M56塊條湖組致密油水平井開發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

潘有軍，徐 贏，肖 露，張中勁，謝 軍，張 美

（中國(guó)石油吐哈油田公司，新疆 哈密839009）

引 言

三塘湖盆地位于新疆東北部，自上而下主要發(fā)育第四、第三系、侏羅系、三疊系、二疊系及石炭系，面積為2.3×104km2。2012年11月對(duì) M55井二疊系條湖組（P2t）進(jìn)行試油壓裂后獲得11.3t／d的工業(yè)油流，2013年4月對(duì)L1井條湖組進(jìn)行復(fù)試壓裂、M56井進(jìn)行試油壓裂，分別獲得13.4，11.5t／d的工業(yè)油流，從而發(fā)現(xiàn)了馬朗凹陷條湖組致密油。馬朗凹陷條湖組致密油油層分布廣泛、資源潛力大。

M56塊位于馬朗凹陷馬中二區(qū)，該區(qū)塊整體形態(tài)為一斜坡，呈南東高北西低之勢(shì)，圈閉幅度為900m，高點(diǎn)埋深為2 000～2 900m。由于儲(chǔ)層物性差，直井常規(guī)壓裂投產(chǎn)產(chǎn)量低，為了實(shí)現(xiàn)條湖組致密油經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，開展了水平井＋大規(guī)模體積壓裂開發(fā)的攻關(guān)試驗(yàn)，取得了顯著效果，水平井初期平均單井日產(chǎn)達(dá)到鄰近直井的20倍。其中，M58H井初產(chǎn)達(dá)116t／d，揭開了M56塊水平井開發(fā)的序幕。運(yùn)用Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件，建立機(jī)理模型，并對(duì)水平井的井網(wǎng)形式以及井網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，效果良好。目前，已投產(chǎn)24口井，初期平均單井產(chǎn)量達(dá)17.7t／d，為直井的7～10倍，超方案指標(biāo)5.2t／d，為同類型油藏的有效開發(fā)提供了很好的借鑒。

1 地質(zhì)特征

M56塊二疊系條湖組油藏為地層巖性油藏，位于條湖組二段碎屑巖底部，厚20m左右，含生物屑英安質(zhì)晶屑－玻屑沉凝灰?guī)r，屬于湖相火山塵水下沉積。粒級(jí)極細(xì)，一般在0.75～7.5μm，少量達(dá)50μm。發(fā)育三類微孔：基質(zhì)微孔、脫玻化晶間微孔、溶蝕微孔（微洞）。CT掃描顯示，孔隙半徑最大為14.590μm，最小為0.366μm，平均為3.192μm（受CT掃描分辨率的限制，實(shí)際的孔徑應(yīng)更小），孔喉半徑中值平均為0.05μm，主要滲透率貢獻(xiàn)范圍的孔喉半徑為0.06～0.10μm。壓汞曲線形態(tài)說(shuō)明孔喉分選好、偏細(xì)，證實(shí)該套儲(chǔ)集層具孔隙小、數(shù)量多、喉道細(xì)小的特征。

對(duì)5口井60個(gè)孔隙度樣品和69個(gè)滲透率樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，孔隙度為5.5%～24.4%，普遍高于10%，平均為16.0%，滲透率小于0.5mD的樣品占90%以上，平均為0.24mD，儲(chǔ)集層具有高孔、特低滲特征。4口井52個(gè)樣品的含油飽和度統(tǒng)計(jì)分析表明，儲(chǔ)集層含油飽和度較高，主要集中在50%～90%之間，平均為67.0%，含油性極好。原油樣品分析結(jié)果顯示，條湖組地面原油密度為0.89～0.91g／cm3，50℃黏度為97～351mPa·s，含蠟量為19.7%～28.9%，凝固點(diǎn)為19.7℃～28.9℃，地層條件下的儲(chǔ)集層溫度為53℃～64℃，原油黏度為58～83mPa·s，屬中質(zhì)、高黏、高蠟、中凝油藏。壓力系數(shù)為0.9～1.16，油藏的壓力系統(tǒng)屬于正常偏高。

2 水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 模型的建立

為了便于研究，特根據(jù)M56塊條湖組致密油油藏相關(guān)數(shù)據(jù)，利用Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件，建立機(jī)理模型。模型大小為1 600m×1 600m×16m（X×Y×Z），網(wǎng)格取80×80×8，步長(zhǎng)為20m×20m×2m，構(gòu)造頂深為2 194m，設(shè)計(jì)條件是水平井定液20m3／d生產(chǎn)，采油井井底流壓取4.5MPa，不考慮水平井井筒內(nèi)摩擦損失。給出建模用到的油藏參數(shù)（表1）。

