（石油与天然气工程专业论文）葡萄花油层水平井开发效果研究.pdf

葡萄花油层水平井开发效果研究 捅要 外围“三低”油藏有效开发是大庆油田“九五”以来的重点攻关课题之一。目前八 厂地区未动用储量为1 9 5 1 0 1 0 u t ，其中扶杨油层为1 1 4 8 5 x 1 0 4 t ，葡萄花油层为8 0 2 5 i 0 4 t ，分别占八厂地区总未动用地质储量的5 8 9 和4 1 1 。这部分储量丰度低、渗透性 差，现有开发技术条件下动用难度较大。针对上述问题，首先以葡萄花油层为突破口， 开展了水平井开发试验研究，2 0 0 2 年先后完成了1 4 口水平井的开发试验，为大庆外围“三 低”油田今后大规模水平井开发和未动用储量有效动用积累了宝贵的经验和技术。 本文主要研究：水平井设计过程中，采用地震解释、地质建模、数值模拟、经济评 价等多学科研究方法，搞清了拟布水平井地区储层特征，优化了井位设计，预测了水平 并产能、开发效果和效益状况：钻井过程中，采用l w d 监控仪、岩屑录井等多种技术手 段实时监控，使水平井在不到2 m 的薄层中穿行，并成功的穿越了小断层，实现了二次 着陆；两口井投产后均取得了较好效果，目前以1 o 的注采比生产，并开展了数值模拟 研究工作，研究了目前水平井进一步降低投资的可行性。还对水平井开发的可行性进行 了论证。 本文还对水平井配套工艺进行了研究，接力泵举升工艺较好地满足了井斜角在6 0 0 以内的抽油举升要求；水平井酸化连续油管酸化工艺能够有效地解除钻井、完井阶段对 地层的污染，是实现水平井增产的有效措旌，取得了较好效果。 关键词：水平井；“三低”油田；产能预测；举升工艺；开发效果 g r a p ef l o w e ro i l l a y e rh o r i z o l l t a lw e l l d e v e l o p m e n t e f f e c tr e s e a r c h a b s t r a c t s i n c et h ep e r i p h e r y ”t h r e eh a sb e e nl o w ”t h eo i ld e p o s i te f f e c t i v ed e v e l o p m e n ti st h e d a q i n go i lf i e l d 9 5 ”o n eo fk e ya t t a c kt o p i c s a tp r e s e n te i g h tf a c t o r i e sa r e a sh a v en o tu s e d t h er e s e r v e sf o r1 9 5 1 0 x 1 0 4 t ，i nw h i c hh o l d st h ey a n go i ll a y e rf o r 】1 4 8 5 1 0 4 t ，t h eg r a p e f l o w e ro i ll a y e rf o r8 0 2 5 l o 吼s e p a r a t e l yo c c u p i e se i g h tf a c t o r i e sa r e a sn o tt oa l w a y su s et h e g e o l o g i c a lr e s e r v e5 8 9 a n d4 1 1 t h i sp a r to fr e s e r v e sa b u n d a n c el o w , t h ep e r m e a b i l i t y b a d ，u n d e rt h ee x i s t i n gd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n gf a c t o ru s e st h ed i m c u l t yt ob eb i g g e r i n v i e wo ft h ea b o v eq u e s t i o n ，f i r s tt a k et h eg r a p ef l o w e ro i ll a y e ra st h eb r e a c h ，h a sc a r r i e do u t t h eh o r i z o n t a lw e l ld e v e l o p m e n te x p e r i m e n t a ls t u d y ，i n2 0 0 2h a ss u c c e s s i v e l yc o m p l e t e d1 4 h o r i z o n t a lw e l l sd e v e l o p m e n te x p e r i m e n t s ，”t h r e ew i l lb el o w ”t h eo i lf i e l dn e x tl a r g e - s c a l e h o r i z o n t a lw e l ld e v e l o p m e n tf o rt h ed a q i n gp e r i p h e r ya n dh a sn o tu s e dt h er e s e r