水平井注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

水平井注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

1平井注采技術(shù)的內(nèi)部研究1.1水平井系統(tǒng)驅(qū)油效率隨水流度比變化的規(guī)律h.ferris模擬比較了水平井系統(tǒng)和垂直井系統(tǒng)的采收率。原油流度比分別為0.3、1.0和4.0。模型各層有孔隙度和厚度相同的201m×201m×10層Cartesian,模擬面積為0.16km3的五點(diǎn)井網(wǎng)。1)二維模擬結(jié)果當(dāng)流度比等于0.3時(shí),水平井系統(tǒng)比垂直井系統(tǒng)沒(méi)有明顯優(yōu)越性;當(dāng)流度比較高(為1.0或4.0)時(shí),水平井系統(tǒng)的生產(chǎn)井見(jiàn)水時(shí)無(wú)水采收率比垂直井系統(tǒng)高很多。這表明,流度比低時(shí)(輕質(zhì)油層),水平井系統(tǒng)僅比垂直井系統(tǒng)稍許有利;流度比高時(shí)(稠油層),水平井系統(tǒng)則明顯有利。2)三維模擬結(jié)果三維模型中,水平井和垂直井兩個(gè)系統(tǒng)均采用相同的油層、生產(chǎn)參數(shù)值:油層厚度為6m,水平滲透率與垂直滲透率之比為0.1,注入速度為31.8m3/d,注采井全部射孔。結(jié)果表明,與垂直井系統(tǒng)相比,水平井系統(tǒng)的體積驅(qū)油系數(shù)高,驅(qū)油效率隨水油流度比增加而降低的幅度較小。也就是說(shuō),水平井系統(tǒng)采收率高于垂直井系統(tǒng),在稠油層尤其明顯。1.2水平注水開(kāi)采結(jié)構(gòu)1.2.1注-直井采效果1998年,C.G.Popa根據(jù)二維數(shù)值模型模擬一口水平注水井與多口垂直生產(chǎn)井的注水驅(qū)油過(guò)程,采用井段長(zhǎng)400m的水平井,水平井與第二排直井相距1200m。根據(jù)含水飽和度和注入水突破時(shí)的波及效率,得出水平井注-直井采沒(méi)能發(fā)揮水平井技術(shù)優(yōu)勢(shì),效果較差。1)1口水平井注水-4口直井采油直井以125m3/d的速度采油,注入水在540d和1050d后突破。注入水在最接近水平段“井踝”(根部區(qū)域)的生產(chǎn)直井P1點(diǎn)最先突破,波及效率僅為30.1%。1050d后,注入水在P2點(diǎn)突破,波及效率上升到71.26%。2)1口水平井注水-3口直井采油直井以166.6m3/d的速度生產(chǎn),注入水在960d和1680d后突破,含水飽和度剖面顯示的波及效率分別是52.78%和84.12%。3)1口水平井注水-2口直井采油直井的采油速度是250m3/d。注入水在930d和2280d后突破,突破時(shí)波及效率分別為53%和95%。1.2.2井前注采井網(wǎng)從理論上分析,水平井注-水平井采可充分發(fā)揮水平井提高注入速度和增大泄油面積的技術(shù)優(yōu)勢(shì),然而實(shí)際操作相對(duì)復(fù)雜,因此影響了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。C.G.Popa根據(jù)數(shù)值模擬研究了水平井注-水平井采4種注采結(jié)構(gòu):①直線驅(qū),包括兩口平行水平井,水平井段長(zhǎng)400m,注入液和產(chǎn)出液反向流動(dòng)。②反向直線驅(qū),與直線驅(qū)類似,但注入液和產(chǎn)出液同向流動(dòng)。③水平井井位交錯(cuò)直線驅(qū),兩口水平井交錯(cuò)排列,水平井段長(zhǎng)300m。④水平井井位交錯(cuò)反向交錯(cuò)直線驅(qū),兩口水平井交錯(cuò)排列,水平井段長(zhǎng)300m。