（石油与天然气工程专业论文）华北油田砂西区块底水油藏水平井开发研究及应用.pdf

中图分类号：t e 3 4 9 单位代码： 学号： 1 0 4 2 5 g 0 6 0 2 0 3 1 寸阂石油六学 工程硕士学位论文 c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m d e g r e et h e s i so fe n g i n e e r i n gm a s t e r 华北油田砂西区块底水油藏水平井开发研究及应用 t h es t u d ya n da p p l i c a t i o no fb o t t o m w a t e r d r i v er e s e r v o i r e x p l o r a t i o nw i t hh o r i z o n t a lw e l li ns h a x ib l o c ko fh u a b e i o i lf i e l d 工程领域： 研究方向： 作者姓名： 指导教师： 现场导师： 石油与天然气工程 油气田开发工程 赵芳 苏玉亮教授 邱毅高级工程师 二。一。年五月 w谬管i鹭。 誓，_落1。lli t h e s t u d ya n da p p l i c a t i o no fb o t t o m - w a t e rd r i v er e s e r v o i r e x p l o r a t i o nw i t hh o r i z o n t a lw e l li ns h a x ib l o c ko fh u a b e i o i lf i e l d at h e s i ss u b m i t t e df o r t h ed e g e eo f e n g i n e e r i n gm a s t e r c a n d i d a t e ：z h a o f a n g s u p e r v i s o r ：p r o f s u y u l i a n g c o l l e g eo f p e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n a u n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 工jr 学位论文作者签名： 这匆e l 期： o o 年占：月f 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论义，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：越差 指导教师签名： 日期：2 口年6 月日 日期：锄幻年6 月f 日 摘要 近年来，水平井已逐渐成为世界范围内油气藏增产的重要手段。华北油田砂西区块 具有有效厚度较大、油层物性好、裂缝发育等特点，本文结合砂西区块某底水驱油藏， 展开了底水驱油藏水平井开发技术的研究与应用。 本文利用镜像反映叠加原理，对底水驱油藏水平井流场分布、产能、见水时间等问 题进行了研究，基于物质平衡原理，导出了底水驱动油藏的含油高度、含水高度随时间 的变化关系，并给出了水平井水脊的临界稳定条件。应用镜像法和m u s k a t 的无穷大地 层中一排井的基本公式得出一排水平井位于底水驱动油藏顶部的临界产量公式；在水脊 进原理的基础上，采用等值渗流阻力法，结合底水驱动垂向临界速度导出了底水油藏开 发的临界生产压差计算模型及临界产能的计算方法。 。 本文结合水平井开发底水油藏的理论研究，对华北油田砂西区块进行了水平井开发 应用与研究。首先，对水平井进行了地质设计，设计内容包括水平井距油水界面的距离、 水平井水平段的长度、水平段在油藏中的方向、水平井完井情况等；其次，对水平井的 临界产量、合理产能以及合理的生产压差等参数进行了优化；最后研究了水平井产量递 减规律。通过与直井开发对比，发现水平井能够有效的减缓底水锥进趋势和延长油井的 见水时间，单井产油量大大提高，稳产时间长，明显的提高经济效益。研究成果对于底 水油藏合理利用水平井开发具有理论指导意义。 关键字：底水驱，水平井，水平井地质设计，水平井参数 t h e s t u d ya n da p p l i c a t i o no fb o t t o m - w a t e rd r i v er e s e r v o i re x p l o r a t i o nw i t h h o r i z o n t a lw e i l i ns h a x ib l o c ko fh u a b e io i lf i e l d z h a o f a n g ( o i l & g a se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y p r o