非均质油藏水平段内产能动用规律分析及对策——以浅海区M断块砂岩油藏为例

周春香.

(中国石油大港油田勘探开发研究院，天津 300280)

非均质油藏水平段内产能动用规律分析及对策
——以浅海区M断块砂岩油藏为例

周春香.*

(中国石油大港油田勘探开发研究院，天津 300280)

为了明确水平井钻遇储层的物性差异对非均质油藏水平段内产能动用规律的影响，本文以M断块高孔渗底水油藏为例，通过建立水平井井筒内流动非线性方程，求解了非均质油藏水平段内产量分布及压力分布规律；同时结合Eclipse数值模拟软件多段井模块Multi-Segment Well Model监测水平井不同水平位置、不同计算时间的流量、压力等指标。方程求解和数模论证结果印证了本断块水平井存在水平井段生产端产量大、末段产量小的分布特征，水平段内压力从水平井的末端至生产端是逐渐减小的。现场实践表明，分段开采可以有效改善因储层非均质性导致的水平井动用效果差问题，该研究对于同类长水平段非均质储层的开发具有一定的指导意义。

水平井；井筒流动；井筒流量；多段井模型；分段开采

水平井因单井控制泄油面积大、单井产量高，可减少钻井量，且近井压降比直井小，可采用较小生产压差进行生产，以减轻水锥、延缓见水时间、提高水驱波及体积[1]，目前已广泛应用于陆上及海上油田的开发。国内外油田诸多水平井开发的实例表明，所有的水平井都能取得良好的开发效果。受储层物性及水平井轨迹的影响，水平井内部动用程度存在差异，很多学者已开展水平井井筒内流动情况的研究，主要从数值计算上对水平井内部动用产能进行分析[2-6]。本文以M断块长水平段水平井为例，在研究水平井沿程的压降和水平段内部产量动用状况基础上，结合Eclipse数值模拟软件多段井模块Multi-Segment Well Model对数值计算结果进行佐证。研究成果不仅能指导该断块的水平井开发，而且对同类油藏水平井开发具有一定的指导意义。

1 M油田基本特征及开发存在问题

M断块位于渤海湾西部0～5 m浅海区域，构造上受羊二庄断层上升盘与羊二庄南断层下降盘夹持，构造形态为南北高、中间略低的鞍部，属于构造底水油藏。断块含油面积2.6 km2，主要目的层为馆陶组。该区储层物性好，电测解释孔隙度为28%，渗透率为731.5 mD，属于高孔高渗储层。地下原油黏度为33.48 mPa·s，地面原油密度为0.96 g/cm3，属高黏重质油。储层横向非均质性强，渗透率极差为4.9，变异系数为0.4。受地面条件的限制，该断块采用大斜度长水平段水平井开发，水平段长度平均在600 m左右，其水平段为近东西向横切河道分布，受储层物性和储层非均质性影响，已投产的3口水平井生产中表现以下特征：①无水采油期短，油水黏度比高，底水锥进速度快，产量递减大；②水驱波及范围小，水驱动用程度低，目前储量动用程度为9.75%；③非均质程度高，单井累产油量低，水平段内部动用差异大。为了改善底水油藏水平井开发效果，开展了水平井内部动用状况分析。

2 水平段内部动用规律

2.1 数值计算油藏水平段内部动用状况

对于水平井来说，由于水平井水平段内摩擦损失的存在，因此由油藏进入水平井井筒的无因次渗透流量沿井长度分布是不均匀的，原油沿水平井井筒流动出现压降。如果水平段内压降和油藏内压降相当，导致水平段末端压降很小或者为零，那么水平段末段出现不产油的井段。

2.1.1 油藏中水平井井筒流动计算模型

(1)水平井井筒内的流动。

假设水平井井筒内的流动是单向的一维流动，沿水平井井长方向任一位置x的产量可表示为[7]：

(1)

(2)

式中ph——水平井压力，MPa；

E——井筒内流体质量，kg；

f——摩擦系数；

qhc——水平井某一截面的井筒流量，m3/s；

ρ——流体密度，kg/m3；

rw——水平井井筒半径，m；

Aw——水平井某一界面的面积，m2。

水平井某一截面的井筒流量为：

(3)

式中L——水平段长度，m；

qh——油藏流入水平井的单位长度的流量，(m3/s)/m；

t——流体流过单位长度的时间，s。

对方程(3)求导，并积分，得水平井井筒内压力为：

(4)

