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断块油藏高部位剩余油径向钻孔参数优化_杨志军

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油藏 部位 剩余 径向 钻孔 参数 优化 杨志军
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————————————————收稿日期:20170926;改回日期:20171121基金项目:国家科技重大专项“复杂断块油田提高采收率技术”(2016ZX05011-002)作者简介:杨志军(1966—),男,高级工程师,1989年毕业于石油大学(华东)应用地球物理专业,现从事油气田勘探开发及油藏管理工作。通讯作者:张凯(1980—),男,教授,2002年毕业于石油大学(华东)石油工程专业,2008年毕业于中国石油大学(华东)油气田开发专业,获博士学位,现从事油气田开发教学与研究工作。断块油藏高部位剩余油径向钻孔参数优化杨志军1,张凯2,吴义志2,龙涛2,张黎明2(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)摘要:具有断裂系统复杂、类型多、地层倾角大等特点的断块油藏,其高部位剩余油能量弱、规模小、富集程度高。利用费用低、工艺流程简单、效率高的径向钻孔技术可对其进行有效开采。利用数值模拟技术对不同断块油藏高部位剩余油径向钻孔参数进行了研究。结果表明:垂向分支数随油层厚度增加而增加;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;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°)。该研究成果可为其他类似油藏径向钻孔提供指导。关键词:断块油藏;高部位剩余油;径向钻孔;生产优化中图分类号:TE355.5文献标识码:A0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],径向钻孔能否动用其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20mm的窗口,然后使用Φ19.0mm连续油管连接带喷嘴的Φ12.7mm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38~50mm、长达100m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。网络出版时间:2017-12-1408:38:06网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/21.1357.TE.20171214.0837.010.html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生产优化: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、10m,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100m有一口直井,以20m3/d定液量生产,模拟生产时间为20a。2天然能量边水断块油藏径向钻孔参数优化2.190°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10m)[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<4m,最优分支数为1支,4m≤h<7m,最优分支数为2支,h≥7m,最优分支数为3支。图190°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、9m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3m、垂向分支数为1分支时,将油层均分010002000300040005000123456789101分支2分支3分支油层厚度/m增油量/m3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6m、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6m的油层共有9种不同垂向位置,当垂向位置大于4.0m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4.0m以内;当厚度为9m、垂向分支数为3分支时,类似于厚度为6m的油层垂向位置确定方式,厚度为9m的油层共有27种不同垂向位置,当垂向位置大于6.0m时,油层易见水,增油效果并不好,当垂向位置小于1.0m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1.0~6.0m之间。综合模拟结果可知:对于90°断块油藏,油层厚度为3m时,最优垂向位置为油层上部;油层厚度为6m时,最优垂向位置为距油层顶部4.0m之内;油层厚度为9m时,最优垂向位置为距油层顶部1.0~6.0m;对于厚度为6、9m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3m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平面分支数与位置示意图增油量/m31分支(右边)896.181分支(中间)1495.072分支(左右各1支)1262.982分支(中右各1支)1155.133分支1195.792.2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<3m,最优分支数为1支,3m≤h<6m,最优分支数为2支,h≥6m,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、6m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2m时,最优垂向位置为油层上部;油层厚度为4m时,最优垂向位置为距油层顶部4.0m之内;油层厚度为6m时,最优垂向位置为距油层顶部4.5m;对于厚度为4、6m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3m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°)。