汪享林,龔雪峰,馬童輝

(中石化勝利油田分公司,山東 東營 257237)

疏松砂巖油藏水平井不均勻射孔技術探討

汪享林,龔雪峰,馬童輝

(中石化勝利油田分公司,山東 東營 257237)

針對套管固井射孔完井水平井水平生產層段產液剖面動用不均衡、射孔完井費用高等難題,尤其是開采復雜層段無法實現(xiàn)裸眼完井開發(fā)的水平井,成功研究并應用了水平井不均勻射孔技術。通過改變水平井段上、下游射孔密度分布,調節(jié)總的流動阻力,改善因井筒流動摩阻所造成的水平井段中、底部采出程度偏低的情況,調整產液剖面,實現(xiàn)油層均勻供液,提高水平井開發(fā)效果。在優(yōu)化射孔、減少射孔費用方面取得了很好的效果。

水平井;不均勻射孔;疏松砂巖油藏;樁西采油廠

前 言

隨著油藏地質研究、鉆井技術和采油工藝技術的發(fā)展,裸眼水平井不斷增多,雖然能夠在提高油井產能、降低完井污染和提高油井完善程度等方面有很好的改善,但對于復雜地層分段開采等方面,射孔完井仍然有很大的優(yōu)勢和無法替代的作用。由于水平井在生產過程中,流體在水平段受井筒流動摩阻影響,導致水平井筒各處相對地層的生產壓差不相同,從而造成沿水平井筒供液能力不同。因此,針對射孔完井的水平井開發(fā)過程中存在的問題,以樁西采油廠疏松砂巖水平井開發(fā)為實例,對不均勻射孔技術進行探討。在樁西采油廠共有 68口水平井,其中有 50口采用射孔完井,主要分布在疏松砂巖油藏。射孔主要采用 127槍 114彈、孔密為 20孔/m、油管輸送、磁定位、下相位 180°4排布孔、近平衡壓力定向均勻方式,占射孔完井總數(shù)的 65.6%。

1 水平井常規(guī)射孔技術的缺點

1.1 水平井常規(guī)射孔技術基本情況

水平井常規(guī)射孔技術一般有如下特殊要求:①采用油管傳輸射孔;②防砂井、油水同層井、井身軌跡不在油層中間的井應采用定向射孔;③對非均質性嚴重和長井段的井,采取分段射孔。常用射孔組合方式及聚能射孔器系列見表 1。

表 1 常用射孔組合方式及聚能射孔器系列

1.2 存在問題及原因分析

(1)部分井供液能力差。部分井采用均勻射孔后相比同一油層直井產液量偏低,未能達到預期的產液目的。樁 1-P16井 2007年 7月投產層位為Ng3,初期日產液為 26 t/d,日產油為 6.6 t/d,含水為 74.5%,動液面為 506 m。

(2)部分井水平段動用程度低。樁 1-P14單井每米滲透率差異很大,最小滲透率為 0.1×10-3μm2,最大滲透率為 2 835.8×10-3μm2,相差 28 358倍,采取均勻射孔,在有限導流情況下,由于井筒中存在壓降,會出現(xiàn)井筒上游前端不產油的情況,導致單井動用儲量降低。

(3)投產初期或提液后含水上升快。部分水平井采取均勻射孔后投產初期高含水,且初期含水上升較快。部分井提液后含水上升速度相當快,如樁1-P20井 2008年 5月下 250 m3電泵提液,含水當月上升至 94.5%,提高 10個百分點。這主要是因為提液后,生產壓差放大,導致底水錐進速度加快。

(4)射孔費用偏高。油井射孔費用由固定費、深度費和作業(yè)費構成。統(tǒng)計樁西 32口常規(guī)射孔水平井,平均射孔厚度為 78.2 m,平均單井射孔費用合計為 38.3×104元,相對直井射孔來說,主要因為水平井射開井段較長,導致射孔作業(yè)費用偏高,使單井射孔總費用偏高。

2 水平井不均勻射孔技術研究

2.1 優(yōu)化設計技術原理

利用油藏流體滲流模型和水平井筒內流體流動模型,推導出了油藏井筒流體流動耦合模型,在該模型中考慮了 2種流動的相互作用和影響。建立了以水平井產量為目標函數(shù)、以孔眼分布為決策變量的優(yōu)化模型,優(yōu)化模型中考慮了水平井筒內變質量流的影響,可為現(xiàn)場水平井的優(yōu)化設計提供理論依據(jù)。為實現(xiàn)油層均勻供油,降低產液強度,延緩底水錐進時間,合理開采水平井,提高單井動用儲量,要求水平井全井段為均勻流入剖面,即任意位置處的流量必須相等,在有限導流情況下,考慮井筒流動壓降,井筒下游末端的流動阻力較小,徑向流量較高。因此,要達到均勻流入,應降低該處孔眼密度;在井的上游末端,通過加密孔眼來增加該處的徑向流。根據(jù)油層滲流阻力原理確定滲透率與射孔參數(shù)的關系,針對同一油層井段上每米的滲透率級差較大,通過射孔調剖達到改善單層產液剖面的目的,即對于高滲透帶,采用低孔密、短穿深,使射孔孔眼的流動阻力增加,增加該處的總流動阻力;對于低滲透帶,采用大孔密、深穿透,使射孔孔眼的流動阻力減小,減少該處的總流動阻力。

