底水油藏水平井变密度射孔设计及应用_张际久.pdf
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1、测 井 技 术WELL LOGGING TECHNOLOGYVol.47 No.2 Apr 2023第47卷 第2期 2023年4月文章编号:1004-1338(2023)02-0230-06底水油藏水平井变密度射孔设计及应用张际久,盛廷强,张志强,李疾翎(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部,天津 300459)摘要:利用水平井开发底水油藏过程中,底水快速突破、油井提早见水是影响水平井开发效益的关键因素。针对采用射孔完井的水平井,通过在水平段不同部位采用不同的射孔密度,实现均衡各部位见水时间、延长无水采油期的目标。建立了考虑射孔密度、井眼轨迹、井筒流动压降、渗透率各向异性等影响因素的水平井
2、分段产量和见水时间计算方法,基于此计算方法对东海海域XH井进行了变密度射孔方案设计。实际应用表明,建立的计算方法预测见水时间的准确性较高,变密度射孔能够提升无水采油期产油量,在一定程度上节约完井费用,提升水平井综合开发效益。关键词:水平井;底水油藏;见水时间;无水采油期;井筒压降;变密度射孔中图分类号:P631.84 文献标识码:ADoi:10.16489/j.issn.1004-1338.2023.02.016Design and Application of Variable Perforation Density for Horizontal Wells in Bottom Water
3、ReservoirZHANG Jijiu,SHENG Tingqiang,ZHANG Zhiqiang,LI Jiling(Oilfield Technology Branch,China Oilfield Services Limited,Tianjin 300459,China)Abstract:When using horizontal wells to develop bottom water reservoirs,the rapid breakthrough of bottom water and early water breakthrough are key factors af
4、fecting the development benefits of horizontal wells.For horizontal wells completed by casing and perforation,this paper proposes to achieve the goal of equalizing the water breakthrough time of the horizontal section and prolonging the water-free production period by using different perforation den
5、sities at different parts.Therefore,this paper establishes a calculation method for sectional production and water breakthrough time of horizontal wells considering such factors as perforation density,wellbore trajectory,wellbore flow pressure drop,permeability anisotropy,etc.Based on the calculatio
6、n method,a variable density perforation scheme was designed for XH well of East China Sea.The practical application shows that the established calculation method has high accuracy in predicting water breakthrough time.Variable density perforating can increase oil production during the water-free oil
7、 recovery period,save completion costs to a certain extent,and improve the comprehensive development benefits of horizontal wells.Keywords:horizontal well;bottom water reservoir;water breakthrough time;water-free production period;wellbore pressure drop;variable density perforating0 引 言利用水平井开发底水油藏时,
8、如果底水沿着高渗透率通道快速突破,会严重影响油藏无水采油期的采出程度,同时造成开发后期堵水困难,极大地影响水平井综合开发效益。对于采用射孔完井的底水油藏水平井,如果在完井阶段根据水平段钻遇情况、与底水的距离等因素调整射孔方案,在容易提早见水的部位降低射孔密度,就可有效地控制该部位底水向上锥进的速度,实现延长无水采油期的目标。关于射孔密度等射孔参数对油气井生产的影响已有较多学者开展了研究,陈勇光等1-3介绍了射孔完井表皮系数的计算方法,该方法可定量表征射孔密度、射孔穿深、孔眼直径等射孔参数对产量的影响。通过改变射孔密度可以改变流体在近井地带的渗流基金项目:国家科技重大专项“复杂油层精细射孔与评价
