带形油气藏中水平井方向优选研究.pdf

石 油天然气学报2 0 1 2 年 5 月第 3 4 卷第 5 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s Te c h n o l o g y Ma y 2 0 1 2 Vo 1 ． 3 4 No ． 5 1 O 3 带形 油气藏 中水平 井方 向优选研 究 游支 云 薛 亮 丁 岗 吕 劲 郭伯 云 重庆科技学 院石 油与天然气工程学院 ，重庆 4 0 1 3 3 1 中国石油大 学 北京石油天然气工程学院 ，北 京 1 0 2 2 4 9 中 国石油大 学 华东石油工程学院 ，山东 青岛 2 6 6 5 8 0 阿布扎 比石 油学 院 ，阿布扎比 P ． 0 ．B o x 2 5 3 3 路易斯安那州立 大学克拉夫特和霍金斯石 油工程 系 ，路易斯安那 巴吞鲁 日 7 0 8 0 3 [ 摘要]在 对比分析齐成伟 导出 的带形 油气藏 中纵 向双 分支水 平 井和横 向水 平井 拟三 维产 能公式 的差异 后 ，提 出了 “ 纵横阻力 比” 的概念 。在 笛卡尔直角坐标 系中，以穿透 比为 X 轴， 以长宽 比为y轴， 以纵横 阻 力 比为 Z轴， 可 以绘 出纵横 阻力 比曲面 图。 观察纵横 阻力比 曲面发 现其只在 局部是 光滑的，在长宽 比较 大 时呈现 出急剧 的震 荡。同时，得 出重要结论 在 带形油气藏 中，横 向水平 井的产能远 小于纵 向水平 井。 分析齐成伟 导出的带形油气藏 中裂缝外 渗流场 之复 势公 式，认识 到约有 3 ／ 4的石 油将 流入 纵 向水平 井 两 端 ，造成水平井 中部 石油难以采 出。当油气 藏长宽 比较大 ，需要采用 纵 向双 分支 水平 井时，两分支 之 间 的石油可 以通过 交替 关闭一个分支来采 出，但每条 分 支生产 段 中部的 石油仍 然难 于采 出。于是 ，得 出另 一 重要结论 在 带形油气藏 中，纵 向水平 井的采收率远小于横 向水平井 。 [ 关键词] 带形油气藏 ；分支水平 井；方 向优选 ；产 能公式 ；采收率 [ 中图分类号]TE 3 1 2 [ 文献标 识码]A [ 文章编号]i 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 0 5 0 1 0 3 一 O 4 自从 l 9 2 8年水 平 井技术 提 出 以来 ，水平 井激 发 的渗 流 场便 得 到 了深入 和 持 续 的研 究 。在 关 于水 平 井渗流场的诸多研究 中，产能预测起着决定完井段井眼轨道几何形态的重要作用 。 针 对 圆形油 气藏 中辐射状 分 支水 平井 的拟 三 维产 能公 式口 和带形 油气 藏 中纵 向双分 支水 平井 和横 向 水 平井 的拟 三 维产 能公 式 ] ，工 程师们 进 行 了一 系列相 应 的研究 。梁峰 等。 。 经 过论 证后 发现 ，圆形 油气 藏中辐射状分支水平井拟三维产能公式可退化为著名 的 B o p H c o B公式 或 J o s h i 公式 。陈德 民等[ 4 对带形 油 气藏 中横 向水 平井 拟 三维产 能 公式 的精 度进 行 了理论 分 析 ，发现 其在 生产 段穿 透 比为 l的退 化情况 下 具 有非 常高 的预测精 度 。 带 形油 气藏 中纵 向双分 支水 平井 和横 向水 平 井拟 三维 产 能公式 的 出现 ，为优 化水 平井 的方 向带来 了 机 遇 。以下 将通 过对 比分析 ，探 究 “ 纵 向” 和 “ 横 向”孰 优孰 劣 ，为水 平井 完井 段 的井 眼轨道设 计提 供 理论 基础 。 