斷塊油藏高部位剩余油徑向鉆孔參數優化

楊志軍，張 凱，吳義志，龍 濤，張黎明

(1.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000；2.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

0 引 言

隨著油田開發進入特高含水期，剩余油分布日益復雜，斷塊油藏高部位含油飽和度一般比構造腰部高15%～20%[1]，開發潛力逐漸得以凸顯。目前，日益完善的徑向鉆孔技術作為一項新增產技術受到油田重視，其具有費用低、工藝流程簡單、效率高[2]的特點。然而，針對斷裂系統復雜、類型多、地層傾角大的斷塊油藏[3]，徑向鉆孔能否動用斷塊油藏高部位剩余油還未有具體研究，具體的徑向鉆孔方案尚未得到明確描述。為此，利用數值模擬技術對斷塊油藏高部位剩余油徑向鉆孔設計優化方案進行了研究，以期為該技術的應用提供技術支持。

1 徑向鉆孔技術工藝原理與優化思路

徑向鉆孔技術先使用小鉆頭在油層部位的套管上開一個直徑為20 mm的窗口，然后使用Φ19.0 mm連續油管連接帶噴嘴的Φ12.7 mm軟管，借助高壓射流的水力破巖作用在油層中的不同方向上鉆出多個(直徑為38～50 mm、長達100 m左右)小井眼。徑向鉆孔工藝可控制鉆孔位置和方向，分別在平面和垂向上鉆多個分支，可增大地層泄油面積，提高地層導流能力，實現仿水平井開發[4]。同時，相較于常規壓裂與水平井技術，徑向鉆孔在達到壓裂增產效果的基礎上，具有費用低(起始價為3分支，20×104元)[5-6]、工藝流程簡單、易于操作的特點。

斷塊油藏按能量供給條件分為天然能量邊水斷塊油藏和注水開發斷塊油藏[7]。不同能量條件下斷塊油藏按其斷層組合形式又分為90 °斷塊油藏及條帶斷塊油藏。90 °斷塊油藏規模小、數量多、天然能量較弱，條帶斷塊油藏含油條帶窄，含油區天然能量高[8-9]。以增油量為目標，分別針對2類斷塊油藏進行徑向鉆孔參數優化：對于天然能量邊水斷塊油藏，優化參數主要包括垂向分支數、垂向位置(距油層頂部的距離)、平面分支數與位置；對于注水開發斷塊油藏，需根據注水井位置進行徑向鉆孔參數優化。

參考勝利油田斷塊油藏相關數據，利用數值模擬軟件建立斷塊油藏數值模型[10-13]：斷塊油藏為無氣頂、無底水、層狀邊水油藏；X、Y、Z方向網格數分別為140、80、10，X、Y方向上網格步長分別為10、10 m，Z方向網格步長與實際油層厚度相對應；地層傾角為5 °；巖石、流體相關數據參考勝利油田斷塊油藏，孔隙度為0.25，滲透率為600×10-3μm2；距油層頂部100 m有一口直井，以20 m3/d定液量生產，模擬生產時間為20 a。

2 天然能量邊水斷塊油藏徑向鉆孔參數優化

2.1 90 °斷塊油藏徑向鉆孔參數優化

2.1.1 垂向分支數

根據勝利油田斷塊油藏厚度界限(低于10 m)[14-15]，評價不同油層厚度垂向分支數與增油量的關系(圖1)。由圖1可知：垂向分支數相同，增油量隨油層厚度增加而增加；垂向分支數不同，增油量隨油層厚度增加增幅變大，垂向分支數越多增油效果越好；綜合考慮成本因素，油層厚度h<4 m，最優分支數為1支，4 m≤h<7 m，最優分支數為2支，h≥7 m，最優分支數為3支。

圖1 90 °斷塊油藏不同油層厚度徑向鉆孔的增油量

2.1.2 垂向位置

根據垂向分支數優化結果，選取厚度分別為3、6、9 m的90 °斷塊油藏，評價不同垂向位置與增油量的關系。模擬結果表明：當厚度為3 m、垂向分支數為1分支時，將油層均分為上、中、下三部分，垂向位置越向下增油量越低，故其最佳垂向位置為油層上部；當厚度為6 m、垂向分支數為2分支時，為確定各分支位置，先將油層垂向均分為兩部分，每部分再均分為上、中、下三部分，厚度為6 m的油層共有9種不同垂向位置，當垂向位置大于4.0 m時，由于油層傾角的存在，油層易見水，其增油效果并不好，故其最佳垂向位置為距油層頂部4.0 m以內；當厚度為9 m、垂向分支數為3分支時，類似于厚度為6 m的油層垂向位置確定方式，厚度為9 m的油層共有27種不同垂向位置，當垂向位置大于6.0 m時，油層易見水，增油效果并不好，當垂向位置小于1.0 m時，由于油層能量不足，徑向鉆孔效果未能完全發揮，增油效果也會受到影響，故其最佳垂向位置為1.0～6.0 m。

綜合模擬結果可知：對于90 °斷塊油藏，油層厚度為3 m時，最優垂向位置為油層上部；油層厚度為6 m時，最優垂向位置為距油層頂部4.0 m之內；油層厚度為9 m時，最優垂向位置為距油層頂部1.0～6.0 m；對于厚度為6、9 m的油層，分支間的相對垂向位置對增油量影響不大，可根據油層發育情況靈活調整。