9、工艺技术研究及应用”(2016ZX05058002-005)第一作者:张际久,男,1988 年生,工程师,硕士,从事测井和射孔技术方面研究。E-mail:张际久,等:底水油藏水平井变密度射孔设计及应用第47卷 第2期231 阻力,进而影响水平井各部位的产量和见水时间。关于底水油藏水平井分段产量和见水时间的规律,已有较多学者开展了深入研究4-9。刘想平等4提出在不考虑水平段物性变化的情况下,由于原油从地层流入水平段跟端和趾端的方式与流入中部的方式不同,导致水平段各部位单位长度的采油指数不相等,跟端和趾端的采油指数较大,中部的采油指数较小。王家禄等5通过实验模拟观察可知,当水平段较长时,底水突进呈
10、现出两翼较为平缓的水脊形态。综合可知,底水油藏水平井生产时,跟端和趾端的产量较高,但底水突进的速度较慢;水平段中部产量较低,底水突进速度较快。基于以上规律,如果将均衡水平段各部位单位长度产量作为变密度射孔设计的目标10,会导致本就容易见水的水平段中部提早见水。因此,本文将均衡水平段各部位的见水时间作为变密度射孔设计的目标,可以最大限度提高底水波及效率,延长无水采油期。在前人研究成果的基础上,本文建立了考虑射孔密度、井眼轨迹、井筒流动压降、渗透率各向异性等影响因素的水平井分段产量和见水时间计算方法,利用该方法可以进行变密度射孔方案设计。变密度射孔实际应用证明,采用变密度射孔方式能有效延长无水采油
11、期,提高无水采油期产油量;并在一定程度上节约射孔费用,提升水平井综合开发效益。1 分段产量及见水时间计算影响水平井分段产量和见水时间的因素较多,包括水平段井眼轨迹、井筒流动压降、渗透率各向异性等。必须充分考虑以上各影响因素,才能准确地进行变密度射孔方案设计,实现延长无水采油期的目标。1.1 底水油藏水平井分段产量计算水平井在底水油藏中稳定生产的基础假设条件:地层流体为刚性流体;地层中的流体渗流严格满足达西定律;将水平井水平段分为N段,每个水平段内的地层参数、流体参数、射孔参数都一致,且段内流体产出均匀分布。图1是水平井第i段在底水油藏中的生产示意图。设水平井第i段跟端坐标为(x1,i,y1,i
12、,z1,i),趾端坐标为(x2,i,y2,i,z2,i),考虑水平井并非绝对水平的情况,水平段跟端和趾端的z坐标值可以不一致。底水油藏顶部为封闭边界,底部油水边界可以看作定压边界4,11。水平井分段产量可以通过高斯-赛德尔迭代法求解,迭代公式为式 (1)。xyzO油水边界封闭边界h(x1,i,y1,i,z1,i)(x2,i,y2,i,z2,i)图1 底水油藏水平段生产示意图式中,i和j均代表水平井的某一段,1 iN,1 j N,本文参数下标中i或j均表示水平井某一段的参数,i和j可互换,例如Li和Lj代表的物理意义完全相同,不再做重复解释;N为水平井总分段数;qj为水平井第j段的产量,m3/k
13、s;Lj为水平井第j段的长度,m;m为迭代次数;j为与水平井第j段流度及生产压差相关的参数,m2/ks;i,j为与水平井第i段和第j段中心井壁处的距离相关的参数;i,e与水平井第i段和底水界面上某一点的距离相关的参数。jjjjKppgz=-()4ew,(2)式中,Kj为水平井第j段的平均渗透率,m2;为原油地层黏度,mPas;pe为油水边界处地层压力,MPa;pw,j 为水平井第j段处井底流压,MPa;为地层条件下流体密度,kg/m3;g为重力加速度,g=9.8 m/s2;zj为水平井第j段中心井壁处的z坐标值,m。i jiiijjjniinhznhzxyznhhz,=4442121+()+-
14、=-+,4244212nhhzxyznhznhzxyzijjjiiijjji+-()-()-4 424212nhhznhhzxyziijjj-+-+(),(3)qLq Lqjjmji jiiimiji jii()=-()()-()+()+()=-1111,eeL LimijNj jj()-()()=+1,e(1)2023年测 井 技 术232 式中,n为根据镜像法则虚拟的镜像数量;i (z1,i,n,z2,i,n,x,y,z)为与水平井第i段第n个镜像和地层中某一点距离相关的参数;z1,i,n和z2,i,n分别为水平井第i段第n个镜像的跟端和趾端的z坐标值,m;h为油层厚度,m;xj、yj分别
15、为水平井第j段中心井壁处的x、y坐标值,m。ii ni ni ni nii ni nizzx y zrrLrrL121212,ln()+-=(5)xxxyyyzzzrjjjjjjjjj=+()=+()=+()-121212222,w(6)rxxyyzzrxxyyi niii ni ni1121212222,=-()+-()+-()-()+-2 2222,ii nzz()+-()(7)式中,r1,i,n和r2,i,n分别为水平井第i段第n个镜像的跟端和趾端到某一点的距离,m;rw 为井眼半径,m。1.2 见水时间计算在稳定生产条件下,水平井各分段产量确定后,地层中各处的流体运移速度也随之确定。将
16、通过式 (1)得到的水平井各分段产量qi带入到式 (8)中,得到地层中某一点z方向上的流体运移速度。vx y zqnhznhzziiiiniN,.,()=-+()+=-+=43 244121i iiiiiiinhhznhhznhznhznhh424244421212+-+-()-()-,+-+()znhhzii1242,(8)式中,vz (x,y,z)为地层中某一点z方向上的流体运移速度,m/d;i (z1,i,n,z2,i,n)为水平井第i段第n个镜像和地层中某一点距离相关的参数,m2。ii ni ni ni ni ni ni nzzzzrzzrr1211221,()-()+-()+=r r
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