[科普中国]-地质设计技术

研究背景

除了常规钻井技术所钻的直井之外的井统称为复杂结构井, 包括定向井、水平井、侧钻井、侧钻水平井、分支井、大位移井等。复杂结构井具有直井无法比拟的优势, 具体表现为:

①尽可能挖掘各种油气藏潜能, 提高最终采收率;

② 减少布井数量, 节约开发投资;

③避免或减少开采过程中井下复杂情况的出现, 减少事故的发生;

④少占用土地, 减小环境保护的压力。总之, 复杂结构井提高了开发的总体经济效益。1

区块筛选评价技术油藏类型并非所有的油田或区块都适宜于打水平井, 必须符合一定的地质条件、井况条件和油藏条件。根据水平井油藏工程原理, 考虑我国目前水平井技术条件进行复杂结构井设计。

(1) 屋脊式高渗透断块油藏。屋脊式高渗透断块油藏主要是由于在地层上倾方向存在断层遮挡而形成。这类油藏高含水期剩余油主要集中在构造的较高部位, 随着开发程度的不断加深, 有部分井的产量低于经济产量以下, 钻加密井( 直井) 初期产量较高, 但含水上升快, 经济效益差。利用报废井或特高含水井进行侧钻可以开采高部位剩余油, 并可抑制含水上升过快, 增加可采储量, 提高采收率, 获得较好的经济效益。

(2) 气顶、底水油藏。该类油藏往往由于边底水能量比较充足或气顶较大而在生产过程中导致含水上升较快或易发生气窜。而水平井或侧钻水平井是控制底水及气顶锥进的最有效手段, 通常直井方案由于水锥的影响开发效果较差, 而水平井开发可以使采收率提高至30%以上, 水平井最大临界产量远远大于直井, 所以该类油藏也是水平井的优选区块。

(3) 天然裂缝性油气藏。该类油藏包括裂缝性碳酸盐岩油藏和裂缝性火成岩油藏及裂缝性泥岩油藏。由于裂缝多为高角度裂缝, 直井钻遇率低, 开发效果不理想。水平井、侧钻水平井可以横穿更多裂缝, 因而可以大幅度提高油井产能。该类油气藏是设计水平井的重要油藏类型, 在美国4600 多口水平井中, 以裂缝性油藏为目的层的井占53%。胜利油区在草古1 潜山、平南滨古11 潜山、商741 火成岩及郑6 块等处设计了水平井和侧钻水平井, 取得了良好的开发效果。但对于底水活跃或已注水的天然裂缝性油藏, 水平井应注意避开与水体相连的天然裂缝, 否则容易发生水窜, 影响开发效果。1

油藏地质参数水平井对油藏本身有一定要求。水平井区必须有足够的地质储量, 同时还要满足以下几点:

(1) 油藏深度> 500 m。从水平井技术角度考虑, 埋深大于500 m 的油藏都适合进行水平井设计。从目前已完钻水平井情况看, 几乎所有的井深度在4000 m 以内, 稠油油藏一般埋藏较浅( 小于1500 m)。该参数随着水平井钻井工艺、完井、采油工艺的不断变化而改变。

(2) 油气层厚度≥4 m。根据钻井技术要求, 水平段轨迹上下摆动误差为2 m , 因此要求水平井目的层厚度大于4 m, 这样能够保证水平段在有效储层内延伸。随着钻井技术的不断提高, 这一参数也是可以改变的, 从目前已完钻投产的水平井来看, 已有部分井在3～4 m 的油层中实施成功, 因此本次将该参数界限定为4 m。另一方面, 目的层厚度也并不是越大越好, 根据数模结果, 当油层厚度大于50 m 后, 随着厚度的增大, 水平井与直井相比, 产量增加的倍数逐渐变小。因此油层厚度一般小于50 m, 这样更能体现出水平井的优势。随着地质导向技术的发展, 该参数目前最小可降低到1 m 左右。

