李曉益， 艾 爽， 程光明， 張 杰， 吳俊霞

(1.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；3.中國石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊 830011)

魚骨刺柔性管在碳酸鹽巖縫洞型油藏應(yīng)用的數(shù)值模擬研究

李曉益1，2， 艾 爽1，2， 程光明1，2， 張 杰3， 吳俊霞1，2

(1.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；3.中國石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊 830011)

塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏水平井酸壓投產(chǎn)時(shí)，存在籠統(tǒng)酸壓效果不理想，分段酸壓難度大、工具選擇困難、裂縫走向難控制等問題，為此，采用數(shù)值模擬方法分析了碳酸鹽巖縫洞型油藏水平井采用魚骨刺柔性管完井時(shí)的增產(chǎn)效果及經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明：魚骨刺柔性管未連通有效縫洞體時(shí)，單井產(chǎn)油量隨著魚骨刺柔性管裝置數(shù)量增加而增加，但是平均單套裝置的增油量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，連通縫洞體概率較低的井建議采用6～10套魚骨刺柔性管裝置進(jìn)行完井作業(yè)；連通單個(gè)有效縫洞體時(shí)，產(chǎn)油量隨縫洞體的體積增大而增加；連通多個(gè)縫洞體且縫洞體總體積相同時(shí)，累計(jì)產(chǎn)油量隨著連通縫洞體的數(shù)量增加而增大；連通1個(gè)以上縫洞體即可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。研究結(jié)果表明，塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏水平井可以采用魚骨刺柔性管完井。

完井；魚骨刺柔性管；碳酸鹽巖油氣藏；數(shù)值模擬；塔河油田

塔河油田主體區(qū)塊為碳酸鹽巖縫洞型油藏，埋深5 500.00～6 600.00 m，儲(chǔ)集空間以裂縫、溶蝕孔隙孔洞和大型洞穴為主，底水發(fā)育，原油性質(zhì)相差大，從凝析油到瀝青質(zhì)原油均廣泛分布，H2S含量普遍較高，儲(chǔ)層巖石堅(jiān)固致密，井壁穩(wěn)定[1-3]。碳酸鹽巖縫洞型油藏主要采用直井和裸眼完井的側(cè)鉆水平井開發(fā)，前期主要針對(duì)串珠體(大縫洞)油藏布井，隨著開發(fā)的進(jìn)行，由于可選擇的洞穴類儲(chǔ)層越來越少，因此選擇了具有弱反射特征的以裂縫、溶蝕孔洞為主的儲(chǔ)層[4-5]。該類儲(chǔ)層投產(chǎn)初期多存在產(chǎn)能低、無法穩(wěn)產(chǎn)等問題，70%以上的油氣井需進(jìn)行酸壓改造，常用方法是先采用PIP(production injection packer)等裸眼封隔器對(duì)趾端進(jìn)行集中酸壓，待其失去工業(yè)價(jià)值后采用擠水泥回填等方式自趾端向跟端逐段進(jìn)行酸壓改造[6]。理論研究認(rèn)為，傳統(tǒng)酸壓完井產(chǎn)生的裂縫延伸距離遠(yuǎn)、流動(dòng)通道大，可以連通距離井筒較遠(yuǎn)的儲(chǔ)層和縫洞體，易生成網(wǎng)狀縫，壓裂控制區(qū)域內(nèi)油氣采出程度高。但現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，酸壓過程中封隔器能起到密封作用的只占60%左右，存在后期再采取措施難度大、上返管柱遇卡、埋管柱等問題。另外，由于側(cè)鉆水平井裸眼井段較長(200.00～700.00 m)，采用常規(guī)籠統(tǒng)酸壓技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)裸眼井段均勻布酸，橫向上無法連通多個(gè)儲(chǔ)集體而達(dá)不到配產(chǎn)要求。而裸眼分段酸壓技術(shù)存在費(fèi)用較高、裸眼分段難度大、分段數(shù)量有限、裂縫延伸方向不可控、縫洞導(dǎo)致酸壓過程起壓困難、裸眼封隔器耐壓和密封性差等問題[7-9]。魚骨刺柔性管在印尼煤層氣井及美國碳酸鹽巖水平井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，獲得了較好的增產(chǎn)效果[10]。目前，國內(nèi)正在研制魚骨刺柔性管裝置，尚未論證其應(yīng)用于碳酸鹽巖縫洞型油藏的可行性。為此，筆者采用數(shù)值模擬方法研究魚骨刺柔性管在縫洞型油藏應(yīng)用的可行性，分析了魚骨刺柔性管的應(yīng)用數(shù)量、增產(chǎn)效果和投入產(chǎn)出比，以期為在碳酸鹽巖縫洞型油藏進(jìn)行魚骨刺柔性管完井現(xiàn)場先導(dǎo)試驗(yàn)提供指導(dǎo)。