2.2 均勻流入剖面數(shù)學模型

圖 1 相位角一定時產能隨孔深和密度的變化曲線

圖 2 孔密一定時在不同的相位角下產能隨射孔深度的變化

2.2.1 射孔流入剖面敏感性分析

通過油藏井筒流動藕荷模型,得出產能隨孔深、孔密和相位角、方位角的變化關系曲線 (圖 1～3)。從圖 1可知,當相位角一定時,油井的產能隨孔密的增加減速遞增,從經濟角度考慮,當射孔密度達到 20孔/m時,增加射孔密度來提高產能意義已不大。在未受損害的地層中,孔深增加,油井的生產能力顯著增大;在有污染壓實的情況下,如果穿透深度小于損害帶厚度,則產能將隨穿透深度的增加而有所增加。若穿透深度大于損害帶厚度,產能將顯著增加。由圖 2可知,在相同孔深和孔密條件下,當相位角為 45°時產能最大。對于疏松砂巖油藏相位角為 60°射孔后產能更為穩(wěn)定,因而一般情況下優(yōu)選相位角為 60°。由圖 3可知,當相位角一定時,射孔的方位垂直油藏最大滲透率方向,表皮效應最小,油井產能最大;射孔的方位平行油藏最大滲透率方向,表皮效應最大,油井產能最小。

圖 3 相位角一定方位角對水平井射孔產能的影響

2.2.2 均勻流入剖面數(shù)學模型的建立

應用油藏和井筒流動藕荷模型,建立了以水平井產量為目標函數(shù)、以孔眼分布為決策變量的數(shù)學模型,當井筒為均勻流入剖面時,要求井筒中任意位置處的流量相等,從而推導出任意位置處的射孔密度,建立了均勻流入剖面數(shù)學模型。任一位置處的射孔密度為:

式中:d為井筒內徑,m;n(x)為 x處的射孔密度,孔/m;qL為單位長度流入量,m3/(s·m);rp為孔眼半徑,m;Lp為射孔深度,m;α為摩擦系數(shù);β為紊流系數(shù),1/m;μ為流體黏度,Pa·s;ρ為流體密度,kg/m3;Cf為受摩阻系數(shù)影響的產能系數(shù);x為距水平段跟端距離,m;x0為水平段末端距離,m;n0為水平段末端的射孔密度,孔/m;K為地層滲透率,10-3μm2。

3 現(xiàn)場應用情況

3.1 不均勻射孔優(yōu)化設計

利用不均勻射孔計算公式對樁 1-P29、樁 8-P1及樁 106-P6井進行變孔密射孔參數(shù)優(yōu)化。以樁 106-P6井為例,該井于 2005年 7月 14日完鉆,層位為Ng14,砂層井段為 1 791.2～2 214.0 m,決定對 1 950～2 100 m井段實施不均勻射孔完井,通過該井每米滲透率和油層基本參數(shù)計算,對樁106-P6井射孔孔密進行優(yōu)化,根據(jù)該井優(yōu)化設計得到的孔密分布曲線,確定了該井分段射孔優(yōu)化設計參數(shù)(表 2)。

表 2 樁 106-P6井分段射孔優(yōu)化參數(shù)

3.2 水平井不均勻射孔技術應用效果

水平井不均勻射孔現(xiàn)場應用 3口井(表 3、4)。3口井投產初期平均含水為 26.5%,低于均勻射孔井。32口均勻射孔井投產初期平均含水為55.5%,投產初期含水為 29%,單井 (樁 1-P29)含水最高為 35%,單井(樁 106-P6)最低為 10%。從單井含水變化情況來看,樁 106-P6井實施效果最明顯,該井投產的前 3個月,含水一直未超過10%,目前含水已降至 4%,目前這 3口井平均含水為 59%。對比水平井不均勻射孔和均勻射孔井含水變化情況,不均勻射孔效果好于均勻射孔,能有效延緩底水錐進速度,提高單井動用程度,達到 了預期的目的。

表 3 不均勻射孔已實施井分段射孔方案

表 4 分段射孔已實施井生產情況

4 結 論

(1)通過水平井均勻流入剖面數(shù)學模型建立和分析,將水平井射開井段劃分為若干個小段,靠近水平井段下游端處的射孔密度要低,靠近上游端處的射孔密度要大,以保證流體均勻流入。

(2)通過油藏井筒流動藕荷模型,得出產能隨孔深、孔密和相位角、方位角的變化關系:在有限導流情況下,考慮井筒流動壓降,井筒下游末端的生產壓差較大,徑向流量較高,要達到均勻流入,應減少該處的孔眼密度;射孔的方位垂直油藏最大滲透率方向,表皮效應最小,射孔的方位平行油藏最大滲透率方向,表皮效應最大。

(3)現(xiàn)場實踐表明,水平井不均勻射孔能降低產液強度,降低含水上升速度,延緩底水錐進,有效改善水平段動用程度偏低的情況,解決單井投產后含水上升快等問題,提高了單井動用程度,同時節(jié)省射孔費用,提高資源利用率,具有良好的經濟效益和社會效益。

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編輯 王 昱

TE355.6

A

1006-6535(2010)03-0112-04

20091113;改回日期:20100115

中石化勝利油田分公司“變密度射孔技術在樁西采油廠的應用”項目部分內容 (K200806)

汪享林 (1981-),男,助理工程師,2005年畢業(yè)于長江大學石油工程專業(yè),現(xiàn)主要從事油田勘探開發(fā)研究工作。