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平面分支与位置示意图增油量/m31分支(右边)1652.991分支(中间)2186.152分支(夹角为60°)1718.232分支(斜向)2196.892分支(夹角为120°)1992.993分支(夹角为60°)2362.733分支(夹角为120°)2054.173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[17-20],选取厚度为3m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。3.11注1采90°断块油藏0200040006000800010000123456789101分支2分支3分支油层厚度/m增油量/m31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31注1采90°断块油藏径向钻孔增油量注水井位置生产井位置径向钻孔位置示意图增油量/m3中部中间1分支(边部)900.051分支(中间)1142.922分支(左右各1支)1154.072分支(中右各1支)1243.523分支1195.25断层1分支1113.232分支826.32边部中间1分支(边部)1115.521分支(中间)1439.792分支(左右各1支)1356.312分支(中右各1支)1165.703分支1130.17断层1分支797.192分支450.593.21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注水井位置径向钻孔位置示意图增油量/m3中部1分支(中间)2303.522分支(夹角为60°)2311.012分支(夹角为120°)2197.832分支(夹角为150°)1580.193分支(夹角为60°)2259.313分支(夹角为120°)926.43边部1分支(边部)2395.391分支(中间)1989.592分支(夹角为60°)2547.152分支(夹角为120°)1988.473分支(夹角为60°)1740.043分支(夹角为120°)650.143.32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52注1采条带断块油藏径向钻孔增油量注水井位置径向钻孔位置示意图增油量/m3边部1分支(中间)1990.642分支(夹角为60°)1648.352分支(夹角为120°)256.723分支(夹角为60°)1707.073分支(夹角为120°)451.91中部1分支(边部)2109.031分支(中间)2173.992分支(夹角为60°)2452.072分支(夹角为120°)1801.593分支(夹角为60°)2019.673分支(夹角为120°)744.894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°)。参考文献:[1]康小军,李兆敏,刘志斌.随机油价下的油田开发规划优化模型[J].石油勘探与开发,2007,34(6):765-768.[2]陈欢庆.低油价背景下油田开发研究的几点思考[J].西南石油大学学报(自然科学版),2016,18(3):19-26.[3]黄宏惠.庙北东营组断块油藏开发规律及剩余油分布研究[D].武汉:长江大学,2012.[4]余守德.中国油藏开发模式丛复杂断块砂岩油藏开发模式[M].北京:石油工业出版社,1998:110-126.[5]陈世铭,张福仁.东辛复杂断块油藏[M].北京:石油工业出版社,1997:45-46.[6]唐亮田,李晓军,薛巨丰.低渗透砂砾岩油藏径向钻孔技术优化研究及应用[J].天然气地球学,2014,25(增刊):113-117.[7]尹小梅.应用径向钻孔开发低渗稠油油藏技术探讨[J].石油地质与工程,2013,27(5):95-97.[8]刘银凤.低渗透油藏径向钻孔技术增产机理研究[D].大庆:东北石油大学,2012.[9]周海民,常学军,郝建明,等.冀东油田复杂断块油藏水平井开发技术与实践[J].石油勘探与开发,2006,33(5):85-91.[10]凌宗发,王丽娟,胡永乐,等.水平井注采井网合理井距及注入量优化[J].石油勘探与开发,2008,35(1):622-629.[11]赵继勇,樊建明,何永宏,等.超低渗-致密油藏水平井开发注采参数优化实践——以鄂尔多斯盆地长庆油田为例[J].石油勘探与开发,2015,42(1):68-75.[12]赵春森,许秋石,孙广义,等.低渗透油藏水平井交错井网优化研究[J].特种油气藏,2010,17(6):63-65.[13]崔传智,王秀坤.基于层间均衡驱替的低渗透油藏径向钻孔油藏工程优化研究[J].科学技术与工程,2014,14(28):200-203.[14]崔传智,万茂雯,李凯凯,等.复杂断块油藏典型井组注采调整方法研究[J].特种油气藏,2015,22(4):72-74.[15]关富佳.条带形边水小断块油藏非完善注采井网研究[J].特种油气藏,2013,20(4):74-76.[16]商胜花.辛37断块油藏高含水期剩余油分布研究[J].特种油气藏,2006,13(1):56-57.[17]徐庆岩,蒋文文,王学武,等.超低渗油藏水平井与直井联合井网参数优化[J].特种油气藏,2014,21(2):111-114.[18]田文博,杨正明,徐轩,等.特低渗透裂缝性油藏矩形井网优化实验研究[J].特种油气藏,2013,20(2):121-125.[19]温静.辽河油田特高含水期油藏二元复合驱井网井距优化研究[J].特种油气藏,2012,19(2):73-75.[20]刘鑫,李文红,彭小东,等.海上砂岩油藏提液可行性分析[J].石化技术,2015,22(1):29-30.编辑孟凡勤
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