地質設計技術

地質設計技術是指對區塊篩選評價、軌跡設計最佳化、產能預測等技術的總稱。

基本介紹

• 中文名：地質設計技術
• 外文名：Geological design technology
• 學科：石油工程
• 套用井別：水平井、側鑽水平井
• 方法：區塊篩選、軌跡最佳化、產能預測等
• 目的：提高採收率

研究背景

除了常規鑽井技術所鑽的直井之外的井統稱為複雜結構井, 包括定向井、水平井、側鑽井、側鑽水平井、分支井、大位移井等。複雜結構井具有直井無法比擬的優勢, 具體表現為:

①儘可能挖掘各種油氣藏潛能, 提高最終採收率;

② 減少布井數量, 節約開發投資;

③避免或減少開採過程中井下複雜情況的出現, 減少事故的發生;

④少占用土地, 減小環境保護的壓力。總之, 複雜結構井提高了開發的總體經濟效益。

區塊篩選評價技術

油藏類型

並非所有的油田或區塊都適宜於打水平井, 必須符合一定的地質條件、井況條件和油藏條件。根據水平井油藏工程原理, 考慮我國目前水平井技術條件進行複雜結構井設計。

(1) 屋脊式高滲透斷塊油藏。屋脊式高滲透斷塊油藏主要是由於在地層上傾方向存在斷層遮擋而形成。這類油藏高含水期剩餘油主要集中在構造的較高部位, 隨著開發程度的不斷加深, 有部分井的產量低於經濟產量以下, 鑽加密井( 直井) 初期產量較高, 但含水上升快, 經濟效益差。利用報廢井或特高含水井進行側鑽可以開採高部位剩餘油, 並可抑制含水上升過快, 增加可采儲量, 提高採收率, 獲得較好的經濟效益。

(2) 氣頂、底水油藏。該類油藏往往由於邊底水能量比較充足或氣頂較大而在生產過程中導致含水上升較快或易發生氣竄。而水平井或側鑽水平井是控制底水及氣頂錐進的最有效手段, 通常直井方案由於水錐的影響開發效果較差, 而水平井開發可以使採收率提高至30%以上, 水平井最大臨界產量遠遠大於直井, 所以該類油藏也是水平井的優選區塊。

(3) 天然裂縫性油氣藏。該類油藏包括裂縫性碳酸鹽岩油藏和裂縫性火成岩油藏及裂縫性泥岩油藏。由於裂縫多為高角度裂縫, 直井鑽遇率低, 開發效果不理想。水平井、側鑽水平井可以橫穿更多裂縫, 因而可以大幅度提高油井產能。該類油氣藏是設計水平井的重要油藏類型, 在美國4600 多口水平井中, 以裂縫性油藏為目的層的井占53%。勝利油區在草古1 潛山、平南濱古11 潛山、商741 火成岩及鄭6 塊等處設計了水平井和側鑽水平井, 取得了良好的開發效果。但對於底水活躍或已注水的天然裂縫性油藏, 水平井應注意避開與水體相連的天然裂縫, 否則容易發生水竄, 影響開發效果。

油藏地質參數

水平井對油藏本身有一定要求。水平井區必須有足夠的地質儲量, 同時還要滿足以下幾點:

(1) 油藏深度> 500 m。從水平井技術角度考慮, 埋深大於500 m 的油藏都適合進行水平井設計。從目前已完鑽水平井情況看, 幾乎所有的井深度在4000 m 以內, 稠油油藏一般埋藏較淺( 小於1500 m)。該參數隨著水平井鑽井工藝、完井、採油工藝的不斷變化而改變。

(2) 油氣層厚度≥4 m。根據鑽井技術要求, 水平段軌跡上下擺動誤差為2 m , 因此要求水平井目的層厚度大於4 m, 這樣能夠保證水平段在有效儲層內延伸。隨著鑽井技術的不斷提高, 這一參數也是可以改變的, 從目前已完鑽投產的水平井來看, 已有部分井在3～4 m 的油層中實施成功, 因此本次將該參數界限定為4 m。另一方面, 目的層厚度也並不是越大越好, 根據數模結果, 當油層厚度大於50 m 後, 隨著厚度的增大, 水平井與直井相比, 產量增加的倍數逐漸變小。因此油層厚度一般小於50 m, 這樣更能體現出水平井的優勢。隨著地質導向技術的發展, 該參數目前最小可降低到1 m 左右。