1 带形油气藏 中的水平井 带 形油 气藏 ，成 因于两 断层 的夹 避 或者古 河 道沉 积 ，普遍 存在 于油 气地 质储 层 中 。 1 ． 1 纵 向水平 井拟 三维 产 能公 式 带形 油 气藏 巾纵 向双 分支 水 平井 的拟 三维 产 能公式 由齐成伟 导 出 ，即 2 K h P 一 Q ln 带 c h ／ c h n a n／ 6／ b --一 c h 2 n si／ b 2 1 H c h 2 n s c h 2 n s 。 一 ， ⋯7r r 。 ⋯ “ 。 ／ 6 一 ／ 6 1 [ 收稿日期]2 O 1 2 0 1 一o 3 [ 基金项目]国家科技重大专项 2 O 1 1 z x o 5 o o 9 。 [ 作者简介]游支云 I 9 6 4一 ，男，1 9 8 6 年西南石油大学毕业 ，实验师 ，现主要从事油气井工程、油田化学、渗流力学基础理论研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 * 油气田开发工程 2 O 1 2 年 5 月 式 中 ， Q为 2 个 分支 的 总产能 ， r n 。 ／ s ； P 为供 给边 界压 强 ， P a ； P 为井壁 压强 ， P a ； ／ l 为原 油粘 度 ， P a ． s ； B为 体积系数 ， 无因次； J 8 一 ／ K ／ K 为渗透率各 向异性系数， 无 因次 ； K 为带形油气藏水平方 向主渗透率， m ； K 为带形油气藏垂直方向主渗透率 ， i n ； h为生产段井筒轴线离带形油气藏底界的高度 ， m；H 为带 形油 气藏 的厚 度 ， I 2 2 ． ； a为带形 油气藏 中 2 个供 液 面问 的距离 ， i n ； b 为带 形 油气藏 宽度 ， 1 T I ； ， ． 为生产 段井 筒 半径 ， 12 1 为环形 裂缝 群 的内接 圆半 径 ， m 为 环形 裂 缝群 的外 接 圆半 径 ， F I 1 。 2条生 产 段 长 度 均 为 5 o s i ， 且生产段居 中， 即生产段到 2 供液面的距离均为 n一2 s 。 ／ 2及到两侧壁的距离均为 b ／ 2 ， 详见 图 1标 注 。 根 据齐 成伟 的原始 论述 l 1 ] ， 该 公式 的适用 条件 是 a≥ 3 s 。 且 n≥ 3 b 。 图 1 带形油气藏中的纵向双分支水平并模型 图 2 带形油气藏 中的横 向水平井模型 将 S 。 一 0 ⋯ 5 一 L ／ 2代入 式 1 ， 得 到纵 向单分 支水 平井 的拟 三维产 能公 式 2 nK b 一 P 式 中 ， L为水平 井 生产段 的长 度 ， r n 。 1 ． 2 横 向水平 井拟 三维产 能公 式 带形 油气 藏 中横 向水 平井 的拟 三维 产能公 式 由齐成 伟导 出 ， 即 2 r K h p 一 P 2 Q 一 ___ _ _ J一 _ r 3 n 扣 h s in t 。 生 产段居 中， 即到 2 供 液 面 的距 离均 为 a ／ 2 及 到两侧 壁 的距离 均为 b --L ／ 2 ， 详 见 图 2 标注 。 根据 齐成 伟 的原始论 述 ， 该公 式 的适用 条件 是 a≥ 3 b 。 2 产能对 比 将 式 2 和式 3 进 行对 比， 可 以发 现差别 仅在 外部 渗流 阻力部 分 。 定 义“ 纵 横 阻力 比”为横 向裂 缝渗 流阻 力与 纵 向裂缝 渗流 阻力之 比 ， 记 为 ￡ ， 即 a rth sin √ c。 t th 。 ⋯ 一 一 4 曲司 式 4 显 示 ， ￡ 只与 、 b 和 西这 3 个 几何 参数有 关 。 