水平井在底水油藏应用中存在的问题

水平井在底水油藏应用中存在的问题

利用水平井开发低地油气藏的优势是显而易见的，但发现的问题也越来越明显。这主要体现在对水平井井剩余设计方法和技术应用的研究上，对后续作业的限制较小。平井产水期短，产量下降快，底水上升快，找不到水控水的方法。因此在底水油藏中,开展以控制流入剖面为目的的完井优化设计理论研究具有重要意义。国外水平井技术发展很快,相应的水平井控水完井的方式和完井工艺从常规的分段完井、恒流控水筛管的半智能完井发展到了智能完井,并在现场成功进行了大量试验,取得了明显效果。主要控水方法包括:①常规完井:分段完井+变完井参数;②半智能完井:分段完井+控水筛管(ICDs);③智能完井:分段完井+ICVs控制;④DWS双管完井技术;⑤中心管完井技术;⑥特殊控水设备(比如EquiFlowOilSelector)。相比而言,由于研究起步较晚,目前国内的控水完井手段相对比较单一,控水技术主要处于常规控水完井技术阶段,即主要采用了完井参数控制方法,并逐步往半智能完井控水过渡,主要有:①独立筛管分段完井(盲筛分段组合+变参数);②射孔完井(分段打开+变密度参数射孔);③射孔完井(逐层打开+逐层封堵);④控水筛管分段完井;⑤中心管完井。根据目前国内外底水油藏开采的现状和技术现状,控水完井技术的发展趋势将体现在以下4个方面:①满足控水或防砂控水一体化的自适应恒流控水筛管开发;②智能完井设备与控制技术;③完井管柱与配套封隔器研制;④控水完井优化设计软件开发。水平井控水完井的基本思路是调整流入剖面和分段控制,改善水平井的水淹模式以有利于提高水平井控制油藏的采收率。本文将从底水油藏水平井完井方式选择、水平井动态模拟、产液剖面预测以及控水完井优化与应用几个方面,系统阐述水平井控水完井整体优化的技术方法。一、底水油藏水平井开采的底水控制水平井由于水平井筒流动压降的影响,井筒流动和油藏渗流存在交互作用,使得油藏沿水平井筒的流入剖面极不均一。图1是均质油藏水平井筒为无限传导和有限传导的流入剖面对比示意图,水平井井筒压降的存在将进一步加剧流入剖面的差异化,加快底水在井筒中某处的脊进。底水在水平井跟部首先突破比在其他地方首先突破的危害性更大,严重影响水平井采收率。如何改善水平井筒的流率分布,在满足水平井产能的同时又能在一定程度上延缓底水的脊进,是水平井开采的关键问题。因此,底水油藏水平井开采的底水控制主要原理包括四个方面。即:①尽量减少水平井完井段的水力摩阻损失;②改变流动方向,使完井段摩阻损失压力剖面重新分布;③通过控制井筒流入,使水平井筒产生最优的砂面压力分布;④底水分流。从控制水平井流入剖面的手段来看,目前主要有分段完井+ICDs控制(半智能完井)、中心管控制、分段完井参数优化控制、DWS双管完井以及智能完井控制等。水平井控水完井优化是在选择合理完井方式基础上,进行分段完井和参数优化,尽量均衡井筒产液剖面,提高底水波及范围。二、基于模糊综合评判法的水平井完井方式综合评价综合考虑影响水平井完井方式选择的各种因素,其中包括地质、工程、施工难度与安全方面的因素。将水平井不同完井方式的技术应用指标进行分类,并引入模糊综合评判模型,根据资料分别建立各因素隶属函数,利用模糊综合评判法对多因素进行系统分析,最后结合产能评价、递减规律和技术经济评价,获得水平井完井方式综合评价方法。建立的模糊评价系统考虑了15种评价指标和23种完井方式,评价指标和完井方式考虑了底水油藏水平井控水的特殊要求,具体因素集和完井方式集如表1所示。利用开发的软件首先进行模糊评价以初选完井方式,然后进一步利用产能评价、产能递减模型和经济评价可获得不同完井方式的累积产油量和净现值,为完井方式的合理选择提供依据。三、井-井-水-井根据水平井井筒和储层流动的特点,以三维连续点源格林函数和叠加原理为基础,在油藏三维渗流的水平井完井势响应模型基础上,通过建立不同完井条件下油藏渗流和井筒流动耦合的产能评价和产液剖面预测模型,可考虑渗透率分布、井身轨迹、水平井筒压降、地层伤害、完井参数、摩阻系数和流体参数的综合影响。