v e se f f e c t i v e u s et oa c c u m u l a t et h ep r e c i o u se x p e r i e n c ea n dt h et e c h n o l o g y t l l i s a r t i c l em a i nr e s e a r c h ：i nt h eh o r i z o n t a lw e l ld e s i g np r o c e s s u s e st h es e i s m i c i n t e r p r e t a t i o n ，t h eg e o l o g i c a lm o d e l l i n g ，t h ev a l u es i m u l a t i o n ，t h ee c o n o m i ce v a l u a t i o na n ds o o nt h em u l t i - d i s c i f l l i n a r yr e s e a r c ht e c h n i q u e ，c l a r i f i e dh a sd r a w nu pt h ec l o t hh o r i z o n t a lw e l l a r e ar e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c ，o p t i m i z e dt h ew e l lp o s i t i o nd e s i g n ，h a df o r e c a s tt h eh o r i z o n t a l w e l lp r o d u c e dc a l l ，t h ed e v e l o p m e n te f f e c ta n dt h eb e n e f i tc o n d i t i o n ；i nt h ew e l ld r i l l i n g p r o c e s s ，u s e st h el w dm o n i t o r i n gm e t e r ，t h es a m p l el o ga n ds oo nt h em a n yk i n d so f t e c h n i c a lm e t h o dr e a l - t i m em o n i t o r i n g ，c a u s e st h eh o r i z o n t a lw e l lt og ot h r o u g hi nt h e2 mt h i n l a y e r ，a n dt h es u c c e s sp a s s e dt h r o u g hm i n o rf a u l t ，h a sr e a l i z e dt w ol a n d i n g s ；a f t e rt w ow e l l s w e n ti n t op r o d u c t i o nh a v eo b t a i n e dab e t t e re f f e c t ，a tp r e s e n tp i c k sb y1 0n o t e sc o m p a r e st h e p r o d u c t i o n ，a n dh a sd o n et h ev a l u es i m u l a t o rs t u d yw o r k ，s t u d i e st h ep r e s e n th o r i z o n t a lw e l l 血l t h e rt or e d u c et h ei n v e s t m e n tt h ef e a s i b i l i t y a l s oh a sc a r r i e do nt h ep r o o f t ot h eh o r i z o n t a l w e l ld e v e l o p m e n tf e a s i b i l i t y t h i sa r t i c l eh a sa l s oc o n d u c t e dt h er e s e a r c ht ot h eh o r i z o n t a lw e l ln e c e s s a r yc r a f tr e l a y p u m p e dl i f t i n gt h ec r a f tt os a t i s f yw e l li n6 0w i t h i no i lp u m p i n gl i f t i n gr e q u e s t ；t h e h o r i z o n t a lw e l la c i d i f i c a t i o nc o n t i n u a ld r i l lt u b i n ga c i d i f i c a t i o nc r a f tc 姐e f f e c t i v e l yr e l i e v e t h ew e l ld r i l l i n g ，t h ew e l lc o m