小斷塊油藏水平井設(shè)計(jì)與井網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

楊新明， 顧慶宏

(中石化江蘇油田分公司開發(fā)處，江蘇 揚(yáng)州 225009)

江蘇油田主要由復(fù)雜小斷塊油藏組成，油藏規(guī)模比較小，不規(guī)則三角形井網(wǎng)的布井方式較為常見。這種井網(wǎng)對復(fù)雜小斷塊油藏儲量的控制程度低，易導(dǎo)致油藏最終采收率不高[1]。復(fù)雜小斷塊油藏的非均質(zhì)性強(qiáng)，常規(guī)直井與產(chǎn)層的接觸面積有限，不能有效控制儲量。水平井技術(shù)的應(yīng)用可以顯著增加產(chǎn)層的裸露面積，提高單井產(chǎn)量。江蘇油田水平井應(yīng)用實(shí)踐也證明了水平井技術(shù)是提高小斷塊油藏開發(fā)效益的有效手段。水平井技術(shù)已經(jīng)成為江蘇油田提高產(chǎn)量、提高采收率的重要手段之一。小斷塊油藏水平井的地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是提高水平井應(yīng)用效果的最關(guān)鍵因素。

1 水平井地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)

水平井地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)是水平井設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，經(jīng)過多年發(fā)展技術(shù)已經(jīng)比較成熟，很多油田都開展過相關(guān)研究工作[2]，研究思路和內(nèi)容基本相同。由于江蘇油田的復(fù)雜小斷塊油藏獨(dú)特的地質(zhì)特征，其水平井地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有其特殊性。水平井地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在應(yīng)用過程中，除了常規(guī)優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，還需要對水平井平面位置優(yōu)化、垂向位置優(yōu)化、水平段長度優(yōu)化等影響水平井實(shí)施效果的地質(zhì)因素進(jìn)行研究。

1.1 水平井平面位置優(yōu)化

不同的油藏類型，水平井的平面位置優(yōu)化需要解決的問題也不同。高含水油藏水平井的平面位置設(shè)計(jì)主要是解決水平井方位與剩余油形狀以及周邊生產(chǎn)井的位置關(guān)系；邊水油藏水平井的平面位置設(shè)計(jì)主要是解決水平井段在油層中與邊水的距離關(guān)系；小斷塊油藏，尤其是江蘇油田含油帶比較窄的油藏，水平井的平面位置設(shè)計(jì)主要是解決水平井與斷層的相對位置關(guān)系。江蘇油田現(xiàn)有水平井大部分都是沿?cái)鄬硬贾茫骄畮缀蹙o貼斷層。水平井離斷層越近，對儲量的控制程度越高，但是鉆井難度和鉆井成本大幅提高，鉆井風(fēng)險(xiǎn)也隨之成倍增大。水平井離斷層距離遠(yuǎn)，水平井與斷層之間的儲量無法形成有效的滲流場，導(dǎo)致這部分儲量無法動用。所以，在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，通過水平井平面位置優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以得到一個最優(yōu)距離，使得上述問題得以解決。

1)水平井與斷層的位置關(guān)系 通過建立數(shù)值模型研究了水平井平行于斷層和垂直于斷層兩種情況的開發(fā)效果，如圖1所示。從含水率隨采出程度的變化關(guān)系曲線可以看出，當(dāng)含水率達(dá)到0.85時，中高滲油藏水平井平行于斷層布井的采出程度比垂直于斷層布井的采出程度高出近6%。江蘇油田部分油藏含油帶窄，水平井平行于斷層布井符合油藏的形態(tài)特征需要。

2)中高滲油藏水平井離斷層距離優(yōu)化 通過數(shù)值模擬分析了水平井離斷層不同距離的開發(fā)效果。以含水率達(dá)到0.85為例，從圖2可以看出，水平井離斷層距離0到300m變化時，采出程度最大相差6.7%，水平井離斷層越近，采出程度越高。隨著水平井逐步靠近斷層，采出程度增加的幅度越來越小，當(dāng)水平井由離斷層45m靠近到離斷層15m時，采出程度幾乎沒有增加，但鉆井成本和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)成倍增加。因此，在中高滲油藏中，斷層位置落實(shí)后，水平井離斷層距離應(yīng)在15～45m之間，水平井應(yīng)盡量靠近斷層布井，同時不增加鉆井難度和成本。

