多分支水平氣井產(chǎn)能預(yù)測方法及其應(yīng)用

摘 要

摘要：多分支水平井能控制更大的儲量面積，大幅度地提高油氣藏采收率。為此，提出了考慮儲層各向異性、斷層和實(shí)際鉆井軌跡影響的多分支水平氣井產(chǎn)能預(yù)測方法。利用該模型分析了氣
摘要：多分支水平井能控制更大的儲量面積，大幅度地提高油氣藏采收率。為此，提出了考慮儲層各向異性、斷層和實(shí)際鉆井軌跡影響的多分支水平氣井產(chǎn)能預(yù)測方法。利用該模型分析了氣藏中多分支水平井井型參數(shù)(分支長度、分支角度、分支數(shù)目)對單井產(chǎn)能的影響。結(jié)論表明：分支井筒與主井筒間的干擾以及分支井筒之間的互相干擾是影響多分支水平氣井產(chǎn)能的主要因素；在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采取4分支以上的分支數(shù)目，分支角度應(yīng)不小于30°，應(yīng)根據(jù)氣藏需求選用盡可能大的分支長度。
關(guān)鍵詞：分支井；儲集層；生產(chǎn)能力；各向異性；井型；參數(shù)；優(yōu)化
0 引言
    多分支水平井是近些年迅速發(fā)展起來的新井型，能夠大幅度提高油氣藏采收率[1～3]。但是，由于多分支水平井多底、多分支的特點(diǎn)，其鉆完井技術(shù)比常規(guī)井要復(fù)雜得多，初期投入大，鉆井風(fēng)險大。因此需進(jìn)行井型優(yōu)化研究。近些年，李春蘭[4]、劉想平[5]、陳要輝[6]、楊小松[7]等人對多分支水平井的壓力分布特點(diǎn)和產(chǎn)能預(yù)測解析方法進(jìn)行了理論方面的研究。由于油氣田實(shí)際情況較為復(fù)雜，地層各向異性、斷層的存在、鉆井軌跡的實(shí)際變化都會影響到多分支水平井產(chǎn)能預(yù)測模型的使用，筆者首先結(jié)合氣藏、鉆井實(shí)際情況對已有多分支水平氣井理論模型進(jìn)行補(bǔ)充、修正，然后將其應(yīng)用于實(shí)際氣藏，以產(chǎn)能為目標(biāo)對多分支水平井進(jìn)行了井型優(yōu)化研究。
1 多分支水平氣井產(chǎn)能預(yù)測模型
厚度為h的圓形地層，四周邊界定壓，上、下邊界平板型封閉，多分支水平井可在氣藏范圍內(nèi)任意展布。假設(shè)全井有Nb個分支，每一分支由Npi個小井段組成，根據(jù)每一小井段在氣層中產(chǎn)生的勢以及勢疊加原理可得到全井在氣層中任意一點(diǎn)產(chǎn)生的勢為[8～9]：
 
式中：qij為氣體從氣藏流入第i分支第j井段的流量；φij(M)為第i分支的第j井段在氣藏中任意點(diǎn)M處產(chǎn)生的勢。
    將所有小井段的相關(guān)等式聯(lián)立在一起進(jìn)行求解，可以得到1口多分支水平氣井任意井段的產(chǎn)量以及多分支水平氣井的總產(chǎn)量。
2 影響多分支水平井產(chǎn)能預(yù)測的因素
    各向異性是影響水平井應(yīng)用效果的重要因素，垂向滲透率(Kv)越大，水平井相比于直井越具有優(yōu)勢。類似的，多分支水平井的生產(chǎn)效果也受到氣藏各向異性的顯著影響，故在應(yīng)用產(chǎn)能預(yù)測模型前，首先把各向異性氣藏轉(zhuǎn)換到各項(xiàng)同性氣藏進(jìn)行求解。根據(jù)各向異性滲流理論[8]，引入轉(zhuǎn)換矩陣D進(jìn)行空間變換，將各向異性滲透率空間轉(zhuǎn)換為等價的各向同性空間。即
 
   這樣，在轉(zhuǎn)換后的各向同性氣藏中各方向滲透率均相等，K=(Kx，Ky，Kz)1/3。轉(zhuǎn)換前后空間中的幾何參數(shù)發(fā)生如下改變：
 
式中：θ為分支井的井斜角；φ為分支井的方位角；l′、l為各向同性、各向異性氣藏中的分支井井段長度；r′w、rw分別為各向同性、各向異性氣藏中分支井井段的半徑；h′、h分別為各向同性、各向異性氣藏的儲層厚度。
   經(jīng)過空間轉(zhuǎn)換處理后的氣藏與分支井形態(tài)均發(fā)生了一定改變，將改變后的參數(shù)輸入產(chǎn)能預(yù)測模型，可以得到相應(yīng)的壓力分布以及產(chǎn)能情況。以3組不同程度各向異性的氣藏為例，對1口3分支水平井的壓力分布進(jìn)行分析(圖1)，3個方向滲透率(Kx:Ky:Kz)分別為：1:1:1(圖1-a)、1:0.6:0.4(圖1-b)、1:0.3:0.2(圖1-c)、1:0.2:0.1(圖1-d)。
 