p l e t i o ns t a g et ot h es t r a t u mp o l l u t i o n ，i se f f e c t i v ea c t i o nw h i c h t h er e a l i z a t i o nh o r i z o n t a lw e l li n c r e a s e sp r o d u c t i o n ，h a so b t a i n e dab e t t e re f f e c t k e yw o r d ：h o r i z o n t a lw e l l ；”t h r e ei sl o w ”t h eo i lf i e l d ；p r o d u c e sc a l lf o r e c a s t ；l i f t i n g c r a f t ；d e v e l o p m e n te f f e c t 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第一章前言 水平井钻井和开发在原苏联、美国、加拿大等国家5 0 一6 0 年代受到高度重视，6 0 一7 0 年代因受工具、测量仪器、工艺技术以及钻井费用高等方面的限制，使水平井技术处于 停滞状态；7 0 年代以后，随着新技术的发展，水平井技术又重新为人们所关注。8 0 - 9 0 年代，美苏等国在陆上或海上钻了常规水平井和丛式水平井；1 9 9 6 年全球钻水平井约 3 0 0 0 口，截至1 9 9 6 年底全世界钻水平井为1 5 0 0 0 口，测量仪器、钻井工具及工艺技术 也达到了较高水平。 我国在“七五”期间开展了定向井的研究与试验，“八五”期间开展了水平井的研 究与试验。自1 9 9 0 年以来已钻成水平井2 0 0 余口，井眼轨迹控制水平与国外基本相当， 完井和采油工艺均已形成了一整套技术。 大庆油田在“八五”期间完成了四口水平井( 树平l 、茂平l 、朝平1 、朝平2 ) 的 钻井开发，“九五”期间完成了两口侧钻水平井( 高1 6 0 一侧平3 8 井、金侧平6 井) 的 开发试验。 目前八厂地区未动用储量为1 9 5 1 0x1 0 4 t ，其中扶杨油层为11 4 8 5 1 0 4 t ，葡萄花油 层为8 0 2 5 1 0 4 t ，分别占八厂地区总未动用地质储量的5 8 9 和4 1 1 。由于丰度低或渗 透率低，开发效益差，动用难度大。如何使这部分储量动用起来，成为大庆油田“九五” 以来亟待解决的课题之一。 针对上述问题，首先以葡萄花油层为突破口，开展了水平井开发试验研究，从2 0 0 2 年开始截止盈j 2 0 0 5 年底先后完成了1 4 d 水平井的开发试验，为大庆外围“三低”油田今 后大规模水平井钻井开发和未动用储量有效动用积累了宝贵的经验、探索了新的途径。 水平井设计过程中，采用了地震解释、地质建模、数值模拟、经济评价等多学科研 究方法，搞清了拟布水平井地区储层特征，优化了井位设计，预测了水平井产能、开发 效果和效益状况；钻井过程中，采用l w d 监控仪、岩屑录井等多种技术手段实时监控， 使水平井在不到2 m 的薄层中穿行，并成功的穿越了小断层，实现了二次着陆；1 4 口井 投产后均取得了较好效果，目前以1 0 的注采比生产，并开展了数值模拟研究工作，研 究了目前水平井进一步降低投资的可行性。 对举升、压裂、酸化等多项工艺配套技术进行了研究，接力泵举升工艺较好地满足 了井斜角在6 0 0 以内的抽油举升要求；水平井酸化连续油管酸化工艺能够有效地解除钻 井、完井阶段对地层的污染，是实现水平井增产的有效措施，取得了较好效果。 第二章国内外水平井技术研究现状 第二章国内外水平井技术研究现状 2 1 水平井的目的及意义 水平井的目的在于钻尽可能多的油层，以提高单井产量和注入量( 注水、注气等) ， 从而提高采收率。制定水平井与直井方案有所不同，因为水平井要尽可能钻进多套油层 或在油层中钻进更长的长度，因此需要油藏工程与钻井工程共同工作，对适合水平井的 油藏和布井方式做出选择。一般说来，人们认为在薄层、天然裂缝( 孔隙+ 裂缝) 、有 气水锥进问题的油藏和纵向非均质严重的油藏中，水平井可以弥补直井的不足“”。 2 1 1 水平井定义和用途 水平井在国外并没有统一的定义，通常指最大井斜角达9 0 0 以及生产层有水平的或 近似水平段的油气井。我国石油天然气总公司规定，井斜角8 6 0 以上( 含8 6 0 ) 的井， 并在生产层内延伸一定长度的井定义为水平井。 从水平井垂直井身剖面弯曲程度而言，有三种类型，即长曲率半径水平井( 称常规 水平井) 、中曲率半径水平井、短曲率半径水平井。长曲率半径水平井造斜段的造斜率 小于6 0 3 0 m ，中曲率半径水平井为6 0 - 2 0 0 3 0 m ，短曲率半径为1 5 0 3 0 0 0 3 0 , 。水平段 类型不同所用的钻井技术、测井固井完井技术也不相同。 水平井除了具有普通定向井用途外，还有其他的特殊用途：1 ) 开发低渗透油层；2 ) 裂缝油藏：3 ) 薄油层；4 ) 减少水锥和气锥；5 ) 热采稠油。 