水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在普光氣田產(chǎn)能建設(shè)中的應(yīng)用

靳秀菊 畢建霞 劉紅磊 王秀芝 李繼強(qiáng)

1.中國石化中原油田勘探開發(fā)科學(xué)研究院 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院

水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在普光氣田產(chǎn)能建設(shè)中的應(yīng)用

靳秀菊1畢建霞1劉紅磊1王秀芝2李繼強(qiáng)1

1.中國石化中原油田勘探開發(fā)科學(xué)研究院 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院

普光氣田具有地形復(fù)雜、埋藏深、儲層相變快、邊水發(fā)育等特點(diǎn)。為確保氣田的高效開發(fā),在論證了采用水平井開發(fā)的可行性基礎(chǔ)上,研究了水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先,根據(jù)邊際貢獻(xiàn)法測算的鉆遇氣層厚度下限等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),確定了部署水平井的區(qū)域;然后,根據(jù)單井地質(zhì)模型,建立水平井與直井產(chǎn)能關(guān)系,優(yōu)化水平段長度;最后,考慮儲層展布、構(gòu)造走向、井網(wǎng)井距、氣水關(guān)系等因素,優(yōu)化井身軌跡。結(jié)論認(rèn)為:在氣層厚度相對較薄的區(qū)域及氣水邊界附近采用水平井開發(fā)可提高氣田整體開發(fā)水平,優(yōu)化設(shè)計(jì)水平段長度控制在400～600 m,Ⅰ、Ⅱ靶點(diǎn)分別距離氣層頂、底10 m左右為宜。該技術(shù)在普光氣田開發(fā)井設(shè)計(jì)中取得了較好的實(shí)施效果,對類似氣藏的開發(fā)具有借鑒意義。

普光氣田 開發(fā) 水平井 技術(shù)經(jīng)濟(jì)界限 優(yōu)化設(shè)計(jì) 生產(chǎn)能力 井身軌跡優(yōu)化

1 氣田概況

普光氣田構(gòu)造上處于川東斷褶帶向北延伸部分并緊鄰大巴山褶皺帶的南緣,為一系列北東向排列的斷背斜構(gòu)造,具有地形復(fù)雜、超深層、含氣井段長、儲層非均質(zhì)性強(qiáng)[1]、邊水發(fā)育等特點(diǎn)(圖1)。開發(fā)方案中井位部署以直井和定向井為主,但為確保氣田高效開發(fā),從技術(shù)經(jīng)濟(jì)界限、產(chǎn)能等方面論證了鉆水平井的可行性,最終在氣層厚度相對較薄的區(qū)域和氣水邊界附近部署了一批水平井,并通過優(yōu)化設(shè)計(jì)[2-7],取得了較好的開發(fā)效果。

2 水平井鉆遇氣層厚度下限確定

評價(jià)氣田鉆新井開發(fā)是否有效益,目前常用的方法是邊際貢獻(xiàn)法(即通過研究現(xiàn)有開發(fā)技術(shù)和財(cái)稅體制下,滿足基準(zhǔn)投資回收期(6 a)內(nèi)鉆新井收回全部投資、采氣操作費(fèi)并獲得最低收益率(12%)時(shí)所應(yīng)達(dá)到的最低產(chǎn)量或儲量值)來評價(jià)鉆新井的可行性[8-9]。首先,通過經(jīng)濟(jì)評價(jià),確定單井初期產(chǎn)量界限;然后,根據(jù)產(chǎn)量遞減規(guī)律,確定單井經(jīng)濟(jì)可采儲量、單井控制地質(zhì)儲量;最后,根據(jù)開發(fā)井網(wǎng)、井距,計(jì)算單井鉆遇氣層厚度界限值。