f s u y u l i a n ga n ds e n i o re n g i n e e rq i u y i a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，d r i l l i n gh o r i z o n t a lw e l l sh a sb e e nb e c o m i n ga l li m p o r t a n tm e t h o do f i n c r e a s i n gp r o d u c t i o nf o ro i la n dg a sr e s e r v o i r sd e v e l o p m e n ta l lo v e rt h ew o r d h o r i z o n t a l w e l lt e c h n o l o g yi sb e l i e v e dt ob es u i t a b l ef o rt h eb i ge f f e c t i v et h i c k n e s sa n dg o o dr e s e r v o i r p h y s i c a l p r o p e r t ya n db e t t e rf r a c t u r ed e v e l o p m e n ti nt h e s h a x ia r e a o nt h eb a s i so fa b o t t o m - w a t e rd r i v er e s e r v o i ri ns h a x iz o n eo fh u a b e io i l f i e l d ，t h eb o t t o m - w a t e rd r i v e r e s e r v o i rd e v e l o p e db yh o r i z o n t a lw e l lt e c h n o l o g yi sr e s e a r c h e da n da p p l i e d f r o mt h ea s p e c to ft h eb a s i cp r i n c i p l eo fi n f i l t r a t i n gf l u i d ( m i r r o rr e f l e c t i o na n d s u p e r p o s i f i o np r i n c i p l e ) ，i t sf l o wp a t t e ma n dp r o d u c t i v i t ya n db r e a k t h r o u g ht i m ea r es t u d i e d i nt h i st h e s i s g u i d e db yt h ep r i n c i p l eo fm a s sb a l a n c e ，t h ec h a n g er e l a t i o n so fc u r r e n to i lz o n e t h i c k n e s sa n dc u r r e n tw a t e rz o n et h i c k n e s sw i t ht i m ei sd e r i v e d t h e n ，t h ec r i t i c a ls t a b l e c o n d i t i o no fw a t e rc r e s t i n gi nh o r i z o n t a lw e l li sd e d u c e da c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo ff o r c e b a l a n c e b ya p p l y i n gr e f l e c t i o nm e t h o da n dm u s k a t sb a s i cf o r m u l ao fal i n ea r r a yo fw e l l s ，a f o r m u l ad e s c r i b i n gt h ec r i t i c a lo u t p u to fal i n ea r r a yo fh o r i z o n t a lw e l l sw h i c ha r eo nt h et o p o fab o t t o m - w a t e rd r i v er e s e r v o i ri sd e r i v e d t h ee q u i v a l e n tf i l t r a t i o nr e s i s t a n c em e t h o db a s e d o nt h eb o t t o mw a t e rd r i v i n gv e r t i c a ls