李 騫，李相方（中國石油大學（北京）石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

尹邦堂（中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院，北京102249）

崔力功（川慶鉆探工程公司地質勘探開發(fā)研究院，四川 成都610051）

唐寧依（中石油大港油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，天津300280）

低滲裂縫性氣藏水平井參數(shù)設計

李 騫，李相方（中國石油大學（北京）石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

尹邦堂（中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院，北京102249）

崔力功（川慶鉆探工程公司地質勘探開發(fā)研究院，四川 成都610051）

唐寧依（中石油大港油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，天津300280）

對于低滲裂縫性氣藏，由于存在發(fā)育的天然裂縫，有利于水平井的開發(fā)，但氣藏儲層滲透率較低，需進行儲層改造才能獲得較大的氣井產(chǎn)能，所以，對于水平井的位置、井眼軌跡和參數(shù)設計就顯得至關重要。提出了確定水平井適應性區(qū)域、合理井眼軌跡的原則，并提出利用正交試驗來確定水平井合理參數(shù)的方法。研究得出水平井的井眼軌跡應垂直于天然裂縫方向，而正交試驗法可快速、準確地確定不同指標條件下的最優(yōu)水平井參數(shù)。最后，通過實例確定了實際氣藏的水平井最優(yōu)參數(shù)。

低滲透油氣藏；天然裂縫；水平井；正交試驗；參數(shù)設計

目前，越來越多的氣藏利用水平井進行開發(fā)［1］，水平井在平面上的控制范圍較大，可有效提高氣藏的采收率。對于低滲裂縫性氣藏，水平井可有效提高氣藏采收率，但水平井的位置、井眼軌跡以及參數(shù)的設計對于其開發(fā)效果至關重要［2～6］。筆者系統(tǒng)地提出了水平井參數(shù)的設計方法，有利于提高氣藏的采收率。

1 水平井參數(shù)確定方法

1.1 水平井的位置確定

對于低滲裂縫性氣藏水平井的開發(fā)，選擇水平井的適應性區(qū)域十分重要［7］，這直接影響著水平井的開發(fā)效果。

1）平面位置的確定 水平井需選擇在氣藏高部位、砂體展布范圍較大、儲層物性較好、儲量比較富集，且距離邊底水有一定距離的區(qū)域，這樣既可以保證水平井具備較好的物源基礎，又可以避免水平井過早見水甚至發(fā)生水淹。

2）物性分布對部署水平井的影響 沉積作用會造成縱向上物性分布呈現(xiàn)不同的規(guī)律，部署水平井時應考慮這種韻律性，在物性好的層段布井，提高水平井的控制儲量，并增大水平井的產(chǎn)能。

3）縱向夾層分布 水平井受垂向滲透率的影響很大，夾層的存在會減小垂向滲透率，阻礙流體向水平井的垂向流動。夾層是影響水平井控制儲量的主要因素，也是決定水平井適應性的關鍵因素。

水平井與垂直井的產(chǎn)能比值為：式中，Jh、Jv為水平井及直井氣井產(chǎn)率；L為水平井水平段長度，m；Kh為水平方向滲透率，10－3μm2；Kv為垂向滲透率，10－3μm2；h為儲層厚度，m；rw為井眼半徑，m；re為泄氣半徑，m；β為儲層各向異性系數(shù)，β＝（Kh/Kv）1/2。

從圖1中可以看出，儲層的各向異性對水平井的產(chǎn)能影響很大。當各向異性系數(shù)β較小時，即垂向滲透率較大時，水平井產(chǎn)能較大。因此，垂向滲透率對于水平井的開發(fā)效果至關重要，部署水平井應避開夾層的影響，避免垂向滲透率低而導致水平井產(chǎn)能過低。

4）邊、底水的影響 對于存在邊、底水的氣藏，水平井均應布在構造高部位。對于存在邊水的氣藏，水平井應距離邊水一定距離，避免由于水侵而導致氣藏過早見水。而對于存在底水的氣藏，布水平井存在最優(yōu)的避水高度，以使得無水生產(chǎn)期較長、最終采收率較高。

圖1 水平井與直井產(chǎn)能指數(shù)比值

1.2 井眼軌跡方向

對于低滲裂縫性氣藏，其主要的滲流通道是由構造運動形成的天然裂縫。水平井鉆遇天然裂縫的條數(shù)將是影響水平井產(chǎn)量和控制儲量的關鍵因素。在設計水平井時使水平井筒方位垂直于裂縫走向，增加水平井鉆遇天然裂縫數(shù)，可提高水平井控制儲量，減小滲流阻力，有效提高水平井的產(chǎn)能及最終的采出程度。

