CN102953713A - 一种底水油藏水平井分段控水完井设计方法 - Google Patents

Abstract

一种底水油藏水平井分段控水完井设计方法，包括：确定水平井控水井段步骤：根据收集到的数据资料分析确定分段完井需卡封井段，明确最终控水井段；分段方案优化设计步骤：对所述最终控水井段确定合理的分段数以及分段长度；完井方案优化设计步骤：以所述分段方案的各控水井段见水时间相差最小且完井总附加渗流阻力最小为原则，优化得到所述各控水井段的合理产液量及附加阻力值，并确定所述各控水井段的节流通道参数；水平井分段控水完井施工步骤：根据所述合理产液量、所述附加阻力值及所述节流通道参数进行控水完井方案施工，并控制所述各控水井段的产液量以达到控水稳油的目的。

Description

一种底水油藏水平井分段控水完井设计方法

技术领域

本发明涉及水平井分段完井技术，特别是一种通过水平井分段优化设计以及完井优化设计进行分段控水完井设计和施工的底水油藏水平井分段控水完井设计方法。

背景技术

水平井产液剖面技术思想的提出已经有几十年的历史，而且国内外研究机构以及生产单位也作了不少的探索，目前比较成熟的技术有水平井变密度射孔技术以及水平井分段完井技术。水平井变密度射孔技术是通过改变沿水平井筒轴向的射孔密度来实现调整水平井产液剖面的技术，该项技术不能实现水平井的分段开采，控水效果不理想，其优点是发展较早，技术成熟度高；水平井分段完井技术是通过封隔器以及流入控制设备来实现水平井分段开采，通过控制各段生产速度从而实现调整水平井产液剖面的目的，该项技术较变密度射孔技术具有一定的先进性，能够实现分段开采，但是由于处于起步发展阶段，技术成熟度不高，此项技术的关键之一就是分段完井设备，目前国内外对此研究较多，分段完井设备以及工艺发展都较快。但是目前水平井分段完井技术发展程度远不能保证它的成功应用。由于完井具有不可逆性，而且分段完井设备在完井后可调节性通常都很差，因而此项技术成败的另一个关键环节在于完井设计，特别是分段设计以及流入控制设备参数的设计。目前水平井分段完井设计主要通过数值模拟方法来实现，数值模拟方法所需各类资料繁多，收集困难，且耗时费力，不能满足现场水平井完钻后快速完井的要求。

水平井分段完井技术必须解决以下三大问题：

1、水平井分段方案设计，选用合理的分段方案非常关键，合理的分段方案不仅可以满足现场技术实施的要求，而且可以保证技术目标的实现；

2、分段完井参数优化设计，最优的参数设计才能达到最优的效果，否则不仅不能实现控水稳油，造成经济损失，且会影响正常生产，因为通常完井具有不可逆性，一经实施，便很难再调整；

3、完井工艺，完井是实现控水稳油目的的最终手段，因而完井工艺的选用需尤为慎重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效利用油藏、水平井等资料进行快速分段控水完井设计以达到延缓底水脊进、延长无水采油期目的的底水油藏水平井分段控水完井设计方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其中，包括如下步骤：

a、确定水平井控水井段步骤：根据收集到的数据资料分析确定分段完井需卡封井段，明确最终控水井段；

b、分段方案优化设计步骤：对所述最终控水井段进行优化设计，确定包括分段数以及各分段长度的分段方案；

c、完井方案优化设计步骤：以所述分段方案的各控水井段的见水时间相差最小且完井总附加渗流阻力最小为原则，优化得到所述各控水井段的合理产液量及附加阻力值，并确定所述各控水井段的节流通道参数；

d、水平井分段控水完井施工步骤：根据所述合理产液量、所述附加阻力值及所述节流通道的参数值进行控水完井方案施工，控制所述各控水井段的产液量以达到控水稳油的目的。

上述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其中，所述步骤b包括：

b1、粗分段步骤：按照位置相邻、储层物性相似以及避水高度相近的原则，采用聚类分析方法对所述最终控水井段进行粗分段；

b2、优化分段步骤：根据水平井分段控水完井经济技术要求，对所述粗分段结果进行综合优化，确定合理的分段数以及各分段长度；

上述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其中，所述步骤b2中采用格拉布斯检验法对控水井段的储层物性进行异常值处理，并采用相邻数据点的平均物性值替换异常值。

