低滲透油藏徑向鉆孔技術極限井距及應用

崔傳智，吳忠維，郝永卯，楊 勇，黃迎松

(1.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

0 引 言

低滲透油藏、致密油藏長期利用彈性能量開發(fā)，導致油藏能量虧損，需要補充油藏能量維持開發(fā)，地層注水是目前發(fā)展較為成熟的能量補充手段[1-7]。由于前期數(shù)據(jù)資料的不完全性，在油水井井網(wǎng)部署完成后，易出現(xiàn)油水井連通性差，不能進行有效驅替[8-13]，能量補充效果差，其原因為：在已有的井網(wǎng)中，油水井井距大于技術極限井距。徑向鉆孔技術能有效增加技術極限井距[14-16]，實現(xiàn)油水井的有效驅替。以低滲透油藏為例，在調(diào)研徑向鉆孔[14-19]與技術極限井距[20-24]研究的基礎上，發(fā)現(xiàn)關于徑向鉆孔工藝技術、現(xiàn)場應用及數(shù)值模擬研究較多，而徑向鉆孔技術極限井距研究較少。基于滲流理論與油藏工程方法，推導了低滲透油藏技術極限井距計算公式，分析了技術極限井距影響因素，并將其運用于指導勝利油田某低滲透油藏的徑向鉆孔設計中。該成果對低滲透油藏的徑向鉆孔設計具有一定的指導意義。

1 低滲透油藏直井徑向鉆孔的技術極限井距計算方法

1.1 油井徑向鉆孔時的壓力梯度分布公式

圖1徑向鉆孔示意圖

1.1.1 生產(chǎn)井A在M點處引起的滲流速度矢量

徑向孔上第i個點匯的坐標為(x1,i，0)，用第i小段的中心坐標表示，

(1)

式中：x1,i為第i個點的橫坐標，m，i=1、2、3、…、2n；L為徑向鉆孔長，m。

徑向孔上第i個點匯在M點處引起的速度v1,i為：

(2)

式中：v1,i為第i個點匯在M點處引起的速度，m/d；Q為注水量或者油井的產(chǎn)液量，m3/d；h為儲層厚度，m；r1,i為第i個點匯與M點之間的距離，m；滲流速度v1,i的方向為M點與第i個點匯的連線方向，并指向第i個點匯。

圖2滲流速度矢量合成

(3)

應用同位角相等、三角變換及余弦定理，可得在地層中只有1口徑向鉆孔油井時的M點處產(chǎn)生的滲流速度：

(4)

(5)

1.1.2 直井徑向鉆孔時的壓力梯度分布公式

依據(jù)滲流速度定義，可得注水井B在M點處引起的滲流速度，其速度方向由水井井筒指向M點：

(6)

式中：v2為注水井B在M點處引起的滲流速度，m/d；r2為水井井筒與M點之間的距離，m。

對式(5)、(6)進行矢量疊加(圖1)，可獲得一注一采生產(chǎn)條件下油井徑向鉆孔后M點處產(chǎn)生的滲流速度：

(7)

式中：v為一注一采生產(chǎn)條件下，油井徑向鉆孔后M點處產(chǎn)生的滲流速度，m/d；R為注采井距，m。

根據(jù)達西定律，滲流速度v的方向為該點最大壓力梯度矢量方向：

(8)

式中：dp為注采壓差，MPa；μo為油黏度，mPa·s；K為油藏絕對滲透率，10-3μm2；α為單位換算系數(shù)，此處取值0.0864。

將式(7)代入式(8)，可得壓力梯度分布公式：

(9)

1.2 低滲透油藏徑向鉆孔的技術極限井距計算方法

技術極限井距為使油水井主流線流體流動的最小井距。在等產(chǎn)量一源一匯滲流場中，主流線上的滲流速度最大；當最大的滲流速度等于0時，所對應的井距為技術極限井距[25]。因此，研究M點在主流線上的情況，即R>x>0，y=0，將此限制條件代入式(9)，可得到徑向鉆孔后主流線上壓力梯度的計算公式：

(10)

引入等效井徑rwe，將徑向鉆孔井等效為半徑為rwe的直井，再由直井等產(chǎn)量一源一匯產(chǎn)量公式可得徑向鉆孔油井產(chǎn)量公式：

(11)

