水平井在枯竭油气藏型地下储气库的应用

尹双江 陈 军 梁光川 蒲海东 易 俊 杨浩珑

(1.西南石油大学，成都 610500；2.中石油西气东输管道分公司，上海 200122；3.重庆科技学院，重庆401331)

水平井在枯竭油气藏型地下储气库的应用

尹双江1陈 军1梁光川1蒲海东2易 俊3杨浩珑3

(1.西南石油大学，成都 610500；2.中石油西气东输管道分公司，上海 200122；3.重庆科技学院，重庆401331)

阐述水平井在地下储气库的应用及其研究现状；分析水平井技术应用于地下储气库工程的适应性和优缺点；通过水平井单井产能实例计算评价水平井应用于地下储气库的可行性。应用结果表明，采用水平井能使地下储气库注采能力大大增强。

枯竭油气藏；地下储气库；直井；水平井

地下储气库是季节调峰和确保稳定供气的重要设施之一，建设地下储气库刻不容缓。目前中石油和中石化两大集团公司掀起了建设地下储气库的热潮。纵观国内外，绝大部分地下储气库类型属于枯竭油气藏型地下储气库。国内目前已建或在建的枯竭油气藏地下储气库主要是以直井作为注采井或观察井。储气库水平井技术具有许多优点，该项技术已在欧美一些国家地下储气库建设中得到了广泛应用。我国储气库水平井技术起步比较晚，目前正处于储气库水平井钻采技术摸索阶段。例如国内大港油田2009年在板中北储气库注采井中首次选用了水平井钻井工艺，华北油田在京58储气库群中也选用了水平井作为工作井。2010年在建的中石油长庆油田陕45井区以及榆林南井区储气库都选用了水平井作为注采井［1］。

我国储气库水平井技术应用水平与国外差距较大。在国外,A Suat Bagci［2］运用数值模拟手段，对 KM枯竭油气藏地下储气库水平井和直井井型进行了优选，模拟出了KM地下储气库最佳直井和水平井数注采组合，获得了整个储气库水平井的最佳注采速度。S R B［3］结合实例研究了水平井在储气库的工程设计和实施方案以及具体的水平井钻井施工参数，并讨论了现场水平井在生产实践中的效果，以及水平井技术在储气库运用中出现的问题。国内目前还没有相关文献系统地阐述此项技术。笔者在此做初步理论探讨，希望对国内当前枯竭油气藏地下储气库的建设具有参考和借鉴意义。

1 枯竭油气藏地下储气库水平井优缺点及适用性

1.1 优点

（1）在满足储气库调峰功能和安全运行的要求下，若技术上可行，储层地质条件允许，用少量的水平井取代多口直井效果较好，可确保低能量消耗，低垫层气产出，低生产运行成本。

（2）储气库水平井在生产运行过程中，能抑制和减缓边底水的锥进，延长气井的稳产期，避免气井水淹停产。

（3）地下储气库选用水平井技术还可以降低地表环境污染。储气库水平井一般不进行压裂等改造措施，储层伤害小。另外从钻井工艺来说，水平井钻速较直井快，水平井采用低密度、低固相的钻井液，泥浆浸泡储层时间短，较直井来说对储层污染小。这样可以更好地保护储层，最大程度地降低储层污染，益于提高注采速度和储气库工作气利用率。

（4）储气库水平井可使井口工艺尽可能集中，占地面积少，便于生产管理，地面设施投资少。

（5）储气库的密封性是储气库建设者和储气库业主都关注的重要因素之一，也是关系储气库建设成功与否的关键性因素。储气库打直井有钻穿储层的可能性，水平井先进技术可以大大降低钻穿储层的风险和概率。

（6）储气库选择水平井工艺可以大幅扩大地层和井眼的接触面积，可以高效利用储层，能在较低的压降下提高产量。一般来说，对于同一油气藏，水平井的调峰气量比直井高1.5～6倍［4］，这主要取决于油气藏性质和水平段的长度。

（7）根据国外的经验，储气库采用水平井虽然投资管理费用要比直井高2倍以上，但是产量提高了几倍，甚至几十倍，总体经济效益是可观的。水平井技术可以确保储气库生产运行更安全、更高效、更经济。

1.2 缺点

由于储气库水平井相对于直井、钻完井工艺更复杂，不如直井、钻完井技术那么成熟，如果其中任何一个环节出现差错，就有可能导致整个系统工程失败。此外目前地下储气库水平井注采地面工艺尚未配套，还不完善。储气库水平井的应用有严格的地质条件限制，从国内外储库建库选择水平井技术的成功经验来看，一般要满足储层厚度（hm＞5m）、物性（KH＞20×10－3μm2·m）、各向非均质性（β＜50）等要求。这些条件使水平井技术在枯竭油气藏地下储气库中的选用受到一定限制。

1.3 适应性

若油气藏渗透率较低，储层厚度较薄，则水平井比直井更加适应。对于低渗透枯竭油气藏改建地下储气库，水平井技术亦适应。底水块状气藏有效厚度较大，试气时单井产能较高，也可以用水平井的方式开发［6］。对于溶洞、裂缝比较发育的地质构造比较复杂的枯竭油气藏型地下储气库储层，直井难以钻遇有效储层，水平井较直井更具适应性。