模型中的水平段設(shè)計(jì)采用多段井進(jìn)行描述，它可以將井筒離散成多個(gè)段，每個(gè)段由節(jié)點(diǎn)和流動(dòng)路徑所組成，各段有獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)深度、壓力、粗糙度等屬性參數(shù)，可精確描述水平井井筒內(nèi)部的流體流動(dòng)特征（圖1a）。水平井壓裂裂縫采用近井模型來(lái)進(jìn)行描述（圖1b），近井模型是為了精確模擬模型局部感興趣區(qū)域，如水平井井筒附近油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，可重新定義模型邊界，加密生成結(jié)構(gòu)化（角點(diǎn)）或非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。提供流動(dòng)邊界條件，使模擬在小范圍內(nèi)進(jìn)行，讓處理后的局部模型，能再次嵌套回整個(gè)模型中，提高了運(yùn)算速度和精度。

表1 機(jī)理模型參數(shù)表

圖1 數(shù)值模擬水平井描述

2.2 水平井井網(wǎng)形式優(yōu)化

井網(wǎng)形式的選擇至關(guān)重要，它直接影響開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。目前，國(guó)內(nèi)外致密油開采方式以衰竭式為主，注水補(bǔ)充能量方式很少且效果均不理想，考慮到M56塊初期依靠天然能量開發(fā)，特設(shè)置3種全水平井井網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比研究（圖2）。

圖2 3種全水平井井網(wǎng)形式

為了消除成本因素，進(jìn)行有效對(duì)比，文獻(xiàn)［10］提出了單井有效采出程度的概念，即：

式中：η－井組采出程度；N－井網(wǎng)密度（n／A），口／km2；A－井組控制面積，km2；n－井?dāng)?shù)。

從3種井網(wǎng)單井有效采出程度與時(shí)間關(guān)系圖中可以看出，采用井網(wǎng)b，即水平井矩形五點(diǎn)法井網(wǎng)單井有效采出程度最高，開發(fā)效果最好。雖然井網(wǎng)a與井網(wǎng)b開發(fā)效果相差不大，但是，由于該區(qū)域受古構(gòu)造背景影響，構(gòu)造較陡，油層發(fā)育段埋深差異大，井網(wǎng)b相對(duì)于井網(wǎng)a能更好地對(duì)構(gòu)造和儲(chǔ)層分布進(jìn)行控制（圖3）。

圖3 三種井網(wǎng)單井有效采出程度與開采時(shí)間關(guān)系

2.3 水平井參數(shù)優(yōu)化

2.3.1 水平段長(zhǎng)度優(yōu)化

研究表明，由于水平井摩擦阻力的影響，水平井產(chǎn)能與長(zhǎng)度之間不再是線性關(guān)系，水平井水平段井筒內(nèi)摩擦阻力主要受地層原油黏度、油井產(chǎn)量、井眼直徑與粗糙度等因素影響。國(guó)內(nèi)外分別從油藏和水平井筒流動(dòng)耦合和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度，提出了水平段長(zhǎng)度優(yōu)化模型，根據(jù)這些理論方法設(shè)計(jì)水平井長(zhǎng)度的局限性較大，現(xiàn)場(chǎng)上一般采用油藏?cái)?shù)值模擬確定具體水平段長(zhǎng)度。根據(jù)建立的機(jī)理模型，采用定液20m3／d生產(chǎn)10a，設(shè)置水平段長(zhǎng)為200～900m。通過(guò)模擬，得到不同水平段長(zhǎng)度與累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)系曲線（圖4）。綜合分析后，確定水平段長(zhǎng)為500～800m。

圖4 不同水平段長(zhǎng)度累計(jì)產(chǎn)量與時(shí)間關(guān)系圖

2.3.2 水平段方位優(yōu)化

考慮到地應(yīng)力的方向問(wèn)題，一般有2種布井方式，即水平井水平段平行于最大主應(yīng)力方向和水平井水平段垂直于最大主應(yīng)力方向。對(duì)水平井的壓裂也存在這2種不同情形：平行于最大主應(yīng)力方向形成縱向裂縫，垂直于最大主應(yīng)力方向形成橫向裂縫。研究表明，壓裂后形成橫向裂縫的產(chǎn)量效果好于形成縱向裂縫的產(chǎn)量效果（圖5），建議水平段方向垂直于最大主應(yīng)力方向。根據(jù)對(duì)該區(qū)已完鉆井的傾角、聲波、成像資料的處理研究，認(rèn)為條湖組水平最大主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|－南西向。當(dāng)水平段方向垂直于地層最大主應(yīng)力方向時(shí)，確定水平段方向?yàn)楸蔽鳎蠔|向。