目前水平井已可以钻多油层，利用两种方法：一是阶梯式，用长水平井段钻穿一个 以上的油层：二是在水平井中，水泥固井射孔，经压裂形成垂直于水平井段的裂缝、勾 通多油层，但应该指出，某些情况下，由于油层或夹层具有不同的强度，可能起不到勾 通作用。 水平井的缺点是其成本较高。1 9 7 9 1 9 8 0 年间，水平井的单井钻井成本超过直井的 6 8 倍。1 9 8 5 年以后，由于钻井技术的发展，水平井钻井成本降到直井成本的1 5 - 2 倍 。1 。在水平井和直井采收率一样的情况下，为使水平井获得更多的可采储量，水平井要 比直井采用更大的井网“1 。 尽管水平井的钻井费用很高，但与直井相比，有四个优点：一是增加了井筒与产层 间的接触范围，扩大了泄油面积；二是在同一井场可以钻几口水平井，对于海上或环境 恶劣地区，由于建造井场费用较高，使水平井较直井具有优势；三是对于薄层来说，直 井可能没有经济效益，而适当的布水平井可以获得较好效益。四是应用水平井注入或采 出的流体可以和直井注入和采出的流体形成正交流动，改进驱油效率。1 。 2 2 水平井井网与直井比较 国内外在水平井与现有直井井网联合使用、提高经济效益方面做了许多研究工作， 文献2 中进行了较详尽的阐述，主要有以下五种： 一是改进的七点法井网。6 口垂直角井形成一个六角形井网，6 口水平井分别布在 2 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 六口角井和井网中心。二是七口井井网，由5 口水平井生产井和两口垂直注入井组成。 三是改进的九点法井网，由1 口垂直的中心井、四口垂直的角点注入井和4 口水平边井 组成。四是改进的反五点法井网、改进的反九点法井网、改进的反十三点法井网。即在 常规的反五点法井网、反九点法井网、反十三点法井网基础上，将其角井由一对水平井 取代，成对的水平井呈x 形交叉分布，两者夹角在8 0 1 0 0 度之间。五是水平行列井网。 适合于开采稠油和沥青，是把几口水平井部署在地层中不同深度，纵向上，这些井基本 上位于同一排，相互平行且有一定间隔。该文献对上述几种井网开采稠油的模拟结果表 明，应用水平井可以提高原油采收率和采油速度( 见表2 - 1 ) 。 表2 - 1 应用水平井提高原油采收率情况 t a b l e2 - 1t h ea p p l i c a t i o nh o r i z o n t a lw e l le n h a n c e st h ec r u d eo i lr e c o v e r yr a t i os i t u a t i o n 注入蒸注入速度 方案结 井网汽干度( m 3 d )束时间 采收率 ( ) ( ) ( 冷水：缰) ( 年) 3 8 11 15 7 反九点法井网 6 5 3 8 11 56 4 7 反十三点法井网 6 53 8 11 16 3 2 七口井井网 6 54 4 51 47 2 9 改进的九点法井网6 55 4 01 47 3 1 改进的反九点法井网 6 56 2 077 2 2 改进的反九点法井网在注蒸汽七年后改为注热水 6 56 2 0l o7 4 4 改进的反十三点法井网( 仅有加密生产) 6 5 9 改进的反十三点法井网( 的加密生产井和加密注入井) 1 17 4 7 2 3 水平井产能 对水平井油藏工程尤其是产能计算问题，国内外学者进行了大量的研究工作。 2 3 1 水平井稳态流量预测公式 水平井的产能计算是通过渗流稳态解析得到的，这是水平井解的最简单形式，即油 藏中任何点处的压力都不随时间而变化。在实际中，几乎没有油藏在稳态条件下生产， 大多数油藏显示其压力随时间的变化“1 。 b o r i s o v 法： ( 2 一1 ) ( 2 2 ) 一一 南警 鼍 第二章国内外水平井技术研究现状 g i g e r ，r e i s s 和j o u r d a n 法： j 。，j 。= 小+ f 而了) ， 去 + ( 肌m 叭) 】 r e n a r d 和d u p u y 法： 。：j， ! ：竺! ! ：!墼! ! 垒! ! 丛。! ! “2l 币i 万i 面可万掌赢圃f x = ；( 椭圆泻油面积) j o s h i 法 qh 2 2nk - h p ，( p 。b 。) ( a + 、：j 二丽) ，( ) + ( h ，。) 一n 【h ，( 2 “r ，) o 其中：a = ( l ，2 ) o 5 +厄可万而下 ( 2 3 ) ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) 计算公式( 2 - 1 ) ( 2 5 ) 是针对各向同性的油藏而言的( k h = k ，) 。对于美国矿场单位 公式中的2 用0 0 0 7 0 7 8 代替，即： 。一j竺7 8 khh p7 p 。b 。 l 弧21 硬i 矿i 面雨五等而万习f ( 2 - 6 ) 对于水平井长度远大于油藏厚度的情况( l h ) ，( 1 ) 式可简化为如下形式： 。：! ：竺：! ：! 垦：竺! 垒! 呈! ! ( 2 - 7 ) 4 “2 丽万可可一 应用不同方法计算了井网间距为8 0 a c 的一口水平井和井网间距为4 0 a c 的一口垂向 井的产率，各种方法计算结果相差不大。 