圖1 含水率隨采出程度變化關(guān)系曲線

圖2 采出程度與水平井離斷層距離關(guān)系曲線

圖3 離斷層不同距離條件下水平井日產(chǎn)油量變化曲線(含油帶寬500m)

3)低滲油藏水平井離斷層距離優(yōu)化 通常認(rèn)為，水平井水平段應(yīng)該盡可能緊貼斷層，這樣可以最大限度控制地質(zhì)儲量，提高開發(fā)效果。但江蘇油田低滲油藏生產(chǎn)實(shí)踐表明：水平井離斷層一段距離，開發(fā)效果反而要比水平井緊貼斷層好。根據(jù)理論數(shù)值模型，運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行指標(biāo)對比，可以優(yōu)化水平井離斷層的距離，使水平井生產(chǎn)效果達(dá)到最佳。在油藏寬度500m條件下，改變水平井與斷層的距離，水平井的開發(fā)效果隨距離不同差別較大(如圖3)。當(dāng)水平井在離斷層距離較近時，離供給能量的距離(即邊水)較遠(yuǎn)，水平井不能夠受到邊水的有效驅(qū)替；當(dāng)水平井在離斷層距離較遠(yuǎn)時，離邊水較近，水平井在邊水的波及范圍內(nèi)，開發(fā)效果好。以上分析表明，對于低滲透油藏，需要對水平井離斷層距離進(jìn)行優(yōu)化。不僅需要考慮井對儲量的控制程度問題，水平井也必須在邊水或注水井的壓力波及范圍內(nèi)。

1.2 水平井垂向位置優(yōu)化

邊水油藏的水平井垂向位置問題優(yōu)化重點(diǎn)是考慮油藏中油層的韻律性。通過數(shù)模，建立了不同韻律規(guī)律油層的數(shù)值模擬模型。通過對比計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水平井垂向位置與不同油層韻律性有著直接的關(guān)系。要想優(yōu)化邊水油藏的水平井垂向位置，就必須結(jié)合具體油藏的地質(zhì)模型具體問題具體分析，筆者只給出一般規(guī)律。對于均質(zhì)和正韻律油藏，水平井應(yīng)盡量靠近油層上半部分，相比較其他位置采收率可以提高1.5%～3%。這主要是由于油水密度差、油水流度比和油層韻律規(guī)律影響，水首先由油層底部突進(jìn)，造成油層頂部大量儲量無法動用，水平井靠近油層上半部分，可以有效抑制含水上升，提高采出程度。而對于反韻律油藏，水平井靠近油層下半部開發(fā)效果較好，最終采收率相差在1%左右，采收率提高程度不及正韻律油藏，這主要是由于油層滲透率的反韻律分布在一定程度上抑制了水向底部突進(jìn)的情況。水平井靠近油層下半部可以提高動用程度不高的下半部分的儲量。

1.3 水平段長度優(yōu)化

水平段長度不僅影響水平井的單井產(chǎn)量和泄油面積，還影響油田的鉆井?dāng)?shù)目和鉆井成本。采用較長的水平段長度，可以獲得較快的采油速度，但鉆井成本必然隨之增加；采用較短的水平段長度，可以降低成本，但會影響采油速度。由此可知，通過水平段長度進(jìn)行優(yōu)化，可以使水平井開發(fā)效益和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)兩大因素得以平衡。

在江蘇油田水平井實(shí)踐中，通過理論研究和實(shí)際開發(fā)效果總結(jié)，得到了新區(qū)開發(fā)、老區(qū)挖潛等不同條件下水平段最優(yōu)長度范圍。研究表明，長的水平段可降低某一給定產(chǎn)量所需的生產(chǎn)壓差。300m水平段長度時生產(chǎn)壓差出現(xiàn)拐點(diǎn)，水平段長度小于300m時達(dá)到相同產(chǎn)量所需的生產(chǎn)壓差明顯增大。水平段超過300m后鉆井風(fēng)險(xiǎn)增大、單位進(jìn)尺成本明顯增加。因此，對新區(qū)開發(fā)水平段長度適宜300m左右。對已開發(fā)油藏，還必須考慮周圍老井的生產(chǎn)狀況。目前老區(qū)井距普遍在250m左右，油層已動用，水平段長度受到直井水錐半徑影響，因此老區(qū)調(diào)整挖潛適宜短水平井段，數(shù)模結(jié)果顯示水平井段長度在100～150m累計(jì)采油量最高。