1.3 水平井參數(shù)設計

對于低滲裂縫性氣藏的開發(fā)，若不進行儲層改造，產(chǎn)能很低，必須對儲層進行壓裂改造措施，水平井的參數(shù)設計不僅包括水平井自身的參數(shù)還包括儲層改造的參數(shù)。因此，水平井參數(shù)設計主要包括水平井段長度、裂縫條數(shù)、裂縫半長和氣井產(chǎn)量。

由于水平井段長度、水平井壓裂裂縫條數(shù)、水平井壓裂縫長和配產(chǎn)的優(yōu)化互相制約，且需設計的方案過多，故利用正交試驗設計進行水平井的參數(shù)設計，可大大減少設計方案，提高效率。根據(jù)正交試驗的理論，進行四因素三水平正交試驗設計分析。根據(jù)正交試驗的結果，以穩(wěn)產(chǎn)年限、穩(wěn)產(chǎn)期末累產(chǎn)氣量和預測期末累產(chǎn)氣量為試驗指標對各種影響因素進行分析，最終確定出水平井的最優(yōu)參數(shù)。

2 實例應用

某一低滲裂縫性氣藏，基質滲透率為0.72×10－3μm2，高角度天然裂縫發(fā)育。對其進行水平井參數(shù)設計。

2.1 水平井位置確定

圖2為氣藏在縱向上的儲量剖面圖和平面上的儲量疊加圖，從圖中選取儲層儲量豐度集中、砂體平面和縱向連續(xù)性好，且隔夾層較少的區(qū)域作為水平井的優(yōu)勢區(qū)域。

圖2 氣藏縱向和平面儲量豐度圖

2.2 水平井井眼軌跡確定

根據(jù)天然裂縫走向和邊水方向，設計了5個不同的水平井方位，即與天然裂縫分別成0°、20°、40°、－20°、－40°的方向，利用數(shù)值模擬預測不同井眼軌跡的開發(fā)效果。其中，水平井長度為800m，未進行儲層改造，配產(chǎn)為50×104m3/d。從圖3可以看出，當水平井方位垂直于天然裂縫的方向成0～20°夾角時，水平井的穩(wěn)產(chǎn)年限最長，20年末累產(chǎn)氣量最大，其開發(fā)效果最優(yōu)。因此最優(yōu)水平井方位為垂直于天然裂縫的方向成0～20°夾角。

圖3 不同方位水平井產(chǎn)氣指標

2.3 水平井參數(shù)設計

根據(jù)正交試驗的理論，該氣藏水平井參數(shù)的正交試驗設計如表1所示。

利用數(shù)值模擬方法預測每種方案正交試驗下的水平井開發(fā)效果，其中，人工壓裂裂縫利用局部加密網(wǎng)格表示，設計的裂縫導流能力為0.3μm2·m，其模擬結果如表2所示。

表1 水平井參數(shù)正交試驗設計表

表2 正交試驗數(shù)模結果表

根據(jù)正交試驗的結果，以穩(wěn)產(chǎn)年限、穩(wěn)產(chǎn)期末累產(chǎn)氣量以及20年末累產(chǎn)氣量為試驗指標，對各種影響因素進行分析，優(yōu)選水平井的參數(shù)。

2.3.1 以穩(wěn)產(chǎn)年限為試驗指標分析

表3 以穩(wěn)產(chǎn)年限為試驗指標分析表

由表3得出（正交設計結果分析，值越大代表該因素在次水平條件下的效果越好），以穩(wěn)產(chǎn)年限為試驗指標時，水平段800m與1000m的生產(chǎn)指標相同，但考慮水平段800m成本更小，因此優(yōu)選水平段為800m。水平井最優(yōu)參數(shù)為：水平段800m，裂縫條數(shù)7條，裂縫半長150m，配產(chǎn)70×104m3/d。其中，配產(chǎn)大小對穩(wěn)產(chǎn)年限的影響最大，而水平井段長度對穩(wěn)產(chǎn)年限的影響最小。

2.3.2 以穩(wěn)產(chǎn)期末累產(chǎn)氣量為試驗指標分析

同理，以穩(wěn)產(chǎn)期末累積產(chǎn)氣量為試驗指標時，水平井最優(yōu)參數(shù)為：水平段1000m，裂縫條數(shù)7條，裂縫半長150m，配產(chǎn)70×104m3/d。其中，裂縫半長對穩(wěn)產(chǎn)期末累積產(chǎn)氣量的影響最大，而水平井段長度對穩(wěn)產(chǎn)期末累積產(chǎn)氣量的影響最小。