上述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其中，所述步骤b1中，选择泥岩夹层或者物性较差的低渗透段为可选分段点。

上述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其中，所述步骤a中所述数据资料包括测井资料、录井资料以及连通底水高渗井段和钻遇底水井段的资料。

上述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其中，所述完井方案优化设计步骤中，以所述各控水井段的产能和跟端井底压力为优化设计变量，以所述各控水井段的见水时间与所述产能的关系、所述产能的设计要求及所述各控水井段的井筒压力梯度值为约束条件，优化得到所述各控水井段的合理产液量以及附加阻力值，并根据所述合理产液量以及附加阻力值确定所述各控水井段的节流通道的参数值。

上述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其中，所述节流通道的参数值包括控水筛管及所述油管的节流喷嘴孔径尺寸。

上述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其中，所述步骤d包括：

根据步骤c所确定的完井方案，将外封隔器连接于控水筛管或设置在油管外的套管之间，并封堵井筒趾端，在所述油管上设置所述完井方案确定的节流喷嘴，以控制每段的产液量以达到控水稳油的目的。

本发明的技术效果在于：

①能够在现场完钻取得的水平井相关资料基础上进行快速分段完井设计；

②分段影响因素考虑全面，包括储层物性、水平井筒压力损失以及分段完井经济技术等因素；

③分段完井设计基于最优原则进行的，通过控制每段的产液量来实现控水稳油的目的，尽可能简化工艺，满足现场施工需求。

总之，本发明在获取的测井、录井等资料基础上，快速进行水平井分段完井设计，包括分段方案设计和完井方案设计以及现场施工工艺确定，能够有效利用油藏、水平井等资料进行快速分段控水完井设计，满足现场快速完井设计的需求，控制底水脊进、延长无水采油期。因此，利用该方法能得到切实可行的底水油藏水平井分段控水完井设计方案，指导现场施工。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的分段控水完井设计方法流程图；

图2为本发明一实施例的沿水平井段储层物性(渗透率)异常值示意图；

图3水平井分段完井原理示意图；

图4A为本发明一实施例的分段完井管柱方案示意图；

图4B为图4A的I部放大图；

图5A本发明一实施例的井段分方案(渗透率)；

图5B本发明一实施例的井段分方案(孔隙度)；

图5C本发明一实施例的井段分方案(岩性)；

图6为本发明一实施例的实例井配产方案；

图7为本发明一实施例的实例井各段附加阻力设计方案。

其中，附图标记

1水平井          2外封隔器

3套管            4控水筛管

5丝堵            6节流喷嘴

7油管            Y异常值

P1有效生产压差   P2附加压降

P3井筒压力分布

a～d、d1、d2步骤

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其主要通过底水油藏水平井分段优化设计以及完井优化设计，进行分段控水完井施工设计。该方法首先综合分析底水油藏水平井分段控水完井的影响因素，建立相应的分段原则，进行分段优化方案设计；然后根据建立的分段完井情形下水平井各控水完井段见水时间与产能的关系式，利用见水时间一致以及完井总附加渗流阻力最小的原则，给出完井优化方案，最后根据分段、完井优化设计方案，选择分段完井设备进行现场施工。本发明能够在现场完钻取得的水平井物性资料基础上进行快速完井设计，大大提高工作效率，具有很高的现场应用价值。

参见图1，图1为本发明的分段控水完井设计方法流程图。本发明的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，包括如下步骤：

确定水平井控水井段步骤a：根据测井资料、录井资料分析确定分段完井需卡封井段，包括连通底水高渗井段(如裂缝)和钻遇底水井段的资料，同时选择泥岩夹层或者物性较差的低渗透段为可选分段点，明确最终控水井段；

分段方案优化设计步骤b：对所述最终控水井段进行粗分段，然后根据水平井分段完井经济技术要求，对粗分段结果采用聚类分析方法进行综合优化，确定合理的分段数以及分段长度，并得到最优分段方案。

其中，所述分段方案优化设计步骤具体包括：

粗分段步骤b1：优选采用格拉布斯检验法对控水井段的储层物性(孔隙度、渗透率)进行异常值Y处理(参见图2，图2为本发明一实施例的沿水平井段储层物性(渗透率)异常值示意图，图中数据仅从A靶点到B靶点，图左边为A靶点，右边为B靶点)，并可采用相邻数据点的平均物性替换异常值。按照位置相邻、储层物性相似以及避水高度相近的原则，采用聚类分析方法对所述最终控水井段进行粗分段；优选选择泥岩夹层或者物性较差的低渗透段为可选分段点。

