低滲透油藏徑向鉆孔技術(shù)極限井距及應(yīng)用

崔傳智，吳忠維，郝永卯，楊 勇，黃迎松

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

0 引 言

低滲透油藏、致密油藏長(zhǎng)期利用彈性能量開發(fā)，導(dǎo)致油藏能量虧損，需要補(bǔ)充油藏能量維持開發(fā)，地層注水是目前發(fā)展較為成熟的能量補(bǔ)充手段[1-7]。由于前期數(shù)據(jù)資料的不完全性，在油水井井網(wǎng)部署完成后，易出現(xiàn)油水井連通性差，不能進(jìn)行有效驅(qū)替[8-13]，能量補(bǔ)充效果差，其原因?yàn)椋涸谝延械木W(wǎng)中，油水井井距大于技術(shù)極限井距。徑向鉆孔技術(shù)能有效增加技術(shù)極限井距[14-16]，實(shí)現(xiàn)油水井的有效驅(qū)替。以低滲透油藏為例，在調(diào)研徑向鉆孔[14-19]與技術(shù)極限井距[20-24]研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)關(guān)于徑向鉆孔工藝技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及數(shù)值模擬研究較多，而徑向鉆孔技術(shù)極限井距研究較少?；跐B流理論與油藏工程方法，推導(dǎo)了低滲透油藏技術(shù)極限井距計(jì)算公式，分析了技術(shù)極限井距影響因素，并將其運(yùn)用于指導(dǎo)勝利油田某低滲透油藏的徑向鉆孔設(shè)計(jì)中。該成果對(duì)低滲透油藏的徑向鉆孔設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 低滲透油藏直井徑向鉆孔的技術(shù)極限井距計(jì)算方法

1.1 油井徑向鉆孔時(shí)的壓力梯度分布公式

圖1徑向鉆孔示意圖

1.1.1 生產(chǎn)井A在M點(diǎn)處引起的滲流速度矢量

徑向孔上第i個(gè)點(diǎn)匯的坐標(biāo)為(x1,i，0)，用第i小段的中心坐標(biāo)表示，

(1)

式中：x1,i為第i個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)，m，i=1、2、3、…、2n；L為徑向鉆孔長(zhǎng)，m。

徑向孔上第i個(gè)點(diǎn)匯在M點(diǎn)處引起的速度v1,i為：

(2)

式中：v1,i為第i個(gè)點(diǎn)匯在M點(diǎn)處引起的速度，m/d；Q為注水量或者油井的產(chǎn)液量，m3/d；h為儲(chǔ)層厚度，m；r1,i為第i個(gè)點(diǎn)匯與M點(diǎn)之間的距離，m；滲流速度v1,i的方向?yàn)镸點(diǎn)與第i個(gè)點(diǎn)匯的連線方向，并指向第i個(gè)點(diǎn)匯。

圖2滲流速度矢量合成

(3)

應(yīng)用同位角相等、三角變換及余弦定理，可得在地層中只有1口徑向鉆孔油井時(shí)的M點(diǎn)處產(chǎn)生的滲流速度：

(4)

(5)

1.1.2 直井徑向鉆孔時(shí)的壓力梯度分布公式

依據(jù)滲流速度定義，可得注水井B在M點(diǎn)處引起的滲流速度，其速度方向由水井井筒指向M點(diǎn)：

(6)

式中：v2為注水井B在M點(diǎn)處引起的滲流速度，m/d；r2為水井井筒與M點(diǎn)之間的距離，m。

對(duì)式(5)、(6)進(jìn)行矢量疊加(圖1)，可獲得一注一采生產(chǎn)條件下油井徑向鉆孔后M點(diǎn)處產(chǎn)生的滲流速度：

(7)

式中：v為一注一采生產(chǎn)條件下，油井徑向鉆孔后M點(diǎn)處產(chǎn)生的滲流速度，m/d；R為注采井距，m。

根據(jù)達(dá)西定律，滲流速度v的方向?yàn)樵擖c(diǎn)最大壓力梯度矢量方向：

(8)

式中：dp為注采壓差，MPa；μo為油黏度，mPa·s；K為油藏絕對(duì)滲透率，10-3μm2；α為單位換算系數(shù)，此處取值0.0864。

將式(7)代入式(8)，可得壓力梯度分布公式：

(9)

1.2 低滲透油藏徑向鉆孔的技術(shù)極限井距計(jì)算方法

技術(shù)極限井距為使油水井主流線流體流動(dòng)的最小井距。在等產(chǎn)量一源一匯滲流場(chǎng)中，主流線上的滲流速度最大；當(dāng)最大的滲流速度等于0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的井距為技術(shù)極限井距[25]。因此，研究M點(diǎn)在主流線上的情況，即R>x>0，y=0，將此限制條件代入式(9)，可得到徑向鉆孔后主流線上壓力梯度的計(jì)算公式：

(10)

引入等效井徑rwe，將徑向鉆孔井等效為半徑為rwe的直井，再由直井等產(chǎn)量一源一匯產(chǎn)量公式可得徑向鉆孔油井產(chǎn)量公式：

(11)

將式(11)代入式(10)中，得考慮啟動(dòng)壓力梯度的一注一采模型中主流線上的壓力梯度函數(shù)：

(12)

