深層低滲透油藏水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

代麗（中石油大港油田分公司勘探開發(fā)研究院，天津 300280）

低滲透油藏的石油儲(chǔ)量目前已經(jīng)成為我國(guó)石油資源的重要組成部分，每年的新增石油探明儲(chǔ)量有超過60%的儲(chǔ)量來自于低滲透油藏［1］。近幾年來隨著大型壓裂技術(shù)的發(fā)展，利用水平井技術(shù)結(jié)合大規(guī)模壓裂技術(shù)來開發(fā)低滲透油藏已經(jīng)取得了顯著的成效，可以明顯地提高油井產(chǎn)能、改善低滲透油田的開發(fā)效果，但在開發(fā)過程中不斷出現(xiàn)：巖性油藏中水平井鉆遇率低、初期產(chǎn)量高但遞減快、井底壓力下降快、注水困難等問題，無法滿足低滲透油藏的經(jīng)濟(jì)開發(fā)需求，迫切需要深化水平井設(shè)計(jì)研究。筆者主要以大港油田新探明的深層低滲透油藏為基礎(chǔ)，開展了低滲透油藏水平井的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

1 水平井的目標(biāo)層精細(xì)預(yù)測(cè)研究

1.1 儲(chǔ)層精細(xì)對(duì)比與劃分

儲(chǔ)層精細(xì)對(duì)比與劃分具體研究?jī)?nèi)容：①確定對(duì)比標(biāo)志層，以區(qū)內(nèi)發(fā)育較穩(wěn)定的砂層組或特殊巖性段所顯示的電測(cè)曲線特征作為標(biāo)志層，用以確定等時(shí)對(duì)比關(guān)系；②選取標(biāo)準(zhǔn)井骨架剖面，控制全區(qū)地層分布特征，建立細(xì)分層對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)；③旋回對(duì)比，分級(jí)控制，根據(jù)沉積旋回及各種對(duì)比標(biāo)志層由大到小、由粗到細(xì)進(jìn)行逐級(jí)劃分對(duì)比。通過全區(qū)縱橫剖面的對(duì)比表明，相鄰井間地層厚度無明顯的變化，因此當(dāng)無明顯標(biāo)志層時(shí)，采取等高程對(duì)比的原則；④地震、地質(zhì)結(jié)合，以含油目的層為關(guān)鍵層位，主要以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井曲線、綜合錄井圖為準(zhǔn)，結(jié)合合成記錄標(biāo)定的地震特征，逐個(gè)區(qū)塊、逐口井核對(duì)分層，對(duì)鉆井與地震不符合井的分層逐一進(jìn)行原因分析，并作相應(yīng)調(diào)整，作到地震地質(zhì)層位的統(tǒng)一，對(duì)比結(jié)果見圖1。

1.2 精細(xì)刻畫砂體分布

以濱海一區(qū)濱深8井區(qū)精細(xì)刻畫研究為例。該區(qū)主力油層為沙河街組二段濱Ⅳ油組，為濱淺湖相的堡壩及灘砂沉積，砂壩的平面形態(tài)一般呈寬的條帶狀和順古隆起的透鏡狀，砂體橫向變化快及連通性差，在研究過程中以單砂體為研究單元，進(jìn)行精細(xì)沉積時(shí)間單元對(duì)比；同時(shí)利用三維地震資料、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及精細(xì)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行微構(gòu)造研究；在儲(chǔ)層、測(cè)井評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行單砂體的沉積微相、流動(dòng)單元、儲(chǔ)層非均質(zhì)性和滲流差異研究，在綜合以上研究的基礎(chǔ)上，建立單砂體級(jí)別的構(gòu)造、儲(chǔ)層、流體模型。

