年石油勘探与开发 第卷第期水平井产能的影响因素胡东晖郡捷年石油大学摘要本文综述了水平井产 能的种计算方法,并给出了当储层存在着渗透率各向异性、井偏心或地 层损害时修正的产 能计算公式。通过计算实例和现场数据定量地评价了储层厚度、水平段长度、储层渗透率各向异性指数、偏心 距和地层损害等对水平井产能的影响。分析结果表明,以上影响因素之间是相互关联的。总体来看,地层损害是影响水平井产能的主要因素。主题词水平井采油指数油井产量地层损害前、口众所周知,钻水平井的目的在于提高油气井与储层的接触面积,从而提高井的产能。近年来水平井技术已有很大发展,并已引起我国和国际石油界的广泛关注。应该看到,水平井在提高油气井产能的同时也增加了钻井和开采的难度及成本。因此,为了充分发挥水平井钻井和开采技术的经济效益,有必要对影响水平井产能的各种因素有一个全面、深入的了解。本文分别从储层厚度、水平段长度、渗透率各向异性、水平井的偏心距以及地层损害等个方面对水平井产能的影响因素作了综合、系统的定量分析。水平井产能的计算关于水平井产能的计算,、,、,以及等,曾分别给出预测稳定流动状态下产能的计算方法。换算成国际单位制后,其计算公式分别为、少、产,自了了、八。了丈、一二、声尹屯、成,巧。十一 几,入一卜产。吐了三三互亘飞、,、作者简介收稿日期胡东晖,女,岁,石油大学应用化学专业研究生。地址及邮政编码山东省东营市石油大学开发系一一第卷第期胡东晖等水平井产能的影响因素、声、连人月匕、 了、护、。一”等卜八。一。人一人五人二泄油面积为椭圆形式中水平井的采油指数,储层的水平渗透率,一拌储层厚度,炜原油粘度,。原油的地层体积系数水平段长度,井眼半径,泄油半径,以水平井两端为焦点的泄油椭圆的长半轴,由泄油面积的形状和大小所决定的参数。下面以一实例说明其计算过程。例某水平井的泄油面积为,已知,。,卜一一拜砰,沁一。试分别用不同方法计算水平井的产能。解的方法八卜丫又丫二八。二,二的方法产。“,一 艺二,吐二一一的方法。一。一而而歹不不狂万死丁丽灭顽矛。巧。吐卫宜三了互函三、,、石艺,了一,“,一一等的方法一石油勘探与开发年八。一十卿,一二上述计算表明,用式和式求得的采油指数完全相等,由式求得的采油指数略偏高,而 由式求得的略偏低。总体看来,计算结果相差不大。值得注意的是,以上各产能计算公式都只适用于渗透率各向同性的储层,而实际情况是,多数储层的渗透率都存在着不 同程度的各向异性。为此,和等们又对公式进行了修正,有关内容将在本文后面给出。储层厚度对水平井产能的影响储层厚度对水平井产能的影响可通过稳定流产能公式进行计算。下面以实例说明其影响程度。例对于水平段长度一的水平井,已知一一一拼,炜一,。一,一,试计算当储层厚度分别为和时水平井的产量,并对水平井与直井的采油指数的比值进行比较假定直井与水平井的泄油半径相同。解当人时。一一了丁吸不厂而不万丽可丽石乎。产。竺上了旦二二二 二 匕多二丫一 ,厂丫一“二 八对于未增产直井,采油指数的计算公式为一兀箭黯黑万式中直井的泄油半径,大直井采油指数,“直井的储层渗透率,火一拌。代入数据可得。一一二侧任二二兰答一二于 子 任 弓下州二二二一,当时第卷第期胡东晖等水平井产能的影响因素了“一。 。,又“,只,上述计算表明,在厚油层中钻水平井可获得高的绝对产能。但从增产的角度看,相对于直井而言,当水平段长度给定时,在薄油层中钻水平井可获得更大的产能增量倍数。因此,当我们在考察某油层是否可通过钻水平井来提高油气井的产能时,不仅应考察油层本身的绝对厚度,更主要的应考察与直井相比,通过钻水平井可获得多大的产能增量。图 为 给出的稳定流状态下,均质储层中水平井产能随储层厚度的变化而变化。由图 可见,在其它参数一定时,水平井和其相应垂直井的采油指数之比随储层厚度的增 加 趋于下降。