2.3.3 以20年末累產(chǎn)氣量為試驗指標分析

以20年末累產(chǎn)氣量為試驗指標時，水平井最優(yōu)參數(shù)為：水平段1000m，裂縫條數(shù)7條，裂縫半長150m，配產(chǎn)100×104m3/d。其中，裂縫半長對20年末累積產(chǎn)氣量的影響最大，而配產(chǎn)對20年末累積產(chǎn)氣量的影響最小。

根據(jù)不同的試驗指標分析得出了不同的最優(yōu)水平井參數(shù)，對其不同參數(shù)的水平井開發(fā)效果進行預測，結果見表4。

表4 不同參數(shù)水平井開發(fā)指標

從表4可以看出，水平井參數(shù)為方案2時的穩(wěn)產(chǎn)期最長，穩(wěn)產(chǎn)期末的累產(chǎn)氣量也最大，若對水平井的穩(wěn)產(chǎn)要求較高可選擇方案2，但方案2的生產(chǎn)指標僅稍優(yōu)于方案1，若考慮經(jīng)濟成本可選擇方案1。

水平井參數(shù)為方案3時的累產(chǎn)氣量最大。因此，若對水平井的穩(wěn)產(chǎn)要求較高可選擇方案2；若對水平井的20年末累產(chǎn)氣量要求較高可選擇方案3（根據(jù)不同的目標選擇不同的方案）；若從經(jīng)濟成本考慮，可選擇方案1。水平井參數(shù)設計中，沒有考慮工程可行性，僅從開發(fā)效果確定其最優(yōu)參數(shù)，在氣藏的實際開發(fā)中，需結合工程因素綜合確定最優(yōu)的水平井參數(shù)。

3 結 論

1）對于低滲裂縫性氣藏，水平井需選擇在氣藏高部位、砂體展布范圍較大、儲層物性較好、儲量比較富集，縱向上隔夾層較少，且距離邊底水有一定距離的區(qū)域，且井眼軌跡垂直于裂縫方向開發(fā)效果最好。

2）利用正交試驗方法可快速、準確地確定不同指標條件下的最優(yōu)水平井參數(shù)。

3）正交試驗法確定最優(yōu)水平井參數(shù)僅考慮了開發(fā)效果，在氣藏的實際開發(fā)中，需結合工程因素綜合確定最優(yōu)的水平井參數(shù)。

［1］萬仁溥.水平井開采技術［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1995.

［2］胡東暉，鄢捷年.水平井產(chǎn)能的影響因素［J］.石油勘探與開發(fā)，1994，21（5）：44～52.

［3］王書禮，唐許平，李伯虎.低滲透油藏水平井開發(fā)設計研究［J］.大慶石油地質與開發(fā)，2001，20（1）：23～24.

［4］于紅軍.正韻律厚油層水平井開發(fā)效果影響因素分析［J］.中國海上油氣，2005，17（5）：328～329.

［5］梅復興，司尚舉.油氣層與水平井井眼軌跡的關系及其應用［J］.江漢石油學院學報，2002，24（2）：53～54.

［6］張義堂，閻玉林，張仲宏，等.陸相沉積油氣層水平井水平井段軌跡對產(chǎn)能及采收率影響的研究［J］.石油勘探與開發(fā)，1999，26（2）：68～70.

［7］姚凱，姜漢橋，武兵廠，等.水平井垂向位置優(yōu)化研究［J］.長江大學學報，2007，4（2）：201～204.

Design of Horizontal Well Parameter in Low Permeability Gas Reservoirs

LI Qian，LI Xiang－fang，YIN Bang－tang，CUI Li－gong，TANG Ning－yi（First Author's Address：MOE Key Laboratory for Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

Because there were many natural fractures in low permeability gas reservoirs，it was beneficial for horizontal well development.The permeability of reservoir was low，reservoir reconstruction was needed for higher productivity in gas wells.Therefore，it was critical important to design the position，trajectory and parameters of horizontal wells.the principles of determining the position and trajectory of horizontal wells were proposed，and the method of determining the parameters of horizontal wells with orthogonal experimental design was also proposed.According to the research，the trajectory horizontal wells should be perpendicular to the direction of natural fracture，and the method of orthogonal experimental design could quickly and accurately determine the optimal parameters of horizontal wells.Finally，the optimal parameters of horizontal wells are determined.It is important for the development of horizontal wells in low permeability gas reservoirs.

low permeability oil and gas reservoir；natural fracture；horizontal well；orthogonal experiment；parameter design

TE37

A

1000－9752（2011）08－0151－04

2011－02－20

國家 “973”規(guī)劃項目（2007CB209506）。

李騫（1984－），男，2006年大學畢業(yè)，博士生，現(xiàn)主要從事氣田及凝析氣田開發(fā)、數(shù)值模擬方面的研究。

［編輯］ 蕭 雨