水平井水平段長度優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)踐

趙利軍

（中國石化國際石油勘探開發(fā)公司，北京100029）

水平井在提高產(chǎn)量和采收率方面較之直井有明顯優(yōu)勢，而設(shè)計(jì)最佳的水平段長度是決定水平井開發(fā)效果的關(guān)鍵指標(biāo)。國內(nèi)外通常采用數(shù)據(jù)建模的方式進(jìn)行理論計(jì)算，但其模擬效果往往與實(shí)際情況差距較大，其原因是此類模型受限于油藏、采油、地質(zhì)和工程等諸多因素，很難進(jìn)行準(zhǔn)確系統(tǒng)地分析，得出的結(jié)論難免以偏概全［1－4］。為此，筆者在南美D油田綜合調(diào)研了地質(zhì)、油藏、采油和鉆井工程等各方面的情況，利用Joshi模型對水平段長度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過鉆井實(shí)踐證實(shí)，取得初步成果。

1 油藏特征與水平井開發(fā)效果

D油田位于南美亞諾斯盆地，儲(chǔ)層巖性以石英砂巖為主，屬于三角洲水下分流河道和河口壩等沉積儲(chǔ)集體。儲(chǔ)層砂體巖石松散，受壓實(shí)作用弱，基本未膠結(jié)。砂體橫向展布變化快、連通性相對較差，縱向上砂泥巖互層沉積，屬于高孔、高滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)層層內(nèi)和層間非均質(zhì)性嚴(yán)重。

通過對D油田主儲(chǔ)層井壁取心的物性分析，綜合地質(zhì)、井壁取心化驗(yàn)分析及試油、試采資料，對儲(chǔ)層物性特征及物性參數(shù)進(jìn)行研究和解釋，得出主儲(chǔ)層的孔隙度范圍在17%～35%，均值約在26%；大多數(shù)樣品點(diǎn)滲透率集中在（200～3000）×10－3μm2范圍內(nèi)，平均滲透率1 400×10－3μm2左右，總體上屬于高孔中滲及高孔高滲儲(chǔ)層。

該油田現(xiàn)有井5口，其中直井1口，水平井4口，水平段長度200～300 m（見表1）。其中，C5A井雖是直井，但其采油曲線與泄油規(guī)律與水平井具有較高相似性，故在此作為水平井的參照。C4FH井由于水平段鉆遇大段泥頁巖，其滲透率及孔隙度均較低，采油指數(shù)偏低，與其他水平井不具可比性，本文不做分析。從較典型的水平井C4H和C3ASTH井可看出，其采油指數(shù)在11～21 BOPD／psi之間，效果明顯好于直井，且控制的泄油面積大，故該區(qū)塊適用于水平井的開發(fā)模式。

表1 地層特征及水平井開發(fā)情況

從表1可以看出，雖然受滲透率和孔隙度的影響，每口井產(chǎn)液量各不相同，但隨著水平段長度的延伸，采油指數(shù)有明顯的上升趨勢。因此，進(jìn)一步研究水平段的最佳長度具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

2 水平段長度敏感性分析［5－8］

水平井產(chǎn)能計(jì)算公式很多，根據(jù)D油田的油藏特性，本文選擇Joshi公式來計(jì)算不同長度的水平段產(chǎn)能，并據(jù)此進(jìn)行敏感性分析。計(jì)算公式為：

式中：Kh——水平段的滲透率，10－3μm2；h——油層厚度 m，μo——原油粘度，mPa·s；Bo——原油體積因數(shù)；L——水平段長度 m，rw——井半徑，m。

2．1 滲透率敏感性分析

在滲透率100×10－3μm2的情況下（圖1a），水平 井產(chǎn)量隨著水平段的延長而提高，但6 0 0 m后采油指數(shù)的增長曲率放緩并逐漸趨于穩(wěn)定。

圖1 采油指數(shù)與水平段長度關(guān)系

在滲透率900×10－3μm2的情況下（圖1b），采油指數(shù)隨著水平段延長而達(dá)到12 BOPD／psi，然后會(huì)略有下降，在1 220～3 050 m水平段長度采油指數(shù)增長趨于穩(wěn)定，但增長速度明顯慢于600 m水平段長度以下。

當(dāng)?shù)貙訚B透率是1800×10－3μm2時(shí)（圖1c），水平段長度在0～600 m時(shí)采油指數(shù)增長的速度最快，達(dá)到15 BOPD／psi，然后隨著水平段的延長采油指數(shù)增速明顯放緩。

從上述3種水平段長度對滲透率敏感性分析圖中可以看出，滲透率越高對水平段長度越不敏感，較短的水平段長度即可達(dá)到較高產(chǎn)量，而低滲或中滲地層更需要延長水平段長度來獲得產(chǎn)量。

2．2 地面原油粘度敏感性分析

通過對不同粘度的原油進(jìn)行敏感性分析，可見原油粘度越低，采油指數(shù)對水平段長度越敏感（圖2）。對于低粘度、高滲透性的油藏，通過大幅延長水平段長度獲得產(chǎn)量的方法并不經(jīng)濟(jì)。而原油粘度較高的情況下，長水平段對提高采油指數(shù)值的作用比較明顯（圖3），此時(shí)可綜合考慮鉆完井成本來延長水平段的長度。

