碎屑巖水平井水平段長度影響因素及優選

趙旭

(中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

碎屑巖水平井水平段長度影響因素及優選

趙旭

(中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

通過對塔河油田碎屑巖水平井水平段長度對產能和油藏開發影響的分析，建立了綜合考慮油藏滲流、井筒內變質量流和孔眼入流的水平井分段變密度射孔模型。從變密度射孔的孔密與水平井長度對產能影響關系的角度，研究了碎屑巖水平井水平段長度對不同生產條件下產量和防控底水的影響。研究表明:完井設計時，應把沿水平井筒不同位置的非均質性變化作為主要考慮因素;考慮產能、經濟性的影響，建議塔河油田碎屑巖水平井水平段長度增長至350～400 m。該研究對延長塔河油田碎屑巖水平井無水采油期和提高最終采收率具有一定的指導意義。

碎屑巖水平井;變密度射孔;合理長度;塔河油田

0 引言

近年來，塔河油田碎屑巖水平井開發技術得到快速發展，水平井數量逐年增多。國內外研究表明，水平井設計和研究中的一個重要問題就是確定水平段的合理長度［1-2］。水平段的長度不僅影響水平井的單井產量、鉆完井成本和泄油面積，而且影響油田的鉆井數量和開發投資［3-6］。因此，從完井工程、產能和經濟性角度對塔河油田碎屑巖水平井水平段的長度進行了研究。

1 完井工程對水平井水平段長度的影響分析

1.1 水平井分段變密度射孔模型

根據Dikken［7-8］模型，有:

式中:pw(x)為水平井筒上 x處的壓力，MPa;pw(xwb)為水平井筒趾端xwb處的壓力，MPa;Δpr(x)為水平井筒上x處所對應的油藏到井筒有效半徑的壓降，MPa;Δpr(xwb)為水平井井筒趾端xwb處所對應的油藏到井筒有效半徑的壓降，MPa;Δps(x)為水平井筒上x處所對應的從井筒有效半徑到水平井筒的壓降，MPa;Δps(xwb)為水平井井筒趾端xwb處所對應的從水井井筒有效半徑到水平井筒的壓降，MPa。

由式(1)可知，油藏中流體向水平井井筒的流動過程可以分為油藏滲流階段、井壁入流階段、井筒內流體變質量流階段。

(1)水平井油藏滲流模型。根據Karcher等人的研究，油藏到井筒有效半徑之間的壓降Δpr為:

(2)水平井近井壁入流。Δps主要是油藏流體經過射孔孔眼進入井筒中的流動所引起的，采用Forchheimer方程可得:

式中:qL為水平井井筒單位長度的產量，m3/(s·m); re為井筒泄油半徑，m;rew為流入等效半徑，m;μ為流體黏度，mPa·s;qi為第i個網格內單位長度上的產量，m3/(s·m);K為滲透率，μm2;β為非達西流速度系數;Lc為水平井井筒長度，m;h為油層厚度，m;Lp為射孔穿透深度，m;Mp為射孔密度函數;rp為孔眼內徑，m;ρ為流體密度，kg/m3。

(3)井筒內流體變質量流。射孔入流水平井筒內變質量管流壓降包括摩擦壓降、加速度壓降、混合壓降(孔眼流體與井筒中流體混合產生的壓降)，將這3部分壓降整合，則有:

式中:f為流動阻力系數;fperf為射孔孔眼導致的井筒管壁附加流動阻力系數;vi為井筒中第i個網格流速，m/s;Din為井筒直徑，m;pw(i)為井筒第i個網格井底流壓，Pa;Δpmix(i)為井筒第i個網格混合壓降，Pa;rw為水平井筒內徑，m;lo為第i個網格內水平井水平段的長度，m。

1.2 計算分析

采用塔河油田某生產井的實際數據對水平井水平段長度的影響進行更深入的分析。該井基本參數如下:水平井井筒半徑為0.108 m，油層厚度為16.3 m，平均水平滲透率為108×10-3μm2，平均垂直滲透率為73×10-3μm2，流體黏度為2.78 mPa·s。采用射孔完井，水平段趾端的孔眼密度為20孔/m。

圖1為日產量為125 m3/d下射孔密度與水平段長度的關系，圖2為射孔密度隨油井產量的變化關系。由圖1可知，當水平段長度為100 m時，為了維持水平井筒內的壓力平衡，水平井跟端和趾端的射孔密度都約為20孔/m，表明在125 m3/d的產量下，100 m長的水平段井筒內的各位置處的壓力基本一致。而當水平段井筒長度達到300 m時，跟端和趾端的射孔密度差約為2孔/m，表明300 m長的水平段井筒內，水平段跟端到趾端的流動壓力已經出現了不同，但差距較小;而當水平段井筒長度達到500 m時，跟端和趾端的射孔密度差大于4孔/m。綜上所述，水平段長度越長，水平井井筒內跟端與趾端間摩擦阻力所引起的壓力差就越大，為了均衡水平井段內的流動壓力，射孔密度隨著水平段從趾端到根端就要不斷減小。

