龐 偉 （中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

陳德春 （中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東東營(yíng)257061）

李昌恒 （中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西西安710021）

姜立富 （中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

姚俊濤 （中國(guó)石化勝利油田分公司河口采油廠，山東東營(yíng)257200）

水平井水平段長(zhǎng)度優(yōu)化與分析研究

龐 偉 （中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

陳德春 （中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東東營(yíng)257061）

李昌恒 （中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西西安710021）

姜立富 （中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

姚俊濤 （中國(guó)石化勝利油田分公司河口采油廠，山東東營(yíng)257200）

針對(duì)水平井水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的重要性和目前設(shè)計(jì)方法的局限性，基于CN13－P7井區(qū)和BAE901－P1井區(qū)的地質(zhì)資料，利用油藏?cái)?shù)值模擬軟件CMG建立了三維非均質(zhì)地質(zhì)模型，優(yōu)化了CN13－P7井區(qū)蒸汽吞吐開(kāi)采和BAE901－P1井區(qū)常規(guī)開(kāi)采時(shí)水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度，分析了滲透率、地面原油粘度、控制面積、底水等對(duì)水平段長(zhǎng)度影響的敏感性，建立了CN13和BAE901區(qū)塊水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度的回歸方程。結(jié)果表明，對(duì)水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度影響程度由大到小依次是底水、滲透率、地面原油粘度、控制面積；水平段最優(yōu)長(zhǎng)度回歸方程的計(jì)算結(jié)果與油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果的平均相對(duì)誤差分別為2．29%、1．74%、1．66%、2．08%，可用于指導(dǎo)CN13和BAE901區(qū)塊水平井水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，對(duì)同類油田具有重要的借鑒作用。

水平井；長(zhǎng)度優(yōu)化；油藏?cái)?shù)值模擬；底水；回歸方程

水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)是提高水平井開(kāi)發(fā)效果和效益首先要解決的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外優(yōu)化水平井水平段長(zhǎng)度的方法主要有7種：以鉆井技術(shù)為優(yōu)化目標(biāo)的定性方法［1］、以產(chǎn)能為優(yōu)化目標(biāo)的解析方法［2～4］、以經(jīng)濟(jì)效益為優(yōu)化目標(biāo)的解析方法［5］、綜合考慮產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益的解析方法［6～8］、以產(chǎn)能和含水率為優(yōu)化目標(biāo)的解析方法［9］、以產(chǎn)能為優(yōu)化目標(biāo)的電模擬方法［10］、以產(chǎn)能為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)值模擬方法［11，12］。前6種方法適用于常規(guī)類型油藏，對(duì)邊底水油藏、熱采稠油油藏?zé)o能為力；數(shù)值模擬方法可用來(lái)優(yōu)化邊底水油藏、稠油油藏水平井長(zhǎng)度，但目前只以單井為研究目標(biāo)［11，12］卻未進(jìn)行推廣，無(wú)法提供可供借鑒的定量公式。筆者以CN13－P7井區(qū)和BAE901－P1井區(qū)為研究對(duì)象，利用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)，研究了滲透率、原油粘度、控制面積、底水對(duì)水平井水平段長(zhǎng)度的影響，建立了CN13和BAE901區(qū)塊水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度的回歸方程，為水平井長(zhǎng)度設(shè)計(jì)提供方法。

1 地質(zhì)模型的建立與歷史擬合

為了對(duì)比蒸汽吞吐開(kāi)采和常規(guī)開(kāi)采油藏時(shí)水平井長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的異同，分別選取勝利油田CN13區(qū)塊的CN13－P7井區(qū)和BAE901區(qū)塊的BAE901－P1井區(qū)開(kāi)展對(duì)應(yīng)研究。

CN13－P7井區(qū)屬于復(fù)雜斷塊高滲底水蒸汽吞吐開(kāi)采的稠油油藏，控制面積0．12km2，控制儲(chǔ)量25．98×104t；油層中深1328m，油層壓力13．24MPa，油層溫度62℃；砂厚10～40m，平均20．7m；有效厚度5．6～28．7m，平均16m；孔隙度32%～37%，平均33．2%；滲透率（500～1500）×10－3μm2，平均1097×10－3μm2；含油飽和度65%；地面原油密度980kg／m3；平均地面原油粘度4200mPa·s；同層有3口井。