这与例得 出的结论 相一致。因此,在薄油层中钻水平井对提高油气井自身产能具有更重要的意义。笼 、翔户蜘和力含招日川争巧月浏为水平井泄油面积一、一稳定流 图油层厚度对水平井和直井 产能指数比的影响图水平段长度对水平井产能的影响由式可知,常规直井的产能与和的乘积成正比,即低的渗透率或薄油层或两者兼而有之将导致低的产能。观察水平井产能计算公式可见,水平井中,乘积与直井 的值具有类似的作用。因此,随着值的塔加,将有利于提高油井的泄油面积,从而提高其产能。如图所示,当其它参数一定时,随值的增大几,值趋于增加。由于水平井具有比直井更大的泄油面积和较高的产能,因此,在油田开发中,对于面积一定的某区块,与直井相比,只需钻数量较少的水平井就可达到与直井相同的开发程度。例计划用口直井开发总面积为“的某油田区块假设每口直井的有效泄油面积为。倘若分别改用水平段长度为或的水平井开发这片油田,试计算所需钻水平井的数目。解图 为直井和水平井的泄流示意 图。直井泄油面积一二,又,水平井通常假定在水平面内泄油面积为椭圆形石油勘探与开发年当时州卜,一直井一水平井图直井和水平井的泄流示意图一椭圆长半轴一十一一椭圆短半轴泄油面积二当时一椭圆长半轴一幻一十椭圆短半轴一泄油面积。二从计算结果可知,泄流相同的面积,可以用口长或口长的水平井取代口直井,从而减少了需钻的井数。这对于海洋或边远恶劣环境下的油气田开发尤为重要。这些地区的钻井平台将 由于钻井数目的减少而降低平台费用,带来可观的经济效益。渗透率各向异性对水平井产能的影响如前所述,一式仅适用于渗透率各向同性储层的产能计算。实际上,多数储层 都存在不同程度 的各 向异性,即水平方向的渗透率不等于垂向渗透率。对于水平井来说,储层的垂 向渗透率对产能有更重要 的影响,其值减小会引起垂 向流动阻力的增加和产油量的下降。为此,和等 分别对水平井产能的计算方法进行了修正。的方法八。了一“ 琳琳,式中口储层渗透率各向异性指数。等的方法八。一琳二,夕月式中折算井眼半径,。第卷第期胡东晖等水平井产能的影响因素在砂岩储层中,由于常含有页岩夹层,表现 出明显的渗透率各向异性,通常认为 多数砂岩储层的尹一左右,”。当 夕一时,储层表现为完全的各向同性。如果夕,则储层的垂 向渗透率高于水平渗透率。图表示这 种情况月,下,渗透率各向异性指数对未采用增 产措施 的直井和水平井采 油指数比值的影 响。图中曲线表现 出两个明显的变化趋势一是地层的渗透率各向异性指数越高,水平井相对于直 井 的采油指数比越小二是储层越厚,水平井受储层月值的影响越大。当 月一。时,储层具有足够高的垂向渗透率,天然裂缝性储层多属 于这种情况。此时高的采油指数比显示这类储层很适合于钻水平井。例如,美国得克萨斯州的油田属 于奥斯汀白奎 系碳酸盐岩地层,有许多彼此离得很近且近似于垂直的裂缝。这个地区常规直井的原油产量仅为。钻水平井后,产量猛增到,经济效益十分明显,。对于夕一的厚储层,从采油指数比来看,相对于直井来说,水平井未表现出明显的经济效益。这时,可考虑在水平井中进行水力压裂来改善储层的垂向渗透率。等,对非均质气 藏也进行了研究,结果表明,在具有较高垂向渗握 ,、二儿儿儿 , , , , , , , , , , , 沁沁 梦, 沪, , , , , , , 梦梦梦梦梦梦 乡, , , ,汤汤 粉厂厂护护护护 林林林林林, , ,叮艺夕夕夕夕夕 彩彩了了产尸口沪口口口 娜娜娜娜娜娜娜 全全全代口尸尸户落落落口产产产产产图渗透率各向异性指数和储层厚度对水平井和直井产能指数比的影响图透率的天然裂缝性气藏中钻水平井可获得相当高的产能。偏心距对水平井产能的影响习。图水平井偏心示意图五图为垂直平面内水平井偏 心的示意图。通常,用偏心距表示水平井偏心的程度。,推导 了在偏心情况 下,水平井产能的计算公式。