疏松砂岩油藏水平井不均匀射孔技术探讨

汪享林,龚雪峰,马童辉

(中石化胜利油田分公司,山东 东营 257237)

疏松砂岩油藏水平井不均匀射孔技术探讨

汪享林,龚雪峰,马童辉

(中石化胜利油田分公司,山东 东营 257237)

针对套管固井射孔完井水平井水平生产层段产液剖面动用不均衡、射孔完井费用高等难题,尤其是开采复杂层段无法实现裸眼完井开发的水平井,成功研究并应用了水平井不均匀射孔技术。通过改变水平井段上、下游射孔密度分布,调节总的流动阻力,改善因井筒流动摩阻所造成的水平井段中、底部采出程度偏低的情况,调整产液剖面,实现油层均匀供液,提高水平井开发效果。在优化射孔、减少射孔费用方面取得了很好的效果。

水平井;不均匀射孔;疏松砂岩油藏;桩西采油厂

前 言

随着油藏地质研究、钻井技术和采油工艺技术的发展,裸眼水平井不断增多,虽然能够在提高油井产能、降低完井污染和提高油井完善程度等方面有很好的改善,但对于复杂地层分段开采等方面,射孔完井仍然有很大的优势和无法替代的作用。由于水平井在生产过程中,流体在水平段受井筒流动摩阻影响,导致水平井筒各处相对地层的生产压差不相同,从而造成沿水平井筒供液能力不同。因此,针对射孔完井的水平井开发过程中存在的问题,以桩西采油厂疏松砂岩水平井开发为实例,对不均匀射孔技术进行探讨。在桩西采油厂共有 68口水平井,其中有 50口采用射孔完井,主要分布在疏松砂岩油藏。射孔主要采用 127枪 114弹、孔密为 20孔/m、油管输送、磁定位、下相位 180°4排布孔、近平衡压力定向均匀方式,占射孔完井总数的 65.6%。

1 水平井常规射孔技术的缺点

1.1 水平井常规射孔技术基本情况

水平井常规射孔技术一般有如下特殊要求:①采用油管传输射孔;②防砂井、油水同层井、井身轨迹不在油层中间的井应采用定向射孔;③对非均质性严重和长井段的井,采取分段射孔。常用射孔组合方式及聚能射孔器系列见表 1。

表 1 常用射孔组合方式及聚能射孔器系列

1.2 存在问题及原因分析

(1)部分井供液能力差。部分井采用均匀射孔后相比同一油层直井产液量偏低,未能达到预期的产液目的。桩 1-P16井 2007年 7月投产层位为Ng3,初期日产液为 26 t/d,日产油为 6.6 t/d,含水为 74.5%,动液面为 506 m。

(2)部分井水平段动用程度低。桩 1-P14单井每米渗透率差异很大,最小渗透率为 0.1×10-3μm2,最大渗透率为 2 835.8×10-3μm2,相差 28 358倍,采取均匀射孔,在有限导流情况下,由于井筒中存在压降,会出现井筒上游前端不产油的情况,导致单井动用储量降低。

(3)投产初期或提液后含水上升快。部分水平井采取均匀射孔后投产初期高含水,且初期含水上升较快。部分井提液后含水上升速度相当快,如桩1-P20井 2008年 5月下 250 m3电泵提液,含水当月上升至 94.5%,提高 10个百分点。这主要是因为提液后,生产压差放大,导致底水锥进速度加快。

(4)射孔费用偏高。油井射孔费用由固定费、深度费和作业费构成。统计桩西 32口常规射孔水平井,平均射孔厚度为 78.2 m,平均单井射孔费用合计为 38.3×104元,相对直井射孔来说,主要因为水平井射开井段较长,导致射孔作业费用偏高,使单井射孔总费用偏高。

2 水平井不均匀射孔技术研究

2.1 优化设计技术原理

利用油藏流体渗流模型和水平井筒内流体流动模型,推导出了油藏井筒流体流动耦合模型,在该模型中考虑了 2种流动的相互作用和影响。建立了以水平井产量为目标函数、以孔眼分布为决策变量的优化模型,优化模型中考虑了水平井筒内变质量流的影响,可为现场水平井的优化设计提供理论依据。为实现油层均匀供油,降低产液强度,延缓底水锥进时间,合理开采水平井,提高单井动用储量,要求水平井全井段为均匀流入剖面,即任意位置处的流量必须相等,在有限导流情况下,考虑井筒流动压降,井筒下游末端的流动阻力较小,径向流量较高。因此,要达到均匀流入,应降低该处孔眼密度;在井的上游末端,通过加密孔眼来增加该处的径向流。根据油层渗流阻力原理确定渗透率与射孔参数的关系,针对同一油层井段上每米的渗透率级差较大,通过射孔调剖达到改善单层产液剖面的目的,即对于高渗透带,采用低孔密、短穿深,使射孔孔眼的流动阻力增加,增加该处的总流动阻力;对于低渗透带,采用大孔密、深穿透,使射孔孔眼的流动阻力减小,减少该处的总流动阻力。

