底水油藏分段射孔优化设计.doc

摘要：射孔完井水平井产能与打开段数和程度密切相关，将油藏动态和水平井多相流联立起来得到水平井的总动态。把油藏中流体的流动作为水平井的流入条件，用多相流模型计算井筒压力分布。同时考虑气液比、粘度变化以及其他相关参数对流动动态的影响，借助计算机编程来模拟计算，以某油田一底水油藏水平井为例，借助数值模拟来优化设计该井射孔完井时的打开程度和射孔位置，以获得较高的产能。关键词：底水油藏；水平井；打开程度；射孔位置理论上水平井的打开程度越大产能越大，但要在最小打开程度下获得期望的产值，节约施工费用，还必须结合射孔孔眼的位置和分段。目前对于孔眼分布方式的研究并不多，而油田现场一般都采用均匀射孔的方式来完井，长时间的实践使人们认识到，均匀射孔方式不是最好的方式，尤其是水平井筒存在压降的情况下，更需要对孔眼的分布方式有新的认识。周生田1等人已经利用油藏流体渗流模型和水平井筒内流体流动模型用理论推导来研究孔眼的分布优化问题，但研究的油藏只是无限大均质油藏。本文成功地运用了一个表述射孔水平井流动的综合模型2。格林函数和源函数的解被成功地用于推导油气藏朝射孔孔眼的三维聚集所引起的储层压力响应。此计算模型严格地考虑了完井参数对储层压力响应和井内流体力学的影响。由于计算模型是一非线性矩阵方程式，将它离散后用数值方法求解。而且半解析模型也包含了不一致的机械表皮因子和非达西流的影响。在射孔径向流和井筒径向流中，推导出了机械表皮因子和非达西流影响引起的附加压力降的表达式，通过使用牛顿拉弗逊迭代方法编制程序快速求解计算模型。通过实例计算来验证模型。1水平井产能评价原理1.1油藏渗流动态主要采用格林函数和叠加原理，建立水平井油藏流入的压力响应半解析模型（是射孔打开段长度和分布的函数）3，可以考虑钻井污染、射孔伤害以及部分完善的影响。1.2水平段井筒流动动态井筒动态的计算是以多相管流模型为基础，将井筒划分成两类流动段，即有油藏径向流入段和非流入段，然后再将每个段分成若干小段，依次从水平井末端向水平井始端计算，前一段的末点计算压力和流量是后一段压力和流量计算的初始条件，依次向水平井始端计算，可以得到沿水平井筒的压力和流量分布曲线。1.3耦合求解模型综合求解油藏流入压力响应模型和水平段井筒流动动态模型，可以获得水平井打开位置和打开程度对水平井产能的影响，从而确定所需要的打开程度和打开段位置。2打开程度和打开段位置确定根据某油田一水平井的地层参数和水平井几何参数，水平段实际解释油层有效厚度共计314 m，井筒半径0.108 m，水平渗透率6010-3m2，垂向渗透率610-3m2，分析计算结果如下。2.1打开位置的影响图1是水平井（打开程度20%，生产压差为1MPa）打开位置不同时的产能变化情况。可以看出，打开段位于水平井的根端（Heel）产能最高，越远离A靶点，产量越小。但总的来讲，打开位置对产能绝对值的影响不大。主要原因在于底水的存在使得供给能量较为充足。打开段位于根端位置最好。图1 水平井打开位置对产能的影响图2 水平井打开程度对产能比的影响2.2水平井打开程度的影响取生产压差为1.00MPa，只打开一段，打开位置位于水平井根部（Heel），通过模拟计算，不同打开程度下的产量和产率比如图2和表1所示。很明显，随打开程度的增加，水平井产能逐渐增加。打开程度对水平井产能影响十分明显。在只打开一段的情况下，打开程度越高越好。打开80%可获得水平井全部打开近80%的产能；打开90%，可获得水平井全部打开90%的产能。表1 水平井打开程度对产能的影响分析同时发现，打开程度不同，水平井部分打开的表皮是不同的，虽然表皮的绝对值相差并不大，但对产量的绝对值影响却十分巨大，这是和直井不同的地方。2.3水平井分段打开段数的影响分析水平井在打开程度相同的情况下，把总打开长度分为不同的段数，分析打开段数的多少对水平井产能的影响。表2是打开段数对水平井产能的分析结果。从表中不难看出，同一打开程度情况下，分段数目越多，水平井产能越高，井筒流动压降影响也相应较小，打开程度对水平井产能影响十分明显。表2 KZ1-5H水平井打开段数对水平井产能的影响当打开程度为90%时，分4段打开比打开1段产量要提高3.93%；当打开程度为80%时，分4段打开比打开1段产量要提高5.75%；打开程度为70%时，分三段打开就可提高5.58%。这充分说明，打开程度越低，利用分段打开提高水平井产能的幅度越大。从图3不难发现，在同一打开程度下，随分段数的增加，水平井产能增加的幅度减小，即不必过分增加打开段数，一般打开4段即可，也更方便现场施工作业。图3 打开段数对产能的影响2.4水平井打开程度和打开段数确定通过对前面的模拟结果综合分析可知，该井产能随打开程度增加明显增加，关键在于是否需要全部打开。根据相同程度下，打开段数增加时，产能随之增加的结论，不难获得图4的结果。图4说明通过增加同一打开程度下的打开段数，打开90%可获得全部打开94%的产能，打开85%可获得全部打开90%的产能。最终结合经济性和现场实际施工情况，确定水平井打开程度80%85%，分4段打开，打开方案如表3所示。图4 打开程度对产能的影响表3 打开方案3结论通过上面实例的分析，说明在水平井射孔完井设计时，要综合考虑到打开程度和射孔位置以及分段分布对油气井产能的影响，寻找两者结合的最佳点，以在满足产能建设要求的情况下，合理设计施工参数，能降低施工难度和成本，取得最佳的经济效益。其中数值模拟技术在射孔优化设计中起到巨大的作用。参考文献：1周生田.射孔水平井孔眼分布优化研究J.石油大学学报(自然科学版),2002,26(3):52-54.