式中pwt——水平井生产端的压力，MPa。

(2)处于油藏中的水平井井筒内的流动。

假设实际油藏中，一个长度为L的水平井置于上下边界z=0和z=h的油藏中，在距离油藏上下边界的某一zw处，水平井井筒内的流动方程可表示为[7]：

(5)

式中p(x,rw,t)——水平井井筒内的压力，MPa。

对于非均质储层，根据油藏渗透率的变化将水平井段L分为若干渗透率不同的均质M段微元，从油藏进入水平井井筒的总流量等于生产端的流量：

(6)

2.1.2 水平段内产能动用规律及压力剖面分析

以M断块H2井为例，利用水平井井筒流动模型计算H2井水平段内产能和压力动用规律。该井水平段长度为815 m，水平井井筒半径为0.1 m，井筒粗糙度为0.05 m，原油密度为0.905 g/cm3，油藏供给边界处压力为13.6 MPa。选取H2井沿井轨迹分布的电测解释的渗透率参数，计算水平井沿井筒方向由根端(x=0)到趾端(x=1000 m)的水平井井筒流量分布图(图3)。

图1 水平段内流量剖面Fig.1 Liquid production of horizontal section

图2 水平段内压力剖面Fig.2 Pressure of horizontal section

从计算结果看，对于水平井H2来说，由于受储层物性影响，由油藏进入水平井井筒的渗透流量沿井长度分布是不均匀的[8]。从图1中产量与水平方向长度曲线看，H2井产量从水平井生产端至末端分布不均，总体上呈现生产端产量大、末段产量小的分布特征，水平段末端近100 m产液及产油量低，该段产能几乎未动用。从图2中生产压差与水平方向长度分布看，生产压差沿水平井长度方向是不断变化的，压差从水平井生产端至末端逐渐减小，水平段内压力从水平井的生产端至末端逐渐增大；这也是与实际符合的，水平段内这种压降推动了井筒内流体的流动[9]。

2.2 数值模拟论证水平段内部动用规律

根据油藏精细描述结果，建立M断块油藏地质模型，利用Eclipse软件的多段井模块细分水平井段，避免了水平段受网格步长的影响而形成的轨迹误差[10]。在软件的office模块使用WRFTPLT关键字监测油井的生产动态，便于提取水平井不同水平段、不同计算时间的流量、压力、含水等动态监测无法获取的生产指标。

图3 水平井多段井模型Fig.3 Multi-segment well model

图4 过H2井渗透率属性图Fig.4 Permeability graph across well H2

从图5中H2井的水平段产液剖面来看，横坐标为水平井段测深，纵坐标为水平井产液量和产油量；从不同位置对应的产量看，H2井水平段动用程度高的在生产端，而末端近100 m水平段几乎未动用。结合图4，该井末端所在储层物性比生产端差，说明对于非均质储层，由于受储层物性、水平井轨迹、水平位置、储层非均质性的影响，水平段压力、产量沿水平段的分布与理想均质油藏水平井不同。从实际投产水平井生产情况看，由于水平段内部动用差异的不同，水平井开发效果差别大。

图5 过H2井产液剖面Fig.5 Liquid production graph across well H2

3 开发对策及实施效果

3.1 开发对策研究

研究表明，对于长水平段水平井开发，要想取得较好的开发效果，设计时必须适应油气藏的储层物性特征，避免因储层非均质性差异大导致水平井整体动用效果不理想。为了适应M断块浅海区大位移长水平段水平井的整体开发要求，在提高油层动用程度的基础上，依据“先物性，后开发模式”的部署思路，水平井钻遇水平段优选物性相对均质的井段，形成均质储层水平段整体开发、非均质储层分段开发两种开发模式。

3.1.1 均质储层水平段整体开发

对于水平段内物性相对均质的储层，由于物性差异对水平段内部动用差异影响不大，因此在水平井完井后，采用水平段整体射孔、整体动用，以提高水平段内储层储量的动用程度。

3.1.2 非均质储层水平段分段开发

对于储层非均质性大的区块，长水平段实施分段开采，在水平井完井后，选取储层物性相近的井段进行分段射孔、分段动用，逐步提高油层的动用程度，保证水平井的开发效果。这样既能很好地提高油层动用程度，又能很好地发挥长水平段水平井开发的优势。

3.2 实施效果

M断块调整方案设计井位6口，新井3口，利用老井3口，已实施1口井(H8井)，H8井水平段长度为746 m，设计分两段开采，第一段开采水平段末端220 m油层。该井第一段于2009年3月投产，初期不含水，无水采油期50 d，为M断块无水采油期最长的油井；截至2016年2月，累产油2.95×104t，为目前该断块产量最高的油井。该井于2016年3月补孔开采第二段251 m油层，初期含水率为20%，目前已稳定生产近1年。对比H8井与已经开发的3口老井的开发效果，目前3口老井均因高含水而停产，在相同累产油下，H8井的含水率更低且最终累产量更高，说明分段开采井产量稳定，含水率上升速度降低，避免了储层非均质差异对开采效果的影响，现场实施见到了明显的效果。

