大厚油層正韻律夾層發(fā)育及水平井射孔參數(shù)優(yōu)化

朱建新

（勝利油田管理局測井公司，山東 東營 257000）

引言

勝利油田廣泛存在大厚油層內(nèi)夾層發(fā)育的情況。以孤島油田為例，孤島油田是一個高滲透、高粘度、高飽和、河流相正韻律沉積的大型整裝稠油疏松砂巖披覆背斜構(gòu)造油氣藏，主要含油層系為上第三系館陶組，具有主力油層厚，分布面積大，儲層物性好，夾層較發(fā)育的特點(diǎn)。例如中一區(qū)鉆遇夾層統(tǒng)計(jì)情況，如表1所示。

表1 中一區(qū)Ng53層鉆遇夾層情況統(tǒng)計(jì)表

中一區(qū)鉆遇Ng53層240口井，其中209口油層內(nèi)夾層分布，占87.1%。夾層厚度一般在0.6～2.0m之間，以泥質(zhì)夾層為主，局部灰質(zhì)含量較高，延伸長度100～500m。研究表明，河流相儲層的隔夾層是形成儲層流體流動非均質(zhì)的主要原因之一，其分割作用是開發(fā)后期形成可觀剩余油的主要控制因素［1］。

目前夾層研究主要集中于總結(jié)夾層分布模式及其對剩余油分布和開發(fā)效果的影響。陳程等研究了厚油層夾層對開發(fā)效果的影響［2］；束青林等研究了孤島油田夾層對剩余油分布的影響［3］；余成林等研究了厚油層內(nèi)夾層空間分布特征及在剩余油挖潛中的應(yīng)用［4］；劉睿等推導(dǎo)了厚油層內(nèi)夾層對垂向滲流控制作用的函數(shù)關(guān)系式，量化了夾層參數(shù)與厚油層垂向流動能力的關(guān)系及對采收率的影響規(guī)律［5］。因此，需要通過對分析了大厚油田正韻律夾層的成因、類型、分布特征以及對剩余油分布的影響，設(shè)計(jì)正韻律厚油層水平井射孔參數(shù)優(yōu)化方法，從而提高油井產(chǎn)量。

1 正韻律夾層的類型及成因

正韻律河流相厚油層層內(nèi)夾層一般劃分為泥質(zhì)夾層、鈣質(zhì)夾層及物性夾層。泥質(zhì)夾層一般是由于河道間水動力弱水中泥粉質(zhì)物沉積下來形成的夾層，或河道砂壩沉積末期洪水水動力減弱形成的泥粉質(zhì)沉積。物性夾層是由于洪峰波動過程中憩水期的懸浮質(zhì)落淤加積在心灘壩上部形成的成層沉積。鈣質(zhì)夾層是由于在成巖作用過程中，有機(jī)質(zhì)在一定條件下結(jié)合形成的碳酸鹽巖膠結(jié)致密鈣質(zhì)層。

2 正韻律夾層的識別

大量的鉆井取心分析資料表明，儲層中巖石顆粒變細(xì)、泥粉質(zhì)或鈣質(zhì)含量增加是形成夾層的主要因素，并由此導(dǎo)致儲層內(nèi)局部巖石物性變差［2］。在目前測井系列中，能較好地反映儲層物性好壞的主要是自然電位、自然伽馬、微電極曲線、聲波曲線，主要利用自然電位、自然伽馬異常幅度、微電極幅度差和聲波時(shí)差來判別夾層和油層［2］。自然電位主要用來判斷巖性，在沙泥巖區(qū)域，當(dāng)自然電位高時(shí)，可以判定為泥巖，低為砂巖。自然伽馬主要用來判斷泥質(zhì)含量，伽馬值越高，說明泥質(zhì)含量越高，即此段的物性不好。微電極曲線主要用來判斷油、水層，曲線上砂巖層部分出現(xiàn)正幅度差，這部分主要含油氣；幅度差相同或相差不大的地方是泥巖；砂巖層下部出現(xiàn)負(fù)幅度差，這部分砂巖含高礦化度地層水。聲波時(shí)差主要用來判斷滲透層，聲波時(shí)差越大，說明巖石中間的空隙越大，也就說明絕對孔隙度越好。在油層區(qū)域范圍內(nèi)，聲波時(shí)差非常小時(shí)，可以判定該層位為干層。