p e e di sa d o p t e dt od e r i v et h ec a l c u l a t i n gm o d e lo f c r i t i c a lp r o d u c t i o np r e s s u r ed i f f e r e n c ea n dt h ec a l c u l a t i n gm e t h o do fc r i t i c a lp r o d u c t i o n c a p a c i t yf r o mt h ea s p e c to f t h ep r i n c i p l eo fw a t e rc r e s t i n g t h r o u g ha b o v e m e n t i o n e dr e s e a r c h ，t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fb o t t o m - w a t e rd r i v e r e s e r v o i rd e v e l o p e db yh o r i z o n t a lw e l lt e c h n o l o g ya r ec a r r i e do u ti ns h a x iz o n eo fh u a b e i o i l f i e l d f i r s t , t h eg e o l o g i c a ld e s i g no fh o r i z o n t a lw e l li n c l u d i n gt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h e h o r i z o n t a lw e l la n do i l - a q u e o u si n t e r f a c e ，t h el e n g t ho fh o r i z o n t a ls e g m e n t ，t h ed i r e c t i o no f h o r i z o n t a ls e g m e n ti nt h er e s e r v o i ra n dt h em e t h o d so fh o r i z o n t a lw e l lc o m p l e t i o na r es t u d i e d s e c o n d l y ，t h ep a r a m e t e r so fh o r i z o n t a l w e l lh a sb e e n o p t i m i z e dw h i c h i n c l u d et h e d e t e r m i n a t i o no ft h ec r i t i c a lp r o d u c t i o n ，t h er e a s o n a b l ep r o d u c t i v i t ya n dc r i t i c a lp r e s s u r e d i f f e r e n c eo ft h eh o r i z o n t a lw e l l f i n a l l y ，t h et y p eo ft h ep r o d u c t i o nd e c l i n ei sa n a l y z e d i ti s d e r i v e df r o mt h es t u d yt h a tt h eh o r i z o n t a lw e l lt e c h n o l o g yi nt h eb o t t o m - w a t e rr e s e r v o i r e x p l o r a t i o ni ss u p e r i o rt ot h ev e r t i c a lw e l la n di t c a l ls l o wd o w nb o t t o mw a t e rc o n i n g e f f e c t i v e l y ，p r o l o n gt h eb r e a k t h r o u g ht i m eo fo i lw e l l ，a d v a n c et h ep r o d u c t i o no ft h es i n g l e w e l lg r e a t l y ，p r o l o n gt h et i m eo fs t a b l ey i e l da n db o o s tt h ee c o n o m i cb e n e f i t se f f e c t i v e l y i t c a nb eu s e dt od i r e c tt h ea p p l i c a t i o na n dd e p l o y m e n to fh o r i z o n t a lw e l l si nt h ep r o c e s so f b o t t o m - w a t e rd r i v er e s e r v o i rd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：b o t t o m 。