主流線上最小的壓力梯度等于啟動(dòng)壓力梯度時(shí)，油藏中的流體沿著主流線流向油井，此時(shí)對(duì)應(yīng)的井距為技術(shù)極限井距，故可得技術(shù)極限井距隱式計(jì)算公式為：

Min[F(x)]=G

(13)

2 技術(shù)極限井距的影響因素分析

已知?jiǎng)倮吞锬车蜐B透油藏的物性參數(shù)，油藏厚度為4 m，滲透率為30.4×10-3μm2，地層原油黏度為3.2 mPa·s，注采壓差為12.8 MPa，油水井距為350 m。依據(jù)該油藏的啟動(dòng)壓力梯度與原油黏度的數(shù)據(jù)擬合得到啟動(dòng)壓力梯度系數(shù)a=0.154 8、b=1.395，從而獲得啟動(dòng)壓力梯度。基于以上數(shù)據(jù)，運(yùn)用式(13)分析了原油黏度、滲透率、徑向孔長(zhǎng)等因素對(duì)技術(shù)極限井距的影響。

2.1 原油黏度的影響

油藏物性參數(shù)不變，僅改變?cè)宛ざ扰c注采壓差，得到不同注采壓差下技術(shù)極限井距與原油黏度的關(guān)系曲線(圖3)。由圖3可知，在同一壓差下，隨著原油黏度的增大，徑向鉆孔的技術(shù)極限井距減小，技術(shù)極限井距的減小趨勢(shì)變緩。這是由于原油黏度變大，滲流阻力變大，低滲透油藏啟動(dòng)壓力梯度也變大，有效驅(qū)動(dòng)能量減少，故需要小井距才能保證流體流動(dòng)。原油黏度相同時(shí)，注采壓差越大，技術(shù)極限井距越大。

圖3不同注采壓差下技術(shù)極限井距與原油黏度的關(guān)系曲線

2.2 滲透率的影響

計(jì)算得到不同注采壓差下技術(shù)極限井距與油藏滲透率的關(guān)系曲線(圖4)。由圖4可知，同一壓差下，隨著滲透率的增大，徑向鉆孔技術(shù)極限井距增大。因滲透率越大，流體阻力越小，啟動(dòng)壓力梯度變小，有效驅(qū)動(dòng)能力變大，故大井距情況下也能保證流體流動(dòng)。

圖4不同注采壓差下技術(shù)極限井距與滲透率的關(guān)系曲線

2.3 徑向孔長(zhǎng)的影響

不同注采壓差下，技術(shù)極限井距與徑向鉆孔長(zhǎng)度的關(guān)系曲線見圖5。與不實(shí)施徑向鉆孔(徑向孔長(zhǎng)為0 m)相比，徑向鉆孔可以明顯增加技術(shù)極限井距；隨鉆孔長(zhǎng)度的增加，技術(shù)極限井距增大。鉆孔長(zhǎng)度越大，相同位置的地層壓力梯度增大，克服啟動(dòng)壓力梯度越容易，越易實(shí)現(xiàn)流體流動(dòng)。

圖5不同注采壓差下技術(shù)極限井距與徑向孔長(zhǎng)的關(guān)系曲線

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

基于勝利油田某低滲透油藏的物性參數(shù)，運(yùn)用式(12)計(jì)算極限井距與徑向孔長(zhǎng)的關(guān)系。計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，低滲透油藏注采壓差為12.8 MPa、井距為350 m時(shí)，徑向孔長(zhǎng)為85 m以上才能實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)替。運(yùn)用該成果指導(dǎo)礦場(chǎng)徑向鉆孔設(shè)計(jì)，取得較好的開發(fā)效果(表1)。

由表1可知，油水井實(shí)施徑向鉆孔后，油(水)井采油(注水)能力明顯提高。油井徑向鉆孔后的采油能力提高為原來的2.50倍，注水井注水能力提高為原來的1.75～30.00倍，驗(yàn)證了技術(shù)極限井距計(jì)算公式的正確性。

表1 徑向鉆孔井的開發(fā)效果

4 結(jié) 論

(1) 運(yùn)用滲流理論與油藏工程方法，推導(dǎo)了低滲透油藏徑向鉆孔井的技術(shù)極限井距隱式計(jì)算式，并通過礦場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證了技術(shù)極限井距的正確性。該技術(shù)極限井距公式的計(jì)算結(jié)果可用于指導(dǎo)礦場(chǎng)徑向鉆孔設(shè)計(jì)。

(2) 徑向鉆孔可以明顯增加技術(shù)極限井距，且隨著徑向孔長(zhǎng)的增加，技術(shù)極限井距增大；原油黏度越大，徑向鉆孔的技術(shù)極限井距越??；滲透率越大，技術(shù)極限井距越大；注采壓差越大，徑向鉆孔的技術(shù)極限井距越大。

(3) 勝利油田某低滲透油藏注采壓差為12.8 MPa、井距為350 m時(shí)，徑向孔長(zhǎng)為85 m以上才能實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)替；將該結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)，取得了較好的效果，油井徑向鉆孔后的采油能力提高為原來的2.50倍，水井注水能力提高為原來的1.75～30.00倍。

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