CN104405349A - 利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，步骤一：选取底水油藏射流最佳区域；步骤二：确定射流油井井数，并对筛选的油井进行统计分类；步骤三：对筛选的油井开展底水锥进定量理论分析，采用一种改进的底水锥进模型新算法，获取单个油井进行采用高压水射流处理的最佳临界速度和避射高度参数；步骤四：依据油田油藏地质特点，建立油藏数值模拟模型；步骤五：根据理论计算最佳临界速度和避射高度以及油藏数值模拟确定最佳高压水射流点位、射流方向和射流角度等参数。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探技术领域，即利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法。
背景技术
本技术领域涉及的主要专业概念如下。
(1) 底水油藏：如果油水界面(OWC)非常大，远远大于油层垂直截面的，是底水油藏。一般来说，底水油藏见水快，特别是油水流度比差的油藏，很容易发生底水锥进。水平井生产效果较好，如果有一定的非均质存在，很可能在水平井的局部形成水锥，造成大量产水。
(2) 高压水射流：指通过高压水发生装置将水加压至数百个大气压以上，再通过具有细小孔径的喷射装置转换为高速的微细“水射流”。这种“水射流”的速度一般都在一倍马赫数以上，具有巨大的打击能量，可以应用在石油工程领域。
(3) 水驱油效率 (Displacement Efficiency)：油藏被水波及的体积内，水驱替的油量与波及体积内原油地质储量的比值，又称为洗油效率。
传统的直井和水平开发底水油藏存在的不足。
(1) 当直井射开底水油层时，随着油井以一定产量生产，在井底就会形成一个压降漏斗。由于井筒压力下降，底水产生一个向上的力，促使油层底部的水上升到一定高度，在油水界面处上升动力与水的重力相平衡。压降随着离开井筒距离的增加而减小，导致油水界面的高度沿着侧向降低，从而使得在开采前近似水平的油水界面，在压降的作用下发生变形，在井底形成一锥体形状。
(2) 水平井底水更多的是以脊形上升的，在垂直于水平段方向的横截面形状类似于直井中形成的“锥面”，称之为“水脊”。
传统的直井和水平井生产仅仅是单点和线性控制，采用多段高压水射流制造多个方向分支控制，油井渗流场从常规的径向流变为线性流，增大了水驱波及体积。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，涉及利用多段高压水射流提高油藏平面和纵向水驱波及效率，延缓油井含水上升。
本发明的实现方案如下：
利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，包含如下步骤：
步骤一：依据本油藏所处构造位置、储层展布、剩余油富集方向，选取底水油藏射流最佳区域；例如：构造高部位，未动用储量区等这类特征的可以作为底水油藏射流最佳区域；
步骤二：结合最佳区域位置，根据油藏生产动态分析，确定射流油井井数，并对筛选的油井进行统计分类；
步骤三：对筛选的油井开展底水锥进定量理论分析，采用一种改进的底水锥进模型新算法（Boyun Guo& R-L-H Lee，2005），获取单个油井进行采用高压水射流处理的最佳临界速度和避射高度参数，公式如下：
；
；
其中，qoc表示原油临界产量，kh表示地层水平渗透率，rDE表示泄油半径，△ρ表示地层水和地层油密度差，μo表示地层原油粘度，h表示油层厚度，hp表示射开厚度，hap表示射孔段以上的平均油柱高度，hbp表示射孔段以下的平均油柱高度，kH表示，δ表示射开程度；λ表示无因次射孔层段以上油柱高度，M表示流度比，k’ ro表示束缚水饱和度下的原油相对渗透率；
步骤四：依据油田油藏地质特点，建立油藏数值模拟模型；特殊情况下可以改变了底水锥进的模式，例如：若为碳酸盐岩油藏，可能局部发育缝洞和断层，同时需要采用新技术和方法表征出来，渗流场发生变化，改变了底水锥进的模式；
步骤五：根据理论计算最佳临界速度和避射高度以及油藏数值模拟确定最佳高压水射流点位、射流方向和射流角度等参数，最后根据最佳高压水射流点位和射流方向进行高压水射流径向水平侧钻工艺处理。
高压水射流径向水平侧钻工艺的处理步骤包括以下步骤：
油井套管装备步骤：起出原井管柱，刮削油井套管，导通油井套管，修理油层段套管的毛刺；
装备进入步骤：放入造斜器到套管内，校准预定的深度和方向，最后锚定；
开孔步骤：用软性管输送钻头到导向装置中，对套管开孔扩眼；