1)單井初期產(chǎn)量界限。當(dāng)新鉆井初期產(chǎn)量大于該界限值時(shí),經(jīng)濟(jì)上才是可行的。應(yīng)同時(shí)滿足以下關(guān)系式:式中Qc為新井初期產(chǎn)量界限,104m3;t為經(jīng)濟(jì)評價(jià)期,a;Pt為油氣價(jià)格,元/103m3;n為商品率,小數(shù);rc為稅金及附加比率;Tr為資源稅,元/103m3;Covt為單位變動(dòng)成本,元/103m3;ηt為無因次產(chǎn)量變化系數(shù);ic為基準(zhǔn)收益率,%;PT為投資回收期,a;It為單井新增投資,萬元;Soft為固定費(fèi)用,萬元/a。

2)單井經(jīng)濟(jì)可采儲量界限。當(dāng)氣井的邊際效益等于零時(shí),應(yīng)該采取措施或關(guān)井。氣井從開始生產(chǎn)到達(dá)到關(guān)井產(chǎn)量界限時(shí)的累計(jì)產(chǎn)量為經(jīng)濟(jì)可采儲量。即

式中GRC為單井經(jīng)濟(jì)可采儲量界限,104m3;Qt為年產(chǎn)氣量,104m3。

3)單井控制地質(zhì)儲量界限。根據(jù)單井經(jīng)濟(jì)可采儲量界限及預(yù)測采收率,可計(jì)算直井、水平井單井控制地質(zhì)儲量邊際值。即

式中Nc為單井控制地質(zhì)儲量界限,104m3;Er為經(jīng)濟(jì)采收率,小數(shù)。

4)單井鉆遇有效厚度界限。根據(jù)單井控制地質(zhì)儲量邊際值,計(jì)算在合理井距下單井鉆遇的氣層有效厚度界限值。即

式中h為單井鉆遇有效厚度界限,m;A為單井控制面積,km2;δ為單儲系數(shù),104m3/(km2·m)。

在氣藏地質(zhì)研究和經(jīng)濟(jì)評價(jià)參數(shù)確定基礎(chǔ)上,選擇代表性井開展單井產(chǎn)量變化模式數(shù)值模擬研究,測算出在穩(wěn)產(chǎn)6～10 a的條件下,普光氣田直井要求單井初期產(chǎn)量40×104m3/d,單井控制儲量32×108m3,鉆遇有效厚度134 m;水平井要求單井初期產(chǎn)量44.5 ×104m3/d,單井控制儲量34×108m3,鉆遇有效厚度89 m。即在氣層厚度小于134 m的區(qū)域可部署水平井,但如果氣層厚度太薄,小于89 m,則鉆水平井(井距一定)也無效益。

據(jù)此,在普光氣田部署了7口水平井。其中,5口水平井部署在構(gòu)造低部位氣水內(nèi)邊界線附近;2口井部署在氣層厚度發(fā)育較薄區(qū)域(圖2)。

3 水平井段長度優(yōu)化

根據(jù)天然氣水平井和直井的產(chǎn)能公式,采用普光氣田平均參數(shù)建立單井地質(zhì)模型,研究了水平井與直井的產(chǎn)能關(guān)系(圖3)。可以看出:在不考慮水平井筒摩阻的情況下,隨著氣層厚度的增加,水平井與直井產(chǎn)能比減小,即氣層厚度越小,越能夠體現(xiàn)水平井的優(yōu)勢;氣層厚度一定時(shí),隨著水平井段長度的增加,水平井與直井產(chǎn)能比提高,但并不是水平井段越長,其產(chǎn)能提高效果越佳。

圖2 普光氣田水平井開發(fā)井位部署圖

圖3 普光氣田水平井與直井產(chǎn)能比和儲層厚度關(guān)系圖

在氣層厚度較小時(shí),隨著水平井段的增加,水平井與直井產(chǎn)能比提高倍數(shù)增長較快;在氣層厚度較大時(shí),隨著水平井段的增加,水平井與直井產(chǎn)能比提高倍數(shù)增長相對較慢。同時(shí),水平井段的加長,還意味著鉆井難度的加大和鉆井費(fèi)用的增加。因此,應(yīng)把長度控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

一般經(jīng)驗(yàn),水平段長度為有效厚度的6～10倍,且水平段距邊水的距離不少于有效厚度的4倍。普光氣田水平井設(shè)計(jì)區(qū)域氣層厚度為89～134 m,根據(jù)普光氣田單井?dāng)?shù)值模擬結(jié)果,綜合儲層厚度、產(chǎn)能要求等因素分析,水平段長度設(shè)計(jì)應(yīng)控制在400～600 m。

