断块油藏高部位剩余油径向钻孔参数优化

杨志军，张 凯，吴义志，龙 涛，张黎明

(1.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257000；2.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

0 引 言

随着油田开发进入特高含水期，剩余油分布日益复杂，断块油藏高部位含油饱和度一般比构造腰部高15%～20%[1]，开发潜力逐渐得以凸显。目前，日益完善的径向钻孔技术作为一项新增产技术受到油田重视，其具有费用低、工艺流程简单、效率高[2]的特点。然而，针对断裂系统复杂、类型多、地层倾角大的断块油藏[3]，径向钻孔能否动用断块油藏高部位剩余油还未有具体研究，具体的径向钻孔方案尚未得到明确描述。为此，利用数值模拟技术对断块油藏高部位剩余油径向钻孔设计优化方案进行了研究，以期为该技术的应用提供技术支持。

1 径向钻孔技术工艺原理与优化思路

径向钻孔技术先使用小钻头在油层部位的套管上开一个直径为20 mm的窗口，然后使用Φ19.0 mm连续油管连接带喷嘴的Φ12.7 mm软管，借助高压射流的水力破岩作用在油层中的不同方向上钻出多个(直径为38～50 mm、长达100 m左右)小井眼。径向钻孔工艺可控制钻孔位置和方向，分别在平面和垂向上钻多个分支，可增大地层泄油面积，提高地层导流能力，实现仿水平井开发[4]。同时，相较于常规压裂与水平井技术，径向钻孔在达到压裂增产效果的基础上，具有费用低(起始价为3分支，20×104元)[5-6]、工艺流程简单、易于操作的特点。

断块油藏按能量供给条件分为天然能量边水断块油藏和注水开发断块油藏[7]。不同能量条件下断块油藏按其断层组合形式又分为90 °断块油藏及条带断块油藏。90 °断块油藏规模小、数量多、天然能量较弱，条带断块油藏含油条带窄，含油区天然能量高[8-9]。以增油量为目标，分别针对2类断块油藏进行径向钻孔参数优化：对于天然能量边水断块油藏，优化参数主要包括垂向分支数、垂向位置(距油层顶部的距离)、平面分支数与位置；对于注水开发断块油藏，需根据注水井位置进行径向钻孔参数优化。

参考胜利油田断块油藏相关数据，利用数值模拟软件建立断块油藏数值模型[10-13]：断块油藏为无气顶、无底水、层状边水油藏；X、Y、Z方向网格数分别为140、80、10，X、Y方向上网格步长分别为10、10 m，Z方向网格步长与实际油层厚度相对应；地层倾角为5 °；岩石、流体相关数据参考胜利油田断块油藏，孔隙度为0.25，渗透率为600×10-3μm2；距油层顶部100 m有一口直井，以20 m3/d定液量生产，模拟生产时间为20 a。

2 天然能量边水断块油藏径向钻孔参数优化

2.1 90 °断块油藏径向钻孔参数优化

2.1.1 垂向分支数

根据胜利油田断块油藏厚度界限(低于10 m)[14-15]，评价不同油层厚度垂向分支数与增油量的关系(图1)。由图1可知：垂向分支数相同，增油量随油层厚度增加而增加；垂向分支数不同，增油量随油层厚度增加增幅变大，垂向分支数越多增油效果越好；综合考虑成本因素，油层厚度h<4 m，最优分支数为1支，4 m≤h<7 m，最优分支数为2支，h≥7 m，最优分支数为3支。

图1 90 °断块油藏不同油层厚度径向钻孔的增油量

2.1.2 垂向位置

根据垂向分支数优化结果，选取厚度分别为3、6、9 m的90 °断块油藏，评价不同垂向位置与增油量的关系。模拟结果表明：当厚度为3 m、垂向分支数为1分支时，将油层均分为上、中、下三部分，垂向位置越向下增油量越低，故其最佳垂向位置为油层上部；当厚度为6 m、垂向分支数为2分支时，为确定各分支位置，先将油层垂向均分为两部分，每部分再均分为上、中、下三部分，厚度为6 m的油层共有9种不同垂向位置，当垂向位置大于4.0 m时，由于油层倾角的存在，油层易见水，其增油效果并不好，故其最佳垂向位置为距油层顶部4.0 m以内；当厚度为9 m、垂向分支数为3分支时，类似于厚度为6 m的油层垂向位置确定方式，厚度为9 m的油层共有27种不同垂向位置，当垂向位置大于6.0 m时，油层易见水，增油效果并不好，当垂向位置小于1.0 m时，由于油层能量不足，径向钻孔效果未能完全发挥，增油效果也会受到影响，故其最佳垂向位置为1.0～6.0 m。

综合模拟结果可知：对于90 °断块油藏，油层厚度为3 m时，最优垂向位置为油层上部；油层厚度为6 m时，最优垂向位置为距油层顶部4.0 m之内；油层厚度为9 m时，最优垂向位置为距油层顶部1.0～6.0 m；对于厚度为6、9 m的油层，分支间的相对垂向位置对增油量影响不大，可根据油层发育情况灵活调整。