將式(11)代入式(10)中，得考慮啟動壓力梯度的一注一采模型中主流線上的壓力梯度函數(shù)：

(12)

主流線上最小的壓力梯度等于啟動壓力梯度時，油藏中的流體沿著主流線流向油井，此時對應的井距為技術極限井距，故可得技術極限井距隱式計算公式為：

Min[F(x)]=G

(13)

2 技術極限井距的影響因素分析

已知勝利油田某低滲透油藏的物性參數(shù)，油藏厚度為4 m，滲透率為30.4×10-3μm2，地層原油黏度為3.2 mPa·s，注采壓差為12.8 MPa，油水井距為350 m。依據(jù)該油藏的啟動壓力梯度與原油黏度的數(shù)據(jù)擬合得到啟動壓力梯度系數(shù)a=0.154 8、b=1.395，從而獲得啟動壓力梯度。基于以上數(shù)據(jù)，運用式(13)分析了原油黏度、滲透率、徑向孔長等因素對技術極限井距的影響。

2.1 原油黏度的影響

油藏物性參數(shù)不變，僅改變原油黏度與注采壓差，得到不同注采壓差下技術極限井距與原油黏度的關系曲線(圖3)。由圖3可知，在同一壓差下，隨著原油黏度的增大，徑向鉆孔的技術極限井距減小，技術極限井距的減小趨勢變緩。這是由于原油黏度變大，滲流阻力變大，低滲透油藏啟動壓力梯度也變大，有效驅動能量減少，故需要小井距才能保證流體流動。原油黏度相同時，注采壓差越大，技術極限井距越大。

圖3不同注采壓差下技術極限井距與原油黏度的關系曲線

2.2 滲透率的影響

計算得到不同注采壓差下技術極限井距與油藏滲透率的關系曲線(圖4)。由圖4可知，同一壓差下，隨著滲透率的增大，徑向鉆孔技術極限井距增大。因滲透率越大，流體阻力越小，啟動壓力梯度變小，有效驅動能力變大，故大井距情況下也能保證流體流動。

圖4不同注采壓差下技術極限井距與滲透率的關系曲線

2.3 徑向孔長的影響

不同注采壓差下，技術極限井距與徑向鉆孔長度的關系曲線見圖5。與不實施徑向鉆孔(徑向孔長為0 m)相比，徑向鉆孔可以明顯增加技術極限井距；隨鉆孔長度的增加，技術極限井距增大。鉆孔長度越大，相同位置的地層壓力梯度增大，克服啟動壓力梯度越容易，越易實現(xiàn)流體流動。

圖5不同注采壓差下技術極限井距與徑向孔長的關系曲線

3 現(xiàn)場應用

基于勝利油田某低滲透油藏的物性參數(shù)，運用式(12)計算極限井距與徑向孔長的關系。計算中發(fā)現(xiàn)，低滲透油藏注采壓差為12.8 MPa、井距為350 m時，徑向孔長為85 m以上才能實現(xiàn)有效驅替。運用該成果指導礦場徑向鉆孔設計，取得較好的開發(fā)效果(表1)。

由表1可知，油水井實施徑向鉆孔后，油(水)井采油(注水)能力明顯提高。油井徑向鉆孔后的采油能力提高為原來的2.50倍，注水井注水能力提高為原來的1.75～30.00倍，驗證了技術極限井距計算公式的正確性。

表1 徑向鉆孔井的開發(fā)效果

4 結 論

(1) 運用滲流理論與油藏工程方法，推導了低滲透油藏徑向鉆孔井的技術極限井距隱式計算式，并通過礦場應用驗證了技術極限井距的正確性。該技術極限井距公式的計算結果可用于指導礦場徑向鉆孔設計。

(2) 徑向鉆孔可以明顯增加技術極限井距，且隨著徑向孔長的增加，技術極限井距增大；原油黏度越大，徑向鉆孔的技術極限井距越小；滲透率越大，技術極限井距越大；注采壓差越大，徑向鉆孔的技術極限井距越大。

(3) 勝利油田某低滲透油藏注采壓差為12.8 MPa、井距為350 m時，徑向孔長為85 m以上才能實現(xiàn)有效驅替；將該結果指導現(xiàn)場開發(fā)，取得了較好的效果，油井徑向鉆孔后的采油能力提高為原來的2.50倍，水井注水能力提高為原來的1.75～30.00倍。

[1] 郭粉轉，劉濱，荊冠軍，等.水平縫發(fā)育低─超低滲透油藏注水開發(fā)特征[J].特種油氣藏，2018，25(1)：1-5.