高压水射流径向水平侧钻步骤：用柔性管输送带喷头的软管沿着导向装置移动，当喷头进入套管开孔扩眼处，开设进行高压水流喷射处理，在喷射过程中破开岩层，喷头的移动路径为水平方向。
对已知油井，随着套管开孔扩眼的两分支夹角的增大，油井的产能逐渐增大。因此，应尽量扩大两分支的夹角，最好采取对称的方式射流布孔，即保证位于同一深度的两个相邻套管开孔扩眼之间的夹角范围为0至180°，最佳取值为180°。
随着径向钻孔（套管开孔扩眼）孔数的增加，油井的初期产能逐渐增大，但是孔数大于4之后，油井产能的增加幅度迅速降低，因此单层射孔的孔数不要超过4个；即位于同一深度的套管开孔扩眼数目小于或等于4个。
随着钻孔长度的增大，油井的产能不断增加。目前径向射流的工艺技术能达到100m，优选按照100m长度进行设计；
上下两层径向钻孔（套管开孔扩眼）相对夹角为45度时，生产效果略优于上下两层平行射孔。但是从含水来看，双层布孔方式的含水上升速度要快于单层布孔，但对于强底水油藏，为了规避快速水淹的风险，单层布孔且油层的靠顶部位置射流较好；即按照套管开孔扩眼的深度不同可以分为多层套管开孔扩眼，相邻的上下两层套管开孔扩眼的相对夹角的取值范围为0至45°。
基于考虑缝洞条件的精细地质模型，开展油藏数值模拟研究，拟合生产历史，优化高压水射流敏感性方案设计，研究多段射流流体渗流规律，确定关键参数和筛选最终射流方案，最终完成射流效果预测，编制现场可具体实施的射流地质方案设计报告。
本发明一般应用于低渗储层提高油气的运移效率，穿透储层污染带，同时实现定向注水，增加注水井的波及能力，配合压裂、酸化作业，对油层压裂酸化进行导向等。本发明提供利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，涉及利用多段高压水射流提高油藏平面和纵向水驱波及效率，延缓油井含水上升，延长油井的稳产期。
本发明旨在解决提高底水油藏的水驱油效率方法，由于底水锥进较快，油井无水采油期短，含水上升快，单井原油采出程度低，单纯采用直井和水平井开发，无法有效控制底水锥进；本发明提供的多段高压水射流方法，既工艺措施简单快捷，成本费用较低，又能充分利用现有的直井和水平井井网。
附图说明
图1为油水界面被抬升的示意图。
图2为直井底水锥进平面流线模拟示意图。
图3为直井底水锥进纵向流线模拟示意图。
图4为射流两孔时、直井底水锥进平面流线模拟示意图。
图5为射流两孔时、直井底水锥进纵向流线模拟示意图。
图6为射流四孔时、直井底水锥进平面流线模拟示意图。
图7为射流四孔时、直井底水锥进纵向流线模拟示意图。
图8为选取ADM5-5井作为实施点时，其所在方位平面图。
图9为ADM5-5井在东西方向多段径向射流示意图。
具体实施方式
实施例一
底水油藏的含油面积全部与底水接触，因此，油藏的底水部分会对油藏的生产动态产生重要的影响，从而使得底水油藏有其自身的开发特征。与边水油藏相比，底水油藏开发过程中最显著的特点之一就是底水的锥进，在直井周围形成水锥，水平井周围则形成水脊。
利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，包含如下步骤：
步骤一：依据本油藏所处构造位置、储层展布、剩余油富集方向，选取底水油藏射流最佳区域；例如：构造高部位，未动用储量区等这类特征的可以作为底水油藏射流最佳区域；
步骤二：结合最佳区域位置，根据油藏生产动态分析，确定射流油井井数，并对筛选的油井进行统计分类；
步骤三：对筛选的油井开展底水锥进定量理论分析，采用一种改进的底水锥进模型新算法（Boyun Guo& R-L-H Lee，2005），获取单个油井进行采用高压水射流的最佳临界速度和避射高度等参数，公式如下：
；
；
其中，qoc表示原油临界产量，kh表示地层水平渗透率，rDE表示泄油半径，△ρ表示地层水和地层油密度差，μo表示地层原油粘度，h表示油层厚度，hp表示射开厚度，hap表示射孔段以上的平均油柱高度，hbp表示射孔段以下的平均油柱高度，kH表示，δ表示射开程度；λ表示无因次射孔层段以上油柱高度，M表示流度比，k’ ro表示束缚水饱和度下的原油相对渗透率；
步骤四：依据油田油藏地质特点，建立油藏数值模拟模型；特殊情况下可以改变了底水锥进的模式，例如：若为碳酸盐岩油藏，可能局部发育缝洞和断层，同时需要采用新技术和方法表征出来，渗流场发生变化，改变了底水锥进的模式；
步骤五：根据理论计算最佳临界速度和避射高度以及油藏数值模拟确定最佳高压水射流点位、射流方向和射流角度等参数，最后根据最佳高压水射流点位和射流方向进行高压水射流径向水平侧钻工艺处理。
