低渗油藏射孔优化技术研究

吴剑,陈婵娟 (中石化华北石油工程有限公司测井分公司,河南新乡 453000)

低渗油藏射孔优化技术研究

吴剑,陈婵娟 (中石化华北石油工程有限公司测井分公司,河南新乡 453000)

射孔压裂求产是油气勘探开发中应用最广泛的一种完井方式。为尽可能发挥射孔造缝的功效,降低压裂成本,制定了合理有效的射孔优化方案,提高油井采收率,针对低渗油藏储层特点,运用三维有限元数值模拟方法模拟不同射孔参数下地层和射孔孔眼中的渗流状态,计算流体产能、产率比等参数,开展射孔完井产能规律研究,并结合应用地区的储层类型进行射孔优化技术,为低渗油藏压裂改造提供有效的技术手段和依据,促进低渗油藏高效开发。

低渗油藏;射孔优化;采收率

低渗油藏勘探开发中,主要采用射孔压裂求产,而射孔效率的高低直接影响着油气井的产能,利用射孔优化手段能大大地提高实际生产产能[1]。笔者针对低渗油藏储层特征,通过三维有限元数值模拟,进一步开展射孔对产能影响因素分析,并结合红河油田储层类型,开展射孔优化设计,指导现场应用,提高了射孔效果,促进低渗油藏油井采收率的提高。

1 射孔优化可行性分析

在射孔完井的油井生产中,会产生3类流动阻力:油层流动阻力、射孔孔眼流动阻力及井筒流动阻力。从生产流动阻力的组成上看,井筒流动阻力对各油层来说差异较小,可以忽略。因此,导致各生产层生产流动阻力差异的主要因素是油层渗流阻力和射孔孔眼流动阻力的差异。距井筒0.5m范围的油层流动阻力占整个生产流动阻力的26%～43%,即使在没有钻井污染的情况下,该范围内的油层流动阻力也至少占整个生产流动阻力的20%。而且随着距井筒距离的增大,油层流动阻力变化减小,即近井地带流动阻力的快速增大主要是由于孔眼流动阻力的影响 (见图1)。因此,通过调节近井地带的孔眼流动阻力,可有效地调整产层的产液量。

图1 流动阻力随距井筒距离的变化(井距300m)

2 射孔完井产能影响因素分析

影响射孔完井产能的因素较多,主要因素有孔径、孔深、孔密、相位角、射孔压实带厚度、伤害深度、压实程度、伤害程度、地层渗透率、生产压差以及流体 (气体、液体)黏度等[2-3],其中任何一个参数变化均会影响射孔完井产能。

孔深是影响产能的一个重要因素,油井产能随孔深的增加而增加,但当孔深增加到一定程度后,产能基本稳定。随着孔密的增加,孔眼渗流场之间的相互干扰程度增加,影响产量,但总体上孔越密产率比越高。孔径对产能有一定的影响,但不如孔深和孔密的影响大。在其他条件相同情况下,相位角对产能影响不大,即在归一化参数条件下,射孔完井产能影响因素由大到小依次为孔深、孔密、孔径和相位。

污染程度相对产率比与污染深度相对产率比类似,在其他射孔参数一定时,低穿透情况下,随着污染程度的减小,射孔完井的产能迅速增大,但其增大速度越来越小;高穿透情况下,随着污染程度的减小,射孔完井的产能微增大,但其增大幅度非常的小。射孔深度相对于污染深度较大 (射孔深度/污染深度＞4)时,污染程度的减小对产能增大的影响非常有限。

3 射孔完井产能预测

依据不同射孔参数下油井产能影响规律的定量曲线结果拟合成相关的公式,建立射孔完井产能预测的公式库[4],开发相应的射孔完井优化设计软件,根据已知参数直接调用射孔完井产能预测公式库,进行射孔完井产能预测分析。

根据建立的有限元油藏渗流模型,计算了5种研究范围半径、7种孔径、7种孔密、6种相位角和10种孔深,总共拟合了1470个产量预测经验公式库。表1列出了其中7个经验公式。该系列公式是建立在相关归一化分析条件基础上的,最终的产率比进行了如下校正:

PRfinal=Ex Factor*Dr Factor*Dd Factor*Cd Factor*Ct Factor*Inc Factor*PR

式中,ExFactor为经验校正系数,根据测试数据进行相关校正;DrFactor为伤害深度校正系数;DdFactor为伤害程度校正系数;CdFactor为压实程度校正系数;CtFactor为压实厚度校正系数;IncFactor为井斜校正系数。

表1 产率比与孔深的拟合公式(孔径10mm、相位角45°)