图6 M断块水平井分段开采效果对比Fig.6 Comparison of subsection development effect of M block

4 结论

(1)对实际非均质油藏，受水平井轨迹和储层非均质性的影响，不同水平井段动用差异大。文中H2井水平段内储层非均质性强，计算表明该井水平段呈现生产端动用程度大、末段动用程度小的规律。

(2)为提高水平井开发效果，井位部署时水平段不宜过长，且水平井段的物性相对均质；对于水平段长且物性差异大的水平井，建议采用分段开发模式，选取储层物性相近的井段进行分段射孔、分段开发，逐步提高油层的动用程度。生产实践表明，分段开发适用于强非均质油藏的水平井开发，能有效改善水平井开发效果。

(3)利用水平井井筒内流动方程，结合数值模拟多段井技术，对水平段内部产能动用规律及压力分布进行定量描述，对水平井的优化设计和合理高效开采具有实际的指导意义。

(4)鉴于水平段内产能受地质静态和生产动态因素的双重影响，在实际生产中，井筒内的摩擦压降对水平井产能起着重要作用，有必要开展水平井井筒内摩擦压降对非均质储层水平井产能影响的研究。

符号说明：

[1] 孙焕泉.水平井开发技术研究[M].北京:石油工业出版社,2012:16-20.

[2] OZKAN E, SARICA C. Effect of conductivity on horizontal well pressure behavior[C]. SPE 24683,1992:241-253.

[3] 何淑梅,赵郁文,刘计超,等.庄海8断块水平井水平段内部产能分布规律及对策[J].油气井测试,2012,21(4):8-9.

[4] 匡铁.水平井井筒与气藏流动耦合数值模拟研究[J].科学技术与工程,2012,12(18):4515-4517.

[5] 梁冠民,周生田.水平井摩擦压降对井产能的影响[J].断块油气田,2007,14(5):53-55.

[6] 陈芳萍,石彬,李康,等.延长油田西部边底水油藏水平井优化设计及效果分析[J].非常规油气,2015,2(5):50.

[7] 李保柱,宋文杰,纪淑红,等.水平井水平段压力分布研究[J].石油学报,2003,24(2):97-98.

[8] 袁淋,李晓平,张璐,等.非均质底水气藏水平井井筒流量及压力剖面研究[J].岩性油气藏,2014,26(5):127-128.

[9] 高瑞民,王小锋.特低渗透油藏水平井—直井混合井网压裂产能理论研究[J].非常规油气,2014,1(2):33-35.

[10] 何增军,王战丹,宋成立,等.利用数值模拟技术研究扶余油田周期注水模式[J].非常规油气,2016,3(6):22.

ResearchonHorizontalSectionProductivityinHeterogeneousReservoirandDevelopmentStrategy—Taking M Shallow Sea Sandstone Block Oilfield as an Example

Zhou Chunxiang

(ResearchInstituteofExplorationandDevelopmentofDagangOilfieldCompany,CNPC,Tianjin300280,China)

In order to find out the influence of the physical property differences during the drilling of horizontal well on liquid production and pressure in the development of heterogeneous reservoir, the paper has solved the distribution of liquid production and pressure of heterogeneous reservoir through establishing the nonlinear equation of wellbore flow in horizontal wells by taking M bottom water reservoir with high porosity and permeability as an example. In addition, the paper has used multi-segment well model of Eclipse software, which can monitor the liquid production and pressure at different horizontal positions of horizontal well with different calculation time. The two methods confirmed that the horizontal well section has large production in end segment than front segment, pressure from the end segment to the production end is gradually reduced. In view of the poor development effect of horizontal wells causes by large heterogeneity, subsection development has adopted. According to field experiments, subsection development can effectively improve the poor difference production caused by reservoir heterogeneity. The study has certain guiding significance for the development of similar heterogeneous reservoirs developed by horizontal well.

horizontal well; wellbore flowing; wellbore liquid production; multi-segment well model; subsection development

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“复杂油气层综合评价技术研究”(2014E-06)资助。

周春香(1983—)，女，硕士，工程师，主要从事油气田开发与油气藏研究工作。邮箱：zhouchxiang@petrochina.com.cn.

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