)率比、表皮系數(shù)與射孔彈、孔密之間的敏感分析,根據(jù)產(chǎn)率比和表皮系數(shù)的排序,選擇合適的射孔彈和孔密。針對具體儲層進行參數(shù)優(yōu)選時,首先計算各種可能的孔密、相位、射孔彈匹配下的各種產(chǎn)能比,并計算出每種配合下套管抗擠能力降低系數(shù),在保證套管抗擠毀能力降低不超過5%的前提下,選擇產(chǎn)率比最高的射孔參數(shù)組合。射孔參數(shù)是指孔深、孔密、相位、方式、孔徑等參數(shù),而孔深、相位、方式、孔徑等參數(shù)由包括射孔彈和射孔槍的射孔器材所決定,因此在某種程度上說,射孔參數(shù)的優(yōu)選實際上就是射孔器材及其相位和孔密的優(yōu)選。

5 紅河油田射孔參數(shù)優(yōu)化

紅河油田為典型的低孔、低滲油藏,其目的層為延安組和延長組,由于油層物性差,非均性強,原始地層具有壓力較低、低滲透油田滲透阻力大、需要消耗較大驅(qū)油壓差的特性。

1)根據(jù)儲層類型的射孔參數(shù)選擇 普通砂巖地層射孔參數(shù)的優(yōu)選。在射孔孔眼穿透鉆井損害帶之后,射孔完井的產(chǎn)能將有較大的提高,但孔眼太深又影響井眼穩(wěn)定性,因此,孔深的選擇以超過鉆井損害帶又不影響孔眼的穩(wěn)定性為宜。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),各向異性不大時低角度相位角比高角度相位角效果好,在各向異性不大時應(yīng)選用低角度深射孔孔深的方法,即穿過污染帶又保持好井眼的穩(wěn)定性。當(dāng)各向異性嚴重時應(yīng)采用高角度相位角射孔方式,高相位的射孔方式使相鄰孔眼間的縱向距離減小,從而各向異性的影響可以最大限度地減小。

裂縫型儲層射孔參數(shù)的選擇。裂縫性儲層射孔完井的產(chǎn)能完全取決于射孔孔眼和裂縫系統(tǒng)的連通情況,而這又取決于射孔參數(shù)與裂縫類型、裂縫方位、裂縫密度等因素。①當(dāng)井眼軌跡與裂縫垂直時,應(yīng)重點加強孔深,孔密的作用不明顯;②當(dāng)井眼軌跡與裂縫平行時,應(yīng)采用深穿透、高密度射孔方式;③井眼軌跡與裂縫斜交時,也采用深穿透、高密度的射孔方式。

2)儲層的優(yōu)化射孔參數(shù)選擇 紅河油田延長組地層在儲層內(nèi)部極易形成地層堵塞,目前多采用102@DP41RDX36-H(102槍、127彈、20孔/m、60相位角)和102@DP46RDX45-1(多級脈沖復(fù)合射孔)槍彈組合。地層非均質(zhì)性中等,為了增加儲層的泄油面積,應(yīng)采用高孔密的射孔方式。為了減小射孔槍與套管之間的空隙和高孔密布孔需要,選用大槍型。因此,對紅河油田延長組地層建議采用大槍型-深穿透-高孔密-低相位的射孔方式。

3)實際應(yīng)用 紅河68井是紅河油田一口油井,井深1830.00m,完鉆層位為三疊系延長組,目的層采用?139.7的J-55套管。該井延長組長8段1499.60～1510.00m射孔段測井解釋為油水同層,滲透率為0.21mD,計算污染深度125.02mm。實施射孔施工使用102@DP41RDX36-H射孔槍彈組合,在該組合條件下計算的產(chǎn)率比為0.6043。經(jīng)過射孔優(yōu)化設(shè)計,選擇102@102-DP40RDX-5-90射孔槍彈組合作為最優(yōu)組合,優(yōu)化后預(yù)測產(chǎn)率比達到0.8029,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后產(chǎn)率比提高32.9%。相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 紅河68井長8層射孔優(yōu)化方案_(102@102-DP40RDX-5-90)

根據(jù)紅河油田延長組射孔優(yōu)化方案,對延長組的8口井11個層位的產(chǎn)率比進行了計算,并與實際應(yīng)用的射孔槍彈組合產(chǎn)率比進行了對比,如表3所示。從對比結(jié)果來看,目前應(yīng)用的2種槍彈組合中, 102@DP46RDX45-1槍彈組合效果相對較好,而優(yōu)化設(shè)計的槍彈組合產(chǎn)率比均高于實際應(yīng)用的2種槍彈組合產(chǎn)率比,其中比102@DP46RDX45-1槍彈組合產(chǎn)率比提高17%以上,比102@DP41RDX36-H槍彈組合產(chǎn)率比提高30%以上。

表3 延長組的8口井11個層位的產(chǎn)率比

6 結(jié)論

1)射孔參數(shù)、地層參數(shù)對射孔產(chǎn)能有重要影響,實際射孔過程中必須考慮射孔參數(shù)和地層參數(shù)對產(chǎn)能的影響。利用射孔參數(shù)和生產(chǎn)參數(shù)進行優(yōu)化射孔使產(chǎn)能和采收率達到最優(yōu)。

2)利用三維有限元回歸出各參數(shù)下的射孔產(chǎn)率比,再利用多元線性回歸得出其產(chǎn)率比公式,該產(chǎn)率比計算公式具有較高的精度,可用于實際生產(chǎn)中。

3)低滲油藏儲層物性差,而且在儲層內(nèi)部極易形成地層堵塞,因此,根據(jù)儲層類型進行射孔參數(shù)優(yōu)化具有重要意義。

[1]霍麗然.永樂油田A區(qū)塊射孔優(yōu)化探討[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版),2013,10(5):62-64.

[2]Langman M J.Optimization of Perforation Distribution for Horizontal Wells[J].SPE 23005,1991.

[3]左鋒,畢勝宇,閻久軍.射孔優(yōu)化技術(shù)在潿洲油田的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2007(12):24-27.

[4]李祥貴,王清河,李元,等.射孔完井模型的數(shù)值模擬[J].石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1996,20(2):48-52.

[編輯] 李夢霞

TE257.1

A

1673-1409(2014)20-0056-03

2014-03-12

吳劍(1982),男,工程師,現(xiàn)主要從事射孔、生產(chǎn)測井施工和工藝技術(shù)方面的研究工作。