1 魚骨刺柔性管完井技術(shù)基本原理

圖1 魚骨刺柔性管完井井底效果Fig.1 Bottom of the well completed with flexible fishbone pipes

魚骨刺柔性管完井技術(shù)是由挪威Fishbones AS公司于2009年提出的一種裸眼尾管完井增產(chǎn)新技術(shù)，能有效溝通油藏和井眼，達(dá)到提高產(chǎn)量的目的，且不像水力壓裂需要返排壓裂液的殘液[11]。目前已推出第一代魚骨刺柔性管成熟產(chǎn)品——魚骨刺中空針狀柔性管系統(tǒng)(FishbonesTM)，其基于射流原理研發(fā)，在井底的結(jié)構(gòu)如圖1所示。現(xiàn)正基于微型水力鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖和自推原理研發(fā)魚骨刺旋轉(zhuǎn)水力錨(BackboneTM)。魚骨刺柔性管完井的關(guān)鍵工具包括長900 mm的魚骨刺短節(jié)和安裝在魚骨刺短節(jié)內(nèi)并且可以單向移動(dòng)的4支長12 m的柔性分支管。魚骨刺短節(jié)、柔性管與尾管等裝置一起下至裸眼井段內(nèi)，理論上一次作業(yè)能安裝100個(gè)魚骨刺短節(jié)。柔性分支管除前部的噴嘴安裝在魚骨刺短節(jié)內(nèi)，大部分預(yù)置在與魚骨刺短節(jié)連接的尾管里面，通過地面泵入流體對(duì)尾管增壓，一方面流體通過柔性分支管前部的噴嘴進(jìn)行水力噴射鉆進(jìn)，另一方面由于尾管內(nèi)柔性分支管截面與噴嘴出流截面存在壓差，柔性分支管被推出魚骨刺短節(jié)進(jìn)入地層，作業(yè)完成后柔性分支管留在噴射形成的分支井眼中，對(duì)于斷層或者層理發(fā)育的儲(chǔ)層，可以控制柔性分支管的走向，鉆穿層理或裂縫，油氣通過柔性分支管及分支井眼流入主井眼。對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層，以酸液為鉆井液，既可以提高鉆進(jìn)速度，又可以提高儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力。對(duì)于非碳酸鹽巖儲(chǔ)層，可以在鉆井液中加入一些磨料，以起到輔助破巖、提高鉆井速度的目的。魚骨刺柔性管完井施工流程簡單，不需要進(jìn)行固井、射孔、洗井等作業(yè)，施工時(shí)間少于0.5 d，且不需要壓裂車組和壓裂液，無需返排壓裂液，可以縮短完井時(shí)間和成本。目前魚骨刺柔性管完井技術(shù)存在的不足是魚骨刺柔性管伸出最大距離只能達(dá)到12.00 m，形成的分支井眼其長度和井徑均較小。

2 魚骨刺柔性管應(yīng)用數(shù)值模擬研究

為了分析塔河油田碳酸鹽巖油藏水平井應(yīng)用魚骨刺柔性管完井技術(shù)的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益，以塔河油田A水平井為例，采用Eclipse軟件，基于網(wǎng)格加密和裂縫處理技術(shù)[12-15]，分別模擬了單水平井采用0，1，2，3，4，6，8，10，15和20套魚骨刺柔性管裝置完井，在未連通主要縫洞體、連通1～6個(gè)縫洞體時(shí)的增產(chǎn)效果。

2.1 儲(chǔ)層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

塔河油田A水平井完鉆井深6 142.00 m，水平段長度600.00 m，儲(chǔ)層厚度90.00 m，孔隙度20%，原油地面平均黏度2 604 mPa·s，儲(chǔ)層原始?jí)毫?7.5 MPa，油藏溫度145～149 ℃，地層原油體積系數(shù)1.07，地層壓縮系數(shù)7.19×10-4MPa-1，飽和壓力6.71 MPa。塔河油田典型相對(duì)滲透率曲線和無因次采油(液)曲線分別如圖2、圖3所示。

圖2 塔河油田典型相對(duì)滲透率曲線Fig.2 Typical relative permeability curves in Tahe Oilfield

圖3 塔河油田典型無因次采油(液)曲線Fig.3 Typical dimensionless production history curve in Tahe Oilfield

2.2 魚骨刺柔性管未連通主要縫洞體時(shí)的增產(chǎn)效果

圖4為采用魚骨刺柔性管完井未連通主要縫洞體時(shí)，A水平井生產(chǎn)3 000 d時(shí)的累計(jì)產(chǎn)油量模擬結(jié)果。從圖4可以看出，該井累計(jì)產(chǎn)油量隨魚骨刺柔性管裝置數(shù)量增加而增加，與未采用魚骨刺柔性管完井相比，采用2，4，6，8，10，15和20套魚骨刺柔性管裝置生產(chǎn)3 000 d的累計(jì)產(chǎn)油量分別增加916，1 835，2 839，3 750，4 741，6 393和7 506 m3。