优化分段步骤b2：根据水平井分段控水完井经济技术要求，对所述粗分段结果进行综合优化，确定合理的分段数以及分段长度。其中，分段完井分段数越多，成本越高，而且分段数超过技术允许范围将造成完井困难，因而分段数需满足经济技术要求，目前技术允许分段数通常为10段左右。合理的分段长度范围，指分段长度需满足分段完井工具特别是控水筛管4的要求。最优分段方案判断标准为：满足分段数及分段长度前提下，各段内储层物性差异最小。

完井方案优化设计步骤c：以所述分段方案的各控水井段见水时间相差最小且完井总附加渗流阻力最小为原则，优化得到所述各控水井段的合理产液量及附加阻力值，并确定所述各控水井段的节流通道的参数值；其中，优选以所述各控水井段的产能和跟端井底压力为优化设计变量，以所述各控水井段的见水时间与所述产能的关系(见公式1)、所述产能的设计要求及所述各控水井段的井筒压力梯度为约束条件，优化得到所述各控水井段的合理产液量及附加阻力值(参见图3)，并根据所述合理产液量及附加阻力值确定所述各控水井段的节流通道的参数值(见公式2)。该节流通道的参数值包括控水筛管及所述油管的节流喷嘴的孔径尺寸。

$t_b=\frac{\mathrm{\μ\φ}(1-s_{\mathrm{wc}}-s_{\mathrm{or}})}{{86.4k}_z}{\∫}_0^{z_w}\frac{{\mathrm{dz}}_f}{{\frac{{\∂\mathrm{\Φ}}_f}{{\∂z}_f}|}_{x=x_0,y=\frac{y_1+y_2}{2}}}......\left(1\right)$

$Q_j=\frac{{\mathrm{\πd}}_j^2}{4}\sqrt{\frac{{2\mathrm{\Δp}}_j}{{\mathrm{\ρ}}_o}}......\left(2\right)$

其中： $\frac{{\∂\mathrm{\Φ}}_f}{\∂z}=\frac{\∂\mathrm{\Δp}}{\∂z}-{10}^{-6}\mathrm{\Δ\ρg};$

$\frac{\∂\mathrm{\Δp}}{\∂z}=\frac{\mathrm{\δBq}}{{\mathrm{abh\φc}}_t}(\frac{\∂\mathrm{pz}}{\∂z}+\frac{\∂\mathrm{pyz}}{\∂z}+\frac{\∂\mathrm{pxz}}{\∂z}+\frac{\∂\mathrm{pxyz}}{\∂z});$

$\frac{\∂\mathrm{pz}}{\∂z}=\frac{{8\mathrm{L\φ\μc}}_t{h}^2}{\mathrm{\β}{(2u+1)}^2{\mathrm{\π}}^2{k}_z}\underset{u=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h}{(2u+1)\mathrm{\π}}\sin \frac{(2u+1)\mathrm{\π}(h-z)}{h}\cos \frac{(2u+1)\mathrm{\π}(h-z_0)}{h};$

$\frac{\∂\mathrm{pyz}}{\∂z}=\frac{4b}{\mathrm{m\π}(\frac{\mathrm{\β}{(2u+1)}^2{\mathrm{\π}}^2{k}_z}{{4\mathrm{\φ\μc}}_t{h}^2}+\frac{{\mathrm{\βm}}^2{\mathrm{\π}}^2{k}_y}{{\mathrm{\φ\μc}}_t{b}^2})}\underset{m=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{u=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{m}\frac{h}{(2u+1)\mathrm{\π}}\cos \frac{\mathrm{m\πy}}{b}\cos \frac{{\mathrm{m\πy}}_0}{b}\sin \frac{\mathrm{\πL}}{2b}\sin \frac{(2u+1)\mathrm{\π}(h-z)}{h}\cos \frac{(2u+1)\mathrm{\π}(h-z_0)}{h};$