(3) 參數h× ( Kh/ Kv )^1/2 < 100

該參數一是限制油層厚度不能太大, 如前述, 油層厚度( h) 一般不要大於50 m; 二是要求垂直滲透率( Kv ) 不能太小, 垂直滲透率比水平滲透率( Kh ) 對水平井產能影響大。

(4) 泄油麵積不能太小, 水平井單井剩餘可采儲量≥0. 8×10⁴ t。剩餘儲量是水平井的物質基礎, 如果單井控制的剩餘可采儲量過小( 小於8000 t ) , 基本上就沒有經濟效益。因此剩餘可采儲量在水平井設計中也是一個非常重要的控制參數, 在研究過程中, 我們採用對井區精細油藏描述的方法, 定量描述剩餘油, 為了滿足水平井設計的需要, 套用格線細劃技術進行精細數值模擬, 對於可采儲量小於0 . 8×10⁴ t 的井區暫時不設計水平井。該

參數隨著油藏類型、岩性、井深、油價等因素的變化而改變。

(5) 油層壓力/ 原始壓力≥0 . 5。地層壓力不能太低, 如果壓力過低或者地層能量處於衰竭狀態, 油層供液能力差, 發揮不出水平井的優勢。

前2 項參數主要受水平井鑽井等工藝水平的影響, 而後3 項參數則是保證水平井有一定的產能和經濟效益。

另外, 側鑽水平井對老井井況條件還有一定的要求。報廢井或低於經濟極限產量的高含水井一般多位於已開發多年的老油田, 這些老井經過多年浸泡, 井身質量逐漸變差, 而側鑽水平井對老井的井身結構要求較高, 因此給側鑽水平井的設計帶來較大的困難。從工程要求角度考慮, 要求老井套管質量和固井質量良好, 同時為了減少水層的干擾, 側鑽開窗以上或以下部位為泥岩。

一般來講, 在油藏類型及地質參數和井況條件初步篩選結果的基礎上, 還應對油藏地質特徵及生產動態情況進行初步了解, 對剩餘可采儲量進行初步估算, 並進行水平井可行性初步經濟評估, 才可以最終確定水平井目標區塊。

軌跡設計最佳化方法

水平井、側鑽水平井最佳化設計技術主要解決水平井的水平段在油層中的軌跡, 即重點解決水平井和側鑽水平井的開窗部位、靶前距、水平段在油層中的方位、水平段在油層縱向上的位置以及水平段的長度等問題, 並對油藏工程參數進行最佳化。

1 . 水平井方位

最佳化過程中應設計多個方位, 主要包括平行構造線、斜交構造線、垂直構造線等進行對比, 優選出水平井在平面上的延伸方向。

2 . 水平段長度

在理想情況下, 水平井段越長, 開發效果越好。但實際生產中存在摩阻效應、經濟因素等, 還存在井筒過長井壁滑塌等問題以及周圍直井井網等因素, 因此並非水平段越長越好。尤其是在老區進行設計時, 需考慮鄰近直井的井網井距, 既要保證有一定的水平段長度, 又要防止水平段離老井過近, 影響水平井開發效果。

3 . 水平段位置

根據數模研究的結果, 底水油藏水平井段應儘量位於油層頂部; 氣頂油藏的水平井段應儘量位於油層下部; 而對於同時具有氣頂和底水的油藏, 水平井段位置應視氣頂和底水能量的大小進行最佳化。

產能預測

水平井的產能評價是水平井最佳化設計的一項重要工作, 通過不同條件下的產能評價,為地質設計提供依據。不同條件下的產能評價方法包括: 穩態產能評價方法、擬穩態產能評價方法、不穩態產能評價方法和底水或氣頂錐進時臨界產量的計算方法。穩態產能評價方法用於水平井穩定生產階段的產能評價, 其中主要考慮了地層韻律性、污染係數、滲透率的各向異性、目前垂直井井網及水平井偏心距等因素的影響; 擬穩態產能評價適用於壓力波傳播到油藏邊界之後的水平井產能的評價; 不穩態產能評價主要用於預測產量隨時間的變化; 底水或氣頂錐進臨界產量的計算為生產提供了決策依據。

水平井產能論證主要包括兩部分: 一是水平井初期產能的確定, 二是不同時間累積產油量的計算。