2.1.3 平面分支数与位置

在垂向分支数和垂向位置优化的基础上，为最大限度动用剩余油，可利用径向钻孔技术在平面上钻多个分支。选取厚度为3 m的90 °断块油藏进行平面分支数与位置优化研究(表1)。由表1可知：在5种平面径向钻孔方式中，1分支(中间)径向钻孔方式增油量最大。因此，对于不同油层厚度的90 °断块油藏，当垂向位置确定后，相应平面上最优径向射孔方式皆为1分支(中间)。

表190 °断块油藏径向钻孔平面分支与位置的增油量

2.2 条带断块油藏径向钻孔参数优化

研究方法同90 °断块油藏，优化垂向分支数、垂向位置、平面分支数与位置。

2.2.1 垂向分支数

数值模拟结果见图2。由图2可知：垂向分支数相同，增油量随油层厚度增加而增加；垂向分支数不同，增油量随油层厚度增加增幅变大，垂向分支数越多增油效果越好；综合考虑成本因素，油层厚度h<3 m，最优分支数为1支，3 m≤h<6 m，最优分支数为2支，h≥6 m，最优分支数为3支。

图2条带断块油藏不同油层厚度径向钻孔的增油量

2.2.2 垂向位置

分别选取厚度为2、4、6 m的条带断块油藏进行垂向位置优化研究，垂向位置设计方式同90 °断块油藏。数值模拟结果表明：对于条带断块油藏，油层厚度为2 m时，最优垂向位置为油层上部；油层厚度为4 m时，最优垂向位置为距油层顶部4.0 m之内；油层厚度为6 m时，最优垂向位置为距油层顶部4.5 m；对于厚度为4、6 m的油层，分支间的相对垂向位置对增油量影响不大，可根据油层发育情况灵活调整。

2.2.3 平面分支数与位置

选取厚度为3 m的条带断块油藏进行平面分支数与位置优化研究(表2)。由表2可知：在7种平面径向钻孔方式中，3分支(夹角为60 °)径向钻孔增油量最大，即对于不同油层厚度的条带断块油藏，当垂向位置确定后，相应平面上最优径向射孔方式3分支(夹角为60 °)。

3 注水开发断块油藏径向钻孔参数优化

对于注水开发断块油藏，注水井的位置对径向钻孔的最优分布方式影响较大[16]。根据胜利油田断块油藏实际油层厚度[17]，选取厚度为3 m的断块油藏，以1注1采90 °断块油藏、1注1采条带断块油藏和2注1采条带断块油藏为例进行径向钻孔参数优化。

3.1 1注1采90 °断块油藏

1注1采90 °断块油藏不同径向钻孔方案的增油量见表3。由表3可知：当注水井在中部，若生产井在中间，2分支(左右各1支)径向钻孔方式的增油量最大，即最优径向钻孔方式为2分支(左右各1支)，若生产井处于断层上，1分支径向钻孔方式的增油量最大，即最优径向钻孔方式为1分支；当注水井在边部，若生产井在中间，1分支(中间)径向钻孔方式油层增油量最大，即最优径向钻孔方式为1分支(中间)，若生产井处于断层上，1分支径向钻孔方式油层增油量最大，即其最优径向钻孔方式为1分支。

表2条带断块油藏径向钻孔不同平面分支与位置的增油量

表3 1注1采90 °断块油藏径向钻孔增油量

3.2 1注1采条带断块油藏

1注1采条带断块油藏不同径向钻孔方式的增油量见表4。由表4可知：当注水井在中部或边部时，2分支(夹角为60 °)径向钻孔方式的增油量皆为最大，即1注1采条带断块油藏最优径向钻孔方式为2分支(夹角为60 °)。

表41注1采条带断块油藏径向钻孔增油量

3.3 2注1采条带断块油藏

2注1采条带断块油藏不同径向钻孔方式的增油量见表5。

由表5可知：当注水井在边部时，1分支(中间)径向钻孔方式的增油量最大，即最优径向钻孔方式为1分支(中间)；当注水井在中部时，2分支(夹角为60 °)径向钻孔方式的增油量最大，即最佳径向钻孔方式为2分支(夹角为60 °)。

表5 2注1采条带断块油藏径向钻孔增油量

4 结 论

(1) 径向钻孔技术可有效提高断块油藏泄油面积与导流能力，动用高部位剩余油，达到增油效果。

(2) 对于不同断块油藏，垂向分支数皆随油层厚度增加而增加。

(3) 垂向位置受油层厚度、油藏类型、注采条件等因素影响，但总体以油层中上部实施径向钻孔为宜。

(4) 90 °断块油藏最佳平面径向钻孔方式为1分支(中间)，条带断块油藏最佳平面径向钻孔方式为3分支(夹角为60 °)。

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