BAE901－P1井區(qū)屬于巖性構(gòu)造低粘低滲底水油藏，控制面積0．3km2，控制儲(chǔ)量22．5×104t；油層中深2942m，油層壓力30．3MPa，飽和壓力21MPa，油層溫度116．6℃；砂厚0～35m；有效厚度0～15m，平均10m；孔隙度3．9%～23%，平均16．6%；平均滲透率45．27×10－3μm2；含油飽和度58%；地面原油密度893kg／m3；平均地面原油粘度20．8mPa·s；同層有2口井。

采用油藏?cái)?shù)值模擬軟件CMG的STARS模塊建立CN13－P7井區(qū)、BAE901－P1井區(qū)的三維非均質(zhì)地質(zhì)模型。其中，CN13－P7井區(qū)X、Y方向網(wǎng)格數(shù)分別為26、43，網(wǎng)格長(zhǎng)度均為10m，Z方向分5層，合計(jì)5590個(gè)網(wǎng)格；BAE901－P1井區(qū)X、Y方向網(wǎng)格數(shù)分別為47、30，網(wǎng)格長(zhǎng)度均為20m，Z方向分3層，合計(jì)4230個(gè)網(wǎng)格。

CN13－P7井區(qū)從1995年9月歷史擬合到2009年9月；標(biāo)定儲(chǔ)量25．98×104t，數(shù)值模擬計(jì)算儲(chǔ)量26．2×104t，誤差0．85%；BAE901－P1井區(qū)從2008年12月擬合到2009年9月；標(biāo)定儲(chǔ)量22．5×104t，計(jì)算儲(chǔ)量23．2×104t，誤差3．11%。根據(jù)累計(jì)產(chǎn)液（油）量、日產(chǎn)油量、含水率等擬合指標(biāo)修正地質(zhì)模型。

2 水平井水平段長(zhǎng)度優(yōu)化與敏感性分析

2．1 水平井水平段長(zhǎng)度優(yōu)化

CN13－P7井區(qū)水平井注汽強(qiáng)度為11t／m，井口注汽干度為70%，燜井時(shí)間為4～5d。油藏?cái)?shù)值模擬研究得到CN13－P7井水平段長(zhǎng)度與累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)系如圖1所示，可看出隨水平段長(zhǎng)度的增加，累計(jì)產(chǎn)油量也在增加，但水平段超過(guò)200m后，累計(jì)產(chǎn)油量的增加趨于平緩，因此CN13－P7井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度（圖1中曲線上空心圓圈所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，下同）為200m。同理，由圖2可看出BAE901－P1井的水平段最優(yōu)長(zhǎng)度為350m。

圖1 CN13－P7井水平段長(zhǎng)度與累計(jì)產(chǎn)油量曲線

圖2 BAE901－P1井水平段長(zhǎng)度與累計(jì)產(chǎn)油量曲線

2．2 滲透率敏感性分析

滲透率越高水平井產(chǎn)量會(huì)越大，但有底水時(shí)，油井見(jiàn)水也越快。圖3、4表明：①高滲和低滲油藏水平井，都是滲透率較小時(shí)水平段最優(yōu)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，如CN13－P7井區(qū)滲透率由548．5×10－3μm2增大到4388×10－3μm2時(shí)，水平段最優(yōu)長(zhǎng)度由250m減小到150m，減幅為40%；②滲透率較小時(shí)，滲透率變化對(duì)水平段最優(yōu)長(zhǎng)度影響較小，如BAE901井區(qū)滲透率由13．58×10－3μm2增大到90．54×10－3μm2時(shí)，水平段最優(yōu)長(zhǎng)度由400m減小到360m，減幅10%。

2．3 地面原油粘度敏感性分析

圖3 CN13－P7井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度對(duì)滲透率的敏感性

圖4 BAE901－P1井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度對(duì)滲透率的敏感性

通過(guò)改變地面原油粘度大小，進(jìn)行了地面原油粘度敏感性分析，結(jié)果見(jiàn)圖5、6。由圖5、6可以看出：①原油粘度越低，水平井有效波及體積越大，延緩了見(jiàn)水時(shí)間速度，最優(yōu)水平段長(zhǎng)度也越長(zhǎng)；②原·增大到8400mPa·s時(shí)，水平段最優(yōu)長(zhǎng)度由250m減小到150m，減幅40%；BAE901－P1井區(qū)原油粘度由2．08mPa·s增大到312mPa·s時(shí)，水平段最優(yōu)長(zhǎng)度由400m減小到200m，減幅50%。

圖5 CN13－P7井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度對(duì)原油粘度的敏感性

圖6 BAE901－P1井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度對(duì)原油粘度的敏感性