表2 - 2各种方法计算结果情况 产油指数j h 区域产能指数= j a c 方法j h f l s t b d p s i s t b d p s i b o s i s o y4 83 7 0 6 0 g i g e r 5 03 8 0 6 3 j o s h i 4 43 40 5 6 文献1 中还阐述了油层厚度和非均质对油井产能的影响。 一是在薄油层中接触面积上的增量要比厚油层中的增量高。二是通过修正稳态方程 中的垂向部分来概述油藏非均质性的影响。公式如下： 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 一 耵丽筹谛等j 钆21 讯i 万元司可万赢五面j i 町丽等希罴 21 耶i 万i 葡可万芹而吲j ( 2 8 ) ( 2 9 ) 2 3 2 三维稳态产能新公式 文献3 在研究有关产能计算公式的基础上，将水平井视为三维线，推导出无界地层 水平井三维稳态渗流速度势分布。根据镜像反映和势叠加原理，又导出了底水驱油藏水 平井三维稳态势分布，在此基础上得到了三维稳态产能新公式。 考虑水平井在油藏中的位置及油层各向异性等对水平井产能的影响，引入了流动阻 力修正系数，它使得产能计算公式更简单、实用。 ( 1 ) 无界地层水平井三维稳态势分布 如图2 - 1 所示，在均质各向同性无界地层中有一长为l 的水平井，距x 轴的距离为 z 。假定单相原油在地层中为稳定渗流，水平井为一均匀入流的线汇，产量为q ，则它在 无界地层中任一点( x ，y ，z ) 处产生的速度势为： 巾( x ，y ，z ) = q l n 等+ c ( 2 - 1 0 ) r l 式中，c 为任意常数：q = 一q 4 l ，若( r + l ) ( r l ) = d ( 常数) ，则中就为常数， 将其化简得： x 2 f 页i 了丽= 百可7+ 斋dd = 簪= t ( 一1 1 。l 2 图2 - 1 无界地层中水平井示意图 图2 - 2 底水驱油藏中水平井示意图 f i g u r e2 - 1d o e sn o th a v ei nt h es t r a t u m t h eh o r i z o n t a lw e l ls c h e m a t i cd r a w i n g ( 2 ) 底水驱油藏水平井三维稳态势分布 f i g u r e2 - 2 b o t t o mw a t e rd r i v eo i ld e p o s i t h o r i z o n t a lw e l ls c h e m a t i cd r a w i n g 如图2 - 2 所示，底水驱油藏顶部为封闭边界，油水界面为恒压边界，设其势恒为中 第二章国内外水平井技术研究现状 e ，含油高度为h ，水平井距油水界面的距离为z 。根据镜像反映原理，两边界之间的有限 区域可表示成无界空间中两口水平生产井和两口水平注水井交替出现的平行于x 轴的 无穷井排，其中两排水平生产井的z 坐标分别为4 n h + z ，4 n h + 2 h - z ( n = o ，l ，+ - - 2 ， 3 ，) ；两排水平注水井的z 坐标分别为4 n h 一乙，4 n h 一2 h + 乙。根据叠加原理，并用 式( 1 0 ) 得到油层中任一点的势： ( x ，y ，z ) = q 阵o ( z 。，x ，y ，z ) + 芎o ( 2 h z 。，x ，y ，z ) 一号o ( 一z w x ，y ，z ) = 毛o ( 一z 。，x ，y ，z ) 一号o ( 一2 h + z 。，x ，y ，z ) = i to ( 4 n h + z 。，x ，y ，z ) + 专。( 4 n h + 2 h z 。，x ，y ，z ) 2 1 2 n = n 0 = o ( 4 n h z 。，x ，y ，z ) _ 号o ( 4 n h 一2 h + z 。，x ，y ，z ) 0 + c ( 3 ) 底水驱油藏水平井三维稳态解产能公式： qo = 3 2 5 8 k 。lap 公式推倒过程见文献2 ，水平井长度l ，m ；z - 为水平井距油水界面的垂直距离，m ； h 为水平井井筒半径，m ；r 为流动阻力修正系数，无因次。若油层各向异性，即水平渗 透率为k 。，垂直渗透率为k 。则需对以上有关式子进行修正，油层渗透率k 用有效渗透 率k 。= i x 代替；h 、z ，分别用bn 和b “代替，则卢= 量k ，。 文献用导出的公式计算了我国某底水驱油藏水平井的产能。油藏及油井的数据如下 呻】 l = 5 9 9 5 m ，r = 0 1 0 9 8 m ，k h = 5 6 9 1 0 3 i 工m 2 ，k ，= 2 8 0 i 0 。3 um 2 ，h = 6 3 m ，z ，= 5 6 8 m ， 1 1 o = 6 5 m p a s ，b o = i 0 3 1 。当生产压差分别为4 5 7 和5 9 0 m p a 时，测试产量分别为1 2 8 8 0 和1 5 1 6 0m 3 d ，计算产量分别为1 2 0 6 2 和1 5 5 7 2 m 3 d ，相对误差分别为6 3 5 和2 7 2 。 2 3 3s d j o s h i 水平并产能预测方法 对于稳定状态、单相流情形，可以使用下列公式“3 。 