水平井产液剖面预测是底水油藏水平井控水设计的基础,目前获得水平井产液剖面的方法有两种:一种方法是建立的耦合模型进行预测,由于求解过程复杂,这里从略;另一种方式是生产测井方法,主要包括静态测试(C/O测井、PND-S测井及PNN测井)和动态测试两类。由于水平井控水的原理是通过改变沿水平井筒的完井参数,或控制地层向近井单元的附加流动压力损失,使地层沿井筒的流入剖面尽量均匀,达到控制底水脊进的目的。因此,弄清影响产液剖面的因素和控制产液剖面的方法是水平井控水的关键。1.井筒结构及产液剖面的变化规律影响水平井产液剖面的因素很多,主要包括水平井完井方式及其工艺参数、地层参数(比如油藏厚度、各向异性、非均质性、油藏边界、钻井污染等)、流体物性参数和井筒水力学参数。同时由于水平井修井、增产增注和分层开采的要求,水平井常常采用分段完井,水平井打开程度、打开位置、打开段数都将对水平井筒产液剖面产生影响。渗透率对产液剖面的影响极为明显,直接影响地层向井筒的流动。一般来讲,如果油层均质,相同生产压差下,油藏渗透率越大,产液剖面越向流量轴倾斜。但在相同的平均渗透率前提下,均质油层和非均质严重的油层产液剖面差异极大。图2是渗透率分布对水平井产液剖面的影响示意图。完井参数直接影响打开段单元的沟通程度,参数不同对应的完井表皮不同,因此对产液剖面有直接的影响。图3是分三段打开,打开程度80%时,采用不同的射孔弹引起的产液剖面的变化。实际上,水平井产液剖面是井筒渗透率分布、井眼轨迹、钻井污染、完井参数、岩石和流体物性、井筒水力学参数、打开段数、打开程度和完井管柱结构等多种因素的综合反映。完井参数只能在一定程度上缓解层段产液矛盾,必须从完井方式、完井参数和控水工艺三个方面进行综合考虑和设计,才能获得更好的控水效果。2.主要技术方法一般来讲,通过不均匀完井参数设计可以实现均质地层产液剖面的均衡调整,但对于平面非均质相对严重的地层,调整完井参数(比如射孔弹、射孔密度、割缝密度等)仅能在一定程度上缓解产液剖面的不均匀,必须结合完井方式合理选择、宏观打开参数(打开段数、打开位置及打开程度)、打开单元段完井参数和恒流控水设备(如ICD等)进行整体优化控制。目前主要的技术方法有:①分段完井+变完井参数;②分段完井(变完井参数)+中心管;③分段完井+半智能ICDs(控水筛管);④分段完井+智能ICVs;⑤DWS完井控制。不同的技术方法其控水效果不同,必须针对水平井钻遇地层情况,恰当选用合适的技术方法。下面结合两个实例应用加以说明。四、利用射孔参数调整产液剖面实例1:水平井HA所在储层的物性参数为地面原油密度0.75g/cm3,体积系数1.1,地层原油黏度2.63mPa·s,储层厚度30m,油层压力65MPa,水平井眼长380m,产层段套管外径139.7mm。根据测井解释渗透率分布,应用平滑滤波技术对测透率进行处理。根据地质特征、工程需求,完井方式综合评价后推荐采用射孔完井,利用控水技术方法1(分段完井+变完井参数)对产液剖面进行控制,图4为利用完井优化软件获得的流量剖面优化前后对比图,可以看出通过改变射孔密度可以达到均一产液剖面的目的。但渗透率较低的井段改善力度不够,研究表明通过射孔参数调整产液剖面,渗透率级差不应超过4。实例2:水平井H8所在储层的物性参数为地面原油密度0.94g/cm3,体积系数1.2,地层原油黏度290.5mPa·s,储层厚度10.5,油层压力12.45MPa,水平井眼长599m,产层段套管外径139.7mm,平均避水高度6m。该井钻遇三个油层,采用了分段完井+分段采油+中心管控水方法,控水效果对比如图5所示,相对于同一油组的其它未采用控水设计的H1、H2、H3、H4和H5水平井来说,表现出了良好的控水效果,相同含水率下的累积采油量明显增加。五、完井方式确定(1)在考虑油藏地质特征、开采工程需要以及施工要求的基础上,建立基于模糊评价、产能评价和技术经济评价的完井方式综合评价系统,可考虑15种