2．4 控制面積敏感性分析

通過(guò)改變控制面積的大小，進(jìn)行了控制面積敏感性分析，結(jié)果見(jiàn)圖7、8。由圖7、8可以看出：①控制面積小于蒸汽吞吐井的受效面積或者冷采井波及面積時(shí)，控制面積越大，水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度越大；②由于油井的實(shí)際控制面積有限，因此控制面積大于蒸汽吞吐井的受效面積或者冷采井波及面積時(shí)，控制面積增加，水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度不會(huì)有明顯的變化。

2．5 底水敏感性分析

通過(guò)對(duì)有底水和無(wú)底水情況的研究，進(jìn)行了底水敏感性分析，結(jié)果見(jiàn)圖9、10。由圖9、10可以看出：①對(duì)高粘高滲油藏中的熱采水平井（如CN13－P7井），底水的存在對(duì)水平段最優(yōu)長(zhǎng)度有相當(dāng)大影響，一旦局部底水突破，則整個(gè)水平段會(huì)很快水淹，因此有底水的水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于沒(méi)有底水或者底水很弱、離得很遠(yuǎn)的井；無(wú)底水時(shí)水平段最優(yōu)長(zhǎng)度是有底水時(shí)的2倍左右；②低粘低滲油藏中的冷采水平井（如BAE901－P1井），底水的存在對(duì)水平段最優(yōu)長(zhǎng)度影響不大。

3 水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度方程回歸與精度分析

利用正交優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和油藏?cái)?shù)值模擬軟件，對(duì)有無(wú)底水兩種情況進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行回歸，回歸方程為：

圖7 CN13－P7井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度對(duì)控制面積敏感性

圖8 BAE901－P1井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度對(duì)控制面積敏感性

圖9 CN13－P7井有無(wú)底水時(shí)水平段最優(yōu)長(zhǎng)度

圖10 BAE901－P1井有無(wú)底水時(shí)水平段最優(yōu)長(zhǎng)度

CN13區(qū)塊有底水時(shí)：

式中，Lopt為水平段最優(yōu)長(zhǎng)度，m；X＝K為滲透率，10－3μm2；μo為原油粘度，mPa·s。

CN13區(qū)塊無(wú)底水時(shí)：

BAE901區(qū)塊有底水時(shí)：

BAE901區(qū)塊無(wú)底水時(shí)：

各回歸方程的精度見(jiàn)表1、2。

表1 CN13區(qū)塊水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度回歸方程的精度

4 結(jié)論

1）水平井水平段長(zhǎng)度增加，累計(jì)產(chǎn)油量也會(huì)增加；但是到一定長(zhǎng)度之后，增加趨勢(shì)會(huì)減弱甚至不增加，故存在最優(yōu)水平段長(zhǎng)度；CN13－P7井和BAE901－P1井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度分別為200、350m。

2）對(duì)CN13－P7井和BAE901－P1井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度影響程度由大到小依次是底水、滲透率、地面原油粘度、控制面積；無(wú)底水時(shí)高粘高滲油藏水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度能達(dá)到有底水時(shí)的2倍，滲透率、原油粘度對(duì)高粘高滲油藏和低粘低滲油藏都有顯著的影響，控制面積小于水平井的受效面積（波及面積）時(shí)對(duì)水平井最優(yōu)長(zhǎng)度有明顯影響，而大于后則影響很小。

3）應(yīng)用正交設(shè)計(jì)方法和油藏?cái)?shù)值模擬軟件，研究了CN13區(qū)塊和BAE901區(qū)塊不同滲透率、原油粘度和有無(wú)底水時(shí)水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度；應(yīng)用DPS軟件回歸了最優(yōu)長(zhǎng)度與滲透率和粘度的二元三次方程，方程精度高，可用于指導(dǎo)水平井長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，研究方法和結(jié)果對(duì)同類區(qū)塊具有借鑒意義。

表2 BAE901區(qū)塊水平井水平段最優(yōu)長(zhǎng)度回歸方程的精度

該文系中國(guó)石化勝利油田分公司資助項(xiàng)目“水平井完井技術(shù)參數(shù)敏感性研究”（編號(hào)：57－2008－js－00040）產(chǎn)出論文。

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［編輯］ 蕭 雨

TE355．6

A

1000－9752（2012）07－0119－06

2011－12－20

龐偉（1983－），男，2007年中國(guó)石油大學(xué)（華東）畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事水平井完井、測(cè)試和油藏模擬方面的研究。