4 水平井井身軌跡優(yōu)化

4.1 水平井方位優(yōu)選

水平井方位一般是沿儲層發(fā)育方向,設(shè)計(jì)在預(yù)測一、二類儲層厚度大、分布穩(wěn)定的位置。同時(shí)盡可能垂直于裂縫發(fā)育方向,以有利于鉆遇更多的裂縫。

一般的,水平段距邊水的距離不少于有效厚度的4倍。普光氣田受山地地形條件限制,鉆井平臺在開發(fā)初期已經(jīng)確定。為確保水平井鉆遇有利儲層,以井臺為圓心多角度觀察、分析儲層預(yù)測和含氣性預(yù)測成果,優(yōu)先選擇預(yù)測結(jié)果較佳位置。同時(shí),考慮構(gòu)造走向、井網(wǎng)井距、氣水關(guān)系等因素,綜合確定水平井位置。

4.2 水平井靶點(diǎn)垂向位置確定

常規(guī)單層或具底水油氣藏的數(shù)值模擬顯示,水平井段距離油氣層頂部越小越好,避水厚度為有效厚度的0.7～0.9倍。但普光氣田氣層厚度較大,主要是邊水發(fā)育,為具有層狀特征的塊狀氣藏,氣層內(nèi)部一、二、三類層交錯(cuò)分布,非均質(zhì)性極強(qiáng)。參考?xì)馓飭尉當(dāng)?shù)值模擬結(jié)果,考慮地層傾角等因素,設(shè)計(jì)水平井段最好是從整個(gè)主力層段穿過,Ⅰ、Ⅱ靶點(diǎn)一般分別距離氣層頂、底10 m左右,以保證最大泄氣范圍。

5 水平井應(yīng)用效果

普光氣田目前已完鉆6口水平井,鉆遇氣層厚度介于398.6～623.5 m之間,均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)指標(biāo)。如P202-2H井,原為部署在P202井臺上的1口定向井,根據(jù)該井臺上P202-1井(直井)實(shí)施情況及儲層預(yù)測結(jié)果(圖4),該井區(qū)氣層厚度介于120～150 m,且縱向上分布比較集中,適合打水平井,因而重新進(jìn)行了井型優(yōu)化。該井設(shè)計(jì)水平段長470 m,鉆遇氣層厚度602 m,比設(shè)計(jì)為斜井多鉆氣層400 m。2009年5月,該井投產(chǎn)試氣,射開氣層558 m,測試無阻流量686×104m3/d。

6 結(jié)論

1)普光氣田適合鉆水平井的條件為構(gòu)造低部位氣水邊界附近或氣層厚度達(dá)不到鉆直井(斜井)技術(shù)經(jīng)濟(jì)界限(134 m)的區(qū)域。

2)設(shè)計(jì)水平段從整個(gè)主力層段穿過,Ⅰ、Ⅱ靶點(diǎn)分別距離氣層頂、底10 m左右,長度控制在400～600 m。

3)應(yīng)用水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),在普光氣田產(chǎn)能建設(shè)中取得了較好效果,為培育高產(chǎn)氣井奠定了基礎(chǔ)。

4)總結(jié)形成的一套水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法可推廣應(yīng)用到普光周邊類似氣藏的開發(fā)。

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(修改回稿日期 2011-03-10 編輯 韓曉渝)

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.05.014

靳秀菊等.水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在普光氣田產(chǎn)能建設(shè)中的應(yīng)用.天然氣工業(yè),2011,31(5):58-60.

國家科技重大專項(xiàng)“四川盆地普光大型高含硫氣田開發(fā)示范工程”(編號:2008ZX05048)。

靳秀菊,女,1967年生,高級工程師;現(xiàn)從事氣田開發(fā)地質(zhì)研究工作。地址:(457001)河南省濮陽市中原路157號。電話:(0393)4823653。E-mail:jinxiuju1@163.com