斷塊油藏高部位剩余油徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化

楊志軍，張 凱，吳義志，龍 濤，張黎明

(1.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000；2.中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

0 引 言

隨著油田開發(fā)進(jìn)入特高含水期，剩余油分布日益復(fù)雜，斷塊油藏高部位含油飽和度一般比構(gòu)造腰部高15%～20%[1]，開發(fā)潛力逐漸得以凸顯。目前，日益完善的徑向鉆孔技術(shù)作為一項新增產(chǎn)技術(shù)受到油田重視，其具有費用低、工藝流程簡單、效率高[2]的特點。然而，針對斷裂系統(tǒng)復(fù)雜、類型多、地層傾角大的斷塊油藏[3]，徑向鉆孔能否動用斷塊油藏高部位剩余油還未有具體研究，具體的徑向鉆孔方案尚未得到明確描述。為此，利用數(shù)值模擬技術(shù)對斷塊油藏高部位剩余油徑向鉆孔設(shè)計優(yōu)化方案進(jìn)行了研究，以期為該技術(shù)的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 徑向鉆孔技術(shù)工藝原理與優(yōu)化思路

徑向鉆孔技術(shù)先使用小鉆頭在油層部位的套管上開一個直徑為20 mm的窗口，然后使用Φ19.0 mm連續(xù)油管連接帶噴嘴的Φ12.7 mm軟管，借助高壓射流的水力破巖作用在油層中的不同方向上鉆出多個(直徑為38～50 mm、長達(dá)100 m左右)小井眼。徑向鉆孔工藝可控制鉆孔位置和方向，分別在平面和垂向上鉆多個分支，可增大地層泄油面積，提高地層導(dǎo)流能力，實現(xiàn)仿水平井開發(fā)[4]。同時，相較于常規(guī)壓裂與水平井技術(shù)，徑向鉆孔在達(dá)到壓裂增產(chǎn)效果的基礎(chǔ)上，具有費用低(起始價為3分支，20×104元)[5-6]、工藝流程簡單、易于操作的特點。

斷塊油藏按能量供給條件分為天然能量邊水?dāng)鄩K油藏和注水開發(fā)斷塊油藏[7]。不同能量條件下斷塊油藏按其斷層組合形式又分為90 °斷塊油藏及條帶斷塊油藏。90 °斷塊油藏規(guī)模小、數(shù)量多、天然能量較弱，條帶斷塊油藏含油條帶窄，含油區(qū)天然能量高[8-9]。以增油量為目標(biāo)，分別針對2類斷塊油藏進(jìn)行徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化：對于天然能量邊水?dāng)鄩K油藏，優(yōu)化參數(shù)主要包括垂向分支數(shù)、垂向位置(距油層頂部的距離)、平面分支數(shù)與位置；對于注水開發(fā)斷塊油藏，需根據(jù)注水井位置進(jìn)行徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化。

參考勝利油田斷塊油藏相關(guān)數(shù)據(jù)，利用數(shù)值模擬軟件建立斷塊油藏數(shù)值模型[10-13]：斷塊油藏為無氣頂、無底水、層狀邊水油藏；X、Y、Z方向網(wǎng)格數(shù)分別為140、80、10，X、Y方向上網(wǎng)格步長分別為10、10 m，Z方向網(wǎng)格步長與實際油層厚度相對應(yīng)；地層傾角為5 °；巖石、流體相關(guān)數(shù)據(jù)參考勝利油田斷塊油藏，孔隙度為0.25，滲透率為600×10-3μm2；距油層頂部100 m有一口直井，以20 m3/d定液量生產(chǎn)，模擬生產(chǎn)時間為20 a。

2 天然能量邊水?dāng)鄩K油藏徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化

2.1 90 °斷塊油藏徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化

2.1.1 垂向分支數(shù)

根據(jù)勝利油田斷塊油藏厚度界限(低于10 m)[14-15]，評價不同油層厚度垂向分支數(shù)與增油量的關(guān)系(圖1)。由圖1可知：垂向分支數(shù)相同，增油量隨油層厚度增加而增加；垂向分支數(shù)不同，增油量隨油層厚度增加增幅變大，垂向分支數(shù)越多增油效果越好；綜合考慮成本因素，油層厚度h<4 m，最優(yōu)分支數(shù)為1支，4 m≤h<7 m，最優(yōu)分支數(shù)為2支，h≥7 m，最優(yōu)分支數(shù)為3支。