圖4 A水平井采用魚骨刺柔性管完井未連通主要縫洞體時(shí)的累計(jì)產(chǎn)油量曲線Fig.4 Cumulative production of horizontal Well A without communication between major vugs and flexible fishbone pipes

A水平井分別采用2～20套魚骨刺柔性管裝置完井未連通主要縫洞體時(shí)，不同時(shí)間段的平均單套魚骨刺柔性管裝置增油量的模擬結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，隨魚骨刺柔性管裝置數(shù)量增加，平均單套裝置的增油量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在本文模擬條件下，該水平井采用6～10套魚骨刺柔性管裝置完井時(shí)平均單套裝置的增產(chǎn)效果最好。當(dāng)儲(chǔ)層縫洞不發(fā)育或者連通縫洞體概率較低時(shí)，考慮目前油價(jià)較低，建議水平井完井時(shí)采用6～10套魚骨刺柔性管裝置。

圖5 采用不同數(shù)量魚骨刺柔性管裝置完井時(shí)平均單套裝置的增油量Fig.5 Incremental production from one set of flexible fishbone pipes in wells completed with fishbone pipes

2.3 魚骨刺柔性管連通主要縫洞體時(shí)的增產(chǎn)效果

當(dāng)魚骨刺柔性管連通主要縫洞體時(shí)，采用局部網(wǎng)格加密和修改局部網(wǎng)格屬性的方法建立了分支井眼連通縫洞體的地質(zhì)模型。當(dāng)A水平井采用1套魚骨刺柔性管裝置完井連通1個(gè)縫洞體時(shí)，累計(jì)產(chǎn)油量的模擬結(jié)果見圖6。從圖6可以看出，與未連通縫洞體相比，連通1個(gè)縫洞體時(shí)A水平井的累計(jì)產(chǎn)油量顯著增加，且隨著縫洞體體積增大，其生產(chǎn)3 000 d時(shí)的增油量也不斷增大。

圖6 魚骨刺柔性管連通1個(gè)縫洞體時(shí)的累計(jì)產(chǎn)油量曲線Fig.6 Cumulative production with one vug communicated by flexible fishbone pipes

在圖6模擬條件下，連通1個(gè)不同體積縫洞體與未連通縫洞體相比，不同階段累計(jì)增油量的模擬結(jié)果見圖7。從圖7可以看出，與未連通縫洞體相比，連通1個(gè)縫洞體后單井累計(jì)增油量隨縫洞體的體積增大而增大，但是增油量隨著縫洞體的體積增大而增大的幅度變小，當(dāng)縫洞體的體積超過20 000 m3時(shí)，增油量增加不明顯。

當(dāng)A水平井采用6套魚骨刺柔性管裝置完井，分別連通1～6個(gè)縫洞體(縫洞總體積均為29 160 m3)時(shí)，產(chǎn)油量的模擬結(jié)果見圖8。從圖8可以看出，當(dāng)連通縫洞的總體積不變時(shí)，累計(jì)產(chǎn)油量隨著連通縫洞體數(shù)量的增加而增加，與未連通縫洞體相比，連通1，2，3，4和6個(gè)縫洞體時(shí)分別增油5 820，9 663，11 972，12 838和16 417 m3。

2.4 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

圖7 魚骨刺柔性管連通1縫洞體時(shí)單井累計(jì)增油量Fig.7 Cumulative incremental production for a well with one vug communicated by flexible fishbone pipes

圖8 魚骨刺柔性管連通1～6個(gè)縫洞體(縫洞總體積相同)時(shí)的累計(jì)產(chǎn)油量Fig.8 Cumulative incremental production with 1-6 vugs(with identical total volume) communicated by flexible fishbone pipes

表1 A水平井采用魚骨刺柔性管完井生產(chǎn)3 000 d時(shí)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果

Table 1 The input/output analysis of horizontal Well A with fishbone completion in 3 000 days

完井情況增油量/m3收入/萬元成本/萬元凈現(xiàn)值/萬元 6套裝置未連通有效縫洞體2839699 8380319 8 10套裝置未連通有效縫洞體47411168 6540628 6 1套裝置連通1個(gè)縫洞體，體積4860～29160m32890～5820712 3～1434 6180532 3～1254 6 6套裝置連通1～6個(gè)縫洞體，總體積29160m35820～164171434 6～4046 83801054 6～3666 8