A.T.Turta提出了L型水平井注采井網(wǎng),水平井的“井踝”(根部區(qū)域)相互距離比較接近。包括兩種類型:①方形井網(wǎng)。方形井網(wǎng)由水平井段長(zhǎng)700m的兩口水平井組成。注水1年后,水驅(qū)前緣沒(méi)有覆蓋注水井全部水平段,即沒(méi)能利用水平井注水能力,注入水朝向注水井“井趾”(頂部區(qū)域)的流量為零。過(guò)長(zhǎng)的水平段使勢(shì)能分布受油田及水平井周圍勢(shì)能分布嚴(yán)重影響,注入水在生產(chǎn)井“井踝”(根部區(qū)域)突破。②短水平井段注水井-長(zhǎng)水平井段生產(chǎn)井。為促使注入水在生產(chǎn)井“井趾”(頂部區(qū)域)突破,研究了短水平井段注水井-長(zhǎng)水平井段生產(chǎn)井,由200m注入井段和850m生產(chǎn)井段的水平井組成。水平井段較短使大量水進(jìn)入孔隙介質(zhì),注入水在生產(chǎn)井的“井趾”(頂部區(qū)域)突破后,含水率沒(méi)有立即上升到100%,而是出現(xiàn)含水單調(diào)上升。需注意的是,只有當(dāng)水平注水井和水平生產(chǎn)井的水平井井段長(zhǎng)度比為4.25(850m/200m)時(shí),注入水才能在水平生產(chǎn)井的“井趾”(頂部區(qū)域)突破;水平井段長(zhǎng)度相等時(shí),注入水在水平生產(chǎn)井“井踝”(根部區(qū)域)突破。短水平井段注水井-長(zhǎng)水平井段生產(chǎn)井的注入控制簡(jiǎn)單。2水平井的使用水平井技術(shù)在美國(guó)和加拿大等國(guó)家應(yīng)用廣泛。在美國(guó),53%的水平井穿越裂縫,有9%的水平井用于水驅(qū)采油項(xiàng)目。在加拿大,48%的水平井用于減少水氣錐進(jìn),水平井水驅(qū)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目占5%。2003年,S.D.Joshi發(fā)表文章綜述了水平井技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀,并列出了水平井水驅(qū)技術(shù)在北美的應(yīng)用項(xiàng)目表。2.1水平井注水處理布拉得油田發(fā)現(xiàn)于1950年,面積約486公頃,現(xiàn)有生產(chǎn)井65口,迄今已生產(chǎn)原油27.47×104t,預(yù)計(jì)可采儲(chǔ)量達(dá)47.9×104t。普羅斯特-安森油田于1981年發(fā)現(xiàn),面積約324公頃,目前已采出原油2.7×104t,預(yù)計(jì)可采儲(chǔ)量為6.8×104t。兩個(gè)油田相鄰,位于得克薩斯州中西部瓊斯縣,均屬早二疊多孔性碳酸巖儲(chǔ)層,平均埋深770m,生產(chǎn)層屬Flippen組灰?guī)r儲(chǔ)層,儲(chǔ)層以滲透性尖滅為界。生產(chǎn)層平均厚度為3.05m,平均滲透率為0.14715×103μm2,孔隙度約為12%～14%。油田早期均用溶解氣驅(qū)法開(kāi)發(fā)。布拉得油田和普羅斯特-安森油田水平井注水采油方案是美國(guó)本土第一個(gè)此類方案,由溫尼能源公司在20世紀(jì)90年代初期設(shè)計(jì),鉆井投資450×104美元。試驗(yàn)區(qū)選定在布拉得油田和普羅斯特-安森油田。溫尼能源公司要求鉆井承包商鉆3口水平注入井,每口井的水平段為458m。在下套管封隔器前下油管,為注水目的進(jìn)行了必要的壓力測(cè)試。計(jì)劃用水平注水井在地層下傾部位深775m處注水,使注水速度和采油速度大大高于常規(guī)注水法。普通注水井單井日注入量為27m3。公司計(jì)劃在確保儲(chǔ)層不出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的條件下,水平注水單井日注入量為208m3。