圖5 水平井壓裂不同壓裂縫產(chǎn)量對(duì)比

2.3.3 裂縫參數(shù)優(yōu)化

1）裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化

對(duì)比分析后認(rèn)為，導(dǎo)流能力越大，累產(chǎn)油越高，當(dāng)裂縫導(dǎo)流能力大于30D·cm時(shí)累產(chǎn)油增加幅度不大，因此30D·cm為最佳導(dǎo)流能力（圖6）。

圖6 裂縫導(dǎo)流能力與累產(chǎn)油關(guān)系

2）排距與裂縫半長(zhǎng)優(yōu)化

研究表明，井網(wǎng)排距是影響低滲透、特低滲透油藏開發(fā)效果的主要因素，因此，在進(jìn)行水平井縫網(wǎng)宏觀匹配的過(guò)程中，應(yīng)首先優(yōu)化井網(wǎng)排距與裂縫半長(zhǎng)，其次優(yōu)化裂縫條數(shù)（裂縫間距）。隨著裂縫半長(zhǎng)的增加，累產(chǎn)油呈上升趨勢(shì)，當(dāng)裂縫半長(zhǎng)大于200m后，累產(chǎn)增幅變緩，因此，得出最優(yōu)主縫半長(zhǎng)，為200m，而且根據(jù)M56塊已投產(chǎn)井的壓裂裂縫監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，得出裂縫半長(zhǎng)，平均為190m，綜上，反推出其排距，應(yīng)為400m（圖7）。

圖7 排距400m不同裂縫半長(zhǎng)時(shí)累產(chǎn)油對(duì)比曲線

3）裂縫條數(shù)優(yōu)化

設(shè)定井網(wǎng)排距400m，裂縫半長(zhǎng)200m，水平段長(zhǎng)分別設(shè)為500，600，700，800m，設(shè)定不同裂縫條數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，得出當(dāng)水平段長(zhǎng)為500m時(shí)累產(chǎn)油與裂縫條數(shù)關(guān)系（圖8），其最優(yōu)裂縫條數(shù)為8條。同理可得，當(dāng)水平段長(zhǎng)為600，700，800m時(shí)，最優(yōu)的裂縫條數(shù)分別為9，11，12條。

圖8 水平段長(zhǎng)500m不同裂縫條數(shù)時(shí)累產(chǎn)油對(duì)比曲線

3 應(yīng)用效果分析

馬56塊設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)為500～1 400m，平均為696 m；實(shí)鉆水平段為361～1 353m，平均為688m。設(shè)計(jì)鉆遇油層厚度為350～980m，平均鉆遇厚度為487m，鉆遇率按70%設(shè)計(jì)；實(shí)際鉆遇油層厚度為60.6～1 156m，平均鉆遇油層為509m，油層實(shí)際鉆遇率為74.0%，高于方案要求的70%。

截至2015年7月，馬56塊新井投產(chǎn)24口，均采用速鉆橋塞分簇射孔壓裂，成功段數(shù)在3－10段，大部分為5－7段。水平井初期產(chǎn)量為9.2～35.9t／d，平均為17.7t／d，為直井常規(guī)壓裂產(chǎn)量的7－10倍。目前，平均單井產(chǎn)量為11.0t／d，超過(guò)開發(fā)方案要求的水平井單井初期日產(chǎn)12.5t／d、穩(wěn)定后10t／d的指標(biāo)，取得了較好開發(fā)效果，有效提高了致密油的開發(fā)水平。

水平井開發(fā)實(shí)踐表明，壓裂方式采用速鉆橋塞分簇射孔壓裂是合適的，利用水平井＋大型體積壓裂技術(shù)開采馬56塊條湖組致密油藏是可行的。

從總體分析的結(jié)果來(lái)看，該區(qū)水平井初期產(chǎn)量主要影響因素為油層鉆遇厚度，水平段厚度越大，初期產(chǎn)量越高，相關(guān)系數(shù)為0.631（圖9a）。影響初期產(chǎn)量的第二個(gè)重要因素是壓裂規(guī)模，即入井液量、砂量越大，排量越高則產(chǎn)量越高，結(jié)合油層厚度，其與初期產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.682（圖9b）。影響初期產(chǎn)量的第三個(gè)影響因素是油層物性及含油性，物性、含油性越好初期產(chǎn)量越高，結(jié)合油層厚度和壓裂規(guī)模系數(shù)，與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8613（圖9c）。

