大厚油层正韵律夹层发育及水平井射孔参数优化

2015-04-04朱建新

机械管理开发 2015年1期

朱建新

（胜利油田管理局测井公司，山东东营 257000）

引言

胜利油田广泛存在大厚油层内夹层发育的情况。以孤岛油田为例，孤岛油田是一个高渗透、高粘度、高饱和、河流相正韵律沉积的大型整装稠油疏松砂岩披覆背斜构造油气藏，主要含油层系为上第三系馆陶组，具有主力油层厚，分布面积大，储层物性好，夹层较发育的特点。例如中一区钻遇夹层统计情况，如表1所示。

表1 中一区Ng53层钻遇夹层情况统计表

中一区钻遇Ng53层240口井，其中209口油层内夹层分布，占87.1%。夹层厚度一般在0.6～2.0m之间，以泥质夹层为主，局部灰质含量较高，延伸长度100～500m。研究表明，河流相储层的隔夹层是形成储层流体流动非均质的主要原因之一，其分割作用是开发后期形成可观剩余油的主要控制因素［1］。

目前夹层研究主要集中于总结夹层分布模式及其对剩余油分布和开发效果的影响。陈程等研究了厚油层夹层对开发效果的影响［2］；束青林等研究了孤岛油田夹层对剩余油分布的影响［3］；余成林等研究了厚油层内夹层空间分布特征及在剩余油挖潜中的应用［4］；刘睿等推导了厚油层内夹层对垂向渗流控制作用的函数关系式，量化了夹层参数与厚油层垂向流动能力的关系及对采收率的影响规律［5］。因此，需要通过对分析了大厚油田正韵律夹层的成因、类型、分布特征以及对剩余油分布的影响，设计正韵律厚油层水平井射孔参数优化方法，从而提高油井产量。

1 正韵律夹层的类型及成因

正韵律河流相厚油层层内夹层一般划分为泥质夹层、钙质夹层及物性夹层。泥质夹层一般是由于河道间水动力弱水中泥粉质物沉积下来形成的夹层，或河道砂坝沉积末期洪水水动力减弱形成的泥粉质沉积。物性夹层是由于洪峰波动过程中憩水期的悬浮质落淤加积在心滩坝上部形成的成层沉积。钙质夹层是由于在成岩作用过程中，有机质在一定条件下结合形成的碳酸盐岩胶结致密钙质层。

2 正韵律夹层的识别

大量的钻井取心分析资料表明，储层中岩石颗粒变细、泥粉质或钙质含量增加是形成夹层的主要因素，并由此导致储层内局部岩石物性变差［2］。在目前测井系列中，能较好地反映储层物性好坏的主要是自然电位、自然伽马、微电极曲线、声波曲线，主要利用自然电位、自然伽马异常幅度、微电极幅度差和声波时差来判别夹层和油层［2］。自然电位主要用来判断岩性，在沙泥岩区域，当自然电位高时，可以判定为泥岩，低为砂岩。自然伽马主要用来判断泥质含量，伽马值越高，说明泥质含量越高，即此段的物性不好。微电极曲线主要用来判断油、水层，曲线上砂岩层部分出现正幅度差，这部分主要含油气；幅度差相同或相差不大的地方是泥岩；砂岩层下部出现负幅度差，这部分砂岩含高矿化度地层水。声波时差主要用来判断渗透层，声波时差越大，说明岩石中间的空隙越大，也就说明绝对孔隙度越好。在油层区域范围内，声波时差非常小时，可以判定该层位为干层。

3 正韵律夹层展布特征及对剩余油分布的影响

3.1 正韵律夹层展布特征

现代河流沉积露头和加密井网资料研究表明：平面上大面积分布的厚油层，往往是由不同期次、不同规模河道垂相叠切或侧向接触而成的大型复合储集砂体，同时存在落淤层和泥粉纹层等垂向渗透屏障，以及河道侵蚀面和侧积面等侧向渗透屏障，砂体内部结构非均质性复杂。根据统计，河流相正韵律储层层内夹层普遍存在。夹层分布与沉积相带的展布密切相关，自河道中心带向河道边缘相带夹层层数逐渐增加，在平面上多条带状或土豆状。在剖面上呈楔状，在空间上则为规则的叠瓦状。其剖面图如图1所示。