当l b 。时，有 q h = o 0 0 0 5 3 5 k b h p ( 肛b o ) n f 丽l 2 忙n ( 昙) ：一l ； z ll l ( h r w 2 ) ( 2 一1 4 ) 式中，k , - 一一水平渗透率，m d ； k , - - 垂直渗透率，m d ；h - - 油层厚度，m ；u 一原油粘 度，c p ；ap - 一压降，k p a ；b o - 压缩系数，r m 3 s t m 3 ：ls 一油层中深到水平井位置的垂直 距离。 6 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 qh = ( 2 - 1 5 ) 式子( 2 1 5 ) 比( 2 1 4 ) 推倒更严密和精确。当l 0 4b 、时，两式子计算的生产指数 ( q ap ) 只相差1 4 ；当k ，= k h 时，两式子获得一致结果：各向异性地层，式子( 2 - 1 5 ) 比式子( 2 - 1 4 ) 略高。 a = ( l 2 ) 0 5 + 扣万可丽5p ：肛_ r ( 2 - 1 6 ) 2 3 4 拟稳态产能 对于单向流来讲，拟稳态产能有三种计算方法( 2 1 7 ) ( 2 - 1 9 ) 。假定条件：油 藏在所有方向上都是有边界的，且水平井的位置在矩形的有界泄油面积中是任意的。三 种方法的区别是所用的数学解法和边界条件。其中，方法一将水平井假定成一口无限导 流井，方法二假定了均布流量边界，方法三使用了一种近似的无限导流解法，恒定的井 筒压力是通过沿井筒长度把均布流量解法的压力值进行平均来估算的；方法三通常给出 最高产量，而方法二通常给出最低的产量( 公式中的字符意义见文献1 ) 。 方法一： j h ：姜竺型l 土丛生坠l i n l l - a ，+ sr + s 。一一十d 。 l w， r 。= r 丁fs ，= l n 【l ，( 4 r ，) 】 ( 2 1 7 ) 方法二： j h = l i l c 。：6 2 8 f 孥 、n 括 2 ( 2 - 1 8 ) h s i l l ( 兀 ) _ o sh l f t 盟h1 ) 叵1 j 乩o s s 方法三： 一亓告警等券格 q _ 1 9 7 器 量k 第二章国内外水平井技术研究现状 s ，= 一( 孚 习 一( 争) + ( 争) 2 + n ( ) ( t + s i n ( n 争) 2 3 5 锥进与临界产量 锥迸是由于直井眼的下油水界面的轴向对称变形所造成的，导致水早期突破，降低 采收率，特别是当生产层底部接近油水界面时更是如此。长期以来，人们做了大量的实 验和数学分析，认为如果以极低的产量生产，则可避免气水锥进【”。 锥进问题中的主要参数是临界流量。在该流量以下，水不能到达井筒，产出液不含 水。水平井的临界产量随着垂向渗透率的增加而提高，这一点与直井正好相反。对于水 平井，若垂向渗透率减少，产能也随之降低，因此要求有较高的压力降落来保持一个既 定的产液量，水平井的高压降落降低临界产量【”。 ( 1 ) 有关公式 文献1 2 在实验室和数值模拟得出了如下计算公式： q 。：p h 坠啦二业 ( 2 2 0 ) 式中，当q c ，单位为m d ，k h 为m d ，p 为g c m 3 ，h 和h 。为m ，u 。为c p 时，b 为0 0 0 1 4 ： 当q c ，单位为b b l d ，j ( i ，为m d ，ap 为g a m 3 ，h 和h ，为f t ，u 。为c p 时，b 为o 0 0 0 8 7 7 。 文献1 中介绍了四种临界产量计算公式( 2 - 2 1 ) ( 2 2 4 ) ，在底水油藏或气顶油藏 中，通过采取合理措施，能够控制底水上升和气顶下移，从而对油藏产生最有效波及， 提高采收率。所列公式中只有c h a p e r o n 关系式考虑了垂直渗透率与水平渗透率之间的 差异( 以下公式具体符号说明见本参考文献) 。 c h a p e r o n 法： 旷4 s 8 s 枷一万la p y 告t o b f 浯z ， #0 f = 3 9 6 2 4 9 5 5 + o 0 6 1 6 4 3 8q ”) 一o 0 0 0 5 4 ”) 2 e f r a s 法： q0 24 8 8 8 。1 0 k h h2 p l 面霸孬巧可而) j ( 2 - 2 2 ) g i g e r 和k a r c h e r 法： 旷4 s s s 枷。4 ( 击 ( 等 t 一吉毒 l z s ， 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 j o s h i 法： qo = 1 5 3 5 1 0 3 g p 。) ( 。【h2 一( ( h 一1 ，) 2 ) j ( z 叫) ( 2 ) 动态分析 文献1 0 中研究了锥迸情况下，见水后的生产动态。研究了流度比、产量、泄油半 径对水平井( 包括直井) 采收率的影响。主要研究成果：一是有利流度比和不利流度比 具有不同的生产动态，见水后直井的采收率低于水平井的采收率，当流度比较高时，两 者之间的采收率值为1 5 ( m = o 5 ) 到3 ，甚至到8 。