w a t e rd r i v e ，h o r i z o n t a lw e l l ，g e o l o g i c a ld e s i g no f t h eh o r i z o n t a lw e l l ， p a r a m e t e r so f t h eh o r i z o n t a lw e l l 目录 第一章前言1 1 1 研究的目的与意义：1 1 2 国内外研究现状2 1 3 主要研究内容5 第二章底水驱油藏水平井开发生产参数理论研究6 2 1 底水驱油藏水平井开发产能研究6 2 1 1 地层内任一点势的分布公式6 2 1 2 油井产量计算公式的推导7 2 1 3 水平井产能及见水时间的影响因素分析9 2 2 底水驱油藏水平井开发的临界产量研究1 0 2 2 1 油藏含油高度变化公式的推导j j 2 2 2 水平井水脊的临界稳定条件：j 4 2 2 3 水平井井排的临界产量公式与其定量计算” 2 2 4 影响因素研究j 7 2 3 底水油藏水平井开发临界生产压差研究。2 0 2 3 1 水平井临界生产压差的计算公式导出幼 2 3 2 临界生产压差的影响因素研究刀 2 4 i 、结2 6 第三章华北油田砂西区块水平井技术的应用研究2 8 3 1 砂西油田地质概况2 8 3 2 水平井优化设计3 0 3 2 1 水平井的地质参数优化3 d 3 2 2 水平井生产参数优化。3 4 3 3 关于水平井的技术运用效果分析与评价3 7 3 3 1 剩余油的分布规律粥 3 3 2 水平井实施与效果剪 3 3 3 水平井产量递减与经济评价：钉 3 3 4 水平井和直井的开采效果分析如 3 3 5 砂西一号油田水平井技术应用的经验和教训5 ， 3 4 卅、结5 2 第四章结论与建议。5 3 参考文献_ 5 4 攻读硕士学位期间取得的学术成果5 7 致谢5 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章前言 1 1 研究的目的与意义 底水油藏是目前国内油气勘探的主要目标之一，普遍存在于中生界、古生界和新生 界，寻找此类储层和准确评价此类储层对于油田的稳产具有着重要的意义。底水油藏的 水平井开发在底水油藏的开发之中具有非常重要的作用和意义，水平井开发底水油藏与 直井相比较，具有比较大的优势，水平井开发能够延长水平井的见水时间，并且水平井 的最大特点是能够非常有效的减缓底水向井底锥进的趋势。水平井在开发底水油藏的时 候，生产井段长，在油藏中延伸的距离远，因此与油层接触的面积大，与直井相比较， 在相同产量的情况下，水平井段所要求的生产压差相对较小。水平井在供油区的范围之 内，压力梯度呈现出线性变化，但是垂直井在供油区允许的范围内，压力梯度呈对数线 性变化【l 】，水平井和垂直井以相同的产量进行生产的时候，在垂直井的周围，压力梯度 比较高，因此，在相同的油藏地质条件之下，水平井的临界产量要大于垂直井的临界产 量。但是如果产量高于临界产量，不管是垂直井还是水平井，就会加快底水锥进的速度， 最终使底水突入其中，并且造成了水、油同产，致使油井的产油量开始降低，也就导致 了油层的采收率开始降低。在国内外现有的相关文献资料中，范子菲【2 】在底水驱油藏中 推导出了水平井单井的产能公式，在产能公式的推导的过程之中，充分的考虑了油藏恒 压边界、油藏各向异性、油层顶部封闭边界以及水平井在油藏中的位置等影响因素对于 水平并势分布的影响。g u c h u k 等人【3 】利用余弦变换的方法，通过假设油臧有一个恒定和 一个封闭边界的方法，推导出了水平方向无穷延伸的状况下一口水平井的产能公式； r y s z a r ds u p n m w i c z 等人t 4 1 翅i 过假设油藏为垂直方向和水平方向无限衍生油藏，推导出 了一排井的产能公式；g i g e r 【5 】和c h a p e r o n 【6 】分别推导出了底水油藏和气顶底水油藏的 临界产量公式；但在以上所涉及的相关文献中，只有文献5 、6 中提出了计算水平井初 始临界产量的公式。水平井开采底水油藏的时候，较直井相比，所需生产压差小，能够 有效地控制底水锥进的速度，从而对油藏进行最有效的波及，并且能够有效的降低油井 的含水。由此，其作为改善孔隙性底水油藏开发效果的方法，该技术被认为是到今天为 止最有效的方法之一。