勝利油田水平井射孔參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

任閩燕，田玉剛，張峰，劉曉燕，楊慧，伊偉鍇

（1.中國(guó)石油大學(xué)，北京102249；2.中石化勝利油田分公司技術(shù)發(fā)展處，山東 東營(yíng)257000；3.勝利油田分公司采油工藝研究院，山東 東營(yíng)257000）

0 引 言

與傳統(tǒng)的直井開(kāi)采方式相比，水平井具有延緩底水錐進(jìn)、增加油氣井的泄油面積、提高油氣井產(chǎn)量和采收率、增加可采儲(chǔ)量等優(yōu)勢(shì)，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)難動(dòng)用儲(chǔ)量的高效開(kāi)發(fā)［1］。固井射孔完井是水平井完井的重要方式之一。影響水平井高效生產(chǎn)的因素很多，對(duì)于套管射孔完井的水平井而言，射孔是影響產(chǎn)能的重要因素。不恰當(dāng)?shù)纳淇追绞?、非?yōu)化的低滲透水平井壓裂改造以及不確定的剩余油分布狀況、生產(chǎn)井筒的完善程度等都有可能導(dǎo)致水平井投產(chǎn)不成功或者低效生產(chǎn)［2－3］，因此開(kāi)展水平井射孔參數(shù)、壓裂參數(shù)優(yōu)化非常重要。

1 水平井分段射孔優(yōu)化技術(shù)

1.1 水平井分段射孔優(yōu)化

根據(jù)油藏特性、測(cè)井資料、井身軌跡、固井質(zhì)量等資料優(yōu)化設(shè)計(jì)水平井分段數(shù)量、段長(zhǎng)、產(chǎn)能、射孔參數(shù)，發(fā)揮各射孔段的開(kāi)發(fā)潛能，提高最終油井采收率。

全井段射孔水平井產(chǎn)能是按照整個(gè)水平段射孔計(jì)算，同時(shí)流體在井筒內(nèi)的流動(dòng)假設(shè)為無(wú)限導(dǎo)流，而實(shí)際上井筒內(nèi)流體的流動(dòng)存在壓降。根據(jù)滲流理論和流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)，考慮井筒壓降以及地層流體和井筒流體相互耦合作用，以獲取最大產(chǎn)量和沿水平段均勻滲流速度分布剖面為研究目標(biāo)，分析水平段射孔程度（部分射開(kāi)水平段）、射孔位置和射孔密度對(duì)水平井產(chǎn)能的影響。建立了水平井變孔密分段射孔井筒流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，研究結(jié)果表明：①水平井射孔程度存在一個(gè)最優(yōu)的控制范圍；②射孔位置越靠近水平段根部產(chǎn)量越大；③打開(kāi)80%可以獲得96%的產(chǎn)能，打開(kāi)60%可以獲得90%的產(chǎn)能；④底水突破時(shí)間隨配產(chǎn)量的增加而提前，并不隨水平射孔段長(zhǎng)度的增加而延長(zhǎng)。

水平井筒內(nèi)某段的壓降理論計(jì)算公式

式中，Δpw為水平井某段壓降損失，MPa；fkw為摩阻系數(shù)；ρ為原油密度，g／cm3；D為套管直徑，m；Q為水平井某段主流上游端流量，m3；q為從油藏流入某段流量，m3。

依據(jù)建立的水平井變孔密分段射孔的井筒流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，在射孔密度分布、射孔位置和射孔程度一定的情況下，以獲取最大產(chǎn)量和最小井筒壓力損失為目標(biāo)，確定最優(yōu)的射孔段長(zhǎng)度?；緟?shù)：水平井水平段套管直徑為65mm；孔徑為12mm；原油黏度為0.3mPa·s；原油密度為0.8g／cm3；生產(chǎn)壓差為0.5MPa；井底壓力41MPa；儲(chǔ)層水平滲透率0.165×10－3μm2。分3段射孔，射孔密度分別為24、12、6孔／m，射孔段之間的間距相同，射開(kāi)程度為60%。