在流度比有利的情况下两者相差不 大( 见表2 - 3 ) 。二是在流度比不利的情况下，当产量从2 2 倍增加到4 2 倍于临界产量时， 水平井的模拟计算结果显示出采收率的递减( 从1 1 6 降到g 3 ) ，在流度比有利的情 况下对采收率不敏感。三是在流度比有利的情况下，增加泄油半径导致油井见水时采收 率下降。 表2 - 3高于临界产量直井与无限长水平井无水采收率和最终采收率比较表 t a b l e2 - 3i sh i g h e rm a nm ec r i t i c a lo u t p u tv e r t i c a ls h a f ta n dt h ei n f i m t e l o n gh o f i z o m f lw e l la n h y d r o u sr e c o v e r yr a t i oa n dm er i n dr e c o v e r yr a t i oc o m p a r i s o nt a b l e 综合参数油井类型产量与临界产量比无水采收率含水8 0 时采收率 流度比0 5直井 1 6 3 7 58 4 1 渗透率2 0 0 m d 水平井 2 25 5 28 5 3 泄油半径1 0 0 m 水平井 9 05 2 78 4 0 流度比0 5直井 1 0 2 1 4 1 7 7 1 渗透率2 0 0 m d 水平井 9 83 6 67 8 8 泄油半径2 0 0 m 流度比1 0直井 1 0 21 0 22 9 7 渗透率1 0 0 0 m d 水平井 9 83 1 53 9 5 泄油半径2 0 0 m 流度比1 0直井 1 3 50 71 1 o 渗透率1 0 0 0 m d 水平井 1 0 75 23 1 0 泄油半径4 0 0 m 流度比2 0 0直井 2 1 o0 1 31 5 垂直渗透率1 0 0 m d 水平井 2 1 o 1 0 7 1 1 8 水平渗透率1 0 0 0 m d 泄油半径4 0 0 m直井 4 2 00 1 31 2 水平井 4 2 0 o 8 76 3 2 3 6 水平井与直井生产能力比较 d w s h e r r a r d 等人在普鲁德霍湾水平井的应用一文中就生产能力进行了分析。 普通井的生产能力取决于产层的渗透率和厚度。生产能力低表明地层渗透率、油层薄或 两者兼而有之。水平井的生产层段不是由地层的自然产能决定，而是人为选择的。 水平井采油指数： 9 第二章国内外水平井技术研究现状 p i = p b o l n ( 直井采油指数： p i ：! ：! ! 兰! ! ：堡 p b o -lftl+、瓜瓦万了+7h l 1 rh 、1l ，f1 + l + ( l7 2 ) 21 fh1l ( 2 2 5 ) ( 2 - 2 6 ) 计算结果见图2 3 ，可以看出，水平并的产能很大程度上受垂向渗透率影响；水平 井设计的目的靶心应位于k 。k h 值在o 卜0 5 范围内，在1 5 0 0 f t 长的生产井段上采油指 数增加5 - 1 0 倍。 c a k o s s a c k 在 t r o l l 油田开发：水平井与直井比较“”中模拟研究了一个半径 为1 5 0 0 f t ( 1 5 2 4 m ) 的圆形供油区域中水平井和直井的产能情况。井网部署见图2 - 4 ，a - c 中分别为6 口、1 2 口和1 8 口直井，d 中为6 口水平井。结果表明，应用一口1 5 0 0f t ( 4 5 7 m ) 的水平并比一口直井能采出更多的原油。当产量小于1 0 0 0 0 s t b d ( 1 5 9 0 m 3 ) 时，l 口水 平井比2 口直井的动态还要好。在高产情况下，它们的动态几乎相同。如果扇形产量高 于7 0 0 0s t b d ( 1 1 1 3 m a ) 左右，则3 口直井将比l 口水平井能采出更多的原油，此时3 口直井在径向上的分布距离大于水平井。 5 0 06 0 0t 0 0s 0 0c j 0 010 8 01 i 0 012 0 0l ：b o o1 4 0 01 5 0 0 淮滴长度( n ) 图2 - 3 水平井采油指数变化图 f i g u r e2 - 3h o r i z o n t a lw e l le x t r a c t i o ni n d e xc h a n g ec h a r t q 9 cd 图2 - 4 水平井与直井井网部署图 f i g u r e2 - 4h o r i z o n t a lw e l la n dv e r t i c a l s h a l f 【w e l lp a t t e r nd e p l o y m e n tc h a r t 2 4 水平井流入动态 g i g e r 等人( 1 9 8 4 年) 指出，水平井的产量基于液体流向水平井的稳定状态流动方 程，最早是由m e r k u l o v ( 1 9 5 8 年) 和b o r i s o v ( 1 9 6 4 年) 提出来的。 j o s h i ( 1 9 8 8 年) 将该三维问题简化成二维问题，基于水平井的泄流区是一围绕井筒、 1 0 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 长轴为l 的椭圆体。