实际上，水平井的临界产量随油藏含油高度的减少而不断减少， 因此，本文从物质平衡的原理和m u s k a t 7 】的无穷大地层单排井的基本公式出发，充分地 考虑了油层的各向异性，定量的确定出了水平井临界产量随影响因素的变化规律，这对 提高油井的无水采收率、有效延长油井的无水采油期都有着非常大的实际意义。 第一章前言 1 2 国内外研究现状 油田在以往的开采过程中，大多数的油田以效益为重，往往都会采用高速开采，这 样就会出现地层压力下降较快的现象，底水锥进的速度加快，在生产井底的附近也就容 易形成了水锥，导致油井的含水率急速的上升，开采的效果相应变差。找出水平井开发 底水油藏的开采规律，研究出影响水平井开采规律的各关键性因素，对于提高底水油藏 的开发效果，指导底水油藏选取合理的开发方式均具有十分重要的现实意义。 计算临界产量的公式是g a r d e r 和m e y e r 于1 9 5 4 年就早已经提出来的。尽管很多人 都想通过他们建立的临界产量公式为指导进而推导出新的临界产量公式，但是事实说 明，经过此公式得到的临界产量通常都是非常低的，是油田经济远远不能够承受的； c h a r l e y 【8 】等人分析了不完善井周围势的分布状况，应用了m u s k a t 的方法，并且对底水 锥进的临界产量问题做出了大量的实验研究及分析，找出了计算临界产量的一种新的方 法，但是我们从严格的经济观点来考虑，尽管用此方法计算得到的底水锥进的临界产量 约为g a r d e r 和m e y e r 所用方法的两倍，他们的方法所计算得到的临界产量还是太低的， 并不能够满足开发的最低经济效益；s o b o c i n s k i t g l 与c o r n e l i u s 等人通过物理模拟的方法， 通过对油水界面位置的监测，发现了油水界面随时间的变化规律，研究并发现了底水锥 进的趋势为先慢后快，在底水接近水平井筒之前，水锥的形成和锥进都非常得缓慢，随 后底水的锥进趋势也越来越快，一直到突破油井见水，他们研究并分析了水平井产量大 于临界产量时的底水锥进问题，并且研究并分析了油井的见水突破时间；d e s b r i s u y 与 k u o 1 0 l 通过建立数值锥进的模型，提出了一个预测底水驱动油藏含水动态的关系式，并 且他们利用了试凑法分别推导建立了产油量和含水率与时间的关系曲线；j e a n s o n 与 b o u m a z e l 1 1 】也对油井见水的突破时间进行了详细的分析与预测；b o a r d m a n 于1 9 9 9 年 在充分考虑了各向异性、渗透率、压缩性影响因素对采收率的影响的前提下，通过使用 黑油模型来模拟油藏，通过模拟制定出了油藏合理的的开发计划，其中相关的含水饱和 度和静态岩石物性参数通过地理统计模型给出。 何鲁平【1 2 j 等人于1 9 9 5 年研制出了多功能模型，并用此模型进行了垂直井与水平井 的底水驱动油藏数值模拟的研究，在研究的基础上建立了直井和水平井开采底水驱动油 藏的地质模型和数值模拟模型，何鲁平等人通过正交设计的方法优化选取了模拟参数和 实验的项目，并且根据数值模拟计算得到的产量变化结果研究了底水驱油藏直井及水平 井的产量的变化规律。 李传亮【1 3 】等人于1 9 9 3 年假设了位于油井正下方的油水界面之间存在着一条非渗透 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 性的隔夹层，油水稳定渗流，地层为均质各向同性地层，推导出了水平井开发底水油藏 临界产量公式、油井的见水时间公式，同时推导出了半渗透性隔板底水油藏水平井的见 水预测公式，并且对底水水锥的形状做了进一步的理论探讨与研究。通过研究得出，位 于油井正下方的油水界面之间的隔夹层越厚，水平井的临界产量也就越高；隔夹层的半 径越大，水平井的临界产量也就越高，尽管隔夹层对临界产量有所影响，但是临界产量 。 与隔夹层半径为对数关系，所以隔夹层半径对临界产量的影响并不是很大。 范子菲【1 4 于1 9 9 6 年研究并推导出了矩形油藏条件下垂直裂缝流的稳态解析公式， 范子菲在该公式的基础之上又作了进一步的推导，进一步推导出了裂缝性油藏条件下水 平井的稳态解析公式。在该公式的推导过程之中，充分考虑了各方面的情况，如完井方 式、油藏基质各向异性等因素对水平井开采的影响，还有油藏顶、两侧边界、底边界、 垂直裂缝部分穿透油藏情况。 喻高明【1 5 】于1 9 9 7 年对影响砂岩底水油藏开采效果的影响因素进行了研究分析，该 研究是通过数值模拟的方法。研究中发现，对砂岩底水油藏的底水锥进的形式一般以平 托为主要形式，其中影响底水锥进的因素有很多，主要有垂直水平渗透率比、油水流度 比、采油速度以及夹层等因素。喻高明在研究中进一步提出了相应的开发策略，其中主 要包括：影响底水锥进的主要物性参数有很多，包括垂直水平渗透率比和油水流度比； 采用较高的速度对砂岩底水油藏进行开采是可行的，但是采油速度不能高，最好不要超 过3 ，小于3 的采油速度是最合适的；如果底水油藏的油水粘度比较大，并且也要 要求进行注水开发的时候，可以在注入水中适当的加入一些增粘剂，这样即可以增加油 藏的水淹体积，并且还可以抑制住底水锥进的趋势；夹层的大小与夹层的位置控制着夹 层对底水锥进的影响大小，对于一些不渗透夹层或低渗透夹层而言，它们处于射孔段底 部以下油水界面以上并且具有一定的延伸半径，遮挡底水锥进的趋势是非常有效并且非 常明显的。