圖1 90 °斷塊油藏不同油層厚度徑向鉆孔的增油量

2.1.2 垂向位置

根據(jù)垂向分支數(shù)優(yōu)化結(jié)果，選取厚度分別為3、6、9 m的90 °斷塊油藏，評價不同垂向位置與增油量的關(guān)系。模擬結(jié)果表明：當(dāng)厚度為3 m、垂向分支數(shù)為1分支時，將油層均分為上、中、下三部分，垂向位置越向下增油量越低，故其最佳垂向位置為油層上部；當(dāng)厚度為6 m、垂向分支數(shù)為2分支時，為確定各分支位置，先將油層垂向均分為兩部分，每部分再均分為上、中、下三部分，厚度為6 m的油層共有9種不同垂向位置，當(dāng)垂向位置大于4.0 m時，由于油層傾角的存在，油層易見水，其增油效果并不好，故其最佳垂向位置為距油層頂部4.0 m以內(nèi)；當(dāng)厚度為9 m、垂向分支數(shù)為3分支時，類似于厚度為6 m的油層垂向位置確定方式，厚度為9 m的油層共有27種不同垂向位置，當(dāng)垂向位置大于6.0 m時，油層易見水，增油效果并不好，當(dāng)垂向位置小于1.0 m時，由于油層能量不足，徑向鉆孔效果未能完全發(fā)揮，增油效果也會受到影響，故其最佳垂向位置為1.0～6.0 m。

綜合模擬結(jié)果可知：對于90 °斷塊油藏，油層厚度為3 m時，最優(yōu)垂向位置為油層上部；油層厚度為6 m時，最優(yōu)垂向位置為距油層頂部4.0 m之內(nèi)；油層厚度為9 m時，最優(yōu)垂向位置為距油層頂部1.0～6.0 m；對于厚度為6、9 m的油層，分支間的相對垂向位置對增油量影響不大，可根據(jù)油層發(fā)育情況靈活調(diào)整。

2.1.3 平面分支數(shù)與位置

在垂向分支數(shù)和垂向位置優(yōu)化的基礎(chǔ)上，為最大限度動用剩余油，可利用徑向鉆孔技術(shù)在平面上鉆多個分支。選取厚度為3 m的90 °斷塊油藏進(jìn)行平面分支數(shù)與位置優(yōu)化研究(表1)。由表1可知：在5種平面徑向鉆孔方式中，1分支(中間)徑向鉆孔方式增油量最大。因此，對于不同油層厚度的90 °斷塊油藏，當(dāng)垂向位置確定后，相應(yīng)平面上最優(yōu)徑向射孔方式皆為1分支(中間)。

表190 °斷塊油藏徑向鉆孔平面分支與位置的增油量

2.2 條帶斷塊油藏徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化

研究方法同90 °斷塊油藏，優(yōu)化垂向分支數(shù)、垂向位置、平面分支數(shù)與位置。

2.2.1 垂向分支數(shù)

數(shù)值模擬結(jié)果見圖2。由圖2可知：垂向分支數(shù)相同，增油量隨油層厚度增加而增加；垂向分支數(shù)不同，增油量隨油層厚度增加增幅變大，垂向分支數(shù)越多增油效果越好；綜合考慮成本因素，油層厚度h<3 m，最優(yōu)分支數(shù)為1支，3 m≤h<6 m，最優(yōu)分支數(shù)為2支，h≥6 m，最優(yōu)分支數(shù)為3支。

圖2條帶斷塊油藏不同油層厚度徑向鉆孔的增油量

2.2.2 垂向位置

分別選取厚度為2、4、6 m的條帶斷塊油藏進(jìn)行垂向位置優(yōu)化研究，垂向位置設(shè)計方式同90 °斷塊油藏。數(shù)值模擬結(jié)果表明：對于條帶斷塊油藏，油層厚度為2 m時，最優(yōu)垂向位置為油層上部；油層厚度為4 m時，最優(yōu)垂向位置為距油層頂部4.0 m之內(nèi)；油層厚度為6 m時，最優(yōu)垂向位置為距油層頂部4.5 m；對于厚度為4、6 m的油層，分支間的相對垂向位置對增油量影響不大，可根據(jù)油層發(fā)育情況靈活調(diào)整。

2.2.3 平面分支數(shù)與位置

選取厚度為3 m的條帶斷塊油藏進(jìn)行平面分支數(shù)與位置優(yōu)化研究(表2)。由表2可知：在7種平面徑向鉆孔方式中，3分支(夾角為60 °)徑向鉆孔增油量最大，即對于不同油層厚度的條帶斷塊油藏，當(dāng)垂向位置確定后，相應(yīng)平面上最優(yōu)徑向射孔方式3分支(夾角為60 °)。

3 注水開發(fā)斷塊油藏徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化

對于注水開發(fā)斷塊油藏，注水井的位置對徑向鉆孔的最優(yōu)分布方式影響較大[16]。根據(jù)勝利油田斷塊油藏實際油層厚度[17]，選取厚度為3 m的斷塊油藏，以1注1采90 °斷塊油藏、1注1采條帶斷塊油藏和2注1采條帶斷塊油藏為例進(jìn)行徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化。

3.1 1注1采90 °斷塊油藏

1注1采90 °斷塊油藏不同徑向鉆孔方案的增油量見表3。由表3可知：當(dāng)注水井在中部，若生產(chǎn)井在中間，2分支(左右各1支)徑向鉆孔方式的增油量最大，即最優(yōu)徑向鉆孔方式為2分支(左右各1支)，若生產(chǎn)井處于斷層上，1分支徑向鉆孔方式的增油量最大，即最優(yōu)徑向鉆孔方式為1分支；當(dāng)注水井在邊部，若生產(chǎn)井在中間，1分支(中間)徑向鉆孔方式油層增油量最大，即最優(yōu)徑向鉆孔方式為1分支(中間)，若生產(chǎn)井處于斷層上，1分支徑向鉆孔方式油層增油量最大，即其最優(yōu)徑向鉆孔方式為1分支。