图1 孤岛中13-7～中13-111Ng53 剖面图

3.2 正韵律夹层对剩余油分布的影响

厚油层内夹层产状、厚度、延伸规模及与注采井组的关系对厚油层内部剩余油的形成与分布具有较大影响。不同的夹层将储层划分为独立的沉积体，受夹层影响，注水和产液的有效截面积和有效厚度减小了，同时在横向上和纵向上阻挡注入水驱替，因此夹层的存在对油层动用状况和水驱波及体积系数具有重要影响。油藏数值模拟显示，在夹层的上部波及程度低，剩余油驱替效果差，剩余油富集。另外开发过程中，夹层造成大厚油层内韵律层间注采矛盾突出，低渗透非主力韵律层欠注严重。注入水沿高渗透层突进现象突出，导致了低渗透非主力韵律层地层压力水平低，油藏韵律层间能量状况差异大。最终造成厚油层内韵律层间剩余油分布差异大，储量动用不均匀，低渗透非主力韵律层不能有效发挥作用。

4 正韵律厚油层水平井射孔参数优化

由以上分析可知，正韵律厚夹层对剩余油的采收率有很大影响。因此，为了挖掘剩余油潜力，一般根据剩余油分布情况和生产井及注水井的注采关系、夹层钻遇关系，进行合理封堵，优化选择射孔位置和射孔参数。

4.1 射孔相位角优化

水平井中射孔方向垂直于水平面，水平井中流体的流动是线形流动，一般来说，线形流动比径向流动更为有效。水平井射孔过程中，选择不同的射孔方式，夹层起到不同的作用，对流体的流动会造成不同的影响。正确地选用射孔方式和射孔参数可以充分发挥夹层对厚油层底水脊进的抑制作用，有效地提高油井产能。

根据水平井段与夹层配置关系，水平井水平井段射孔方式归结为6种射孔方式：即向上三方位、上下交叉四方位、水平向上四方位、向下三方位、水平向下四方位、水平两方位。

射孔方式对产能有很大影响，可以根据水平井水平井段与夹层的不同配置关系采取不同射孔方式。孤岛油田馆陶组油藏为河流相沉积的疏松砂岩，水平井距油层顶部1m，数值模拟也显示：相位角在60°时，产能较高，确定孤岛油田水平井段向下四方位射孔，相位角为下相位60°。

4.2 孔深、孔径优化

射孔孔径和深度受射孔枪外壁到套管壁距离的影响。当距离为零时，其穿透深度比距离为12mm时的穿透深度增加15%；当距离增大到25mm和50mm时，相应的穿透深度比距离为12mm时降低25%和30%。

下页图2和图3给出了孔径和孔深对水平井和直井产能的影响，由这两个图可知，孔深越深，孔径越大，水平井产能越高。但孔深太深，孔径太大会降低井眼的稳定性，依据理论计算和矿场实际，确定孤岛油田水平井射孔孔深为0.6～0.2m，孔径为0.012～0.036m。对不同的套管选择不同的枪型，针对孤岛油田均为7in套管，且储层出砂严重，多选择102枪进行射孔。

图2 孔径对水平井和直井产能的影响

图3 孔深对水平井和直井产能的影响

4.3 孔密优化

图4 给出了孔密对水平井和直井产能的影响，由图4可以看出：随着孔密的增加，水平井产能相对于直井产能有明显增加，当孔密大于20孔／m后，产能比增加幅度减缓。模拟结果表明采用12～20孔／m的孔密最为适宜。

图4 孔密对水平井和直井产能的影响

4.4 应用实例

中一区Ng53水平井位于孤岛披覆构造的顶部，构造简单平缓，南高北低，倾角1°左右，油层的顶、底面微型构造是在区域背斜构造格局背景形成的一系列微小起伏调整区油层埋深1 244～1 295m，Ng53砂体大片连通，油层厚度大，平均为8.9m，层内夹层存在，将 Ng53划分为 Ng531、Ng532两个时间单元，两者之间夹层发育稳定。1971年10月中一区Ng5～6层系采用一套井网投入投产，2000年10月开始注聚，目前调整区采出程度44.4%，顶部韵律段剩余油富集，适合水平井挖潜。完钻水平井16口，根据每口井的钻遇情况进行优化射孔方式，取得好效果，初期单井日产油28t／d，含水41%，与同期调整直井或周围直井相比，水平井产量是直井的2～3倍，含水低20%～50%，新增年产油能力9.6万t，提高采收率4%。如中9-P9井采用三段式射孔：1 346～1 362m，102枪102弹，水平两排射孔，相位角180°，10孔／m；1 380～1 430m，102枪102弹，水平下相位四排射孔，相位角60°，14孔／m；1 430～1 467m，102枪102弹，水平下相位四排射孔，相位角60°，16孔／m；射孔长度：103m。初期单井日产油34.3t／d，含水33.4%，累计增油1.92万t。