(3) 参数h× ( Kh/ Kv )1/2

该参数一是限制油层厚度不能太大, 如前述, 油层厚度( h) 一般不要大于50 m; 二是要求垂直渗透率( Kv ) 不能太小, 垂直渗透率比水平渗透率( Kh ) 对水平井产能影响大。

(4) 泄油面积不能太小, 水平井单井剩余可采储量≥0. 8×104 t。剩余储量是水平井的物质基础, 如果单井控制的剩余可采储量过小( 小于8000 t ) , 基本上就没有经济效益。因此剩余可采储量在水平井设计中也是一个非常重要的控制参数, 在研究过程中, 我们采用对井区精细油藏描述的方法, 定量描述剩余油, 为了满足水平井设计的需要, 应用网格细划技术进行精细数值模拟, 对于可采储量小于0 . 8×104 t 的井区暂时不设计水平井。该

参数随着油藏类型、岩性、井深、油价等因素的变化而改变。

(5) 油层压力/ 原始压力≥0 . 5。地层压力不能太低, 如果压力过低或者地层能量处于衰竭状态, 油层供液能力差, 发挥不出水平井的优势。

前2 项参数主要受水平井钻井等工艺水平的影响, 而后3 项参数则是保证水平井有一定的产能和经济效益。

另外, 侧钻水平井对老井井况条件还有一定的要求。报废井或低于经济极限产量的高含水井一般多位于已开发多年的老油田, 这些老井经过多年浸泡, 井身质量逐渐变差, 而侧钻水平井对老井的井身结构要求较高, 因此给侧钻水平井的设计带来较大的困难。从工程要求角度考虑, 要求老井套管质量和固井质量良好, 同时为了减少水层的干扰, 侧钻开窗以上或以下部位为泥岩。

一般来讲, 在油藏类型及地质参数和井况条件初步筛选结果的基础上, 还应对油藏地质特征及生产动态情况进行初步了解, 对剩余可采储量进行初步估算, 并进行水平井可行性初步经济评估, 才可以最终确定水平井目标区块。1

轨迹设计优化方法水平井、侧钻水平井优化设计技术主要解决水平井的水平段在油层中的轨迹, 即重点解决水平井和侧钻水平井的开窗部位、靶前距、水平段在油层中的方位、水平段在油层纵向上的位置以及水平段的长度等问题, 并对油藏工程参数进行优化。

1 . 水平井方位

优化过程中应设计多个方位, 主要包括平行构造线、斜交构造线、垂直构造线等进行对比, 优选出水平井在平面上的延伸方向。

2 . 水平段长度

在理想情况下, 水平井段越长, 开发效果越好。但实际生产中存在摩阻效应、经济因素等, 还存在井筒过长井壁滑塌等问题以及周围直井井网等因素, 因此并非水平段越长越好。尤其是在老区进行设计时, 需考虑邻近直井的井网井距, 既要保证有一定的水平段长度, 又要防止水平段离老井过近, 影响水平井开发效果。

3 . 水平段位置

根据数模研究的结果, 底水油藏水平井段应尽量位于油层顶部; 气顶油藏的水平井段应尽量位于油层下部; 而对于同时具有气顶和底水的油藏, 水平井段位置应视气顶和底水能量的大小进行优化。1

产能预测水平井的产能评价是水平井优化设计的一项重要工作, 通过不同条件下的产能评价,为地质设计提供依据。不同条件下的产能评价方法包括: 稳态产能评价方法、拟稳态产能评价方法、不稳态产能评价方法和底水或气顶锥进时临界产量的计算方法。稳态产能评价方法用于水平井稳定生产阶段的产能评价, 其中主要考虑了地层韵律性、污染系数、渗透率的各向异性、目前垂直井井网及水平井偏心距等因素的影响; 拟稳态产能评价适用于压力波传播到油藏边界之后的水平井产能的评价; 不稳态产能评价主要用于预测产量随时间的变化; 底水或气顶锥进临界产量的计算为生产提供了决策依据。

水平井产能论证主要包括两部分: 一是水平井初期产能的确定, 二是不同时间累积产油量的计算。1