影響水平井開發(fā)效果的主要因素研究

劉 賽

（中國石油新疆油田公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依 834000）

近年來，水平井井網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各大油氣田的開發(fā)，水平井聯(lián)合直井井網(wǎng)開發(fā)具有較大優(yōu)勢。對于底水油藏，直井開發(fā)生產(chǎn)壓差大，易造成底水錐進，而水平井開發(fā)可以發(fā)揮增大泄油面積、減小生產(chǎn)壓差、減緩油井水淹速度的優(yōu)勢；此外，水平井還廣泛應(yīng)用于低滲油藏、層狀油氣藏、稠油油藏、碳酸鹽巖或火山巖油氣藏、裂縫性油氣藏、煤層氣藏、頁巖氣等非常規(guī)油氣藏[1]。目前有關(guān)影響水平井網(wǎng)的主要因素的相關(guān)文報道存在以下局限性：對地質(zhì)因素、開發(fā)因素考慮不全面；優(yōu)化因素只針對某一類油藏；優(yōu)化方法通常為油藏工程方法簡單的公式推導(dǎo)，沒有考慮油藏內(nèi)部復(fù)雜的水動力系統(tǒng)。本文以X井區(qū)為例，對影響水平井開發(fā)效果的地質(zhì)因素和開發(fā)因素進行了系統(tǒng)分析，并利用數(shù)值模擬軟件對各因素影響趨勢進行了總結(jié)。

1 地質(zhì)因素

X井區(qū)克下組油藏孔隙度11.5%，滲透率6.6×10-3μm2，屬于低孔特低滲儲層，油藏中部深度1 544 m，地層壓力15.86 MPa，原油黏度2.9 mPa·s，原油密度0.852 g/cm3，目前采取350 m×500 m反九點井網(wǎng)開采。從主力油層及隔夾層分布特征來看，主力油層連續(xù)性好，夾層薄，隔層穩(wěn)定，適合水平井開發(fā)；從構(gòu)造特征來看，油井位于構(gòu)造高部位，水井位于低部位，導(dǎo)致油井注水見效差，剩余儲量多，加密潛力大。目前X井區(qū)克下組直井井網(wǎng)開采產(chǎn)量遞減快、注水見效差、壓力保持程度低、油藏動用程度低、水驅(qū)開發(fā)采收率僅6.2%；目前油價下，直井加密難以有效開發(fā)，需開展水平井加密調(diào)整研究，提高油藏整體開發(fā)效益。

1.1 地應(yīng)力對水平井井網(wǎng)開發(fā)效果的影響

壓裂裂縫的延伸方向沿著最大主應(yīng)力方向，故井網(wǎng)部署的原則是注水井和采油井連線方向應(yīng)避開最大主應(yīng)力方向[2]，同時井網(wǎng)形式推薦使用矩形五點井網(wǎng)系統(tǒng)。該井網(wǎng)注采比大于反九點井網(wǎng)，注水強度大，并且是沿裂縫線狀注水，即井排方向與裂縫走向一致，這樣既避免了油水井發(fā)生水竄，又可擴大人工壓裂規(guī)模，提高油井產(chǎn)能和注水井注水能力，從而改善注水開發(fā)效果。

考慮到地應(yīng)力方向，一般有兩種布井方式，即水平井水平段方向平行于最大主應(yīng)力方向和垂直于最大主應(yīng)力方向[3]。利用數(shù)值模擬軟件，優(yōu)化不同滲透率級別條件下水平井方向與最大主應(yīng)力方向的合適關(guān)系。設(shè)計四種方案，方案一：基質(zhì)滲透率12×10-3μm2，注水井垂直于裂縫方向向油井驅(qū)油，即水平段方向平行于最大主應(yīng)力；方案二：基質(zhì)滲透率12×10-3μm2，注水井平行于裂縫方向向油井驅(qū)油，即水平段方向垂直于最大主應(yīng)力；方案三：基質(zhì)滲透率1.2×10-3μm2，注水井垂直于裂縫方向向油井驅(qū)油，即水平段方向平行于最大主應(yīng)力；方案四：基質(zhì)滲透率 1.2×10-3μm2，注水井平行于裂縫方向向油井驅(qū)油，即水平段方向垂直于最大主應(yīng)力。由數(shù)值模擬結(jié)果得出，當(dāng)基質(zhì)滲透率較大時（12×10-3μ m2），注水井垂直于裂縫方向向生產(chǎn)井驅(qū)油，油藏整體剩余油飽和度低，水線推進比較均勻，驅(qū)油范圍呈現(xiàn)“短寬狀”，水驅(qū)波及面積更大；注水井平行于裂縫方向向生產(chǎn)井驅(qū)油，注入水向水平井驅(qū)油范圍呈現(xiàn)“窄條狀”，注入水很快沿裂縫突進到水平井，導(dǎo)致波及面積小。表明注水井垂直于裂縫方向布井有明顯的優(yōu)勢。當(dāng)基質(zhì)滲透率較小時（1.2×10-3μ m2），注水井與裂縫方向位置關(guān)系對開發(fā)效果影響較小，但注水井平行于裂縫方向水平井注水波及面積相對較大，剩余油飽和度相對較低。

