“水平井”模式在致密油藏勘探開發(fā)中的優(yōu)勢(shì)
——以旬邑探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段為例

王寶萍，龔建濤，白艷軍，任 劍.

(延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西延安 716000)

鄂爾多斯盆地是我國(guó)致密油勘探開發(fā)最早的地區(qū)之一，盆地的致密油地質(zhì)資源量為(35～40)×108t[1]，是致密油氣開發(fā)的重要領(lǐng)域。近年來，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組致密油勘探和開發(fā)已經(jīng)取得了重大突破[2-11]。油氣勘探結(jié)果顯示[12-13]，鄂爾多斯盆地旬邑探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段油藏發(fā)育范圍廣、油層厚度大，具有較大的勘探潛力。但研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層致密、地層壓力低、油氣藏形成條件和分布特征極為復(fù)雜，影響了單井產(chǎn)量，導(dǎo)致單井產(chǎn)量低，壓裂試油后單井產(chǎn)量遞減快，采用常規(guī)壓裂試油工藝措施難以實(shí)現(xiàn)致密油的有效勘探開發(fā)，嚴(yán)重影響了本區(qū)石油資源的工業(yè)化開采。

目前，國(guó)內(nèi)外較多地將水平井用于油氣藏開發(fā)中，針對(duì)致密油層主要采取水平井開發(fā)和縫網(wǎng)壓裂儲(chǔ)層改造等后期工藝，獲得了較高的油氣產(chǎn)量[14-15]。但是，缺乏與水平井等技術(shù)相配套的地質(zhì)認(rèn)識(shí)模型和資源評(píng)價(jià)體系方面的相關(guān)研究[16]。本文通過對(duì)鄂爾多斯盆地旬邑探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段地質(zhì)和油藏特征的研究，分析了水平井技術(shù)在研究區(qū)長(zhǎng)8致密油藏中的應(yīng)用效果，提出將“水平井”模式用于研究區(qū)長(zhǎng)8致密油開采，以期解決研究區(qū)長(zhǎng)8致密油采用直井產(chǎn)量低、遞減快、難以動(dòng)用的現(xiàn)狀，同時(shí)為旬邑探區(qū)延長(zhǎng)組致密油勘探開發(fā)工作提供了新思路和新方向。

1 旬邑地區(qū)致密油地質(zhì)特征

研究區(qū)行政區(qū)劃隸屬陜西省咸陽(yáng)市旬邑縣，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地南部渭北隆起，構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，總體上呈現(xiàn)出“南高北低、東高西低”的構(gòu)造格局[17]。三疊紀(jì)末期印支運(yùn)動(dòng)和隨后的燕山運(yùn)動(dòng)使研究區(qū)差異抬升，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層組—侏羅系延安組均有不同程度的缺失。同時(shí)，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，研究區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)垂直裂縫較為發(fā)育。

通過對(duì)研究區(qū)218個(gè)長(zhǎng)8巖心樣品進(jìn)行物性統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，其孔隙度分布在1.0%～15.6%，平均值為6.7%；滲透率分布在0.03～5.06 mD，平均值為0.304 mD，儲(chǔ)層物性差，層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)(圖1)。此外，研究區(qū)延長(zhǎng)組砂體發(fā)育橫向連續(xù)性差，多呈透鏡狀分布，厚度差別大，造成極強(qiáng)的平面非均質(zhì)性和層間非均質(zhì)性。

圖1 旬邑地區(qū)長(zhǎng)8油藏孔隙度與滲透率頻率分布直方圖Fig.1 Histogram of the frequency porosity and permeability distribution of Chang-8 reservoir in Xunyi area

研究區(qū)長(zhǎng)8油藏埋深在1 100～1 300 m之間，經(jīng)測(cè)試，平均原始地層壓力為6.8 MPa，壓力系數(shù)為0.6，地層壓力較低；研究區(qū)地面原油密度平均為0.9 g/cm3，密度大，不利于開采；同時(shí)，測(cè)試了50 ℃下原油樣品的動(dòng)力黏度平均為55.7 mPa·s，顯示出較差的原油物性。

