赵旭

(中国石化石油工程技术研究院，北京 100101)

碎屑岩水平井水平段长度影响因素及优选

赵旭

(中国石化石油工程技术研究院，北京 100101)

通过对塔河油田碎屑岩水平井水平段长度对产能和油藏开发影响的分析，建立了综合考虑油藏渗流、井筒内变质量流和孔眼入流的水平井分段变密度射孔模型。从变密度射孔的孔密与水平井长度对产能影响关系的角度，研究了碎屑岩水平井水平段长度对不同生产条件下产量和防控底水的影响。研究表明:完井设计时，应把沿水平井筒不同位置的非均质性变化作为主要考虑因素;考虑产能、经济性的影响，建议塔河油田碎屑岩水平井水平段长度增长至350～400 m。该研究对延长塔河油田碎屑岩水平井无水采油期和提高最终采收率具有一定的指导意义。

碎屑岩水平井;变密度射孔;合理长度;塔河油田

0 引言

近年来，塔河油田碎屑岩水平井开发技术得到快速发展，水平井数量逐年增多。国内外研究表明，水平井设计和研究中的一个重要问题就是确定水平段的合理长度［1-2］。水平段的长度不仅影响水平井的单井产量、钻完井成本和泄油面积，而且影响油田的钻井数量和开发投资［3-6］。因此，从完井工程、产能和经济性角度对塔河油田碎屑岩水平井水平段的长度进行了研究。

1 完井工程对水平井水平段长度的影响分析

1.1 水平井分段变密度射孔模型

根据Dikken［7-8］模型，有:

式中:pw(x)为水平井筒上 x处的压力，MPa;pw(xwb)为水平井筒趾端xwb处的压力，MPa;Δpr(x)为水平井筒上x处所对应的油藏到井筒有效半径的压降，MPa;Δpr(xwb)为水平井井筒趾端xwb处所对应的油藏到井筒有效半径的压降，MPa;Δps(x)为水平井筒上x处所对应的从井筒有效半径到水平井筒的压降，MPa;Δps(xwb)为水平井井筒趾端xwb处所对应的从水井井筒有效半径到水平井筒的压降，MPa。

由式(1)可知，油藏中流体向水平井井筒的流动过程可以分为油藏渗流阶段、井壁入流阶段、井筒内流体变质量流阶段。

(1)水平井油藏渗流模型。根据Karcher等人的研究，油藏到井筒有效半径之间的压降Δpr为:

(2)水平井近井壁入流。Δps主要是油藏流体经过射孔孔眼进入井筒中的流动所引起的，采用Forchheimer方程可得:

式中:qL为水平井井筒单位长度的产量，m3/(s·m); re为井筒泄油半径，m;rew为流入等效半径，m;μ为流体黏度，mPa·s;qi为第i个网格内单位长度上的产量，m3/(s·m);K为渗透率，μm2;β为非达西流速度系数;Lc为水平井井筒长度，m;h为油层厚度，m;Lp为射孔穿透深度，m;Mp为射孔密度函数;rp为孔眼内径，m;ρ为流体密度，kg/m3。

(3)井筒内流体变质量流。射孔入流水平井筒内变质量管流压降包括摩擦压降、加速度压降、混合压降(孔眼流体与井筒中流体混合产生的压降)，将这3部分压降整合，则有:

式中:f为流动阻力系数;fperf为射孔孔眼导致的井筒管壁附加流动阻力系数;vi为井筒中第i个网格流速，m/s;Din为井筒直径，m;pw(i)为井筒第i个网格井底流压，Pa;Δpmix(i)为井筒第i个网格混合压降，Pa;rw为水平井筒内径，m;lo为第i个网格内水平井水平段的长度，m。

1.2 计算分析

采用塔河油田某生产井的实际数据对水平井水平段长度的影响进行更深入的分析。该井基本参数如下:水平井井筒半径为0.108 m，油层厚度为16.3 m，平均水平渗透率为108×10-3μm2，平均垂直渗透率为73×10-3μm2，流体黏度为2.78 mPa·s。采用射孔完井，水平段趾端的孔眼密度为20孔/m。

图1为日产量为125 m3/d下射孔密度与水平段长度的关系，图2为射孔密度随油井产量的变化关系。由图1可知，当水平段长度为100 m时，为了维持水平井筒内的压力平衡，水平井跟端和趾端的射孔密度都约为20孔/m，表明在125 m3/d的产量下，100 m长的水平段井筒内的各位置处的压力基本一致。而当水平段井筒长度达到300 m时，跟端和趾端的射孔密度差约为2孔/m，表明300 m长的水平段井筒内，水平段跟端到趾端的流动压力已经出现了不同，但差距较小;而当水平段井筒长度达到500 m时，跟端和趾端的射孔密度差大于4孔/m。综上所述，水平段长度越长，水平井井筒内跟端与趾端间摩擦阻力所引起的压力差就越大，为了均衡水平井段内的流动压力，射孔密度随着水平段从趾端到根端就要不断减小。