圖1 射孔密度隨水平段長度的變化關系

圖2 射孔密度隨油井產量的變化關系

由圖2可知，當日產量為50 m3/d時，水平段井筒內射孔密度完全一致，說明水平段跟端至趾端沒有產生明顯的壓力差異;當日產量為100 m3/d時，水平段井筒內射孔密度出現變化，說明水平井跟端與趾端間存在一定的流動沿程摩阻;當日產量為200 m3/d時，水平段井筒內的射孔密度發生了較為明顯的變化，說明水平井中跟端與趾端的流動沿程摩阻增大。綜上所述，隨著油井產量的增加，水平井筒內跟端至趾端的壓差逐漸增大，因此，為了平抑沿水平段內的壓力差異，射孔密度沿著水平段從趾端到跟端要不斷減小。

目前，塔河油田碎屑巖水平井水平段長度均為300 m以下，大部分水平井的產量為20～50 m3/d。由上述分析可知，水平井水平段內沿井筒流動產生的沿程摩阻較小，整個水平井筒內的壓力一致，水平井水平段各處生產壓差相等。因此，在進行水平井分段變密度射孔控水完井優化設計時，應主要根據不同位置處油藏的非均質性差異進行優化設計，水平井水平段長度適當延長不會對分段變密度射孔完井效果產生明顯的影響。

2 產能對水平井水平段長度的影響分析

為了進一步分析水平井水平段長度對開發效果的影響，對碎屑巖水平井水平段長度與產能的影響關系進行分析，計算結果如圖3所示。

圖3 水平段長度與產量、產能比之間的關系

由圖3可知，隨著水平井水平段長度不斷增加，油井的產量不斷增加，當水平段長度小于450 m時，油井產量的增幅較大;而當水平段長度大于450 m時，油井產量增幅較小，水平井水平段長度與產能比的關系和水平段長度與產量的關系類似。因此，適當增加水平井水平段的長度能夠提升產量，降低地層污染所造成的產量下降，增加產能比。

3 水平井水平段長度的經濟性分析

為了進一步分析塔河油田碎屑巖水平井水平段長度變化的影響，對塔河油田碎屑巖水平井水平段長度的變化進行經濟性分析(表1、圖4)。

圖4為水平井水平段長度經濟性分析的計算結果，隨著水平段長度的增加，水平井的總收益不斷增加。當水平段長度小于370 m時，隨著水平段長度的增加，水平井總收益增幅較大，而當水平段長度大于370 m時，隨著水平段長度的增加，水平井總收益增幅迅速衰減。

綜上所述，結合完井工程、產能、經濟效益對水平井水平段長度的影響，建議塔河油田碎屑巖水平井水平段長度設定為350～400 m，既不會明顯增大井筒內流體流動沿程摩阻，又可以大幅度提高油井產量，保證經濟收益。

表1 經濟性分析補充參數

圖4 水平段長度和產能收益之間的關系

4 結論及建議

(1)建立了綜合考慮油藏滲流、井筒內變質量流和孔眼入流的水平井分段變密度射孔模型，從變密度射孔的孔眼密度與水平段長度和日產量的角度，分析了水平井水平段長度對水平井變密度射孔完井的影響。

(2)在現階段塔河油田碎屑巖水平井的長度和產量的條件下，地層非均質性是影響生產壓差變化的主要因素，水平井水平段長度的適度增加不會對分段變密度射孔均衡入流產生影響。

(3)適當增加塔河油田碎屑巖水平井水平段的長度，有利于增加產能，減少地層污染所帶來的產能比下降，并且能夠增加單井的整體收益。

(4)在滿足油藏地質開發和鉆完井工程工程要求下，建議塔河油田碎屑巖水平井水平段長度設定為350～400 m。

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編輯劉 巍

TE257.1

A

1006-6535(2015)05-0110-03

20150514;改回日期:20150807

國家重大專項“海相碳酸鹽巖油氣井井筒關鍵技術(二期)”(2011ZX05005-006-004)

趙旭(1981-)，男，高級工程師，2004年畢業于遼寧石油化工大學油氣儲運工程專業，2009年畢業于中國石油大學(北京)油氣井工程專業，獲博士學位，2009～2011年在中國石化石油勘探開發研究院博士后工作站工作，現主要從事完井工程技術相關方面的科研和現場應用工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.024