2 水平井產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)模型的建立

研究表明，儲(chǔ)層越致密，滲透率就越低，供油波及半徑也就越小[18]。在不考慮后續(xù)儲(chǔ)層改造等措施的情況下，針對(duì)同一均質(zhì)油藏，建立了直井與水平井獲取流體的地質(zhì)模型(圖2)。在該模型中，增加了水平井井眼與地層的接觸面積，提高了致密儲(chǔ)層產(chǎn)能。

圖2 直井與水平井段平面供油幾何地質(zhì)模型Fig.2 Geometrical geological model of plane oil supply in straight well and horizontal well section

水平井與直井的產(chǎn)量比值系數(shù)Y=C水平井/C直井=L/πR+1，由于半徑R與滲透率K正相關(guān)，假設(shè)R=nK(n為常數(shù))，則Y=L/πnK+1。由于L和π為常數(shù)，令N=L/πn，則Y與K成反函數(shù)關(guān)系：Y=N/K+1(圖3)。由圖3可以看出，在提高采油速度(單井日產(chǎn)量)方面，油藏儲(chǔ)層越致密，水平井開采的效果越好。實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明(表2)：鄂爾多斯盆地南部地區(qū)下寺灣(長(zhǎng)2)、富縣(長(zhǎng)6—長(zhǎng)8)、黃陵(長(zhǎng)6)以及旬邑(長(zhǎng)8)，隨著油藏儲(chǔ)層越致密(儲(chǔ)層分類依據(jù)表1)，直井開采的產(chǎn)量逐漸降低，從下寺灣長(zhǎng)2油藏的0.92 t/d下降到旬邑長(zhǎng)8油藏的0.1 t/d；而水平井隨著儲(chǔ)層越致密產(chǎn)量越高，從與直井的產(chǎn)量比值系數(shù)來看是成倍數(shù)增長(zhǎng)的，特別是致密油Ⅱ類的旬邑長(zhǎng)8油藏，比值系數(shù)達(dá)到57.6。

圖3 均值油藏水平井與直井產(chǎn)量比值系數(shù)(Y)隨滲透率變化關(guān)系Fig.3 Ratio of horizontal well to straight well yield coefficient(Y) with permeability of mean reservoir

表1 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組儲(chǔ)層孔隙度、滲透率評(píng)價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)[19]Table 1 Classification criteria for assessment of reservoir porosity and permeability in Yanchang group of Ordos Basin

表2 部分油藏水平井與直井產(chǎn)油量對(duì)比表Table 2 Comparison of horizontal well and straight well yield of some reservoirs

3 “水平井”模式

3.1 “水平井”模式的提出

致密油藏較強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性導(dǎo)致相鄰直井之間試油、試采結(jié)果區(qū)別較大，表現(xiàn)在油氣產(chǎn)量的差別、原油性質(zhì)的差異，甚至產(chǎn)油和產(chǎn)氣的不同，這些極大地制約了對(duì)于致密油藏的認(rèn)識(shí)，影響了致密儲(chǔ)層特征的總結(jié)與致密油氣勘探開發(fā)技術(shù)的研究。

本文選擇了滲透率非均質(zhì)性存在差異的兩個(gè)區(qū)塊，分別部署了6口直井，井的相對(duì)位置以及單井物性參數(shù)均一致，可以看出，弱非均質(zhì)油藏的滲透率具有連續(xù)性和漸變性，強(qiáng)非均質(zhì)油藏的滲透率則具有跳躍性和突變性(圖4)。弱非均質(zhì)油藏勘探符合率(圖中淺紅色區(qū)域?yàn)闈B透率認(rèn)識(shí)結(jié)果與客觀事實(shí)相一致區(qū)域)明顯高于強(qiáng)非均質(zhì)性油藏。對(duì)于具有強(qiáng)非均質(zhì)性的油藏，要加強(qiáng)認(rèn)識(shí)，就需要增加井密度、縮小探井井距，勢(shì)必將使勘探投資急劇增加。

圖4 不同均質(zhì)性油藏滲透率預(yù)測(cè)所需井控密度對(duì)比Fig.4 Contrast of well-controlled density for permeability prediction in heterogeneous reservoirs