因而在有油井穿过的存在夹层的地层之中的时候，通过在油水界面与射孔井 段的底部之间保留一个夹层对抑制水锥是相当有用处的。 王乃举【1 6 】等人于1 9 9 7 年通过实验研究提出，底水油藏应该按照以下的开发原则来 进行开发：当底水油藏天然能量不足，即不能够满足采油速度的要求的时候，就可以采 取油藏底部注水，使用人工方法补充底水能量，从而实现底水驱油，并且还可以实现底 水均匀整体向上托起，使油水界面均匀上升以驱动原油，就可以得到较长的无水采收期， 并获得较高无水采收率，从而获得水驱最终采收率，这样得到的技术经济效益也是最佳 的；底水油藏的开发要充分利用底水的天然能量；在底水油藏的开发中，最关键的是防 第一章前言 止不合理的底水锥进，这就需要在开发前，根据油藏的结构与特点，制定出适合于储层 自身的合理开发技术政策的界限，如合理的生产压差，合理的打开程度，全油藏合理的 采油速度以及射孔原则等。 俞启泰( 1 7 】等人于19 9 8 年运用数值模拟的方法对纹层级非均质储层水淹规律进行了 研究，在专家知识的基础之上，建立了一个拥有普遍意义的模型，即纹层级微沉积相的 模型。此纹层级微沉积相模型分析了实际的油层沉积特点，然后发现，对于不同韵律类 型的储层，即反韵律、正韵律等，它们都可以由许多个正韵律的小单元来组成。并且进 行了油藏数值模拟研究，方法是利用了多功能模拟器，并分析了纹层级的水驱油藏剩余 油分布的相关特点；开展了纹层级的非均质储层剩余油分布和水淹规律的一体化的研 究；通过计算并得到了4 0 个相关的方案。 开展了多个方面对于剩余油分布和水淹规律的影响的研究，这几方面包括储层层理 的类型( 斜层理、水平层理和交错层理) 、储层韵律性( 反韵律、正韵律) 、水平渗透率与 垂直渗透率的两者的比值、原油粘度、渗透率、渗透率级差和毛管压力。通过研究分析 以后得出了下面的结论：影响油层水淹特征最重要的因素就是原油粘度；知道了沉积纹 层控制着储层剩余油的细微分布；储层斜层理与交错层理的水驱油的效果要好于水平层 理的驱油效果等。 杜殿发【1 8 1 等人于2 0 0 0 年参考胜利油田潜山块油藏的地质特征，建立了井组数值模 拟模型，在此模型的基础上，利用油藏数值模拟的方法研究并分析了井距和布井方式对 于底水潜山油藏开发过程中油井产水的影响；研究了不同采液强度、注水方式、注水和 调堵时机等情况下底水潜山油藏出水规律以及开发动态特征，并综合研究了井组模型和 单井的生产特征，推导出了关于裂缝性潜山油藏油井含水率上升曲线的相关函数表达 式，并且结合了统计学的原理，利用了多元回归方法分别提出了井组模型和单井含水率 上升曲线影响因素与其相关系数的关系式，此关系式包含了工艺参数及地质情况，并且 将基质和裂缝的参数分开。但统计模型所计算出的结果和实际情况可能存在着较大的差 异，应该根据实际的情况进行进一步的调整。 陈明【1 9 j 于2 0 0 3 年利用势函数的叠加，以及镜像反映的相关原理，研究并推导出了 底水驱油藏之中任意一点的势函数，并进一步推导出了底水驱油藏中水平井的产量和水 平井的井底势差方程，并且通过此方程研究了各影响因素，影响因素包括水平井临界产 量、水平井产量以及水平井见水时间等，并且研究得出了底水油藏中水平井距油水界面 的合理位置。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 王金茂【2 0 】等人于2 0 0 4 年充分结合了大芦湖油田的生产动态资料和地质资料，对大 芦湖油田的注水方式进行了相关研究，研究结论最终得出了储层内水淹规律主要是受沉 积韵律及夹层的影响的。得出了反韵律储层的底部以及正韵律储层的顶部水淹是比较轻 的，在储层注水开发时沿裂缝方向上的油井见效的时间非常短，同期含水级别是比较高 的，水线的推进速度也比较快，水淹较之严重；储层的水淹程度会随着油藏不断的注水 开发相对的提高，裂缝影响的效果也会相应地被减弱，但是裂缝方向上非裂缝方向上的 油井含水上升速度仍然小于油井的含水上升速度。 周德华【2 l 】于2 0 0 3 年在相似理论的基础上，对水平井一直井井网以及裂缝网络进行 了一系列的电模拟实验。通过电模拟实验，研究了水平井井网与裂缝网络的关系，关键 考虑了裂缝网络的不同性质即连通性与离散、方位和密度等的影响因素。 