在其他參數(shù)一定時(shí)，改變水平井段長(zhǎng)度，分析日產(chǎn)油量和井筒壓降隨水平井段長(zhǎng)度的變化，優(yōu)選射孔段長(zhǎng)度。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn)，隨著水平井段長(zhǎng)度增加，井筒內(nèi)的壓力損失逐漸增大：當(dāng)水平井段長(zhǎng)度小于400m時(shí)，井筒內(nèi)壓力損失隨水平井段長(zhǎng)度增加幾乎呈線性關(guān)系；當(dāng)水平井段長(zhǎng)度大于400m時(shí)，隨著水平井段長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，井筒內(nèi)壓力損失增長(zhǎng)幅度變小。同時(shí)，隨著水平井段長(zhǎng)度的增加，日產(chǎn)油量是逐漸增加的：當(dāng)水平井段長(zhǎng)度小于300m時(shí)，日產(chǎn)油量隨水平井段長(zhǎng)度的增加而增長(zhǎng)較快；當(dāng)水平井段長(zhǎng)度大于300m時(shí)，日產(chǎn)油量隨水平井段長(zhǎng)度的增加而增長(zhǎng)變緩。

表1 不同水平井段長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量與壓降計(jì)算結(jié)果

綜合分析表1數(shù)據(jù)，認(rèn)為最優(yōu)的水平井段長(zhǎng)度可選定在250～350m之間。

1.2 應(yīng)用情況

樁西采油廠樁1塊天然能量充足，邊底水活躍，以往樁1－平31井采用水平井長(zhǎng)井段射孔方式，單井產(chǎn)量遞減快，含水上升快。對(duì)水平井段進(jìn)行深入分析后，計(jì)算油氣水界面和油氣水飽和度，有效識(shí)別低電阻率油層，判斷開(kāi)采動(dòng)用層段及各部位含油飽和度狀態(tài)，優(yōu)化射孔井段。利用剩余油飽和度測(cè)井技術(shù)，優(yōu)選4個(gè)井段，總長(zhǎng)僅10m，開(kāi)井后，日產(chǎn)油35t，含水45%，目前含水仍有下降趨勢(shì)。

2 水平井不均勻射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1 水平井不均勻射孔優(yōu)化

基于不均勻射孔理論，建立數(shù)據(jù)管理、長(zhǎng)度敏感性分析、射孔敏感性分析、底水錐進(jìn)、射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)壓差設(shè)計(jì)、射孔負(fù)壓設(shè)計(jì)等功能模塊，研發(fā)完成水平井不均勻射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。完善了部分水平井基礎(chǔ)資料庫(kù)，包括射孔孔密、射開(kāi)水平井段長(zhǎng)度、生產(chǎn)壓差、體積系數(shù)、地層原油黏度、生產(chǎn)層每米滲透率、孔隙度、含水飽和度等參數(shù)，具備水平井不均勻射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力。

水平井不均勻射孔優(yōu)化的內(nèi)容包括：①射孔流入剖面敏感性分析研究；②水平井段合理長(zhǎng)度的確定研究；③均勻流入剖面孔密優(yōu)化模型的建立；④均勻流入剖面下孔密與井筒位置的優(yōu)化；⑤均勻流入剖面下孔密孔深與滲透率優(yōu)化；⑥合理生產(chǎn)壓差與射孔參數(shù)的優(yōu)化。

對(duì)目前籠統(tǒng)射孔的尾管完井方式進(jìn)行優(yōu)化，采用變密度射孔和分段工藝。針對(duì)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，通過(guò)改變射孔單元參數(shù)，即高滲透率區(qū)采用低孔密射孔，低滲透率區(qū)采用高孔密射孔，并預(yù)留盲段的工藝實(shí)現(xiàn)控水和治水的目的。變密度射孔參數(shù)控水機(jī)理見(jiàn)圖1。

2.2 應(yīng)用情況

樁106－平6分3段不均勻射孔，實(shí)現(xiàn)了控水穩(wěn)油，2005年9月投產(chǎn)至今累油1.2×104t。同區(qū)塊其余2口水平井均因高含水停產(chǎn)。樁106－平6不均勻射孔參數(shù)優(yōu)化見(jiàn)表2。

圖1 不均勻射孔控水機(jī)理

表2 試驗(yàn)井不均勻射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)表

3 低滲透水平井射孔與限流壓裂優(yōu)化技術(shù)

勝利油田低滲透油藏探明儲(chǔ)量達(dá)7.67×108t，是勘探開(kāi)發(fā)的主要方向。射孔作為液流通道，在壓裂時(shí)具有重要作用，如調(diào)節(jié)破裂壓力的大小、控制裂縫的初始方位、調(diào)整層間進(jìn)入液量等。射孔方案是主動(dòng)改變壓裂施工工藝的有效手段之一。水平井限流法壓裂是利用射孔位置、射孔孔數(shù)的優(yōu)化以及施工參數(shù)的變化實(shí)施分段壓裂，依靠各段射孔數(shù)不同產(chǎn)生的節(jié)流壓差進(jìn)行限流分段。