图1 射孔密度随水平段长度的变化关系

图2 射孔密度随油井产量的变化关系

由图2可知，当日产量为50 m3/d时，水平段井筒内射孔密度完全一致，说明水平段跟端至趾端没有产生明显的压力差异;当日产量为100 m3/d时，水平段井筒内射孔密度出现变化，说明水平井跟端与趾端间存在一定的流动沿程摩阻;当日产量为200 m3/d时，水平段井筒内的射孔密度发生了较为明显的变化，说明水平井中跟端与趾端的流动沿程摩阻增大。综上所述，随着油井产量的增加，水平井筒内跟端至趾端的压差逐渐增大，因此，为了平抑沿水平段内的压力差异，射孔密度沿着水平段从趾端到跟端要不断减小。

目前，塔河油田碎屑岩水平井水平段长度均为300 m以下，大部分水平井的产量为20～50 m3/d。由上述分析可知，水平井水平段内沿井筒流动产生的沿程摩阻较小，整个水平井筒内的压力一致，水平井水平段各处生产压差相等。因此，在进行水平井分段变密度射孔控水完井优化设计时，应主要根据不同位置处油藏的非均质性差异进行优化设计，水平井水平段长度适当延长不会对分段变密度射孔完井效果产生明显的影响。

2 产能对水平井水平段长度的影响分析

为了进一步分析水平井水平段长度对开发效果的影响，对碎屑岩水平井水平段长度与产能的影响关系进行分析，计算结果如图3所示。

图3 水平段长度与产量、产能比之间的关系

由图3可知，随着水平井水平段长度不断增加，油井的产量不断增加，当水平段长度小于450 m时，油井产量的增幅较大;而当水平段长度大于450 m时，油井产量增幅较小，水平井水平段长度与产能比的关系和水平段长度与产量的关系类似。因此，适当增加水平井水平段的长度能够提升产量，降低地层污染所造成的产量下降，增加产能比。

3 水平井水平段长度的经济性分析

为了进一步分析塔河油田碎屑岩水平井水平段长度变化的影响，对塔河油田碎屑岩水平井水平段长度的变化进行经济性分析(表1、图4)。

图4为水平井水平段长度经济性分析的计算结果，随着水平段长度的增加，水平井的总收益不断增加。当水平段长度小于370 m时，随着水平段长度的增加，水平井总收益增幅较大，而当水平段长度大于370 m时，随着水平段长度的增加，水平井总收益增幅迅速衰减。

综上所述，结合完井工程、产能、经济效益对水平井水平段长度的影响，建议塔河油田碎屑岩水平井水平段长度设定为350～400 m，既不会明显增大井筒内流体流动沿程摩阻，又可以大幅度提高油井产量，保证经济收益。

表1 经济性分析补充参数

图4 水平段长度和产能收益之间的关系

4 结论及建议

(1)建立了综合考虑油藏渗流、井筒内变质量流和孔眼入流的水平井分段变密度射孔模型，从变密度射孔的孔眼密度与水平段长度和日产量的角度，分析了水平井水平段长度对水平井变密度射孔完井的影响。

(2)在现阶段塔河油田碎屑岩水平井的长度和产量的条件下，地层非均质性是影响生产压差变化的主要因素，水平井水平段长度的适度增加不会对分段变密度射孔均衡入流产生影响。

(3)适当增加塔河油田碎屑岩水平井水平段的长度，有利于增加产能，减少地层污染所带来的产能比下降，并且能够增加单井的整体收益。

(4)在满足油藏地质开发和钻完井工程工程要求下，建议塔河油田碎屑岩水平井水平段长度设定为350～400 m。

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编辑刘 巍

TE257.1

A

1006-6535(2015)05-0110-03

20150514;改回日期:20150807

国家重大专项“海相碳酸盐岩油气井井筒关键技术(二期)”(2011ZX05005-006-004)

赵旭(1981-)，男，高级工程师，2004年毕业于辽宁石油化工大学油气储运工程专业，2009年毕业于中国石油大学(北京)油气井工程专业，获博士学位，2009～2011年在中国石化石油勘探开发研究院博士后工作站工作，现主要从事完井工程技术相关方面的科研和现场应用工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.024