布拉德油田和普羅斯特-安森油田注水井將實(shí)現(xiàn)有效連通,形成行列注水線。水平井單井日注入量為205～274m3。評(píng)價(jià)注水效果后,注水量可提高。溫尼能源公司認(rèn)為,根據(jù)三維三相黑油模型模擬結(jié)果,布拉德油田水平井注水可增產(chǎn)原油19×104t,普羅斯特一安森油田可增產(chǎn)原油4×104t;預(yù)測(cè)水平井注水可能采出50%～70%OOIP,而常規(guī)注水法僅采出30%～50%OOIP。2.2水平井注井效果俄克拉荷馬州東北巴特爾斯維爾油藏是美國(guó)最大的油藏之一。據(jù)報(bào)道,20世紀(jì)60年代,巴特爾斯維爾油藏已產(chǎn)油21×106t。雖然已經(jīng)處于枯竭期,但仍是主力油藏。產(chǎn)油層巴特爾斯維爾砂層埋深304～914m,有天然裂縫,滲透率小于50×103μm2。巴特爾斯維爾油藏累積產(chǎn)量高,但是采收率很低,是原始石油地質(zhì)儲(chǔ)量的20%。原因是,溶解氣驅(qū)使地層壓力急劇下降;油藏淺,原始地層壓力低。為取得較好注入能力,經(jīng)營(yíng)者經(jīng)常采用注水井壓裂改造措施,使注水壓力高于地層破裂壓力,但由于注入水首先沿著裂縫穿過(guò)油層,使大量的剩余油被繞過(guò)而無(wú)法驅(qū)出。為獲得更高注入能力、提高水驅(qū)波及系數(shù)和加快采油速度,能源公司在巴特爾斯維爾砂巖油藏Wolco油田先后鉆了Wolco#4A、Wolco#6A和Wolcof#5A三口水平井,鉆井成本為25.7×104美元、21.4×104美元和20.2×104美元。預(yù)計(jì)直井鉆井和完井費(fèi)用是9.8×104美元。模擬及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)表明,一口單井控制面積為9公頃的水平注水井,未來(lái)6年將累計(jì)贏利290×104美元。過(guò)去30多年中,一口五點(diǎn)法井網(wǎng)的垂直注水井累計(jì)收入僅為140×104美元。Wolco油田五點(diǎn)法井網(wǎng)中,水平井和直井的凈現(xiàn)值分別是230×104美元和40×104美元。注水井于2003年12月底投注,注水量是318m3/d,井口注入壓力為0。開(kāi)始注水能力遠(yuǎn)大于試驗(yàn)區(qū)南部鄰近地區(qū)以前常規(guī)直井的注入能力。水平井注水見(jiàn)效快,因此項(xiàng)目初期產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)。與直井水驅(qū)相比,水平井注水開(kāi)發(fā)初期效果十分理想,吸引了更多的資金。3水平井注采結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)存在的問(wèn)題1)二維和三維數(shù)值模擬分析表明,與直井注采系統(tǒng)相比,水平井注采系統(tǒng)的體積驅(qū)油效率相對(duì)較高,驅(qū)油效率隨流度比增加而降低的幅度也較小,該技術(shù)優(yōu)勢(shì)在稠油層更加明顯。2)根據(jù)注入水突破后的含水飽和度和波及效率,水平井注-直井采三種注采結(jié)構(gòu)都沒(méi)能發(fā)揮水平井技術(shù)優(yōu)勢(shì),開(kāi)發(fā)效果較差。3)水平井注采結(jié)構(gòu)中,反向直線驅(qū)和水平井井位交錯(cuò)反向交錯(cuò)直線驅(qū)的波及效率均大于直線驅(qū)水平井井位交錯(cuò)直線驅(qū),這是因?yàn)樽⑷胨畠?yōu)先從注水井的井踝流向生產(chǎn)井的井踝,而不是在生產(chǎn)井的井趾處突破,使含水提前突破,沒(méi)有充分發(fā)揮水平井提高注水速度和改善注水剖面的優(yōu)勢(shì)。4)