    從圖1中可以看出，考慮氣藏各向異性后，多分支水平井近井地帶壓力分布發(fā)生了一定的偏轉(zhuǎn)，各方向滲透率差異越大，壓力分布圖偏轉(zhuǎn)的越嚴(yán)重。
2.2 斷層影響
    假設(shè)氣藏中存在一條不滲透邊界(圖2-a)，根據(jù)滲流力學(xué)鏡像反映原理，可將斷層存在情況下1口生產(chǎn)井的情況等效為無限大地層沿斷層面對稱的2口生產(chǎn)井共同生產(chǎn)的情況。考慮斷層影響后多分支水平井壓力分布圖如圖2-b所示。
 

2.3 井筒軌跡影響
    在對多分支水平氣井進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測或數(shù)值模擬的過程中，大部分研究人員都選用斜直井段對分支井筒進(jìn)行描述，但實(shí)際鉆井過程中，由于安全因素和鉆井因素，實(shí)際分支軌跡是彎曲的，從開分支點(diǎn)向外分支角度逐步增大。這種由于鉆井實(shí)際軌跡造成的彎曲分支與常規(guī)模擬所采用的斜直分支是有區(qū)別的。
    如圖3所示(以一分支井為例)，彎曲分支對主井筒的產(chǎn)出剖面影響更大(圖中匯合點(diǎn)處)，而分支井筒的產(chǎn)出剖面兩者也有很大區(qū)別。因此，在實(shí)際產(chǎn)能預(yù)測過程中，必須選用根據(jù)實(shí)際鉆井軌跡來劃分分支井段，從而實(shí)現(xiàn)對彎曲井筒的模擬，達(dá)到更好的預(yù)測效果。
 

3 井型優(yōu)化應(yīng)用研究
    選取某氣藏1口4分支水平井進(jìn)行井型優(yōu)化應(yīng)用研究。氣藏水平滲透率5×10-3μm2，垂向滲透率0.5×10-3μm2，儲層厚度10m，體積系數(shù)1.32，氣體黏度0.0177mPa·s，壓縮因子為0.923，生產(chǎn)壓差1MPa，供給半徑1000m，井筒半徑0.05m，主井筒長500m，分支井筒長100 m，分支角度30°，分支數(shù)目4支，如圖4所示。
 

    分支數(shù)目、分支長度、分支角度是影響多分支水平井產(chǎn)能的重要因素，也是進(jìn)行井型優(yōu)化的主要目標(biāo)參數(shù)。下面以產(chǎn)能為目標(biāo)，分別選取不同分支參數(shù)(表1)進(jìn)行優(yōu)化分析研究，其優(yōu)化結(jié)果如圖5所示。圖5中等值線為分支井產(chǎn)能比(分支井產(chǎn)能與主井筒單獨(dú)生產(chǎn)時的產(chǎn)能之比)。

表1 多分支水平氣井井型參數(shù)表
分支數(shù)目/支
2、4、6
分支長度/m
50，100，150，200，250、300
分支角度/(°)
15，30，45、60，75、90
從圖5中可以看出，分支數(shù)目較小時(2分支井)，如保持分支角度不變，隨著分支長度的增加，產(chǎn)能比增加，等值線變密集，說明產(chǎn)能比增幅變大，分支角度越大，增加分支長度帶來的產(chǎn)能比增幅越明顯。
    如保持分支長度不變，隨著分支角度的增加，產(chǎn)能比增加，等值線略微變稀疏，說明產(chǎn)能比增幅逐漸減小，分支長度越大，增加分支角度帶來的產(chǎn)能比增幅越小。
    隨著分支數(shù)目的增加，等值線變密集，分支井產(chǎn)能比增大，分支長度與分支角度對產(chǎn)能比影響的規(guī)律不變，但變化幅度變小。
    分析其原因，主要是由于分支間存在嚴(yán)重干擾造成的，分支長度變大，分支角度變大，分支數(shù)目增多，都會增加分支井筒與主井筒之間的干擾以及分支井筒互相之間的干擾。
    綜合來看，應(yīng)有如下優(yōu)化結(jié)論：①應(yīng)采取4分支以上的分支數(shù)目；②分支角度應(yīng)不小于30°；③分支長度根據(jù)氣藏需求選用盡可能大的長度。
4 結(jié)論
    1) 針對實(shí)際氣藏應(yīng)用多分支水平井產(chǎn)能預(yù)測模型中可能出現(xiàn)的問題，提出了考慮氣藏各向異性影響、斷層影響、鉆井軌跡影響的綜合產(chǎn)能預(yù)測方法。
    2) 分別對多分支水平氣井的分支數(shù)目、分支角度、分支長度進(jìn)行了井型優(yōu)化研究，提出了多分支水平氣井的井型應(yīng)為4分支以上，角度不小于30°、分支長度盡量長。
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(本文作者：安永生1，2 吳曉東1 孫嬋1 1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院)