小断块油藏水平井设计与井网系统优化研究

2018-12-12杨新明顾庆宏

长江大学学报(自科版) 2018年23期

杨新明，顾庆宏

(中石化江苏油田分公司开发处，江苏扬州 225009)

江苏油田主要由复杂小断块油藏组成，油藏规模比较小，不规则三角形井网的布井方式较为常见。这种井网对复杂小断块油藏储量的控制程度低，易导致油藏最终采收率不高[1]。复杂小断块油藏的非均质性强，常规直井与产层的接触面积有限，不能有效控制储量。水平井技术的应用可以显著增加产层的裸露面积，提高单井产量。江苏油田水平井应用实践也证明了水平井技术是提高小断块油藏开发效益的有效手段。水平井技术已经成为江苏油田提高产量、提高采收率的重要手段之一。小断块油藏水平井的地质优化设计，是提高水平井应用效果的最关键因素。

1 水平井地质优化设计

水平井地质优化设计是水平井设计的主要内容，经过多年发展技术已经比较成熟，很多油田都开展过相关研究工作[2]，研究思路和内容基本相同。由于江苏油田的复杂小断块油藏独特的地质特征，其水平井地质优化设计具有其特殊性。水平井地质优化设计技术在应用过程中，除了常规优化设计内容，还需要对水平井平面位置优化、垂向位置优化、水平段长度优化等影响水平井实施效果的地质因素进行研究。

1.1 水平井平面位置优化

不同的油藏类型，水平井的平面位置优化需要解决的问题也不同。高含水油藏水平井的平面位置设计主要是解决水平井方位与剩余油形状以及周边生产井的位置关系；边水油藏水平井的平面位置设计主要是解决水平井段在油层中与边水的距离关系；小断块油藏，尤其是江苏油田含油带比较窄的油藏，水平井的平面位置设计主要是解决水平井与断层的相对位置关系。江苏油田现有水平井大部分都是沿断层布置，水平井几乎紧贴断层。水平井离断层越近，对储量的控制程度越高，但是钻井难度和钻井成本大幅提高，钻井风险也随之成倍增大。水平井离断层距离远，水平井与断层之间的储量无法形成有效的渗流场，导致这部分储量无法动用。所以，在现有经济技术条件下，通过水平井平面位置优化设计，可以得到一个最优距离，使得上述问题得以解决。

1)水平井与断层的位置关系通过建立数值模型研究了水平井平行于断层和垂直于断层两种情况的开发效果，如图1所示。从含水率随采出程度的变化关系曲线可以看出，当含水率达到0.85时，中高渗油藏水平井平行于断层布井的采出程度比垂直于断层布井的采出程度高出近6%。江苏油田部分油藏含油带窄，水平井平行于断层布井符合油藏的形态特征需要。

2)中高渗油藏水平井离断层距离优化通过数值模拟分析了水平井离断层不同距离的开发效果。以含水率达到0.85为例，从图2可以看出，水平井离断层距离0到300m变化时，采出程度最大相差6.7%，水平井离断层越近，采出程度越高。随着水平井逐步靠近断层，采出程度增加的幅度越来越小，当水平井由离断层45m靠近到离断层15m时，采出程度几乎没有增加，但钻井成本和开发风险成倍增加。因此，在中高渗油藏中，断层位置落实后，水平井离断层距离应在15～45m之间，水平井应尽量靠近断层布井，同时不增加钻井难度和成本。

图1 含水率随采出程度变化关系曲线

图2 采出程度与水平井离断层距离关系曲线

图3 离断层不同距离条件下水平井日产油量变化曲线(含油带宽500m)

3)低渗油藏水平井离断层距离优化通常认为，水平井水平段应该尽可能紧贴断层，这样可以最大限度控制地质储量，提高开发效果。但江苏油田低渗油藏生产实践表明：水平井离断层一段距离，开发效果反而要比水平井紧贴断层好。根据理论数值模型，运用数值模拟技术进行指标对比，可以优化水平井离断层的距离，使水平井生产效果达到最佳。在油藏宽度500m条件下，改变水平井与断层的距离，水平井的开发效果随距离不同差别较大(如图3)。当水平井在离断层距离较近时，离供给能量的距离(即边水)较远，水平井不能够受到边水的有效驱替；当水平井在离断层距离较远时，离边水较近，水平井在边水的波及范围内，开发效果好。以上分析表明，对于低渗透油藏，需要对水平井离断层距离进行优化。不仅需要考虑井对储量的控制程度问题，水平井也必须在边水或注水井的压力波及范围内。