2.2 均匀流入剖面数学模型

图 1 相位角一定时产能随孔深和密度的变化曲线

图 2 孔密一定时在不同的相位角下产能随射孔深度的变化

2.2.1 射孔流入剖面敏感性分析

通过油藏井筒流动藕荷模型,得出产能随孔深、孔密和相位角、方位角的变化关系曲线 (图 1～3)。从图 1可知,当相位角一定时,油井的产能随孔密的增加减速递增,从经济角度考虑,当射孔密度达到 20孔/m时,增加射孔密度来提高产能意义已不大。在未受损害的地层中,孔深增加,油井的生产能力显著增大;在有污染压实的情况下,如果穿透深度小于损害带厚度,则产能将随穿透深度的增加而有所增加。若穿透深度大于损害带厚度,产能将显著增加。由图 2可知,在相同孔深和孔密条件下,当相位角为 45°时产能最大。对于疏松砂岩油藏相位角为 60°射孔后产能更为稳定,因而一般情况下优选相位角为 60°。由图 3可知,当相位角一定时,射孔的方位垂直油藏最大渗透率方向,表皮效应最小,油井产能最大;射孔的方位平行油藏最大渗透率方向,表皮效应最大,油井产能最小。

图 3 相位角一定方位角对水平井射孔产能的影响

2.2.2 均匀流入剖面数学模型的建立

应用油藏和井筒流动藕荷模型,建立了以水平井产量为目标函数、以孔眼分布为决策变量的数学模型,当井筒为均匀流入剖面时,要求井筒中任意位置处的流量相等,从而推导出任意位置处的射孔密度,建立了均匀流入剖面数学模型。任一位置处的射孔密度为:

式中:d为井筒内径,m;n(x)为 x处的射孔密度,孔/m;qL为单位长度流入量,m3/(s·m);rp为孔眼半径,m;Lp为射孔深度,m;α为摩擦系数;β为紊流系数,1/m;μ为流体黏度,Pa·s;ρ为流体密度,kg/m3;Cf为受摩阻系数影响的产能系数;x为距水平段跟端距离,m;x0为水平段末端距离,m;n0为水平段末端的射孔密度,孔/m;K为地层渗透率,10-3μm2。

3 现场应用情况

3.1 不均匀射孔优化设计

利用不均匀射孔计算公式对桩 1-P29、桩 8-P1及桩 106-P6井进行变孔密射孔参数优化。以桩 106-P6井为例,该井于 2005年 7月 14日完钻,层位为Ng14,砂层井段为 1 791.2～2 214.0 m,决定对 1 950～2 100 m井段实施不均匀射孔完井,通过该井每米渗透率和油层基本参数计算,对桩106-P6井射孔孔密进行优化,根据该井优化设计得到的孔密分布曲线,确定了该井分段射孔优化设计参数(表 2)。

表 2 桩 106-P6井分段射孔优化参数

3.2 水平井不均匀射孔技术应用效果

水平井不均匀射孔现场应用 3口井(表 3、4)。3口井投产初期平均含水为 26.5%,低于均匀射孔井。32口均匀射孔井投产初期平均含水为55.5%,投产初期含水为 29%,单井 (桩 1-P29)含水最高为 35%,单井(桩 106-P6)最低为 10%。从单井含水变化情况来看,桩 106-P6井实施效果最明显,该井投产的前 3个月,含水一直未超过10%,目前含水已降至 4%,目前这 3口井平均含水为 59%。对比水平井不均匀射孔和均匀射孔井含水变化情况,不均匀射孔效果好于均匀射孔,能有效延缓底水锥进速度,提高单井动用程度,达到 了预期的目的。

表 3 不均匀射孔已实施井分段射孔方案

表 4 分段射孔已实施井生产情况

4 结 论

(1)通过水平井均匀流入剖面数学模型建立和分析,将水平井射开井段划分为若干个小段,靠近水平井段下游端处的射孔密度要低,靠近上游端处的射孔密度要大,以保证流体均匀流入。

(2)通过油藏井筒流动藕荷模型,得出产能随孔深、孔密和相位角、方位角的变化关系:在有限导流情况下,考虑井筒流动压降,井筒下游末端的生产压差较大,径向流量较高,要达到均匀流入,应减少该处的孔眼密度;射孔的方位垂直油藏最大渗透率方向,表皮效应最小,射孔的方位平行油藏最大渗透率方向,表皮效应最大。

(3)现场实践表明,水平井不均匀射孔能降低产液强度,降低含水上升速度,延缓底水锥进,有效改善水平段动用程度偏低的情况,解决单井投产后含水上升快等问题,提高了单井动用程度,同时节省射孔费用,提高资源利用率,具有良好的经济效益和社会效益。

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编辑 王 昱

TE355.6

A

1006-6535(2010)03-0112-04

20091113;改回日期:20100115

中石化胜利油田分公司“变密度射孔技术在桩西采油厂的应用”项目部分内容 (K200806)

汪享林 (1981-),男,助理工程师,2005年毕业于长江大学石油工程专业,现主要从事油田勘探开发研究工作。