3.1 射孔方位對(duì)裂縫延伸的影響

根據(jù)水平井壓裂裂縫造縫機(jī)理研究成果，水平井壓裂裂縫有3種形態(tài)：正交橫向縫、縱向縫、水平縫。經(jīng)數(shù)值模擬，最佳裂縫形態(tài)是與水平井段正交橫向縫（見(jiàn)圖2）；低滲透水平井最佳井身軌跡與最小主應(yīng)力方向一致，與開(kāi)啟天然裂縫最大可能相交，故最優(yōu)射孔方位角為0°。

3.2 射孔方位、孔密、孔徑和孔深對(duì)破裂壓力的影響

破裂壓力隨射孔方位角增加而升高，沿最大主應(yīng)力方向射孔破裂壓力最低；0°～30°，破裂壓力增幅較小；不同方位射孔破裂壓力最大相差達(dá)25%（見(jiàn)圖3）。孔密對(duì)破裂壓力的影響見(jiàn)圖4?？酌苄∮?8孔／m時(shí)破裂壓力隨孔密增加而降低；孔密大于18孔／m時(shí)對(duì)破裂壓力影響不大。如圖5和圖6所示，射孔直徑及射孔深度對(duì)壓裂的破裂壓力影響不大。

3.3 水平井分段壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化

圖6 孔深對(duì)破裂壓力的影響

在水平井射孔參數(shù)對(duì)壓裂影響研究的基礎(chǔ)上，對(duì)分段壓裂裂縫參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了以下結(jié)果：①水平井段長(zhǎng)度不小于300～500m；②壓裂分段數(shù)不小于3～5段（井段較長(zhǎng)可分段壓裂分步投產(chǎn)）；③壓裂裂縫長(zhǎng)度不小于110～130m；④裂縫導(dǎo)流能力在20～50μm2·cm。

3.4 應(yīng)用情況

在史127－平1、商75－平1和高89－平1等3口井實(shí)施了限流壓裂施工。技術(shù)特點(diǎn)為低密度布孔，大排量施工，工藝簡(jiǎn)單安全可靠。史127－平井水平段為近南北向，史深100地區(qū)的最大主應(yīng)力方向?yàn)闁|西向，因此該井進(jìn)行壓裂施工時(shí)可形成正交縫。優(yōu)化裂縫條數(shù)6條，實(shí)施3條。

根據(jù)史127－平1裂縫參數(shù)優(yōu)化配置，完成的壓裂設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果（見(jiàn)表3）。

表3 史127－平井壓裂設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果

限流射孔：①3 488.5～3 489.0m射6孔；②3 578.0～3 578.5m射9孔；③ 3 646.0～3 646.5m射7孔。水平井段長(zhǎng)度158m。

壓裂施工參數(shù)為前置液290m3，攜砂液356.0m3，頂替液29m3，施工泵壓68.5～81.0MPa；排量6.3～7.1m3／min，加砂量72.0m3，平均砂比20.2%，地面停泵壓力36.8MPa。

裂縫監(jiān)測(cè)表明，實(shí)際形成3條人工裂縫，平均有效半縫124m，平均有效縫高29.3m，實(shí)現(xiàn)了分段壓裂的目的。

4 結(jié) 論

（1）水平井采用不均勻分段射孔，并根據(jù)油藏特點(diǎn)對(duì)射孔參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)控水穩(wěn)油，有效提高油井采收率，下一步應(yīng)加大推廣力度。

（2）水平井射孔參數(shù)優(yōu)化可控制限流壓裂的裂縫延伸，降低破裂壓力，與裂縫設(shè)計(jì)相結(jié)合進(jìn)行分段限流壓裂，提高了低滲透油藏儲(chǔ)量動(dòng)用率及采收率。

［1］ 王書(shū)寶，牛栓文.東辛油田多油層復(fù)雜斷塊油藏高含水后期細(xì)分層系研究 ［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2004，31（3）：116－118.

［2］ 張麗娜，鄭偉林，等.孤東油田防砂井產(chǎn)能預(yù)測(cè)研究［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2003，30（5）：104－106.

［3］ 趙平，陳國(guó)華.2005—2006年國(guó)內(nèi)外測(cè)井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ［J］.測(cè)井與射孔，2007（3）：1－8.