1.2 水平井垂向位置优化

边水油藏的水平井垂向位置问题优化重点是考虑油藏中油层的韵律性。通过数模，建立了不同韵律规律油层的数值模拟模型。通过对比计算结果发现，水平井垂向位置与不同油层韵律性有着直接的关系。要想优化边水油藏的水平井垂向位置，就必须结合具体油藏的地质模型具体问题具体分析，笔者只给出一般规律。对于均质和正韵律油藏，水平井应尽量靠近油层上半部分，相比较其他位置采收率可以提高1.5%～3%。这主要是由于油水密度差、油水流度比和油层韵律规律影响，水首先由油层底部突进，造成油层顶部大量储量无法动用，水平井靠近油层上半部分，可以有效抑制含水上升，提高采出程度。而对于反韵律油藏，水平井靠近油层下半部开发效果较好，最终采收率相差在1%左右，采收率提高程度不及正韵律油藏，这主要是由于油层渗透率的反韵律分布在一定程度上抑制了水向底部突进的情况。水平井靠近油层下半部可以提高动用程度不高的下半部分的储量。

1.3 水平段长度优化

水平段长度不仅影响水平井的单井产量和泄油面积，还影响油田的钻井数目和钻井成本。采用较长的水平段长度，可以获得较快的采油速度，但钻井成本必然随之增加；采用较短的水平段长度，可以降低成本，但会影响采油速度。由此可知，通过水平段长度进行优化，可以使水平井开发效益和开发风险两大因素得以平衡。

在江苏油田水平井实践中，通过理论研究和实际开发效果总结，得到了新区开发、老区挖潜等不同条件下水平段最优长度范围。研究表明，长的水平段可降低某一给定产量所需的生产压差。300m水平段长度时生产压差出现拐点，水平段长度小于300m时达到相同产量所需的生产压差明显增大。水平段超过300m后钻井风险增大、单位进尺成本明显增加。因此，对新区开发水平段长度适宜300m左右。对已开发油藏，还必须考虑周围老井的生产状况。目前老区井距普遍在250m左右，油层已动用，水平段长度受到直井水锥半径影响，因此老区调整挖潜适宜短水平井段，数模结果显示水平井段长度在100～150m累计采油量最高。

2 水平井注采系统研究

图4 数值模拟模型示意图

图5 一注二采井网示意图

保持油藏压力水平是改善水平井开发效果的关键[3]。不同压力水平油藏的数值模拟研究结果表明，压力水平高低决定了水平井稳产时间的长短及产量递减速度的快慢。因此，利用人工注水(采用常规直井注水或水平井注水)保持油层能量是提高水平井开发效果的重要手段[4]，对低渗油藏水平井进行注水开发尤为重要。针对江苏油田绝大部分油藏属于正断层封堵的反向屋脊式窄条状小断块油藏地质特征，设计了屋脊部位利用水平井采油、低部位注水的3种单向注采模型，运用数值模拟手段研究了3种模型下的注采系统，以寻找最佳的波及效果。

1)一口直井注水，一口水平井采油用数值模拟方法研究了不同注水井位置时水平井的开发效果，模型如图4，结果表明：位置1和6直井注水效果相对较好。这是由于直井与水平井错开一定的位置，注入水驱扫面积增加，水驱效果相对较好。

2)一口直井或水平井注水，两口水平井采油在均质油藏条件下，应用数值模拟方法研究了直井和水平井分别为两口水平井注水(如图5)的效果差别。结果表明，水平井注水效果优于直井注水效果。但实际油藏的非均质性很强，水平井注水纵向波及程度低，实际开发实践中需要不断摸索，总结出最佳的注水井井型。

3 现场应用

江苏油田富43断块、富5断块、永14断块等采用水平井开发，在水平井开发方案的设计过程中应用了该思路和方法，共实施18口水平井。第一年平均单井日产量达到16t，预测采收率达到40%～50%。黄88断块、高6断块等在水平井开发过程中，地层压力逐步下降，开采5年之后水平井日产量从20t左右下降到10t左右，预测天然能量开发采收率仅为23%。为了提高油藏采收率，将天然能量开发转化为注水开发，注采系统按照一口直井注水、一口水平井采油，错开一定位置的模型设计注采井网，共实施6个水平井开发井组，实施后水平井日产量略有上升并保持稳定，预测采收率可以达到33%以上。