1 3 主要研究内容 本文首先研究了底水油藏水平井开发的意义与直井相比的优点，以及国内外关于水 平井开发底水油藏的现状；再次研究了底水油藏水平井开发的影响因素，包括底水油藏 水平井开发的产能研究，底水油藏水平井开发的临界产量研究，底水油藏水平井开发的 临界生产压差的研究；最后对底水油藏水平井技术的开发在砂西区块做了实际的研究应 用，首先分析了砂西区块的地质概况，其次针对砂西区块的实际地质情况，对水平井进 行了地质优化设计，包括水平段距油水界面的距离，水平井水平段长度，水平段在油藏 中的方向，水平段最优射孔长度，水平井完井情况和生产参数的优化设计，包括水平井 临界产量的确定，水平井合理产能的确定以及水平井合理生产压差的确定，最后对水平 井技术在砂西区块实际的应用情况与直井做了分析与对比，并且提出了水平井技术应用 的经验和教训。 第二章底水驱油藏水平井开发生产参数理论研究 第二章底水驱油藏水平井开发生产参数理论研究 2 1 底水驱油藏水平井开发产能研究 目前国外相继发表了一些有关于水平井单井的产量公式，在以往的文献研究工作 中，油藏类型主要考虑了上下边界封闭，水平方向无限延伸的油藏。在此油藏条件下， j o s h i 2 2 推导出了上下边界封闭油藏的产能公式，此产能公式在水平井产能预测中和技 术参数优选中得到广泛的应用。g i g e r 提出了关于底水油藏临界产量的计算公式。 c h a p e r o n 提出了关于气顶底水油藏临界产量的计算公式；k u c h u k 等人运用了余弦变换 的相关原理，通过假设油藏有一个顶部封闭边界和一个底部恒压的边界，推导出了针对 于水平方向无限延伸的油藏一口水平井的产能公式。r y s z a r d ，s u p r u n w i c z 等人推导出 了垂直方向和水平方向无限延伸的油藏一排井的产能公式。该产能公式对底水驱油藏水 平井产能，水平井流场分布以及水平井见水时间等问题开展了研究分析，并且研究分析 了水平井距油水界面的距离，水平井的井筒段长度，以及地层非均质性等参数对油井的 见水时间，油井产能的影响。该产能公式的推导是以基本渗流原理【2 3 1 ( 即镜像反映与叠 加原理) ，为理论依据的，该研究方法与研究结果对于水平井的油藏工程设计和其它关键 性问题的研究与分析都具备着非常重要的现场参考价值。 2 1 1 地层内任一点势的分布公式 假设模拟的油藏模型为顶部封闭边界，底部恒压边界的底水驱动油藏( 油水界面是 一等式边界或恒边界，它的初始势函数是，) 。油藏中一水平井，距油水界面距离为口， 油层的有效厚度是h ，它的水平井半径是，如图2 - i 所示。这里依据镜像反映原理， 在弦平面有限区域地层内的一直线井排，能够反映出来水平方向和垂直方向无限延伸 空间两源两汇交互排列一直线井排。在汐平面水平方向和垂直方向无限延伸的空间内， 直线井排上井的类别可以分为两类：生产井和注水井。油藏中井的位置可分为四类：生 产井两类( o ，2 办+ 4 n h + 口) 与( o ，4 n h + 口) ；门= 0 ，1 ，2 ，3 ；注水井两类 ( o ，2 办+ 4 n h + 口) 与( 0 ，4 n h 一口) 。 设水平井筒段的长度为三，水平井产量为q ，则单位长度上水平井的产量q = q l 。 为方便起见，取g = q ( 2 庇) 。由势的叠加原理可得在弦平面中地层内任一点势分布： (y，z)=吾善h七薯2-=+生垒(z二二_三2垒h二_二4堑n!h尘+三垒a兰)21yz剑+(z_4nh+a)2jlj+c(2一) 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 式中，西为任一点势函数，彤为平面坐标，变量c 为常数。 再由贝赛特公式可得， 社一0 ) 2 + c y - 2 n h - y o ，2 】乩p 竿一s 钭 协2 ) i 鬻冀每3 t ，j ：”：；_ 。： 一：? 一 ，+ ”o ；1 。i 。- 1 u ；? 。；：一j 。 辕珏t 莓警誊 。一j 。j ， 。、o ，jw 磐e j ：。拳二拳。j 、“4 譬j ，专鬈 ，、，。o ? 誉多7 爱费 ：7 ，：，：，( - 参，? ，lt 1 l 、。 二i 痿hi 斧聿一 i 中w ，渐纛i 嚣t i ? | | 静t 薅 ：；a ：陪囊。嚣意蠹磊 ；。；山： “ o1 * 。i 簇。j ；j 每瓤蓦鑫霪o ：氏泛ij 麓。0 3 蕊 图2 - 1 底水驱动油藏示意图 f i 9 2 - 1t h em a po fe x h i b i t i o no fb o t t o mw a t e rr e s e r v o i r 可将式( 2 1 ) 简化成： ( y ，z ) 掣p 荔s 万( z 一口) 2 h 万( z + 口) 2 h掣p 荔一s ( 2 3 ) 当取尸o 尹o 时，公式( 2 3 ) 变成( 乃- 0 = c = 。因此可以计算得到地层中任一点 的势分布公式为： ( 舻) = 一兰l np 7 巧 + c o s 2 h 掣脚生2 h c o s 2 0 。一 万( z + 口) 2 h 万( z 一口) 2 hp 荔+ c 0 s 掣2 hl p 里2 h _ c o sj 2 办 1 l 。一 2 1 2 油井产量计算公式的推导 在水平井井壁处有：y = o ，鳓- ，( y ，z ) = 九。