3 正韻律夾層展布特征及對剩余油分布的影響

3.1 正韻律夾層展布特征

現(xiàn)代河流沉積露頭和加密井網(wǎng)資料研究表明：平面上大面積分布的厚油層，往往是由不同期次、不同規(guī)模河道垂相疊切或側(cè)向接觸而成的大型復(fù)合儲集砂體，同時(shí)存在落淤層和泥粉紋層等垂向滲透屏障，以及河道侵蝕面和側(cè)積面等側(cè)向滲透屏障，砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性復(fù)雜。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，河流相正韻律儲層層內(nèi)夾層普遍存在。夾層分布與沉積相帶的展布密切相關(guān)，自河道中心帶向河道邊緣相帶夾層層數(shù)逐漸增加，在平面上多條帶狀或土豆?fàn)?。在剖面上呈楔狀，在空間上則為規(guī)則的疊瓦狀。其剖面圖如圖1所示。

圖1 孤島中13-7～中13-111Ng53 剖面圖

3.2 正韻律夾層對剩余油分布的影響

厚油層內(nèi)夾層產(chǎn)狀、厚度、延伸規(guī)模及與注采井組的關(guān)系對厚油層內(nèi)部剩余油的形成與分布具有較大影響。不同的夾層將儲層劃分為獨(dú)立的沉積體，受夾層影響，注水和產(chǎn)液的有效截面積和有效厚度減小了，同時(shí)在橫向上和縱向上阻擋注入水驅(qū)替，因此夾層的存在對油層動用狀況和水驅(qū)波及體積系數(shù)具有重要影響。油藏?cái)?shù)值模擬顯示，在夾層的上部波及程度低，剩余油驅(qū)替效果差，剩余油富集。另外開發(fā)過程中，夾層造成大厚油層內(nèi)韻律層間注采矛盾突出，低滲透非主力韻律層欠注嚴(yán)重。注入水沿高滲透層突進(jìn)現(xiàn)象突出，導(dǎo)致了低滲透非主力韻律層地層壓力水平低，油藏韻律層間能量狀況差異大。最終造成厚油層內(nèi)韻律層間剩余油分布差異大，儲量動用不均勻，低滲透非主力韻律層不能有效發(fā)揮作用。

4 正韻律厚油層水平井射孔參數(shù)優(yōu)化

由以上分析可知，正韻律厚夾層對剩余油的采收率有很大影響。因此，為了挖掘剩余油潛力，一般根據(jù)剩余油分布情況和生產(chǎn)井及注水井的注采關(guān)系、夾層鉆遇關(guān)系，進(jìn)行合理封堵，優(yōu)化選擇射孔位置和射孔參數(shù)。

4.1 射孔相位角優(yōu)化

水平井中射孔方向垂直于水平面，水平井中流體的流動是線形流動，一般來說，線形流動比徑向流動更為有效。水平井射孔過程中，選擇不同的射孔方式，夾層起到不同的作用，對流體的流動會造成不同的影響。正確地選用射孔方式和射孔參數(shù)可以充分發(fā)揮夾層對厚油層底水脊進(jìn)的抑制作用，有效地提高油井產(chǎn)能。

根據(jù)水平井段與夾層配置關(guān)系，水平井水平井段射孔方式歸結(jié)為6種射孔方式：即向上三方位、上下交叉四方位、水平向上四方位、向下三方位、水平向下四方位、水平兩方位。

射孔方式對產(chǎn)能有很大影響，可以根據(jù)水平井水平井段與夾層的不同配置關(guān)系采取不同射孔方式。孤島油田館陶組油藏為河流相沉積的疏松砂巖，水平井距油層頂部1m，數(shù)值模擬也顯示：相位角在60°時(shí)，產(chǎn)能較高，確定孤島油田水平井段向下四方位射孔，相位角為下相位60°。

4.2 孔深、孔徑優(yōu)化

射孔孔徑和深度受射孔槍外壁到套管壁距離的影響。當(dāng)距離為零時(shí)，其穿透深度比距離為12mm時(shí)的穿透深度增加15%；當(dāng)距離增大到25mm和50mm時(shí)，相應(yīng)的穿透深度比距離為12mm時(shí)降低25%和30%。

