低滲透油藏徑向鉆孔技術極限井距及應用

崔傳智，吳忠維，郝永卯，楊 勇，黃迎松

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

0 引 言

低滲透油藏、致密油藏長期利用彈性能量開發(fā)，導致油藏能量虧損，需要補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充手段[1-7]。由于前期數據資料的不完全性，在油水井井網部署完成后，易出現油水井連通性差，不能進行有效驅替[8-13]，能量補充效果差，其原因為：在已有的井網中，油水井井距大于技術極限井距。徑向鉆孔技術能有效增加技術極限井距[14-16]，實現油水井的有效驅替。以低滲透油藏為例，在調研徑向鉆孔[14-19]與技術極限井距[20-24]研究的基礎上，發(fā)現關于徑向鉆孔工藝技術、現場應用及數值模擬研究較多，而徑向鉆孔技術極限井距研究較少?；跐B流理論與油藏工程方法，推導了低滲透油藏技術極限井距計算公式，分析了技術極限井距影響因素，并將其運用于指導勝利油田某低滲透油藏的徑向鉆孔設計中。該成果對低滲透油藏的徑向鉆孔設計具有一定的指導意義。

1 低滲透油藏直井徑向鉆孔的技術極限井距計算方法

1.1 油井徑向鉆孔時的壓力梯度分布公式

圖1徑向鉆孔示意圖

1.1.1 生產井A在M點處引起的滲流速度矢量

徑向孔上第i個點匯的坐標為(x1,i，0)，用第i小段的中心坐標表示，

(1)

式中：x1,i為第i個點的橫坐標，m，i=1、2、3、…、2n；L為徑向鉆孔長，m。

徑向孔上第i個點匯在M點處引起的速度v1,i為：

(2)

式中：v1,i為第i個點匯在M點處引起的速度，m/d；Q為注水量或者油井的產液量，m3/d；h為儲層厚度，m；r1,i為第i個點匯與M點之間的距離，m；滲流速度v1,i的方向為M點與第i個點匯的連線方向，并指向第i個點匯。

圖2滲流速度矢量合成

(3)

應用同位角相等、三角變換及余弦定理，可得在地層中只有1口徑向鉆孔油井時的M點處產生的滲流速度：

(4)

(5)

1.1.2 直井徑向鉆孔時的壓力梯度分布公式

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

(6)

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

對式(5)、(6)進行矢量疊加(圖1)，可獲得一注一采生產條件下油井徑向鉆孔后M點處產生的滲流速度：

(7)

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

根據達西定律，滲流速度v的方向為該點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為油藏絕對滲透率，10-3μm2；α為單位換算系數，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極限井距計算方法

技術極限井距為使油水井主流線流體流動的最小井距。在等產量一源一匯滲流場中，主流線上的滲流速度最大；當最大的滲流速度等于0時，所對應的井距為技術極限井距[25]。因此，研究M點在主流線上的情況，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，再由直井等產量一源一匯產量公式可得徑向鉆孔油井產量公式：

(11)

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

(12)

主流線上最小的壓力梯度等于啟動壓力梯度時，油藏中的流體沿著主流線流向油井，此時對應的井距為技術極限井距，故可得技術極限井距隱式計算公式為：

Min[F(x)]=G

(13)

2 技術極限井距的影響因素分析

已知勝利油田某低滲透油藏的物性參數，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。依據該油藏的啟動壓力梯度與原油黏度的數據擬合得到啟動壓力梯度系數a=0.154 8、b=1.395，從而獲得啟動壓力梯度?；谝陨蠑祿?，運用式(13)分析了原油黏度、滲透率、徑向孔長等因素對技術極限井距的影響。

2.1 原油黏度的影響

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

圖3不同注采壓差下技術極限井距與原油黏度的關系曲線

2.2 滲透率的影響

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

圖4不同注采壓差下技術極限井距與滲透率的關系曲線

2.3 徑向孔長的影響

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

圖5不同注采壓差下技術極限井距與徑向孔長的關系曲線

3 現場應用

基于勝利油田某低滲透油藏的物性參數，運用式(12)計算極限井距與徑向孔長的關系。計算中發(fā)現，低滲透油藏注采壓差為12.8 MPa、井距為350 m時，徑向孔長為85 m以上才能實現有效驅替。運用該成果指導礦場徑向鉆孔設計，取得較好的開發(fā)效果(表1)。

由表1可知，油水井實施徑向鉆孔后，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，驗證了技術極限井距計算公式的正確性。

表1 徑向鉆孔井的開發(fā)效果

4 結 論

(1) 運用滲流理論與油藏工程方法，推導了低滲透油藏徑向鉆孔井的技術極限井距隱式計算式，并通過礦場應用驗證了技術極限井距的正確性。該技術極限井距公式的計算結果可用于指導礦場徑向鉆孔設計。

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

(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，徑向孔長為85 m以上才能實現有效驅替；將該結果指導現場開發(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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