2 实例分析

国内拟建的WS地下储气库为一枯竭的油藏，由于目前没有实际的储气库水平井注采气生产资料，本文通过产能计算对储气库水平井注采能力进行预测。

2.1 储气库基本数据

WS地下储气库气藏为一北宽南窄呈北北东－南南西方向延伸的狭长形的逆牵引背斜(见图1)。储气库含气面积为2.97km2，储层B2下1～B2上3层系同时动用，并强注强采。储气库上限压力为20MPa，下限压力为5MPa，储气库最大库容取7.18×108m3。储气库注气规模设计为100×104m3/d,采气规模按150×104m3/d 考虑，总垫气量为 3.02×108m3，有效工作气量为3.54×108m3。采气期从11月到次年3月，共120d；注气期从3月到9月，共200d；平衡期在每年的4月和10月（共45d），即每年管道运行供需平衡期。WS储气库设计垂直井单井采气能力3.2×104m3/d，注气能力 3×104m3/d，设计水平井单井注采能力为（3～30）×104m3/d。从 2011年开始新钻 8口水平井，垂深 2 700～2 740m，斜深 2 750～2 790m，井距设计为400～450m，水平井段长300m。到2015年投产时有12口井注气，11口井采气。

图1 WS地下储气库井位部署图

2.2 储气库单井产能评价

WS储气库原有5口直井，气井试气平均为3.872 7×104m3/d。储气库直井单井产能太低，满足不了储气库调峰的需要［7］。本文通过开展水平井产能评价，研究储气库水平井注采能力及其可行性。

WS地下储气库气藏基本参数：有效厚度h为6 m;表皮系数S为1;储层温度T为100℃;天然气黏度 μg为 0.002 mPa·s；天然气压缩因子 Z为 0.85。 水平井的相关参数：井筒半径 rw为0.23m；水平段长度L为300m；泄气半径re为360m。

利用Dr Joshi水平井产能公式预测储气库水平井日注采气能力。该气藏水平井拟采用114mm油管采气，井口压力设为2.5MPa。若忽略气体与管柱摩擦力和能量损失，将井底流动压力pwf近似为3MPa。当地层压力pi为5～20MPa时，考虑最小携液量及冲蚀流速的影响，水平井产能公式为：

其中：

以上各式中：h—储层厚度，m；kh—水平井段渗透率，μm2；kv—垂直井段渗透率,μm2；L—储层水平井段长度，m；pwf—井底流动压力,MPa；QH水平井日注采气能力，m3/d；re—直井泄气半径，m；reh—水平井段泄气半径，m；rw—直井井筒半径,m；s—表皮系数；T—储层温度，K；Z—天然气压缩因子，无因次；μ—天然气黏度,mPa·s；β—储层各向非均质性；α—泄气区域的主轴半长度，m。

通过式（1）～（5），将上述水平井以及 WS储气库储层基本参数代入进行计算，结果见表1。

表1 储气库水平井产能计算结果表

从表1计算结果可以看出，水平井产能满足设计要求，水平井的注采能力随着地层压力上升而增大，且较直井增加明显，地层压力越大，储气库调峰能力越强。

3 结 论

（1）水平井技术用于地下储气库意味着“大吞大吐”，使储气库大气量调峰能力提高。

（2）通过对WS地下储气库单井产能评价，水平井技术适用中低渗透枯竭油气藏地下储气库。

（3）建议枯竭油气藏改建地下储气库井型选择和井型组合优化以及最佳井位的选择要结合油气藏地质、油气藏渗流条件、工程技术经济、以及用数值模拟等手段综合起来对比优选后再确定。

（4）目前水平井技术在储气库中运用还处于起步和探索阶段，建议开展储气库水平井最佳注采工作方式和工作制度等研究。

（5）建议加强储气库水平井地面工艺配套性研究，以尽快形成我国地下储气库最佳技术运行体系。

[1]刘子兵，张文超，林亮，等.长庆气区榆林气田南区地下储气库建设地面工艺[J].天然气工业，2010，30(8)：78．

[2]Suat Bagci A.Performance Analysis of Horizontal Wells for Underground Gas Storage in Depleted Gas Fileds[G].SPE 111102，2007.

[3]Bergin S R.A Horizontal Well in Gas Storage:A Case Study[G].SPE 26165,1993.

[4]刘希圣，黄醒汉，王治同，等.石油技术辞典[M].北京：石油工业出版社，1996.

[5]王庆，刘慧卿,李华锋,等.低水油藏水平井见水时间影响因素研究[J].油气藏地面工程 ，2010（9） ：1-2.

[6]班彦红，饶丹武，张淑娟，等.永22潜山油气藏改建地下储气库可行性评价[J].天然气技术，2010（8）：45.

[7]丁国生，赵晓飞，谢萍.中低渗枯竭气藏改建地下储气库难点与对策[J].天然气工业，2009，29(2)：106-107.

Abstract：The paper expoundes horizontal wells in underground gas storage of applications,and research status and analyzes the advantages and disadvantages of underground gas storage.Calculation results show that the horizontal well can increase underground storage gas storage injection-production ability greatly.

Key words：depleted oil and gas reservoirs；underground gas storage；vertical well；horizontal well

On Application of Horizontal Well in Exhausted Gas Reservoir

YIN Shuang-jiang1CHEN Jun1LIANG Guangc-huan1PU Hai-dong2Yi Jun3Yang Hao-long3
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610500;2.West-East Gas Transfer Pipeline Corporation China,Petro China,Shanghai 200122;3.Chongqing University of Science﹠Technology，Chongqing 401331)

TE822

A

1673-1980（2011）06-0066-03

2011-06-07

尹双江（1984-），男，湖北宜昌人，西南石油大学石油与天然气工程专业在读硕士研究生，研究方向为地下储气库。