注：按照50美元/桶、1美元兌換6.8元人民幣、1 m3=7.25桶計(jì)算；魚骨刺柔性管完井采用國外產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

表1為A水平井采用魚骨刺柔性管完井生產(chǎn)3 000 d時(shí)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模擬結(jié)果。從表1可以看出，水平井采用6套和10套魚骨刺柔性管裝置完井但未連通有效縫洞體時(shí)，采用國外產(chǎn)品和服務(wù)，生產(chǎn)3 000 d時(shí)的凈現(xiàn)值分別為319.8和628.6萬元；當(dāng)連通有效縫洞體時(shí)，凈現(xiàn)值隨著連通縫洞體的體積增大而增大，隨著連通縫洞體的數(shù)量增加而增大，本文條件下連通6個(gè)縫洞體時(shí)的凈現(xiàn)值為3 666.8萬元?？傮w來看，采用魚骨刺柔性管完井在目前油價(jià)水平下可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論與建議

1) 模擬評(píng)價(jià)結(jié)果表明，碳酸鹽巖縫洞型油藏水平井采用魚骨刺柔性管完井，未連通有效縫洞體時(shí)，單井產(chǎn)油量隨著魚骨刺柔性管裝置數(shù)量增加而增加，但平均單套裝置的增油量隨其數(shù)量增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。本文模擬條件下，建議采用6～10套魚骨刺柔性管裝置進(jìn)行完井作業(yè)。

2) 水平井采用魚骨刺柔性管連通單個(gè)縫洞體時(shí)，產(chǎn)油量隨著縫洞體體積增大而增加，但增大趨緩逐漸變緩；魚骨刺柔性管連通多個(gè)縫洞體，且連通縫洞體的總體積相同時(shí)，產(chǎn)油量隨著連通縫洞體數(shù)量的增加而增大。

3) 多套魚骨刺柔性管裝置配合使用有利于提高連通縫洞體的概率和增大連通縫洞體的數(shù)量，建議在縫洞體發(fā)育且分散的儲(chǔ)層開展與井眼軌跡配合的魚骨刺柔性管完井現(xiàn)場先導(dǎo)試驗(yàn)。

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[編輯 劉文臣]

Numerical Simulation of Fishbone Flexible Pipes in Fractured Vuggy Carbonate Reservoirs

LI Xiaoyi1，2，AI Shuang1，2，CHENG Guangming1，2,ZHANG Jie3,WU Junxia1，2

(1.SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering，Beijing,100101,China;2.StateKeyLaboratoryofShaleOilandGasEnrichmentMechanismsandEffectiveDevelopment,Beijing,100101,China; 3.EngineeringandTechnologyResearchInstitute,SinopecNorthwestOilfieldCompany,Urumqi,Xinjiang,830011,China)

The development of fractured vuggy carbonate reservoirs in Tahe Oilfield through horizontal wells with acid fracturing typically perform poorly after normal acid fracturing,and with difficulty after the application of staged acid fracturing,even with proper tools selection and fracture orientation control.Under such circumstances,numerical simulations were performed to determine the technical feasibility and economic performance of of horizontal wells with flexible fishbone pipes in completion in fractured vuggy carbonate reservoirs.Simulation results showed that production from individual well may increase with the quantity of flexible fishbone pipes when they failed to establish communication among effective fractures and vugs.In addition,production enhancement from each individual set of pipes would increase primarily followed by production decline.For wells with poor communication among fractures,6-10 sets of flexible fishbone pipes can be placed during well completion; For wells with communication among fractures or vugs,oil production would increase and the increase was determined by fractures or vug volume.In general,satisfactory economic performances might be reached as long as fractures or vugs establish communication with flexible fishbone pipes.Research results showed that flexible fishbone pipes completion techniques could be deployed for horizontal wells of fractured vuggy carbonate reservoirs in Tahe Oilfield.It may provide necessary guidance for pilot tests in the application of flexible fishbone pipes in completion operations.

completion; fishbone flexible pipes; carbonate reservoir; numerical simulation; Tahe Oilfield

2016-05-30；改回日期：2017-03-08。

李曉益(1984—)，男，湖南南縣人，2006年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程專業(yè)，2009年獲中國石油大學(xué)(北京)油氣井工程專業(yè)碩士學(xué)位，2012年獲中國石油大學(xué)(北京)油氣井工程專業(yè)博士學(xué)位，工程師，主要從事油氣井流體力學(xué)與工程、現(xiàn)代完井工程方面的研究。E-mail:lixy6.sripe@sinopec.com。

中國石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“自適應(yīng)調(diào)流控水完井技術(shù)推廣及工業(yè)化應(yīng)用”(編號(hào)：P16117)資助。

10.11911/syztjs.201703018

TE319

A

1001-0890(2017)03-0102-05