2 水平井注采系統(tǒng)研究

圖4 數(shù)值模擬模型示意圖

圖5 一注二采井網(wǎng)示意圖

保持油藏壓力水平是改善水平井開發(fā)效果的關(guān)鍵[3]。不同壓力水平油藏的數(shù)值模擬研究結(jié)果表明，壓力水平高低決定了水平井穩(wěn)產(chǎn)時間的長短及產(chǎn)量遞減速度的快慢。因此，利用人工注水(采用常規(guī)直井注水或水平井注水)保持油層能量是提高水平井開發(fā)效果的重要手段[4]，對低滲油藏水平井進(jìn)行注水開發(fā)尤為重要。針對江蘇油田絕大部分油藏屬于正斷層封堵的反向屋脊式窄條狀小斷塊油藏地質(zhì)特征，設(shè)計(jì)了屋脊部位利用水平井采油、低部位注水的3種單向注采模型，運(yùn)用數(shù)值模擬手段研究了3種模型下的注采系統(tǒng)，以尋找最佳的波及效果。

1)一口直井注水，一口水平井采油 用數(shù)值模擬方法研究了不同注水井位置時水平井的開發(fā)效果，模型如圖4，結(jié)果表明：位置1和6直井注水效果相對較好。這是由于直井與水平井錯開一定的位置，注入水驅(qū)掃面積增加，水驅(qū)效果相對較好。

2)一口直井或水平井注水，兩口水平井采油 在均質(zhì)油藏條件下，應(yīng)用數(shù)值模擬方法研究了直井和水平井分別為兩口水平井注水(如圖5)的效果差別。結(jié)果表明，水平井注水效果優(yōu)于直井注水效果。但實(shí)際油藏的非均質(zhì)性很強(qiáng)，水平井注水縱向波及程度低，實(shí)際開發(fā)實(shí)踐中需要不斷摸索，總結(jié)出最佳的注水井井型。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

江蘇油田富43斷塊、富5斷塊、永14斷塊等采用水平井開發(fā)，在水平井開發(fā)方案的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用了該思路和方法，共實(shí)施18口水平井。第一年平均單井日產(chǎn)量達(dá)到16t，預(yù)測采收率達(dá)到40%～50%。黃88斷塊、高6斷塊等在水平井開發(fā)過程中，地層壓力逐步下降，開采5年之后水平井日產(chǎn)量從20t左右下降到10t左右，預(yù)測天然能量開發(fā)采收率僅為23%。為了提高油藏采收率，將天然能量開發(fā)轉(zhuǎn)化為注水開發(fā)，注采系統(tǒng)按照一口直井注水、一口水平井采油，錯開一定位置的模型設(shè)計(jì)注采井網(wǎng)，共實(shí)施6個水平井開發(fā)井組，實(shí)施后水平井日產(chǎn)量略有上升并保持穩(wěn)定，預(yù)測采收率可以達(dá)到33%以上。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1)含油帶窄的小斷塊油藏，應(yīng)采用平行斷層方式布井。對于中高滲油藏，斷層位置落實(shí)后，水平井離斷層距離應(yīng)在15～45m之間，水平井應(yīng)盡量靠近斷層布井。對于低滲透油藏，不僅需要考慮井對儲量的控制程度問題，水平井也必須在邊水或注水井的壓力波及范圍內(nèi)。

2)邊水油藏水平井垂向位置優(yōu)化要重點(diǎn)考慮油層的韻律性。對于均質(zhì)和正韻律油層，水平井應(yīng)盡量靠近油層上半部分；對于反韻律油層，水平井靠近油層下半部開發(fā)效果較好。

3)對水平井注水可以采用常規(guī)直井注水或水平井注水。當(dāng)一口直井注水，一口水平井采油時，直井與水平井錯開一定的位置，注水效果較好。當(dāng)一口直井或水平井注水，兩口水平井采油時，實(shí)際效果需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)。