$\frac{\∂\mathrm{pxz}}{\∂z}=\frac{4L}{(\frac{\mathrm{\β}{(2u+1)}^2{\mathrm{\π}}^2{k}_z}{{4\mathrm{\φ\μc}}_t{h}^2}+\frac{{\mathrm{\βm}}^2{\mathrm{\π}}^2{k}_x}{{\mathrm{\φ\μc}}_t{a}^2})}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{u=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h}{(2u+1)\mathrm{\π}}\cos \frac{\mathrm{n\πx}}{a}\cos \frac{{\mathrm{n\πx}}_0}{a}\sin \frac{(2u+1)\mathrm{\π}(h-z)}{h}\cos \frac{(2u+1)\mathrm{\π}(h-z_0)}{h};$

$\frac{\∂\mathrm{pxyz}}{\∂z}=\frac{8b}{\mathrm{m\π}(\frac{{\mathrm{\βm}}^2{\mathrm{\π}}^2{k}_x}{{\mathrm{\φ\μc}}_t{a}^{\text{2}}}+\frac{{\mathrm{\βm}}^2{\mathrm{\π}}^2{k}_y}{{\mathrm{\φ\μc}}_t{b}^2}+\frac{\mathrm{\β}{(2u+1)}^2{\mathrm{\π}}^2{k}_z}{{4\mathrm{\φ\μc}}_t{h}^2})}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{u=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{m}\cos \frac{\mathrm{n\πx}}{a}\cos \frac{{\mathrm{n\πx}}_0}{a}\frac{h}{(2u+1)\mathrm{\π}}\cos \frac{\mathrm{m\πy}}{b}\cos \frac{{\mathrm{m\πy}}_0}{b}\sin \frac{\mathrm{\πL}}{2b}\sin \frac{(2u+1)\mathrm{\π}(h-z)}{h}\cos \frac{(2u+1)\mathrm{\π}(h-z_0)}{h};$

式中：

t_b——底水突破时间，V——油水界面移动速度，m²/s；

Z_f——油水界面位置，m；

μ——地层原油粘度，mPa·s；

φ——油藏孔隙度；

S_wc——束缚水饱和度；

S_or——残余油饱和度；

k_x，k_y，k_z——油藏x，y，z方向渗透率，μm²；

Δρ＝ρ_w-ρ_o；

ρ_o——油相密度，kg/m³；

g——重力加速度，m/s²；

B——原油体积系数；

c_t——油藏压缩系数，MPa^-1；

x₀——水平井横坐标；

y₁、y₂——水平井跟端和趾端的纵坐标；

z₀——水平井避水高度，L——水平井长度；

a——油藏x方向的长度，m；

b——油藏y方向的长度，m；

h——油藏厚度，m。

水平井分段控水完井施工步骤d：根据所述合理产液量、所述附加阻力值及所述节流通道的参数值进行控水完井方案施工，并控制所述各控水井段的产液量。根据步骤c所确定的完井方案，优选调流控水防砂筛管与(液压)封隔器组合使用，进行控水完井方案施工。参见图3及图4A、图4B，图3为水平井分段完井原理示意图，图4A为本发明一实施例的分段完井管柱方案示意图，图4B为图4A的I部放大图。根据分段优化设计方案，按设计参数加工好节流喷嘴6的连续油管7位于水平井1的井筒中央，油管7外设置有套管3，采用封隔器2对水平井段进行合理分段，将外封隔器2连接于套管3或控水筛管4之间，并用丝堵5封堵井筒趾端，油管7与外封隔器2之间用内封隔器(图未示)封隔，所述油管7或控水筛管4上设置有所述完井方案确定的节流喷嘴6，控制每段的产液量以达到控水稳油的目的。施工时按管柱组合要求连接好外层套管3，下到井底指定位置后，加压坐封外封隔器2，清洗返排，然后再下油管7，进行加压坐封内封隔器2后即可。因该施工技术为较成熟的现有技术，在此不作赘述。

下面以A断块a1井的分段完井设计为例详细说明本发明的底水油藏水平井分段控水完井设计方法。

参见图5A～图5C，图5A本发明一实施例的完井分段方案(渗透率)，图5B本发明一实施例的完井分段方案(孔隙度)，图5C本发明一实施例的完井分段方案(岩性)。A断块选择为一个四面断层遮挡的长方形封闭断块。地面原油粘度为209.5mPa.s，原油密度为0.9206t/m³，原始地层压力14.67MPa，油水界面深度为1485m。a1井目的油层厚度13m，井控面积0.14km²，井控储量9.76万t，完钻垂深1414m，初期日产油15t，含水0％。a1井A靶点距油层顶1m，B靶点距油层顶1m，水平井段长125m，水平井设计产能为15t/d，水平井段物性(孔隙度、渗透率、岩性)见图5A～图5C。

