水平井注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

水平井注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

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的五點井網(wǎng)。1)二維模擬結(jié)果當流度比等于0.3時,水平井系統(tǒng)比垂直井系統(tǒng)沒有明顯優(yōu)越性;當流度比較高(為1.0或4.0)時,水平井系統(tǒng)的生產(chǎn)井見水時無水采收率比垂直井系統(tǒng)高很多。這表明,流度比低時(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(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,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)油過程,采用井段長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的波及效率,得出水平井注-直井采沒能發(fā)揮水平井技術(shù)優(yōu)勢,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點最先突破,波及效率僅為30.1%。1050d后,注入水在P2點突破,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,然而實際操作相對復(fù)雜,因此影響了現(xiàn)場應(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400m,注入液和產(chǎn)出液反向流動。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。③水平井井位交錯直線驅(qū),兩口水平井交錯排列,水平井段長300m。④水平井井位交錯反向交錯直線驅(qū),兩口水平井交錯排列,水平井段長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700m的兩口水平井組成。注水1年后,水驅(qū)前緣沒有覆蓋注水井全部水平段,即沒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。過長的水平段使勢能分布受油田及水平井周圍勢能分布嚴重影響,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,只有當水平注水井和水平生產(chǎn)井的水平井井段長度比為4.25(850m/200m)時,注入水才能在水平生產(chǎn)井的“井趾”(頂部區(qū)域)突破;水平井段長度相等時,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-長水平井段生產(chǎn)井的注入控制簡單。2水平井的使用水平井技術(shù)在美國和加拿大等國家應(yīng)用廣泛。在美國,53%的水平井穿越裂縫,有9%的水平井用于水驅(qū)采油項目。在加拿大,48%的水平井用于減少水氣錐進,水平井水驅(qū)開發(fā)項目占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)計可采儲量達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)計可采儲量為6.8×104t。兩個油田相鄰,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層,平均埋深770m,生產(chǎn)層屬Flippen組灰?guī)r儲層,儲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本土第一個此類方案,由溫尼能源公司在20世紀90年代初期設(shè)計,鉆井投資450×104美元。試驗區(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,為注水目的進行了必要的壓力測試。計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。公司計劃在確保儲層不出現(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。評價注水效果后,注水量可提高。溫尼能源公司認為,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最大的油藏之一。據(jù)報道,20世紀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油層,使大量的剩余油被繞過而無法驅(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)計直井鉆井和完井費用是9.8×104美元。模擬及經(jīng)濟評價表明,一口單井控制面積為9公頃的水平注水井,未來6年將累計贏利290×104美元。過去30多年中,一口五點法井網(wǎng)的垂直注水井累計收入僅為140×104美元。Wolco油田五點法井網(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。開始注水能力遠大于試驗區(qū)南部鄰近地區(qū)以前常規(guī)直井的注入能力。水平井注水見效快,因此項目初期產(chǎn)量大幅度增長。與直井水驅(qū)相比,水平井注水開發(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)開發(fā)存在的問題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)都沒能發(fā)揮水平井技術(shù)優(yōu)勢,開發(fā)效果較差。3)水平井注采結(jié)構(gòu)中,反向直線驅(qū)和水平井井位交錯反向交錯直線驅(qū)的波及效率均大于直線驅(qū)水平井井位交錯直線驅(qū),這是因為注入水優(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。4)