1.3 儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征研究

儲(chǔ)層的非均質(zhì)性影響儲(chǔ)層的好壞，控制著儲(chǔ)層的含油性［2，3］。以鑄體薄片照片、C－M 圖（圖2）為依據(jù)，從微觀、層內(nèi)、層間及平面4個(gè)層次對(duì)儲(chǔ)層的非均質(zhì)特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明，該區(qū)屬于強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)層，夾層較多，砂體分布連續(xù)性差，油層連通性差，含油規(guī)律復(fù)雜。因此沉積微相及成巖作用是該區(qū)儲(chǔ)層非均質(zhì)特征的主控因素。

綜合以上研究，確定該地區(qū)的油藏特征：南大港構(gòu)造二級(jí)坡折控制了沿岸砂壩及斜坡扇砂體，形成上傾尖滅的巖性圈閉，坡折控制多期多類型砂體疊置分布，形成多層系地層巖性油氣藏大面積連片富集，斷層轉(zhuǎn)換帶控制物源的輸入，箕狀斷陷控制了砂體的展布，形成構(gòu)造－巖性圈閉。

圖1 濱深6井、濱深8井、濱深9x1井地層對(duì)比圖

圖2 取心井巖心分析資料

2 水平井地質(zhì)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

用水平井開發(fā)深層低滲透油藏，為達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，需要人工壓裂后增加產(chǎn)能，壓裂后的水平井產(chǎn)量受裂縫方向、水平段長(zhǎng)度、分段壓裂的裂縫條數(shù)以及周圍的水井注水情況等因素［4］的影響，下面具體對(duì)水平井設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 水平井方位與地應(yīng)力的關(guān)系研究

由于低滲油藏一般需要壓裂來提高單井產(chǎn)能，需重點(diǎn)考慮水平井段方向與地應(yīng)力的關(guān)系。當(dāng)水平段垂直于油藏水平最大主應(yīng)力方向時(shí)，裂縫穿透比最高，增加了地層流體向井筒的導(dǎo)流能力，導(dǎo)流能力的大小決定著壓裂的效果，根據(jù)壓裂軟件模擬數(shù)據(jù)分析（見圖3），當(dāng)導(dǎo)流能力Fd為70D·cm時(shí)，能最大程度上提高水平井產(chǎn)量。

2.2 水平段長(zhǎng)度優(yōu)化研究

通過該井區(qū)的數(shù)值模擬研究可知（圖4），在水平段長(zhǎng)從100m到400m增加時(shí)，水平井產(chǎn)量增加較明顯，但在500m以后產(chǎn)量增加比例明顯降低，說明水平段不是越長(zhǎng)越好，對(duì)任一油藏來說存在一個(gè)最優(yōu)的水平段長(zhǎng)度。研究區(qū)塊為典型的低滲透巖性油藏，水平段的設(shè)計(jì)首先考慮了垂直于該地區(qū)的水平主應(yīng)力方向，然后根據(jù)物性預(yù)測(cè)分布情況選取了變化比較均勻的400m井段。

圖3 不同導(dǎo)流能力時(shí)采出程度與裂縫穿透比關(guān)系圖

2.3 水平段分段壓裂的裂縫數(shù)量?jī)?yōu)化研究

通過數(shù)值模擬，對(duì)比400m的水平段長(zhǎng)在不壓裂、壓裂1、2、3、4、5條人工裂縫時(shí)的產(chǎn)量變化（圖5），可見水平井壓裂初期產(chǎn)量隨裂縫數(shù)量的增加而增加，但隨著生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，各條裂縫的泄油范圍逐漸擴(kuò)散開并重合，發(fā)生明顯的裂縫間干擾，尤其是分段壓裂多于4條裂縫后，水平井的產(chǎn)量增加幅度明顯減小。綜合考慮后，確定該斷塊低滲油藏水平段長(zhǎng)度為400m時(shí)分段壓裂的最優(yōu)裂縫數(shù)量為4條。