圖9 水平產(chǎn)量影響因素分析

4 結(jié) 論

1）結(jié)合數(shù)值模擬的研究結(jié)果以及構(gòu)造特征，確定M56塊條湖組致密油宜采用水平井矩形五點(diǎn)法井網(wǎng)開發(fā)技術(shù)。

2）研究得出的最優(yōu)井網(wǎng)參數(shù)分別為：水平段長(zhǎng)為500～800m；水平段方向?yàn)楸蔽鳎蠔|向；裂縫導(dǎo)流能力為30D·cm；排距為400m；水平段長(zhǎng)500～800m裂縫條數(shù)分別為8、9、11、12。

3）水平井大型體積壓裂技術(shù)的采用，使得已投產(chǎn)水平井產(chǎn)量達(dá)到直井常規(guī)壓裂的7－10倍，取得了較好的開發(fā)效果。水平井開發(fā)實(shí)踐表明，壓裂方式采用速鉆橋塞分簇射孔壓裂是合適的，利用水平井＋大型體積壓裂技術(shù)開采馬56塊條湖組致密油藏是可行的。

4）根據(jù)水平井開發(fā)實(shí)踐效果，確定影響初期產(chǎn)量的主要因素為油層鉆遇厚度，其次為壓裂規(guī)模，第三是油層物性及含油性。

［1］錢峰，楊立軍.三塘湖致密油長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（06）：20－23.

［2］陳旋，李杰，梁浩，等.三塘湖盆地條湖組沉凝灰?guī)r致密油藏成藏特征［J］.新疆石油地質(zhì)，2014，35（04）：386－390.

［3］梁浩，李新寧，馬強(qiáng)，等.三塘湖盆地條湖組致密油地質(zhì)特征及勘探潛力［J］.石油勘探與開發(fā)，2014，35（04）：563－572.

［4］劉俊田，陳旋，李永林，等.馬朗凹陷條湖組致密油藏成藏特征與主控因素［J］.天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2014，8（03）：11－14.

［5］隋先富，吳曉東，安永生，等.低滲透油藏水平井井網(wǎng)形式優(yōu)選［J］.石油鉆采工藝，2009，31（06）：100－103.

［6］白軍輝.水平井精細(xì)地質(zhì)建模及數(shù)值模擬技術(shù)研究［J］..斷塊油氣田，2010，17（05）：563－565.

［7］張宇，鐘海全，李永臣，等.底水氣藏大斜度井開發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.巖性油氣藏，2015，27（02）：114－118.

［8］林森虎，鄒才能，袁選俊，等.美國(guó)致密油開發(fā)現(xiàn)狀及啟示［J］.巖性油氣藏，2011，23（04）：25－31.

［9］鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機(jī)理及展望－以中國(guó)致密油和致密氣為例［J］.石油學(xué)報(bào)，2012，33（02）：173－186.

［10］胡文瑞.水平井油藏工程設(shè)計(jì)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008：134－135.

［11］唐永亮，王倩，王陶，等.超深超薄油藏水平井水平段合理長(zhǎng)度論證［J］.新疆石油天然氣，2013，9（02）：28－32.

［12］相建民.塔里木油田水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及跟蹤效果評(píng)價(jià)［J］.天然氣地球科學(xué)，2006（04）：435－438.

［13］楊立恒，孫欣華，李翔，等.吐哈油田水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.石油地質(zhì)與工程，2009，23（04）：77－78.

［14］鄭愛玲，劉德華，邵燕林.葡萄花油田葡47區(qū)塊低滲透油藏水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.特種油氣藏，2013，20（01）：99－101.

［15］杜保健，程林松，黃世軍，等.致密油藏分段多簇壓裂水平井電模擬實(shí)驗(yàn)研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2013，13（12）：3267－3270.

［16］蔡星星，唐 海，周 科，等.低滲透薄互層油藏壓裂水平井開發(fā)井網(wǎng)優(yōu)化方法研究［J］.特種油氣藏，2010，17（04）：72－74.

［17］王文東，趙廣淵，蘇玉亮，等.致密油藏體積壓裂技術(shù)應(yīng)用［J］.新疆石油地質(zhì)，2013，34（03）：345－348.

［18］安永生，劉丹江.壓裂水平井井網(wǎng)優(yōu)化理論與方法［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2011，30（03）：59－62.