除此之外，當(dāng)水平段方向垂直于最大主應(yīng)力方向時，考慮X井區(qū)水平井作為生產(chǎn)井可進行多段壓裂，產(chǎn)生多條裂縫，生產(chǎn)井產(chǎn)量較高[4]。數(shù)值模擬結(jié)果表明，水平井水平段與最大主應(yīng)力垂直的布井方式在采油速度和采出程度上都優(yōu)于水平段與最大主應(yīng)力平行的布井方式。但是也應(yīng)該注意水平段與最大主應(yīng)力方向垂直的布井方式的不利因素，即注水井可能會沿著距離最近的水力裂縫突進到水平生產(chǎn)井，對穩(wěn)產(chǎn)造成困難，這就對水平井多次封堵水層工藝提出較高的要求[5]。

1.2 裂縫發(fā)育程度對開發(fā)效果的影響

研究 X井區(qū)裂縫滲透率與基質(zhì)滲透率比值的變化對開發(fā)效果的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明：①水平段平行于裂縫方向時，隨著裂縫滲透率與基質(zhì)滲透率比值的增加，水驅(qū)波及面積變大，油藏最終采收率略有增加（圖1），此時注入水進入裂縫向水平井線性推進，滲流阻力相對較小，擴大了掃油面積[6]；②當(dāng)水平井垂直于裂縫布井時，隨著裂縫滲透率與基質(zhì)滲透率比值的增加，水平井見效變快，油田開采時間變短，易形成優(yōu)勢通道，油藏最終采收率略有降低（圖1）。

1.3 地層參數(shù)對開發(fā)效果的影響

（1）地層參數(shù)對產(chǎn)量的影響。由水平井Joshi產(chǎn)能公式可知，地層滲透率、有效厚度與井產(chǎn)量成正相關(guān)關(guān)系[7]。

（2）滲透率各向異性對產(chǎn)量的影響。隨滲透率各向異性程度增強，井網(wǎng)的單井產(chǎn)能遞減，主要是因為非均質(zhì)性導(dǎo)致水線易沿高滲層突進，降低了水驅(qū)控制程度；注入水一旦突破，水平井產(chǎn)量就難以控制，降低了穩(wěn)產(chǎn)時間，各向異性程度越強，主流線突破點越靠近水平段中點位置，水平段發(fā)揮作用的長度減小，產(chǎn)量降低[8]。

圖1 裂縫與基質(zhì)滲透率比值對X井區(qū)采收率的影響

綜上所述，地應(yīng)力、滲透率、有效厚度是影響X井區(qū)水平井開發(fā)效果的主要地質(zhì)因素，裂縫發(fā)育程度、滲透率各向異性是次要影響因素。

2 開發(fā)因素

2.1 穿透比對開發(fā)效果的影響

利用Eclipse數(shù)值模擬軟件，模擬不同穿透比條件下波及系數(shù)變化。結(jié)果表明，波及系數(shù)隨水平井穿透比的增加而呈遞減趨勢[9]（圖2）。主要是因為隨著水平井穿透比增加，注采井間距離相對變小，注水井與水平井之間的主流線越來越密集，見水時間變短，從而使得見水時的波及系數(shù)減小。