代入式( 2 4 ) 有： 因为： 丸一九q 2 l n 。s 旦2 h 1 _ c 扭h l0i 1 + c o s 钟s 刳 7 ( 2 - 5 ) o o c c + 一 + 砂一拍一砂一拍 办 一办 p p n g 一2 第二章底水驱油藏水平井开发生产参数理论研究 r w h ，。1 一曙) i 1 曰r w 2 ，。 1 - - c o s 洋) ：2 s i n 2 角 m 争窿斟 协。 q _ 2 死k _ , a p z 肚l 差札培署l ( 2 - 7 ) z ，z j ，：下j 鳖l 1 ( 2 8 )，= 乍lz kj ih l 等+ h 留罢2 h j il 矾 ：罢。 ( 2 9 ) 2 可 l 2 。9 ) q = 等恤等礼辔竺2 hl ( 2 - 1 0 ) 。 l 矾 。 l 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 其中：q 一水平井产量，m 3 d ； 尽一底层渗透率，时； 油层厚度，m ； 胁一流体粘度，m _ p a s ； 三一水平段长度，m ； 厶p 生产压差， v p a 。 2 1 3 水平井产能及见水时间的影响因素分析 1 、水平井的长度 由公式( 2 7 ) 和( 2 1 0 ) 可以看出，水平井的长度三位于两公式的分子的位置，当 水平井的生产压差却一定时，如果水平井筒段的长度三增加，则水平井的产量q 也随 之增加，并且水平井的产量q 与水平井筒段的长度三呈线性关系如图2 - 2 所示。因此对 底水驱油藏来说，适当的增加水平井筒段的长度，有利于水平井产能的提高。 3 0 0 2 5 0 2 0 0 产 壁1 5 0 铂 i o o 5 0 瘩平律井段长崖b 3 0 图2 - 2 水平井产量与水平井段长度的关系曲线图 f i 9 2 - 2t h ec u r v oo fc o n n e c t i o nb e t w e e nt h ep r o d u c t i o no fh o r i z o n t a lw e l la n dt h el e n g t ho f h o r i z o n t a lw e l l 2 、水平井的位置 水平井的无因此产量与水平井的无因此位置z d ( z d = a h ) 的关系对比曲线如图2 3 所示，从图中能够看出，如果水平井的生产压差保持一定，随水平井距油水界面距离口 的增加，水平井产量q 随之减少，当水平井的位置口较小时( a h o 3 ) ，水平井产量q 递减慢。再由图2 3 9 第二章底水驱油藏水平井开发生产参数理论研究 可以看出，随着水平井的位置a 的增加，水平井见水时间丁会随之延长，并且当水平井 位置口较小时( a k 0 4 ) 时，见水时间r 的增长较快，由此可以得出：随着水平井的位置口的增加，水平井见水 时间将延长，但是不利于水平井的产量的提高。 0 3 5 0 3 0 产0 2 5 里 q o 0 2 0 ( t ) 0 1 5 0 1 0 00 2d 40 60 81 油井位置互( m ) 图2 - 3 水平井产量与油井位置关系曲线 f i 9 2 - 3t h ec u r v eo f c o n n e c t i o nb e t w e e nt h ep r o d u c t i o no fh o r i z o n t a lw e l la n dt h ep o s i t i o no fo i l w e l l 3 、油层的各向异性 图2 3 为在储层各向异性条件下( 即不同的赂值下) ，水平井的水平井的位置口 和产量q 的关系曲线图，由该图分析得出，储层的各向异性影响着水平井的产量q ，水 平井产量q 随着层各向异性墨锄的增加而增加，所以说，增大储层的垂向渗透率对于 底水驱油藏水平井产能的提高是非常必要的。 2 2 底水驱油藏水平井开发的临界产量研究 。水平井开发底水油藏相对于直井而言具有生产压差较小，采油指数高及油井无水采 油期长的优点，但是水平井开发底水油藏存在着一个很突出的问题，即底水脊进的问题， 水平井开发底水油藏很容易引起底水突破至井底，从而引起原油产量下降，油井的含水 率迅速上升，严重水淹时会导致被迫关井的情况发生。底水驱油藏水平井开发发生底水 脊进是一定的，所以说，减缓水平井开发底水突破的问题是水平井开发底水油藏成功与 否的关键问剐2 4 1 。临界产量是底水油藏中水平井合理产能的参考依据，是有效延缓底水 脊进，进而提高水平井开发效果以及有效延长水平井无水采油期的重要参数。同时也是 水平井合理工作制度的调整和水平井合理开发方案预制的制定依据，并且因此临界产量 1 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 的研究是水平井油藏工程研究中不可缺少的重要的研究内容。 但是不管是垂直井或是水平井，只要在临