2.1.3 平面分支數與位置

在垂向分支數和垂向位置優化的基礎上，為最大限度動用剩余油，可利用徑向鉆孔技術在平面上鉆多個分支。選取厚度為3 m的90 °斷塊油藏進行平面分支數與位置優化研究(表1)。由表1可知：在5種平面徑向鉆孔方式中，1分支(中間)徑向鉆孔方式增油量最大。因此，對于不同油層厚度的90 °斷塊油藏，當垂向位置確定后，相應平面上最優徑向射孔方式皆為1分支(中間)。

表190 °斷塊油藏徑向鉆孔平面分支與位置的增油量

2.2 條帶斷塊油藏徑向鉆孔參數優化

研究方法同90 °斷塊油藏，優化垂向分支數、垂向位置、平面分支數與位置。

2.2.1 垂向分支數

數值模擬結果見圖2。由圖2可知：垂向分支數相同，增油量隨油層厚度增加而增加；垂向分支數不同，增油量隨油層厚度增加增幅變大，垂向分支數越多增油效果越好；綜合考慮成本因素，油層厚度h<3 m，最優分支數為1支，3 m≤h<6 m，最優分支數為2支，h≥6 m，最優分支數為3支。

圖2條帶斷塊油藏不同油層厚度徑向鉆孔的增油量

2.2.2 垂向位置

分別選取厚度為2、4、6 m的條帶斷塊油藏進行垂向位置優化研究，垂向位置設計方式同90 °斷塊油藏。數值模擬結果表明：對于條帶斷塊油藏，油層厚度為2 m時，最優垂向位置為油層上部；油層厚度為4 m時，最優垂向位置為距油層頂部4.0 m之內；油層厚度為6 m時，最優垂向位置為距油層頂部4.5 m；對于厚度為4、6 m的油層，分支間的相對垂向位置對增油量影響不大，可根據油層發育情況靈活調整。

2.2.3 平面分支數與位置

選取厚度為3 m的條帶斷塊油藏進行平面分支數與位置優化研究(表2)。由表2可知：在7種平面徑向鉆孔方式中，3分支(夾角為60 °)徑向鉆孔增油量最大，即對于不同油層厚度的條帶斷塊油藏，當垂向位置確定后，相應平面上最優徑向射孔方式3分支(夾角為60 °)。

3 注水開發斷塊油藏徑向鉆孔參數優化

對于注水開發斷塊油藏，注水井的位置對徑向鉆孔的最優分布方式影響較大[16]。根據勝利油田斷塊油藏實際油層厚度[17]，選取厚度為3 m的斷塊油藏，以1注1采90 °斷塊油藏、1注1采條帶斷塊油藏和2注1采條帶斷塊油藏為例進行徑向鉆孔參數優化。

3.1 1注1采90 °斷塊油藏

1注1采90 °斷塊油藏不同徑向鉆孔方案的增油量見表3。由表3可知：當注水井在中部，若生產井在中間，2分支(左右各1支)徑向鉆孔方式的增油量最大，即最優徑向鉆孔方式為2分支(左右各1支)，若生產井處于斷層上，1分支徑向鉆孔方式的增油量最大，即最優徑向鉆孔方式為1分支；當注水井在邊部，若生產井在中間，1分支(中間)徑向鉆孔方式油層增油量最大，即最優徑向鉆孔方式為1分支(中間)，若生產井處于斷層上，1分支徑向鉆孔方式油層增油量最大，即其最優徑向鉆孔方式為1分支。

表2條帶斷塊油藏徑向鉆孔不同平面分支與位置的增油量

表3 1注1采90 °斷塊油藏徑向鉆孔增油量

3.2 1注1采條帶斷塊油藏

1注1采條帶斷塊油藏不同徑向鉆孔方式的增油量見表4。由表4可知：當注水井在中部或邊部時，2分支(夾角為60 °)徑向鉆孔方式的增油量皆為最大，即1注1采條帶斷塊油藏最優徑向鉆孔方式為2分支(夾角為60 °)。

表41注1采條帶斷塊油藏徑向鉆孔增油量

3.3 2注1采條帶斷塊油藏

2注1采條帶斷塊油藏不同徑向鉆孔方式的增油量見表5。

由表5可知：當注水井在邊部時，1分支(中間)徑向鉆孔方式的增油量最大，即最優徑向鉆孔方式為1分支(中間)；當注水井在中部時，2分支(夾角為60 °)徑向鉆孔方式的增油量最大，即最佳徑向鉆孔方式為2分支(夾角為60 °)。

表5 2注1采條帶斷塊油藏徑向鉆孔增油量

4 結 論

(1) 徑向鉆孔技術可有效提高斷塊油藏泄油面積與導流能力，動用高部位剩余油，達到增油效果。

(2) 對于不同斷塊油藏，垂向分支數皆隨油層厚度增加而增加。

(3) 垂向位置受油層厚度、油藏類型、注采條件等因素影響，但總體以油層中上部實施徑向鉆孔為宜。

(4) 90 °斷塊油藏最佳平面徑向鉆孔方式為1分支(中間)，條帶斷塊油藏最佳平面徑向鉆孔方式為3分支(夾角為60 °)。

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