圖2 波及系數(shù)隨穿透比變化規(guī)律

2.2 水平井井別對開發(fā)效果的影響

2.2.1 對含水率的影響

設(shè)計X井區(qū)水平井為油井和水井兩種情況，利用數(shù)模軟件模擬研究不同開發(fā)階段井網(wǎng)含水率變化特征。結(jié)果表明：①開發(fā)初期（生產(chǎn)半年），水平井作為水井時井網(wǎng)的含水率明顯高于水平井為油井時的含水率（圖3）；不同井別的水平井，隨著穿透比的增加，含水率明顯增加；②在開采后期（生產(chǎn)10年），水平井注水時井網(wǎng)的含水率低于水平井采油時井網(wǎng)的含水率（圖3）；不同井別的水平井，隨著穿透比的增加，含水率降低，且水平井為注水井時，井網(wǎng)含水率降低幅度較大；這是因為開采初期，水平井注水波及較快，水平井采油見水較慢，含水上升慢，所以水平井注水時井網(wǎng)的含水率較高[10]；開發(fā)后期，水平井注水泄壓范圍小于水平井采油的井網(wǎng)，故含水率較低。

圖3 水平井井別對開發(fā)效果的影響

2.2.2 對平均注入壓力及注采壓差的影響

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，水平井井別對注入壓力的影響表現(xiàn)為：①水平井為生產(chǎn)井時井網(wǎng)平均注入壓力高于水平井為注入井時井網(wǎng)的平均注入壓力（圖4）。原因主要是水平井采油時，直井注水相當(dāng)于對儲層實施“點注”、“線采”的方式，而水平井注水時相當(dāng)于“線注”、“點采”，增大了注入井與油藏的接觸面積，水相對更容易注入，因此前者注入壓力高，后者較低[11]；②隨著井網(wǎng)穿透比的增加，水平井為生產(chǎn)井時井網(wǎng)的平均注入壓力幾乎保持不變，水平井為注入井時井網(wǎng)的平均注入壓力略有降低（圖 5）。主要是因為，井網(wǎng)穿透比越大，注采井距相對越小，所需注入壓力略有降低。水平井井別對注采壓差的影響表現(xiàn)為：①水平井為注入井時井網(wǎng)的平均注采壓差高于水平井為生產(chǎn)井時井網(wǎng)的注采壓差。雖然水平井為生產(chǎn)井時注入壓力較高，但注入流體達到水平井更容易，損失能量較小，因此水平生產(chǎn)井井底流壓相對較大，導(dǎo)致注采壓差較小[12]；②隨著井網(wǎng)穿透比的增加，不同井別的注采壓差均呈現(xiàn)降低趨勢（圖4）。

圖4 水平井井別對平均注入壓力及注采壓差的影響

2.2.3 對采出程度的影響

水平井為生產(chǎn)井時井網(wǎng)的采出程度高于水平井為注入井時井網(wǎng)的采出程度；開采初期的采出程度相差不大，后期的采出程度相差比較明顯。主要是因為開采初期油藏飽和度較高，注入水波及范圍相差不大，后期水平生產(chǎn)井逐漸顯出泄油面積增大的優(yōu)勢，采出程度較高（圖5）。

圖5 水平井井別對采出程度的影響

2.3 水平井參數(shù)對開發(fā)效果的影響

2.3.1 水平井長度

水平井長度對井網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在以下5個方面：

（1）對無水采收率的影響。水平井長度越長，注入水越容易突破到生產(chǎn)井，見水時間越短，導(dǎo)致無水采收率減小。

（2）對產(chǎn)能的影響。隨著水平井長度的增加，單井產(chǎn)能增大；當(dāng)水平井長度超過一定范圍時，累產(chǎn)油增幅變緩，這主要是由于水平井筒內(nèi)摩擦阻力引起的。

（3）對面積掃油系數(shù)的影響。水平井長度增加，面積掃油系數(shù)反而減小。造成這種情況的主要原因是：水平井長度增加后，井筒上各點見水時間差距增大，離注水井近的點見水過早，其他位置見水較晚，造成水線推進不均勻，掃油面積減小。

（4）注入水的突破點。主流線與水平井的交點（即注入水的突破點）一般位于水平井兩端點之間，并隨水平段長度的增加而向水平井端點靠近。當(dāng)水平井長度與井網(wǎng)單元寬度相等，即水平井兩兩相連時突破點將移到水平井端點。