对式 4 进 行 无 因次 化 ， 视穿 透 比 L ／ b 和 长宽 比口 ／ b 为 自变量， 分别记为 和 有￡ f L ／ b ， a ／ b 一厂 ， 。 显然， ∈ o ， 1 ] ， ∈[ 3 ， C 3 。 进而可以绘出e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷 第 5期 游 支云等 带形油气藏中水平井方 向优选 研究 ～ ， 关 系 图 ， 见 图 3 。 图 3 纵横 阻力 比随穿透 比和长宽 比的变化规律 图 4 纵向井与横向井产能相对大小的分界线 图 3显 示 ， 纵横 阻力 比在笛 卡尔 直角 坐标 系 中只有局 部 是光 滑 的 ， 长宽 比较 大 的区域 内呈 现急剧 的震 荡 。 根 据定 义 ， 当 0 1时 ， Q 纵 Q 横。 令 ￡ 一 1 ， 可绘 出纵 向水 平井 和横 向 水平 井 产能 相对 大小 的分界 线 ， 见 图 4 。 分 析 图 4发 现 当 一 0 ． 5 且 ≥ 1 1 ． 0 3 1 8时 ， e R l ； 当 一 1 且 ≥ 1 2 ． 3 9 7 6时 ， ￡ 一 1 。 可见 ， 分界 线有 很 多条 ， 不 甚 明朗 。 水 平 井 的穿透 比在 通 常情 况下 满足 ≥ 0 ． 5 ， 且 油气 藏 的长 宽 比一 般满 足 r≤ 1 0 ， 即实 际情 况 一般 出现 在 图 4中右 下方 的 空 白 区域 。 而 此 区域 ， 正 是 纵 向水 平 井 产 能高 于 横 向水 平井 的 区 域 。 鉴 于此 ， 更 考 虑 到纵 向水平 井 的穿 透 比可 以满 足 0 ． 5 ≤ ≤ 2 ／ 3 ， 而横 向水 平井 的仅 满足 0 ． 5 ≤ ≤ 1 ， 笔者 得 到重要 结 论 在带 形油 气 藏 中 ， 横 向水平 井 的产 能远 小 于纵 向水平 井 的产 能 。 例 如 ， 油 气 藏形状 一 3 。 当 一 一 1 时 ， Q横≤ Q 纵。 对 于横 向水平 井 而言 ， 氟 ≯ 1 ； 而对 于纵 向水 平 井 而 言 ， 可 以取 到 2 ／ 3 2 3 ／ 3 2 。 于 是 ， 纵 向水 平井 会 因为 拥有 更长 的泄 油通 道而 获得更 高 的产 能 。 可 见 ， 长 宽 比越 大 ， 纵 向水 平 井 就 可 以拥 有 比 横 向 水 平 井更 长 的完 井 生 产 段 ， 在 产 能 方 面 的 优 势 就 越大 。 3 采收率对 比 以下通 过 流线 分析 技术 ， 确 定纵 向水 平 井 与横 向水平 井采 收 率 的相对 大小 。 带形 油气 藏 中纵 向双裂缝 激 发 的渗 流场 ， 如 图 5 所 示 。 图 5中 ， 根据 齐成 伟 的带形 油 气藏 中纵 向双裂缝 外 复势公 式 ， 绘 出 了 1 4 条 流 线 和 2 O条 等 势 线 。 其 中 流 线 一 0 、 一 q ／ 8一 Q ／ 1 6 H 、 一 q ／ 4一 Q／ 8 H 、 ④ 一 3 q ／ 8 3 Q／ 1 6 H 、 ’ 一4 - q ／ 2一Q ／ 4 H 、 ， 一一3 q ／ 8 一一3 Q／ 1 6 H 、 一一q ／ 4一一Q ／ 8 H 、 一一q ／ 8 一一 Q ／ 1 6 H 。 特别 地 ， 带形 油气 藏侧 壁 上流 线取 值相 同 。 根据 共形 映射 理论 在 距离 裂缝 汇 ／源 无 穷远 处 ， 以上 9 条 流 线在 位置 上 等 间距 分 布 。 更 严 格地 说是 数值 上形 成 等差 数列 如本 例 中 △ 一 q ／ 8 的流线 必然在无穷远处等间距分布 。 所以， 流线 与 之间的流量 占总流量的 3 ／ 4 。 