,对于渗透率各向同性的储层石油勘探与开、发年八。吐粤乎亘“十占其中占。对于渗透率各向异性的储层八。丫一。,趣十尹占生丝兰丝二卫兰丝三 、趣,式中水平井的偏心距,占。由、式可知,当其它参数一定时,若占一。,即水平井段位居储层 中部时,水平井产二。水平井泄油面积稳定流犬,犬人,占肠时,表示储层中部创。时,表示储层的顶或底部图偏心距对水平井产能的影响图能最大。由于占处于对数项中,因此,相对于其它参数来说,它对产 能 的影响较小。如图所示,随着占值的增大,人值仅略有下降。此外,从图也可观察到,增大值可以减轻并偏心对产能的影响。即当水平段长度相对于油层厚度来说很大时,水平段位于垂直平面内任何位置都不会带来大的产能损失。只有当或占。时,井偏心才会对水平井产能产生 不可忽视的影响。通常认为,油气井在距储层中部士范围内时,引起的产能损失小于。严格说来,这一结论仅适用于具有封闭的顶、底边界的储层。对于具有水锥或气锥的储层,油气井在垂直平面内的位置很重要。它直接影响到油井见水、见气的时 间,影 响气、油比八。”心又嗬和水、油比,从而影响油井的最终产量和采收率。因此,可以利用水平段较长时,偏心距对水平井产能影响较小的特点,将油井设计在远离气顶或底水的位置上。同时,由于长的水平段可降低达到某一给定产量所需的压降,减小锥进趋势。因此,可以在不引起锥进的情况下,提高油气井产量。水平井技术在普鲁得霍海湾的成功应用充分证实了这一点,。地层损害对水平井产能的影响与垂直井相比,由于水平井在油层内的钻进时间较长,钻完井液与储层的接触面积也会相应增加,故在相同的储层和同样钻井条件下,水平井储层受到损害的程度一般比垂直井严重得多,对产能的影响也会更大。尤其对于低渗透性储层,严重地层损害所导致的产能下降将使钻水平井在经济上失去意义。为此,我们需要采取有效的方法评价地层损害对水平井产第卷第期胡东晖等水平井产能的影响因素能的影响,并采取有效措施将损害减小到最低限度。用 于表示水平井地层损害的常用物理参数是表皮系数,它可用中途测试或压力恢复测试的方法得到,也可用有代表性的油藏岩样通过室内试验测得。有关水平井的油层表皮系数概念及其计算已在文献中详述。水平井的流动效率是反映地层损害对水平井产能影响的一个重要参数。所谓流动效率是指油层受到损害后的实际采油指数,与未受损害的理想采油指数之比。对于不可压缩流体,当其处于稳态流动状态时,等,提出了如下水平井流动效率的计算公式一卜,一那二,一伽二, 十式 中水平井的表皮系数。它可 由同一区块上某垂直井钻井作业条件应基本相同的已知表皮系数,按下式进行大致估算。一琳因此,式又可以写成一,一伽一二, 琳一二,式表明,当储层未受损害即时,一当储层被钻井液等流体损害后,。如表 所示,储层受损害程度越大,值越小。表表皮系橄对流动效率的影响表二月月月月夕月尹夕夕月夕夕二注一,、一。,一表中数据均为流动效率本表数据引自文献。从表数据不难看出,表皮效应的大小是影响流动效率的重要因素,特别是当值较小 尹值较大时则更是如此。但它不是唯一的影响因素,当表皮系数及其它 因素一定时,随着月值的增大,流动效率趋于减小。当表皮系数较大时,夕的影响也更大些。因此,在考虑流动效率的影响因素时,应综合考虑表皮效应和渗透率各向异性的影响。一般情况下,造成油气井产量低的原因,可能是由于存在着严重的表皮效应,但也可能是垂 向渗透率过低所致。如果能及时判断清楚,就可以采用相应的补救措施进行增产。此外,从表 数据可看出,增大水平段长度可减轻表皮损害引起的产能损失,但其影响程度相对较小。结论综上所述,影响水平井产能的因素主要包括储层厚度、水平段长度、储层渗透率各向异性指数、偏心距和地层损害的程度。石油勘探与开发年通常情况下,地层损害是影响油气井产量的主要因素,但月值的影响