（5）無量綱長度。隨著水平井無量綱長度的增加，水平井無量綱產(chǎn)量增加，當(dāng)無量綱長度增加到一定幅度之后，進一步增加水平井的長度，無量綱產(chǎn)量增加幅度不大。因此，從經(jīng)濟效益出發(fā)，水平井無量綱長度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，取 0.5為宜[13-14]。

2.3.2 壓裂水平井裂縫條數(shù)

在設(shè)計水平井段長度、裂縫半長、導(dǎo)流能力相同的條件下，改變裂縫條數(shù)，數(shù)值模擬不同方案的開發(fā)效果。模擬結(jié)果表明，壓裂水平井累計產(chǎn)量隨裂縫條數(shù)的增加而增大，當(dāng)裂縫條數(shù)大于6條時，累計產(chǎn)量增加幅度逐漸減小。因此，X井區(qū)設(shè)計最佳裂縫條數(shù)為6條。對于天然裂縫的X油藏，水平井應(yīng)盡可能地穿過最多的裂縫條數(shù)，以增加水平井產(chǎn)能。

2.3.3 壓裂水平井裂縫長度

在水平井段長度、裂縫條數(shù)、裂縫導(dǎo)流能力相等的情況下，設(shè)計不同裂縫半長開采方案，數(shù)值模擬不同方案的開發(fā)效果。X油藏開采初期，裂縫長度對開發(fā)效果影響不大，開發(fā)后期，累產(chǎn)量隨裂縫長度增加而增大，增幅逐漸減小。這是因為開發(fā)初期主要發(fā)揮水平井對整個油藏的泄壓作用，水平段長度一定時，各方案累產(chǎn)油量相差不大，而開發(fā)后期裂縫長度對流體滲流影響較大，逐漸出現(xiàn)產(chǎn)量差異，裂縫半長對產(chǎn)量影響的敏感程度遠小于裂縫條數(shù)對產(chǎn)量的影響。

2.4 井距

以圖6所示的五點法井網(wǎng)為例進行說明，來研究橫向井距與縱向井距之比對水平井–直井聯(lián)合布井方案開發(fā)效果的影響。由圖7可知，橫向井距與縱向井距之比由小變大時，產(chǎn)能先增大后減小，這是因為一定范圍內(nèi)，隨a /d增大，水平井間垂直距離相對減小，單井泄壓范圍越“連通”，產(chǎn)能增加，當(dāng) a /d = 2.86時達到最大產(chǎn)能，之后再增大a /d，五點法井網(wǎng)趨向于“條帶型”，井間干擾加劇，產(chǎn)能減小。

圖6 五點水平井井網(wǎng)

2.5 流體參數(shù)對開發(fā)效果的影響

（1）流體黏度。由水平井Joshi產(chǎn)能公式可知，流體黏度與井產(chǎn)量成負相關(guān)[15]。

（2）流度比。隨流度比增加，波及系數(shù)降低，當(dāng)流度比由0增加到5過程中，波及系數(shù)快速遞減，之后再增加流度比，波及系數(shù)遞減變慢（圖8）。主要是因為在一定范圍內(nèi)，流度比增加，油水物性差異逐漸變大，但油相仍然是優(yōu)勢相，隨水相干擾變大，波及系數(shù)下降較快[16]；流度比超過5之后，水相流動占絕對優(yōu)勢，只有少部分的油可以流動，導(dǎo)致波及系數(shù)降低。

圖7 五點水平井網(wǎng)產(chǎn)能與井距關(guān)系

圖8 波及系數(shù)與流度比的關(guān)系

綜上所述，穿透比、水平井長度、裂縫條數(shù)、井距是影響X井區(qū)水平井井網(wǎng)生產(chǎn)效果的主要開發(fā)因素；水平井井別、裂縫半長、流體參數(shù)是次要影響因素。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)基質(zhì)滲透率較大時，注水井垂直于裂縫方向向生產(chǎn)井驅(qū)油即水平段方向平行于最大主應(yīng)力方向驅(qū)油效果更好；當(dāng)基質(zhì)滲透率較小時，水平段方向應(yīng)垂直于最大主應(yīng)力方向；隨裂縫與基質(zhì)滲透率比值的增加，水平井平行于裂縫的布井方式采收率略有提高，垂直的布井方式采收率略有降低；滲透率、有效厚度與產(chǎn)量成正相關(guān)，滲透率各向異性與產(chǎn)能成負相關(guān)。

