分支水平井技术在单家寺特稠油油藏开发中的应用

刘西雷

(中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营 257015)

分支水平井技术在单家寺特稠油油藏开发中的应用

刘西雷

(中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营 257015)

通过对单家寺油田单2块沙一段特稠油油藏特征的系统研究，探讨了分支水平井开发特稠油油藏边际储量的巨大优势。分支水平井具有泄油面积大、单井产量高、节约钻井费用等特点，可实现特稠油边际储量的有效动用。以单家寺油田单2块沙一段为例，从分支水平井部署的位置优选、分支水平井参数优化及轨迹设计与优化等方面描述了水平分支井的地质设计技术，并提出在分支水平井钻进过程中进行实时跟踪分析，以确保分支水平井的顺利完钻，从而达到高效开发特稠油边际储量的目的。

单家寺油田；单2块沙一段；特稠油；分支水平井；边际储量

在普通稠油油藏开发过程中，常规水平井与直井相比有着明显的优势，应用较为广泛[1-2]。但是随着油藏动用率的不断提高，优质储量日益减少，仅靠常规水平井方式开采，无法满足边际特稠油油藏边际储量的动用需求。分支水平井技术具有泄油面积大、单井产量高、节约钻井费用等特点[3]，是动用特稠油油藏边际储量最有效的手段[4]。

1 地质概况

单家寺油田单2块区域构造位于济阳坳陷东营凹陷与滨县凸起之间的过渡带上[5]，主要含油层系是馆陶组、东营组、沙一段和沙三段，其中，目的层沙一段含油面积1.25 km2，地质储量181.9×104t。

单2块沙一段储层平面上主要分东、西两个砂体，其中西砂体储量较东砂体大，为主要含油砂体。沙一段构造形态总的特征为一受下覆地层控制的具继承性的鼻状构造。地层由北向南倾斜，向北超覆，构造倾角2°～5°，油藏顶面埋深-1 075～-1 165 m。沙一段从构造高部位向构造低部位砂体厚变化较大，表现为快速堆积的扇体特征，属近岸水下扇沉积，储层岩性比较复杂，主要以棕褐色油浸粉-细砂岩为主，夹灰绿色砂质泥岩、泥质粉砂岩、含砾砂岩和含螺生物灰岩，局部见灰质团块。泥质胶结，胶结物含量较少，以孔隙-接触式胶结为主。粒度分选系数为1.95，分选较差-中等，粒度中值0.30 mm。岩心分析储层孔隙度平均29.3%，平均渗透率669×10-3μm2，属于高孔中渗储层。纵向上，沙一段自上而下可细分为三个韵律段，各韵律段砂体厚度5～10 m，三个韵律段间有不稳定夹层发育，厚度一般1～3 m。其中，Es12韵律段为主力含油段。

单2块沙一段自1986年10月蒸汽吞吐试采以来，共投产生产井23口，其中单采井共10口，合采井13口，多为Es34上返井，2008年皆因高含水、套损等原因相继停产。截至2010年8月，单2块沙一段累积注汽34.67×104t，累积产油9.44×104t，累积产水39.64×104t，累积油汽比0.27 t/t，采出程度仅为5.19%。同时，边缘处油层由于一直无井控制，储量基本未动，具有较大的开采潜力。因此，可通过常规水平井加钻分支扩大油层泄油面积，提高采油速度，降低钻井和地面施工费用，实现该块特稠油储量的有效动用。

2 分支水平井设计技术

2.1 部署分支水平井位置优选

根据单2块沙一段油藏地质特点及分支水平井的设计，确定了分支水平井的井位部署原则：①布井区靠近砂体边缘，以便分支控制更多的边际储量；②具有一定的油层厚度(大于4 m)和单井控制储量；③水平井段尽量平行构造，或由构造高部位向构造低部位延伸。

2.2 分支水平井参数优化及轨迹设计

本次分支水平井主要设计目的为动用砂体边缘等部位的特稠油边际储量，为充分发挥分支吞吐开发的优势，在靠近砂体边缘部位采用单侧分支井技术，油层主体考虑后期转蒸汽驱，靠近油层主体一侧不打分支。在此基础上，以单2块沙一段实际油藏参数为基础，利用CMG热采数值模拟软件，设计了油藏概念模型，对分支水平井单井各参数进行了优化研究。主要优化参数有主支长度、分支数量、分支角度、分支长度、垂向位置等。分别采用了数值模拟法和半解析法对参数进行了优化。

2.2.1 主支长度优化

分支水平井主支作为分支水平井的主要生产井段，其长度的大小严重影响油藏的开发效果。因此，假设分支数为2时，利用概念模型计算了主支长度分别为200 m、250 m、300 m、400 m的分支水平井的开发效果(表1)。结果表明：随着主支长度的增大，吞吐时间加长，累积产油逐渐增加，但由于单井控制储量不同，导致采出程度逐渐减小，单储净累油指标则总体上变化不大。考虑采出程度、单储净累油以及井控程度，优化确定分支水平井主支长度为300 m。