對(duì)比分析：①地質(zhì)研究方面：一方面經(jīng)濟(jì)可行的直井井網(wǎng)井距開采致密油，所獲資料難以滿足致密油強(qiáng)非均質(zhì)性區(qū)域的研究認(rèn)識(shí)；另一方面，水平井獲取的地質(zhì)資料更為豐富，它可通過沿水平段，利用測(cè)井參數(shù)間的交匯關(guān)系式(如阿爾奇公式等)將滲透率等儲(chǔ)層參數(shù)積分f(L)，從而更容易滿足區(qū)域研究的需要。②提高采油速度方面：一方面直井試采因儲(chǔ)層的低孔隙度和低滲透率，導(dǎo)致其單井日產(chǎn)量較低；另一方面，水平井在解決致密油單井日產(chǎn)量低的問題上具有優(yōu)勢(shì)模型。結(jié)合以上，建議采用 “水平井”模式開采致密油。

3.2 “水平井”工藝施工優(yōu)勢(shì)分析

結(jié)合研究區(qū)延長(zhǎng)組致密油的特點(diǎn)，在施工過程中采用水平井工藝具有多方面的優(yōu)勢(shì)。

(1)研究區(qū)致密儲(chǔ)層中的長(zhǎng)石碎屑礦物含量占比高(圖5)，有利于提高工程鉆進(jìn)和后期壓裂施工速度。

圖5 旬邑地區(qū)長(zhǎng)8巖石類型三角圖Fig.5 Triangulation of Chang-8 rock types in Xunyi area

(2)研究區(qū)長(zhǎng)6—長(zhǎng)8段沉積時(shí)期湖面廣、水體相對(duì)穩(wěn)定、各層沉積厚度變化不大，且標(biāo)志層發(fā)育[8-11]，利于提高水平井目的層的鉆遇率。

(3)水平井可以大面積貫穿發(fā)育在層內(nèi)的天然垂直裂縫[20]，極大提高地層的滲透性，增加油氣產(chǎn)量。

綜上所述，水平井工藝能夠大大提高致密油勘探開發(fā)過程中的建井質(zhì)量、建井速度以及單井產(chǎn)量。

3.3 “水平井”模式現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)以上研究成果，在旬邑地區(qū)直井井網(wǎng)較為成熟的勘探區(qū)設(shè)計(jì)實(shí)施了一口水平井，該井試油試采2017年產(chǎn)油2 400 t，相對(duì)比同期區(qū)內(nèi)145口直井的累計(jì)產(chǎn)油只有80.08 t(2017年度實(shí)際生產(chǎn)直井4口，其余141口井因產(chǎn)量低無法生產(chǎn))，實(shí)際水平井與直井單井年累計(jì)產(chǎn)量比值達(dá)到119.88，效果顯著(表3)。同時(shí)，由于該水平井液量供給充足，在實(shí)際試采過程中維持了較高的產(chǎn)量，事實(shí)上有效地避免了產(chǎn)量的快速遞減。

表3 旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段水平井與直井試采產(chǎn)油量對(duì)比Table 3 Comparison of horizontal well and straight well test-mining output of Chang-8 section of Yanchang formation in Xunyi area

總體上，“水平井”模式在旬邑地區(qū)石油開采實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了該區(qū)多年來致密油資源的經(jīng)濟(jì)動(dòng)用。

4 結(jié)論及建議

(1)在儲(chǔ)層均一的情況下，儲(chǔ)層越致密，水平井相較于直井在提高單井產(chǎn)量方面優(yōu)勢(shì)明顯，二者日產(chǎn)量水平相比系數(shù)(Y)成線性倍數(shù)增長(zhǎng)，最高可達(dá)57.6。

(2)水平井在地質(zhì)研究方面獲取的地質(zhì)資料更為準(zhǔn)確，可通過沿水平段，利用測(cè)井參數(shù)間的交匯關(guān)系式(如阿爾奇公式等)將滲透率等儲(chǔ)層參數(shù)積分f(L)，從而更準(zhǔn)確地滿足區(qū)域地質(zhì)研究的需要，提高地質(zhì)依據(jù)的可靠性。

(3)旬邑地區(qū)長(zhǎng)8致密油儲(chǔ)層采用水平井工藝具有提高建井質(zhì)量、速度以及提高單井產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)。

(4)為便于后續(xù)旬邑地區(qū)致密油資源的高效利用，建議以“水平井”模式為基礎(chǔ)，重新建立和完善旬邑地區(qū)致密油的資源評(píng)價(jià)和儲(chǔ)量計(jì)算體系。