下頁圖2和圖3給出了孔徑和孔深對水平井和直井產(chǎn)能的影響，由這兩個圖可知，孔深越深，孔徑越大，水平井產(chǎn)能越高。但孔深太深，孔徑太大會降低井眼的穩(wěn)定性，依據(jù)理論計(jì)算和礦場實(shí)際，確定孤島油田水平井射孔孔深為0.6～0.2m，孔徑為0.012～0.036m。對不同的套管選擇不同的槍型，針對孤島油田均為7in套管，且儲層出砂嚴(yán)重，多選擇102槍進(jìn)行射孔。

圖2 孔徑對水平井和直井產(chǎn)能的影響

圖3 孔深對水平井和直井產(chǎn)能的影響

4.3 孔密優(yōu)化

圖4 給出了孔密對水平井和直井產(chǎn)能的影響，由圖4可以看出：隨著孔密的增加，水平井產(chǎn)能相對于直井產(chǎn)能有明顯增加，當(dāng)孔密大于20孔／m后，產(chǎn)能比增加幅度減緩。模擬結(jié)果表明采用12～20孔／m的孔密最為適宜。

圖4 孔密對水平井和直井產(chǎn)能的影響

4.4 應(yīng)用實(shí)例

中一區(qū)Ng53水平井位于孤島披覆構(gòu)造的頂部，構(gòu)造簡單平緩，南高北低，傾角1°左右，油層的頂、底面微型構(gòu)造是在區(qū)域背斜構(gòu)造格局背景形成的一系列微小起伏調(diào)整區(qū)油層埋深1 244～1 295m，Ng53砂體大片連通，油層厚度大，平均為8.9m，層內(nèi)夾層存在，將 Ng53劃分為 Ng531、Ng532兩個時(shí)間單元，兩者之間夾層發(fā)育穩(wěn)定。1971年10月中一區(qū)Ng5～6層系采用一套井網(wǎng)投入投產(chǎn)，2000年10月開始注聚，目前調(diào)整區(qū)采出程度44.4%，頂部韻律段剩余油富集，適合水平井挖潛。完鉆水平井16口，根據(jù)每口井的鉆遇情況進(jìn)行優(yōu)化射孔方式，取得好效果，初期單井日產(chǎn)油28t／d，含水41%，與同期調(diào)整直井或周圍直井相比，水平井產(chǎn)量是直井的2～3倍，含水低20%～50%，新增年產(chǎn)油能力9.6萬t，提高采收率4%。如中9-P9井采用三段式射孔：1 346～1 362m，102槍102彈，水平兩排射孔，相位角180°，10孔／m；1 380～1 430m，102槍102彈，水平下相位四排射孔，相位角60°，14孔／m；1 430～1 467m，102槍102彈，水平下相位四排射孔，相位角60°，16孔／m；射孔長度：103m。初期單井日產(chǎn)油34.3t／d，含水33.4%，累計(jì)增油1.92萬t。

5 結(jié)論

1）正韻律河流相大厚油層夾層的存在是導(dǎo)致儲層非均質(zhì)性增強(qiáng)、注采矛盾突出、剩余油分布不勻的主要因素，射孔完井時(shí)應(yīng)考慮優(yōu)化選擇射孔位置及射孔參數(shù)達(dá)到調(diào)剖的需求。

2）河流相正韻律沉積的大型整裝稠油疏松砂巖油氣藏，在進(jìn)入特高含水、深度開發(fā)階段后，隔夾層分割作用使厚油層頂部形成可觀剩余油，應(yīng)用水平井可以充分挖掘正韻律厚油層潛力。

3）根據(jù)水平井井身軌跡與儲層內(nèi)夾層的鉆遇關(guān)系，在水平井射孔過程中，選用正確的射孔方式和射孔參數(shù)可以充分發(fā)揮夾層對厚油層底水脊進(jìn)的抑制作用，有效地提高油井產(chǎn)能。

［1］ 胡丹丹，唐瑋，常毓文，等.厚油層層內(nèi)夾層對剩余油的影響研究［J］.特種油氣藏，2009（3）：49-52.

［2］ 陳程，孫義梅.厚油層內(nèi)部夾層分布模式及對開發(fā)效果的影響［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2003（2）：24-28.

［3］ 束青林.正韻律厚油層剩余油分布模式及水平井挖潛—以孤島油田中一區(qū)Ng53層為例［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2004（6）：34-38.

［4］ 余成林，國殿斌，熊運(yùn)斌，等.厚油層內(nèi)部夾層特征及在剩余油挖潛中的應(yīng)用［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012（1）：35-39.

［5］ 劉睿，姜漢橋，劉同敬，等.夾層對厚油層采收率影響研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009（4）：103-106.