（2）水平井網(wǎng)的波及系數(shù)與穿透比成負相關(guān)；開發(fā)初期水平井注水時含水率明顯高于水平井采油時的含水率，隨著穿透比的增加，含水率明顯增加，開發(fā)后期則相反；水平井采油時高于注水時的平均注入壓力，平均注采壓差相反；水平井作為油井時采收率較高。

（3）水平井網(wǎng)開發(fā)時產(chǎn)量與水平段長度、裂縫條數(shù)、裂縫長度并非呈嚴(yán)格比例關(guān)系，而是產(chǎn)量增幅逐漸變緩。考慮經(jīng)濟因素，需針對具體油藏進行參數(shù)優(yōu)化。

（4）水平井網(wǎng)產(chǎn)量與流體黏度成負相關(guān)；流度比小于5時，波及系數(shù)隨流度比增加快速遞減，之后隨流度比增加緩慢遞減。

[1] 薛婷，王選茹，鄭光輝，等. L1區(qū)水平井開發(fā)效果影響因素分析[J]. 石油鉆采工藝，2016，4（2）：221–225.

[2] 文華. 淺薄層超稠油油藏水平井開發(fā)效果影響因素分析[J]. 石油天然氣學(xué)報，2014，3（11）：213–217.

[3] 劉新菊，董海英，王鳳，等. 特低滲油藏水平井開發(fā)效果評價及影響因素研究[J]. 石油天然氣學(xué)報，2011，7（6）：318–321.

[4] 張國良, 羅中華, 趙德利, 等. 特低豐度超薄油層水平井開發(fā)影響因素[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008，4（6）：109–112.

[5] 顧岱鴻, 田冷. 低滲油藏裂縫對水平井產(chǎn)能影響的實驗研究[J]. 斷塊油氣田，2005，2（5）：31–33.

[6] 姚同玉, 朱維耀, 李繼山, 等. 壓裂氣藏裂縫擴展和裂縫干擾對水平井產(chǎn)能影響[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，8（4）：1487–1492.

[7] 汪志明, 齊振林, 魏建光, 等. 裂縫參數(shù)對壓裂水平井入流動態(tài)的影響[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010，4（1）：73–78.

[8] 魏建光, 汪志明, 張欣. 裂縫參數(shù)對壓裂水平井產(chǎn)能影響規(guī)律分析及重要性排序[J]. 水動力學(xué)研究與進展A輯,2009，5（5）：631–639.

[9] 竇宏恩. 油田開發(fā)中水平井主要參數(shù)設(shè)計方法[J]. 特種油氣藏，2012，3（6）：61–64.

[10] 孫致學(xué), 姚軍, 唐永亮, 等. 低滲透油藏水平井聯(lián)合井網(wǎng)型式研究[J]. 油氣地質(zhì)與采收率，2011，7（5）：74–77.

[11] 孫建芳，王華. 用正交實驗設(shè)計方法分析水平井井網(wǎng)參數(shù)對開發(fā)效果的影響[J]. 石油地質(zhì)與工程，2009，8（5）：66–68.

[12] 凌宗發(fā), 王麗娟, 胡永樂, 等. 水平井注采井網(wǎng)合理井距及注入量優(yōu)化[J]. 石油勘探與開發(fā)，2008，6（1）：85–91.

[13] 呂梁棟, 徐偉, 唐海, 等. 特低滲透油藏水平井井網(wǎng)極限注采井距的確定[J]. 斷塊油氣田，2016，7（5）：634–637.

[14] 趙春森. 水平井與直井整體開發(fā)滲流理論研究[D]. 黑龍江大慶：大慶石油學(xué)院，2001.

[15] 周洪亮, 尹洪軍, 李美芳, 等. 各向異性油藏水平井井網(wǎng)滲流場分析[J]. 特種油氣藏，2010，5（1）：81–84.

[16] 宋道萬, 張鳳喜, 安永生, 等. 壓裂水平井井網(wǎng)參數(shù)自動優(yōu)化研究[J]. 特種油氣藏，2009，4（4）：101–103.