2.2.2 分支数优化

分支数量对井的产量也存在一定影响，分支数量过，多采油时易造成分支之间相互干扰。因此，考虑侧分支等间距分布，假设主支长度300 m，利用概念模型计算了分支数量为0、1、2、3、4时的开发效果(表2)。结果表明：随着分支数的增加，采出程度逐渐增加，但净产油量增大到一定程度后反而有所减小，当分支数为2～3个时，净产油量最大，同时考虑各分支增油量，推荐侧分支水平井分支数为2个。

2.2.3 分支角度优化

表1 不同主支长度蒸汽吞吐生产指标对比情况

表2 不同分支数蒸汽吞吐生产指标对比情况

分支角度是影响分支水平井形态的重要因素，随着分支角度的增大，分支井的控制面积增加，同时随着分支角度的加大，分支与主支、分支之间的干扰发生了变化。利用概念模型，选取4分支水平井进行优化，分支角度分别取15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、60°、75°。结果表明：随着分支角度的增加，油井产能也增加，但分支角度超过45°后，产能增幅减少，同时钻井难度很大，因此，分支角度控制在45°以内为宜。结合目前分支水平井钻井技术和实际井网情况，推荐分支角度为20°。

2.2.4 分支长度优化

在以上优化的基础上，进行了分支井眼长度的优化，假设分支数为2时，利用概念模型计算了60 m、100 m、120 m、150 m四个不同分支长度的的开发效果(表3)。结果表明：随着分支长度的增加，累产油增加，采出程度增加，但由于分支长度增加，钻井投资也增加，净产油量表现出先增后减的规律，分支水平段长度120～150 m较为合理。根据油藏的实际地质情况，优化分支长度为140 m。

2.2.5 垂向位置优化

表3 不同分支长度蒸汽吞吐生产指标对比情况

根据单2块沙一段地质认识，Es12韵律段是本块主力层，水平井纵向位置应主要集中在Es12韵律段，因此，在CMG中进行纵向位置优化时，模型中将Es12韵律段纵向上细分为4个模拟层，Es11韵律段和Es13韵律段各一个模拟层。水平井在油层中的最佳位置，应是油层在纵向上动用程度、注入热能利用率及采收率最高位置。因此，除了考虑储层非均质程度和韵律性外，还应考虑由于注入蒸汽的超覆作用，以及稠油的重力泄油和向盖层、底层的热损失等因素。经数模计算分支水平井段位于4号层时热采效果较好，推荐单2-支平1井位于Es12韵律段油层中部偏下，沙一段油层中下部。

通过以上综合研究分析，依据上述布井原则，结合工区储层发育情况，在单2块沙一段油层边缘部位部署了7口分支水平井。

3 实施效果及建议

根据单2块沙一段实际情况和地质设计进行了该块第一口分支水平井单2-支平1井的实钻，该井钻井历时17天顺利完钻。实际完钻主干段长318 m，第一分支长143 m，第一分支长144 m，总油层进尺596.5 m。设计该井1131.5 m进入油层，实际进入油层的深度是1 130.8 m，仅相差0.7 m。通过该分支水平井的实施，可控制含油面积0.13 km2，储量18.2×104t，较常规水平井增加控制面积0.03 km2，地质储量5.5×104t，增加可采储量1.9×104t。该井第一年设计产量为3 000 t，实际第一年产量为3 230 t，其中，初期产能达到25.3 t/d，是周围定向井的3.7倍，为同层位普通水平井的1.3倍，提高采油速度2.2%，取得了较好的开发效果。

通过以上综合研究认为，分支水平井顺利实施的主要控制因素如下：

(1)针对工区实际地质情况，确定分支水平井的部署原则，筛选有利区域并进行可行性论证。

(2)对油层开展精细描述研究，落实油层的顶、底面微构造特征及油层厚度展布规律，根据井位部署原则，优选布井位置，以达到最好的开发效果。

(3)要根据实际情况优化论证分支水平井设计的各项参数，从而保证分支水平井的实钻效果。

[1] 刘显太.胜利油区水平井开发技术[J].油气地质与采收率，2002，9(4)：45-47.

[2] 李健.鱼骨状分支水平井地质设计技术[J].内蒙古石油化工，2010，10(13)：79-81.

[3] Joshi S D.Augmentation of well productivity using slant and horizontal wells [J].SPE15375，1986.

[4] 付兆辉，张卫平，陈发景，等.分支水平井在渤海湾盆地埕岛油田的应用[J].石油天然气学报，2008，30(2)：346-350.

[5] 孙洪卫.单家寺油田单2块沙一段特稠油油藏开发实践[J].石油地质与工程，2012，26(4)：85-87.

编辑：刘洪树

1673-8217(2015)03-0098-03

2014-12-02

刘西雷，工程师，1983年生，2005年毕业于中国石油大学(华东)资源勘查工程专业，2012年获得中国石油大学(华东)地质工程专业工程硕士学位，现从事精细油藏描述工作。

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