4 射孔优化设计

在实际射孔优化设计中,常通过产率比、表皮系数与射孔弹、孔密之间的敏感分析,根据产率比和表皮系数的排序,选择合适的射孔弹和孔密。针对具体储层进行参数优选时,首先计算各种可能的孔密、相位、射孔弹匹配下的各种产能比,并计算出每种配合下套管抗挤能力降低系数,在保证套管抗挤毁能力降低不超过5%的前提下,选择产率比最高的射孔参数组合。射孔参数是指孔深、孔密、相位、方式、孔径等参数,而孔深、相位、方式、孔径等参数由包括射孔弹和射孔枪的射孔器材所决定,因此在某种程度上说,射孔参数的优选实际上就是射孔器材及其相位和孔密的优选。

5 红河油田射孔参数优化

红河油田为典型的低孔、低渗油藏,其目的层为延安组和延长组,由于油层物性差,非均性强,原始地层具有压力较低、低渗透油田渗透阻力大、需要消耗较大驱油压差的特性。

1)根据储层类型的射孔参数选择 普通砂岩地层射孔参数的优选。在射孔孔眼穿透钻井损害带之后,射孔完井的产能将有较大的提高,但孔眼太深又影响井眼稳定性,因此,孔深的选择以超过钻井损害带又不影响孔眼的稳定性为宜。数值模拟发现,各向异性不大时低角度相位角比高角度相位角效果好,在各向异性不大时应选用低角度深射孔孔深的方法,即穿过污染带又保持好井眼的稳定性。当各向异性严重时应采用高角度相位角射孔方式,高相位的射孔方式使相邻孔眼间的纵向距离减小,从而各向异性的影响可以最大限度地减小。

裂缝型储层射孔参数的选择。裂缝性储层射孔完井的产能完全取决于射孔孔眼和裂缝系统的连通情况,而这又取决于射孔参数与裂缝类型、裂缝方位、裂缝密度等因素。①当井眼轨迹与裂缝垂直时,应重点加强孔深,孔密的作用不明显;②当井眼轨迹与裂缝平行时,应采用深穿透、高密度射孔方式;③井眼轨迹与裂缝斜交时,也采用深穿透、高密度的射孔方式。

2)储层的优化射孔参数选择 红河油田延长组地层在储层内部极易形成地层堵塞,目前多采用102@DP41RDX36-H(102枪、127弹、20孔/m、60相位角)和102@DP46RDX45-1(多级脉冲复合射孔)枪弹组合。地层非均质性中等,为了增加储层的泄油面积,应采用高孔密的射孔方式。为了减小射孔枪与套管之间的空隙和高孔密布孔需要,选用大枪型。因此,对红河油田延长组地层建议采用大枪型-深穿透-高孔密-低相位的射孔方式。

3)实际应用 红河68井是红河油田一口油井,井深1830.00m,完钻层位为三叠系延长组,目的层采用∅139.7的J-55套管。该井延长组长8段1499.60～1510.00m射孔段测井解释为油水同层,渗透率为0.21mD,计算污染深度125.02mm。实施射孔施工使用102@DP41RDX36-H射孔枪弹组合,在该组合条件下计算的产率比为0.6043。经过射孔优化设计,选择102@102-DP40RDX-5-90射孔枪弹组合作为最优组合,优化后预测产率比达到0.8029,经过优化设计后产率比提高32.9%。相关参数如表2所示。

表2 红河68井长8层射孔优化方案_(102@102-DP40RDX-5-90)

根据红河油田延长组射孔优化方案,对延长组的8口井11个层位的产率比进行了计算,并与实际应用的射孔枪弹组合产率比进行了对比,如表3所示。从对比结果来看,目前应用的2种枪弹组合中, 102@DP46RDX45-1枪弹组合效果相对较好,而优化设计的枪弹组合产率比均高于实际应用的2种枪弹组合产率比,其中比102@DP46RDX45-1枪弹组合产率比提高17%以上,比102@DP41RDX36-H枪弹组合产率比提高30%以上。

表3 延长组的8口井11个层位的产率比

6 结论

1)射孔参数、地层参数对射孔产能有重要影响,实际射孔过程中必须考虑射孔参数和地层参数对产能的影响。利用射孔参数和生产参数进行优化射孔使产能和采收率达到最优。

2)利用三维有限元回归出各参数下的射孔产率比,再利用多元线性回归得出其产率比公式,该产率比计算公式具有较高的精度,可用于实际生产中。

3)低渗油藏储层物性差,而且在储层内部极易形成地层堵塞,因此,根据储层类型进行射孔参数优化具有重要意义。

[1]霍丽然.永乐油田A区块射孔优化探讨[J].长江大学学报(自科版),2013,10(5):62-64.

[2]Langman M J.Optimization of Perforation Distribution for Horizontal Wells[J].SPE 23005,1991.

[3]左锋,毕胜宇,阎久军.射孔优化技术在涠洲油田的应用[J].石油钻采工艺,2007(12):24-27.

[4]李祥贵,王清河,李元,等.射孔完井模型的数值模拟[J].石油大学学报(自然科学版),1996,20(2):48-52.

[编辑] 李梦霞

TE257.1

A

1673-1409(2014)20-0056-03

2014-03-12

吴剑(1982),男,工程师,现主要从事射孔、生产测井施工和工艺技术方面的研究工作。