圖4 不同水平段長(zhǎng)的水平井累產(chǎn)油對(duì)比圖

2.4 水平段分段壓裂的裂縫間距優(yōu)化研究

在以上優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬，對(duì)比裂縫間距在30、60、90、120、150m 這5種情況下的水平井產(chǎn)量（圖6），可知因受水平井滲流特征和裂縫間相互干擾的影響，隨著裂縫間距的增大，裂縫間干擾越小，泄油范圍更大，產(chǎn)油量越高。壓裂3條裂縫時(shí)對(duì)比各裂縫的產(chǎn)量（圖7），可見水平段中各條裂縫對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)不同，隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，兩端的裂縫對(duì)油藏滲流通道的作用更明顯，產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大，中間裂縫的產(chǎn)量貢獻(xiàn)較小。因此，水平井分段壓裂改造時(shí)，為避免裂縫間的相互干擾，應(yīng)盡量加大裂縫間的距離，該試驗(yàn)井區(qū)的裂縫間距確定在150m左右，并且兩端的裂縫長(zhǎng)，中間的裂縫較短。

圖5 不同裂縫數(shù)量對(duì)水平井初期產(chǎn)量的影響

2.5 水平段分段壓裂后的縫網(wǎng)優(yōu)化研究

圖6 不同裂縫間距時(shí)水平井累產(chǎn)油對(duì)比圖

在試驗(yàn)井組的試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟮幕A(chǔ)上，部署了4套水平井分段壓裂采、直井壓裂后注的混合井網(wǎng)（圖8），對(duì)比4套井網(wǎng)的產(chǎn)量、10年末驅(qū)油情況以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)情況，在水井總注水量相同、水平井工作制度不變的情況下，方案1水驅(qū)最均勻，波及面積最大，見水最晚；方案3中水平井中間的裂縫無法注水受益，水驅(qū)不均勻，也會(huì)造成注水利用率低。方案4雖含水上升的最快，但油藏總體含水不高。綜合考慮水平井采出量和投資的情況，方案4（2口水井的注采方案）最優(yōu)，同時(shí)為保證水平井每條裂縫均能注水受益，方案2比較合適，依據(jù)實(shí)際投資和產(chǎn)能情況來綜合選擇。

圖7 人工壓裂3條裂縫時(shí)單條裂縫的產(chǎn)量變化圖

圖8 水平井－直井壓裂后的混合井網(wǎng)圖

3 水平井實(shí)施情況

在該地區(qū)部署了一口水平井，為確保該井的成功實(shí)施，將水平井目的層與已知濱深8井進(jìn)行了精細(xì)對(duì)比，同時(shí)利用地震反演精確預(yù)測(cè)了儲(chǔ)層特征和靶點(diǎn)，實(shí)施結(jié)果表明水平井軌跡方向儲(chǔ)層分布穩(wěn)定。為增加產(chǎn)能該水平井設(shè)計(jì)分5段壓裂，采取套管完井，共完鉆水平段長(zhǎng)465m，鉆遇油層354.4m，低產(chǎn)油層101.5m，投產(chǎn)后日產(chǎn)量達(dá)80m3。

4 認(rèn)識(shí)

1）由于深層低滲巖性油藏儲(chǔ)層發(fā)育復(fù)雜，開展精細(xì)地層對(duì)比、非均質(zhì)特征研究，精細(xì)刻畫含油砂體的分布范圍，這些優(yōu)化研究是水平井準(zhǔn)確鉆遇油層的關(guān)鍵保證。

2）針對(duì)低滲油藏水平井需開展分段壓裂提高產(chǎn)能，通過對(duì)水平井方位、水平段長(zhǎng)度以及分段壓裂的規(guī)模和注采縫網(wǎng)等參數(shù)開展優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，確保水平井取得較高產(chǎn)能。

3）實(shí)際井位的實(shí)施效果證實(shí)了研究方法的適應(yīng)性，也說明了水平井開發(fā)低滲油藏具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

［1］李道品 .低滲透砂巖油田開發(fā) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1997.

［2］徐運(yùn)亭 .低滲透油藏滲流機(jī)理研究及應(yīng)用 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［3］裘懌楠 .低滲透砂巖油藏開發(fā)模式 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1999.

［4］孫良田，孫宜建，黃志文，等 .低滲透油氣藏水平井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì) ［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，24（3）：45～48.