[2] 苑登御，侯吉瑞，宋兆杰，等.塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏注水方式優(yōu)選及注氣提高采收率實驗[J].東北石油大學學報，2015，39(6)：102-110.

[3] 李曉輝.致密油注水吞吐采油技術在吐哈油田的探索[J].特種油氣藏，2015，22(4)：144-146.

[4] 于鏑，霍鳳財，張雯，等.多注多采條件下水驅油藏區(qū)域影響估計方法[J].東北石油大學學報，2015，39(2)：102-107.

[5] 呂建榮，譚鋒奇，許長福，等.克拉瑪依礫巖油藏儲層分類特征及水驅油規(guī)律[J].東北石油大學學報，2015，39(4)：21-30.

[6] 呂棟梁，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，2016，23(5)：634-637.

[7] 郭粉轉，劉濱，荊冠軍，等.水平縫發(fā)育低—超低滲透油藏注水開發(fā)特征[J].特種油氣藏，2018，25(1)：108-111.

[8] 張璋，何順利，劉廣峰.低滲透油藏裂縫方向偏轉時井網(wǎng)與水力裂縫適配性研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2013，20(3)：98-101.

[9] 蘇玉亮，王文東，趙廣淵，等.體積壓裂縫網(wǎng)滲流特征與注水開發(fā)適配性研究[J].西南石油大學學報(自然科學版)，2015，37(5)：106-110.

[10] 何賢科，陳程.低滲透油田建立有效驅替壓力系統(tǒng)研究[J].特種油氣藏，2006，13(2)：56-57.

[11] 周林波，曲海，張俊江，等.菱形反九點井網(wǎng)不等縫長整體壓裂設計[J].特種油氣藏，2013，20(3)：101-103.

[12] 唐亮，殷艷玲，張貴才.注采系統(tǒng)連通性研究[J].石油天然氣學報，2008，30(4)：134-136.

[13] 張毅，李根生，雄偉，等.高壓水射流深穿透射孔增產(chǎn)機理研究[J].石油大學學報(自然科學版)，2004，28(2)：38-41.

[14] 蔣佳駿.水力徑向鉆孔治理低產(chǎn)低效井效果分析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011，21(8)：65-66.

[15] 宋考平，劉銀鳳.低滲透油藏徑向鉆孔技術增產(chǎn)機理研究[D].大慶：東北石油大學，2012.

[16] 錢國全，儲明來，劉子龍，等.水力噴射徑向鉆孔技術在江蘇油田的應用研究[J].復雜油氣藏，2012，5(4)：62-64.

[17] 趙洪濤.徑向多分支鉆孔技術在油藏開發(fā)中的應用與研究[D].青島：中國石油大學(華東)，2012.

[18] 尹小梅.應用徑向鉆孔開發(fā)低滲稠油油藏技術探討[J].石油地質(zhì)與工程，2013，27(5)：95-97.

[19] 楊志軍，張凱，吳義志，等.斷塊油藏高部位剩余油徑向鉆孔參數(shù)優(yōu)化[J].特種油氣藏，2018，25(1)：1-7.

[20] 郭迎春.低滲透油藏高含水期技術極限井距計算方法[J].油氣地質(zhì)與采收率，2015，22(2)：88-92.

[21] 石立華，喻高明，袁芳政，等.海上稠油砂巖油藏啟動壓力梯度測定方法及應用——以秦皇島32-6油田為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(3)：82-85.

[22] 焦紅巖，董明哲，肖淑明，等.低滲透油田加密調(diào)整注采井距適配新方法[J].油氣田地面工程，2014，33(10)：15-16.

[23] 陳民鋒，姜漢橋，鄭偉，等.低滲透壓敏油藏極限注采井距研究[J].斷塊油氣田，2010，17(5)：579-582.

[24] 朱偉.低滲透油田合理井距確定方法研究——以N油田為例[J].石油地質(zhì)與工程，2016，30(3)：123-126.

[25] 張建國，杜殿發(fā)，侯建，等.油氣層滲流力學[M].第二版.東營：中國石油大學出版社，2010：86-88.