表2條帶斷塊油藏徑向鉆孔不同平面分支與位置的增油量

表3 1注1采90 °斷塊油藏徑向鉆孔增油量

3.2 1注1采條帶斷塊油藏

1注1采條帶斷塊油藏不同徑向鉆孔方式的增油量見表4。由表4可知：當(dāng)注水井在中部或邊部時，2分支(夾角為60 °)徑向鉆孔方式的增油量皆為最大，即1注1采條帶斷塊油藏最優(yōu)徑向鉆孔方式為2分支(夾角為60 °)。

表41注1采條帶斷塊油藏徑向鉆孔增油量

3.3 2注1采條帶斷塊油藏

2注1采條帶斷塊油藏不同徑向鉆孔方式的增油量見表5。

由表5可知：當(dāng)注水井在邊部時，1分支(中間)徑向鉆孔方式的增油量最大，即最優(yōu)徑向鉆孔方式為1分支(中間)；當(dāng)注水井在中部時，2分支(夾角為60 °)徑向鉆孔方式的增油量最大，即最佳徑向鉆孔方式為2分支(夾角為60 °)。

表5 2注1采條帶斷塊油藏徑向鉆孔增油量

4 結(jié) 論

(1) 徑向鉆孔技術(shù)可有效提高斷塊油藏泄油面積與導(dǎo)流能力，動用高部位剩余油，達(dá)到增油效果。

(2) 對于不同斷塊油藏，垂向分支數(shù)皆隨油層厚度增加而增加。

(3) 垂向位置受油層厚度、油藏類型、注采條件等因素影響，但總體以油層中上部實施徑向鉆孔為宜。

(4) 90 °斷塊油藏最佳平面徑向鉆孔方式為1分支(中間)，條帶斷塊油藏最佳平面徑向鉆孔方式為3分支(夾角為60 °)。

[1] 康小軍，李兆敏，劉志斌.隨機(jī)油價下的油田開發(fā)規(guī)劃優(yōu)化模型[J].石油勘探與開發(fā)，2007，34(6)：765-768.

[2] 陳歡慶.低油價背景下油田開發(fā)研究的幾點思考[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，18(3)：19-26.

[3] 黃宏惠.廟北東營組斷塊油藏開發(fā)規(guī)律及剩余油分布研究[D].武漢：長江大學(xué)，2012.

[4] 余守德.中國油藏開發(fā)模式叢復(fù)雜斷塊砂巖油藏開發(fā)模式[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998：110-126.

[5] 陳世銘，張福仁.東辛復(fù)雜斷塊油藏[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997：45-46.

[6] 唐亮田，李曉軍，薛巨豐.低滲透砂礫巖油藏徑向鉆孔技術(shù)優(yōu)化研究及應(yīng)用[J].天然氣地球科學(xué)，2014，25(增刊)：113-117.

[7] 尹小梅.應(yīng)用徑向鉆孔開發(fā)低滲稠油油藏技術(shù)探討[J].石油地質(zhì)與工程，2013，27(5)：95-97.

[8] 劉銀鳳.低滲透油藏徑向鉆孔技術(shù)增產(chǎn)機(jī)理研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2012.

[9] 周海民，常學(xué)軍，郝建明，等.冀東油田復(fù)雜斷塊油藏水平井開發(fā)技術(shù)與實踐[J].石油勘探與開發(fā)，2006，33(5)：85-91.

[10] 凌宗發(fā)，王麗娟，胡永樂，等.水平井注采井網(wǎng)合理井距及注入量優(yōu)化[J].石油勘探與開發(fā)，2008，35(1)：622-629.

[11] 趙繼勇，樊建明，何永宏，等.超低滲-致密油藏水平井開發(fā)注采參數(shù)優(yōu)化實踐——以鄂爾多斯盆地長慶油田為例[J].石油勘探與開發(fā)，2015，42(1)：68-75.

[12] 趙春森，許秋石，孫廣義，等.低滲透油藏水平井交錯井網(wǎng)優(yōu)化研究[J].特種油氣藏，2010，17(6)：63-65.

[13] 崔傳智，王秀坤.基于層間均衡驅(qū)替的低滲透油藏徑向鉆孔油藏工程優(yōu)化研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2014，14(28)：200-203.

[14] 崔傳智，萬茂雯，李凱凱，等.復(fù)雜斷塊油藏典型井組注采調(diào)整方法研究[J].特種油氣藏，2015，22(4)：72-74.

[15] 關(guān)富佳.條帶形邊水小斷塊油藏非完善注采井網(wǎng)研究[J].特種油氣藏，2013，20(4)：74-76.

[16] 商勝花.辛37斷塊油藏高含水期剩余油分布研究[J].特種油氣藏，2006，13(1)：56-57.

[17] 徐慶巖，蔣文文，王學(xué)武，等.超低滲油藏水平井與直井聯(lián)合井網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化[J].特種油氣藏，2014，21(2)：111-114.