若在与井筒轴线上正交的平面内研究井筒周围的流动，则在此区域 内流体的流动为径向流，且认为流入水平井筒的另一阶段在一个水平面内。假设泄油半 径为1 2 有效厚度，井在油层中部，表达式见本文公式5 【i “。 对于各向异性油藏( 如砂岩油藏) ，水平渗透率和垂直渗透率的比值一般为1 0 ：l ， 1 9 3 7 年m u s k a t 建议，甩b ( = k h k 。的平方根) 乘以有效厚度校正纵轴，用k h 和k v 的 几何平方根代替垂直平面中的渗透率，得到后来被广泛采用的本文公式( 2 - 8 ) 一公式 ( 2 - 9 ) 。 2 4 1 水平井简内压降对水平井向井流动态关系的影响“1 水平井向井流动态关系是水平井油藏工程和采油工程都必须研究的重要内容之一， 是指稳定生产条件下水平井日产油量与水平井简跟端处流压之间的关系。它反映了水平 井提供流体流量大小的能力。表示产量与跟端流压关系的曲线称为向井流动态关系曲 线，简称为i p r 曲线。已有较多的水平井稳态产量计算公式用于预测向井流动关系，但 大多数都把水平井筒看成具有无限导流能力即忽略不计井筒内的压力降，认为水平井筒 内压力为均匀分布“，。 研究表明：当水平井筒内压降较大时，即使油层和整个水平井筒内全部为单相原油 流动，水平井的i p r 曲线也不再为一条直线，而是一条曲线。井筒内压力损失越大，单 相液流i p r 曲线的这种背离直线的现象越明显；对于有底水或气顶的油藏，应适当增加 水平井筒直径，以降低水平井筒内压降，从而延缓底水或底气的锥进。 其实流体从油藏沿水平井长度方向各点流入水平井筒后，再从流入点处流向水平井 跟端，要使水平井筒内的流体保持流动，水平井指端至跟端必然有一定压力降，当油藏 渗透率较低，其压降比从油藏至井筒的压力降小得多时，这种近似处理较合理；但当渗 透率较高，水平井筒长且井筒内为单相紊流或为油、气两相流时，压力损失较大，与从 油藏至井筒的压力损失能相比拟，此时就不能忽略水平井筒内的压力降。 实际上，水平井筒内的压力降不仅影响井的生产特性，而且影响完井和井剖面的设 计。因而在水平井产量预测、向井流动态关系的建立以及水平井油藏工程研究中应考虑 水平井筒内压力降的影响。 ( 1 ) 考虑水平井简内压降影响的水平井向井流动态关系模型 对于长度为l ，跟端在x = o ，指端在x = l 处的裸眼完井水平井筒，假定其内为单相不 可压缩液体作等温流动，将其分成n 段，设从油藏流入井筒第j 段的流量为q ，第j 段中点处的压力为，则对于不同类型油藏，根据势迭加原理，可推导出各类油藏条件 下流动遵循达西定律的单相液体在油藏内渗流的方程，并可将其归纳为下述统一形式。1 a o = b 第二章国内外水平井技术研究现状 b = 九0 九0 九o 九0 p w p w1 ) p e p w2 ) p e p w3 ) p e p w4 ) 其中：q = ( q l ，q 2 ，q 3 ，qn ) 对于底水驱、边水驱油藏的水平井( 公式2 6 ) ： a= ( p 。( p ：( p ( p ：( p 。 ( p ( p 。( p ，：( p ( p 。( p 。：( p 对于上下均为封闭的水平无限大油藏： a = ( p 。 q ，。 ( p ，。 ( p 。 ( p 。中。( p ：( p 。：( p ，( p 。，叩，。( p 。 平：，q 。( p 。( p 。：( p ：，平。，( p ：。( p 。 ( p 。叩。，( p ，：中。：平。( p 。，q ，。叩。 ( p 。( p 。：( p 。，( p 。：( p 。，( p 。，( p 。( p 。 ( 2 - 2 7 ) ( 2 2 8 ) ( 2 - 2 9 ) 在已知水平井筒跟端流压n ，的情况下，井筒内的压力分布可按公式( 2 2 7 ) 计算： p _ ，= n 广1 + 0 5 ( p - 厂l + r ，) ( 2 3 0 ) ( j = l ，2 ，3 ，n ) ，p n = 0 ，p k = p 0 。 r 。水平井筒内第j 段的压降。 与普通水平圆管流相比，水平井生产时，水平井筒内除了沿水平井长度方向有流动 ( 一般称为主流) 外，还有流体从油藏沿水平井筒长度方向各处流入井筒。从指端到跟 端，流体质量流量逐渐增加，即为变质量流。流速也逐渐增加，加速度压降不再等于零， 其影响不能忽略；流体从油藏沿水平井筒径向流入，干扰了主流管壁边界层，影响了其 速度剖面，从而改变了由速度分布决定的壁面摩擦阻力。故水平井筒内的流动具有与普 通水平管内流动不同的特性。计算水平井筒内压降时必须考虑这些流动特性。根据质量 守恒原理和动量定律可推导出水平并筒第j 段的压降为： 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 ：掣+ 掣 。， q 。= qjb。(2-32) n o q ，= q 。 k = j + i ( 2 - 3 3 ) 由此可求出各p - ，值下的全井日产油量q 。，然后绘制i p r 曲线。 ( 2 ) 水平井筒内压降对水平井向井流动态关系的影响。 用上述模型计算并绘制了以表2 4 中数据为基础的底水驱油藏中l 口水平井向井 流动态关系曲线。不考