当 L ／ H 1时， 水平井激 发 的渗 流场 可 近似 为等 长裂 缝激 发 的渗 流场 。 水 平 井 流 入 量 沿 生产 段 呈 U 形 分 布 ， 即端 部流 人 量 高 于 中部 。 其原因类似， 亦来 自于渗流场中各流体质点流动 的相对快慢 。 q 为每条裂缝在单位厚度上的产能 ， m。 ／ s 。 而梁峰等 和陈德民等 认为q的单位为m。 ／ s ， 是错误的。 r r 3 ／ ] 因为 q一 Q ／ 2 ／ H Q ／ 2 H ， 故 其量 纲 为 ， 详见 齐 成伟 的原 始论 述口 ] 。 LL 观 察 图 5知 ， 流线 与 ⑤之 间 的石油 完全 流入 到右 分 支生 产段 的右 半部 分 ， 即约有 3 ／ 4的石 油将 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 * 油气 田开发工程 2 0 1 2年 5月 流入 纵 向水平 井两 端 ，造 成水 平井 中部石 油难 以采 出 。 当油气 藏 长宽 比较 大 ，需 要采 用纵 向双 分支 水平 井 即图 1 或 图 5所示情 况 时 ，可 以通 过交 替关 掉其 中一个 分 支生产 段来 采 出两分 支生 产段 之 间的石 油 。但是 ，每 条分 支生产 段 中部 的石油仍 然难 以采 出。带形 油气 藏 中横 向裂 缝激 发 的渗流 场之 流 网参 见 文献 E 2 3 中图 1 。因而得 到重 要 结论 在 带 形 油气 藏 中 ，纵 向水 平 井 的采 收率 远 小 于 横 向水 平 井 。 也 就是说 从采 收率 角度 分析 ，横 向水平 井更具 优 势 。尤 其 当横 向水平井 完 全穿透 带形 地层 时 ，死油 区体 积 达到最 小 。 图 5带形油气藏 中纵 向裂缝激发的渗流场 从 后期 调整 以提 高采 收率 的角度 分析 ，打 横 向水 平井 更加 机动 灵活 。例 如 ，后 期 可 以在 横 向水平 井 两侧 打 2口直井 或 2口与 原井平 行 的水平 井 以实现 间隔 注采 ，从 而获得更 高 的采 收率 。 4结 论 1 在 带形 油气 藏 中 ，横 向水平 井 的产能 远小 于纵 向水平 井 。 2 在 带形 油气 藏 中 ，纵 向水平 井 的采收率 远 小于横 向水 平井 。 3 完 井段 井 眼轨道 的确 定 ，应 综合 考虑 产能 、采 收率 、钻井 成本 、后 期调 整等 重要 因素 。 [ 参考文献] [ 1 ]齐成伟 ．环形裂缝群激发的渗流场之复分析 E J ]．内蒙古石油化工 ，2 0 0 9 ，3 5 2 1 3 9 ～4 o ． E 2 3齐成伟 ，龙芝辉 ，汪志明 ，等 ．带形地层 中裂缝激发的渗流场之复分析 [ J ]．内蒙古石油化工 ，2 O l O ，3 6 2 2 3 8 ～3 9 ． [ 3 ]粱峰 ，孟维龙 ，刘晓辉 ．分支水平井产能方程式研究进展 [ J ]．石油钻采工艺，2 O l O ，3 2 5 6 4 ～6 8 ． [ 4 ]陈德 民 ，崔一平 ，王文臣 ，等 ．分支水平井产能公式的精度分析 E J 3．油气田地 面工程 ，2 0 1 1 ，3 0 3 1 5 ～1 7 ． [ 5 ]齐成伟 ，龙芝辉 ，汪志明 ．水平井流入剖面的简捷计算方法 口]．石油钻探技术 ，2 O 1 1 ，3 9 4 9 0 ～9 4 ． E 6 3齐成 伟 ．裂缝激发的渗流场之运 动学分析 E J 3．内蒙古石油化工，2 0 1 0 ，3 6 6 3 5 ～3 6 ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m