圖2 采油指數(shù)與水平段長度關(guān)系（μo＝1 mPa·s）

2．3 生產(chǎn)效率敏感性分析

由圖4可以看出，在高滲透率情況下（＞900×10－3μm2），單位生產(chǎn)壓差的效率自300 m水平段后迅速下降，在750 m水平段后生產(chǎn)壓差的效率極低；而在低滲透率的情況下（100×10－3μm2）生產(chǎn)效率雖有降低，但并不明顯。這說明對于低滲透油藏可以通過延長水平段的方法獲得大幅增產(chǎn)，而對于高滲透油藏更應(yīng)該充分考慮生產(chǎn)效率的影響來優(yōu)化水平段長度。

圖3 采油指數(shù)與水平段長度關(guān)系（μo＝20 mPa·s）

圖4 生產(chǎn)效率與水平段長度關(guān)系

3 影響水平段長度的其他因素

3．1 經(jīng)濟(jì)效益的約束

由于水平井屬于特殊工藝井，其鉆井成本會(huì)大幅高于相同進(jìn)尺的直井（例如在D油田鉆進(jìn)的C5H，C4FH和C3ASTH井的成本是鉆進(jìn)傳統(tǒng)直井C5A井的1．5倍。），雖然水平段越長，油氣產(chǎn)量越高，但同時(shí)會(huì)帶來更大鉆井的風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)不確定性。只有水平段的油層穿透率達(dá)到足夠長度，水平井與直井間的油氣產(chǎn)量差額足以彌補(bǔ)其鉆井生產(chǎn)費(fèi)用時(shí)，水平井所取得的經(jīng)濟(jì)效益才優(yōu)于直井。

3．2 鉆井工藝方面的制約

水平段的實(shí)際鉆進(jìn)長度要受限于現(xiàn)有的鉆井工藝水平。首先是鉆機(jī)負(fù)荷要滿足鉆進(jìn)長水平段的要求；其次鉆具的屈曲變形與摩阻也限制了水平段長度；且隨著水平段的延長，井壁穩(wěn)定性問題越加突出。由于水平段的垂深基本不變，因此其破裂壓力與坍塌壓力也基本不變，但隨著水平段長度的增加，井眼內(nèi)的壓力波動(dòng)會(huì)對井壁造成較大影響。當(dāng)水平段超過一定長度，則可能出現(xiàn)由于下鉆時(shí)波動(dòng)壓力過大而壓漏地層，或由于起鉆時(shí)的抽吸壓力造成井壁失穩(wěn)。因此實(shí)際所能鉆的水平段長度往往要小于最佳的理論長度。

3．3 油藏及地層的不確定性影響

在底水高滲油藏中，底水的存在對水平段最優(yōu)長度有相當(dāng)大的影響，一旦局部底水突破，則整個(gè)水平段將很快水淹。因此有底水的水平井水平段最優(yōu)長度要遠(yuǎn)小于沒有底水或底水很弱、離得很遠(yuǎn)的井。通常情況下，有底水時(shí)水平段的最優(yōu)長度往往只有無底水情況下的一半左右。而低滲油藏中，底水的存在對水平段最優(yōu)長度影響不大。

此外，由于地質(zhì)構(gòu)造或地層的不確定性，如果在水平段中鉆遇泥頁巖或砂體物性不好，很可能也會(huì)直接影響水平段的有效長度。例如C4FH井鉆遇大段泥頁巖，滲透率不高，雖然有700ft水平段，但實(shí)際的采油指數(shù)很低。遇到這種情況，水平段的實(shí)鉆長度要根據(jù)鉆進(jìn)地層情況及時(shí)調(diào)整。

4 水平段長度優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

計(jì)劃在D油田北部新布置一口水平井C7H井，開發(fā)C3ASTH井同一層位，以增大泄油面積，提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度。根據(jù)鄰近井資料和所建立的地質(zhì)模型，預(yù)計(jì)該井水平段的油層滲透率為（800～2500）×10－3μm2，地層孔隙度30%，地面原油粘度μo為1 mPa·s，故可參照低粘度、高滲透率的模型來設(shè)計(jì)最佳水平段長度。通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性論證，考慮設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)能力，水平段長度設(shè)計(jì)為300～400 m，具體長度根據(jù)實(shí)鉆情況確定，預(yù)計(jì)獲得10 BOPD／psi以上的生產(chǎn)能力，采油效率55%。C7H井最終實(shí)鉆水平段長267 m，由于中間鉆遇部分泥頁巖互層，在砂體中實(shí)際有效長度約230 m，初期投產(chǎn)獲得3 200桶液量，綜合含水15%，增加控制面積7285 m2，采油指數(shù)12 BOPD／psi，與模型預(yù)測的產(chǎn)量相當(dāng)。

5 結(jié)論

（1）D油田采用水平井生產(chǎn)采油指數(shù)高，控制的泄油面積大，經(jīng)濟(jì)效益顯著優(yōu)于直井，適用于水平井的開發(fā)模式。

（2）根據(jù)理論計(jì)算，對D油田此類低粘度、高滲透油層，水平段長度對采油指數(shù)并不敏感，且超過某值后生產(chǎn)效率還會(huì)下降。

（3）實(shí)際的最優(yōu)水平段長度是多方面因素綜合作用的結(jié)果，不能一味地追求長度而忽視工程和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

（4）實(shí)踐證明，本文建立的生產(chǎn)計(jì)算模型符合油田生產(chǎn)實(shí)際，可以用來指導(dǎo)水平段的長度設(shè)計(jì)。

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