对A断块a1井进行分段控水完井设计的具体实施方式为：

(1)确定水平井控水井段及分段方案优化设计，合理分段

根据a1井水平井段的物性特征以及油藏特征，确定无需卡封井段以及物性差的泥岩段，进行直接分段，得到分段方案如图5A～图5C，设计分段数为8段。

(2)完井方案优化设计

根据分段方案、水平井设计产能以及各段的平均物性等参数，利用完井优化设计方法得到各段的产液量(图6)以及附加阻力大小(图7)，并按附加阻力方案加工控水筛管4以及油管7，表1为从跟端到趾端节流喷嘴6的参数设计，其中最后一段因为根据阻力附加方案无需附加阻力，故油管不延伸到这一段，无需设计节流喷嘴参数。

表1节流喷嘴参数设计

分段序号	1	2	3	4	5	6	7	8
									水嘴大小/mm	5.8	5.2	4.9	7.5	6.9	7.8	15.9	无油管

(3)水平井分段控水完井施工步骤

根据合理分段方案和完井方案，按照本发明所述分段控水完井工艺施工。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、确定水平井控水井段步骤：根据收集到的数据资料分析确定分段完井需卡封井段，明确最终控水井段；

b、分段方案优化设计步骤：对所述最终控水井段进行优化设计，确定包括分段数以及各分段长度的分段方案；

c、完井方案优化设计步骤：以所述分段方案的各控水井段见水时间相差最小且完井总附加渗流阻力最小为原则，优化得到所述各控水井段的合理产液量及附加阻力值，并确定所述各控水井段的节流通道参数值；

d、水平井分段控水完井施工步骤：根据所述合理产液量、所述附加阻力值及所述节流通道的参数值进行控水完井方案施工，并控制所述各控水井段的产液量以达到控水稳油的目的。

2.如权利要求1所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述步骤b包括：

b1、粗分段步骤：按照位置相邻、储层物性相似以及避水高度相近的原则，采用聚类分析方法对所述最终控水井段进行粗分段；

b2、优化分段步骤：根据水平井分段控水完井经济技术要求，对所述粗分段结果进行综合优化，确定合理的分段数以及各分段长度。

3.如权利要求2所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述步骤b2中采用格拉布斯检验法对控水井段的储层物性进行异常值处理，并采用相邻数据点的平均物性替换异常值。

4.如权利要求2所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述步骤b1中，选择泥岩夹层或者物性较差的低渗透段为可选分段点。

5.如权利要求1、2、3或4所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述步骤a中所述数据资料包括测井资料、录井资料以及连通底水高渗井段和钻遇底水井段的资料。

6.如权利要求1、2、3或4所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述步骤c中，以所述各控水井段的产能和跟端井底压力为 优化设计变量，以所述各控水井段的见水时间与所述产能的关系、所述产能的设计要求及所述各控水井段的井筒压力梯度为约束条件，优化得到所述各控水井段的合理产液量及附加阻力值，并根据所述合理产液量及附加阻力值确定所述各控水井段的节流通道参数。

7.如权利要求5所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述步骤c中，以所述各控水井段的产能和跟端井底压力为优化设计变量，以所述各控水井段的见水时间与所述产能的关系、所述产能的设计要求及所述各控水井段的井筒压力梯度为约束条件，优化得到所述各控水井段的合理产液量及附加阻力值，并根据所述合理产液量及附加阻力值确定所述各控水井段的节流通道参数。

8.如权利要求6所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述节流通道参数包括控水筛管及所述控水筛管的节流喷嘴孔径尺寸。

9.如权利要求1、2、3、4、7或8所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述步骤d包括：

根据步骤c所确定的完井方案，将外封隔器连接于控水筛管或设置在油管外的套管之间，并封堵井筒趾端，在所述油管上设置根据所述完井方案确定孔径尺寸的节流喷嘴，以控制每段的产液量以达到控水稳油的目的。

10.如权利要求6所述的底水油藏水平井分段控水完井设计方法，其特征在于，所述步骤d包括：

根据步骤c所确定的完井方案，将外封隔器连接于控水筛管或设置在油管外的套管之间，并封堵井筒趾端，在所述油管上设置根据所述完井方案确定孔径尺寸的节流喷嘴，以控制每段的产液量以达到控水稳油的目的。 

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