高压水射流径向水平侧钻工艺的处理步骤包括以下步骤：
油井套管装备步骤：起出原井管柱，刮削油井套管，导通油井套管，修理油层段套管的毛刺；
装备进入步骤：放入造斜器到套管内，校准预定的深度和方向，最后锚定；
开孔步骤：用软性管输送钻头到导向装置中，对套管开孔扩眼；
高压水射流径向水平侧钻步骤：用柔性管输送带喷头的软管沿着导向装置移动，当喷头进入套管开孔扩眼处，开设进行高压水流喷射处理，在喷射过程中破开岩层，喷头的移动路径为水平方向。
对已知油井，随着套管开孔扩眼的两分支夹角的增大，油井的产能逐渐增大。因此，应尽量扩大两分支的夹角，最好采取对称的方式射流布孔，即保证位于同一深度的两个相邻套管开孔扩眼之间的夹角范围为0至180°，最佳取值为180°。
随着径向钻孔（套管开孔扩眼）孔数的增加，油井的初期产能逐渐增大，但是孔数大于4之后，油井产能的增加幅度迅速降低，因此单层射孔的孔数不要超过4个；即位于同一深度的套管开孔扩眼数目小于或等于4个。
随着钻孔长度的增大，油井的产能不断增加。目前径向射流的工艺技术能达到100m，优选按照100m长度进行设计；
上下两层径向钻孔（套管开孔扩眼）相对夹角为45度时，生产效果略优于上下两层平行射孔。但是从含水来看，双层布孔方式的含水上升速度要快于单层布孔，但对于强底水油藏，为了规避快速水淹的风险，单层布孔且油层的靠顶部位置射流较好；即按照套管开孔扩眼的深度不同可以分为多层套管开孔扩眼，相邻的上下两层套管开孔扩眼的相对夹角的取值范围为0至45°。
如图1所示，未采取上述方法时，初始油水界面的深度为h，采取上述措施后的当前油水界面深度为h-，油水界面被抬升。
如图2至图7，如图2至图7中的线条密度分别代表水相的含量和油相的含量，下层的线条代表水相，上层的线条代表油相，图2和图3为直井底水锥进平面流线模拟示意图和直井底水锥进纵向流线模拟示意图，如图3和图4，在采用射流两孔时，明显的，含水量减少、油相的含量增大。从图5、图6来对比图3和图4时，可以看出，明显的，采用射流四孔取得效果明显优于采用射流两孔时的效果，其含水量更少，油相的含量更大。
如图8至-图9所示，本具体实施案例中：选取ADM5-5井井筒条件和地层条件符合径向钻井施工工艺要求，为进一步认识Ru1油藏油水分布规律，并验证径向钻井技术在Ahdeb油田的增油控水效果，为Ru1层减缓含水上升速度寻找新的途径，在该井实施径向钻井射流技术。
如图8中的十字箭头表示射流的方向，该射流方向为东西两侧向和南北两侧向。如图9所示，在东西两侧方向，套管开孔扩眼的位置距离油层底面距离为14.5米，在南北两侧方向，套管开孔扩眼的位置距离油层底面距离为14.5米。沿着上述走向水平开设射流孔后，ADM5-5井关井前的油嘴为24/64",平均日产液为505b/d，含水40.8%。油藏数值模拟预测实施径向钻井后，ADM5-5井在相同油嘴工作制度，日产液不变的情况下，含水下降5%，措施有效期在90天以上。
根据国内外文献调研，目前尚无有效的径向钻井增产效果预测方法，一般是通过成功的操作实例进行类比。通过对俄罗斯、美国、阿根廷等国家的碳酸盐岩油藏进行的90井次的水力径向钻井作业进行调研，均能见到较好的增产效果，其增产比在65～594%，平均为122%。但是通过射流来控水，降低含水率，延缓含水上升属于首创。
本发明利用多段射流改变底水锥进渗流场，随多段射流设计参数动态变化，从而使得水锥处的油藏相的量增加，从而使得锥进区域的含水量下降。
如上所述，则能很好的实现本发明。
Claims (5)
1.利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，其特征在于：包含如下步骤：
步骤一：依据本油藏所处构造位置、储层展布、剩余油富集方向，选取底水油藏射流最佳区域；
步骤二：结合最佳区域位置，根据油藏生产动态分析，确定射流油井井数，并对筛选的油井进行统计分类；
步骤三：对筛选的油井开展底水锥进定量理论分析，采用一种改进的底水锥进模型新算法，获取单个油井进行采用高压水射流处理的最佳临界速度和避射高度参数，公式如下：
；
；
其中，qoc表示原油临界产量，kh表示地层水平渗透率，rDE表示泄油半径，△ρ表示地层水和地层油密度差，μo表示地层原油粘度，h表示油层厚度，hp表示射开厚度，hap表示射孔段以上的平均油柱高度，hbp表示射孔段以下的平均油柱高度，kH表示，δ表示射开程度；λ表示无因次射孔层段以上油柱高度，M表示流度比，k’ ro表示束缚水饱和度下的原油相对渗透率；
步骤四：依据油田油藏地质特点，建立油藏数值模拟模型；
步骤五：根据最佳临界速度和避射高度参数以及建立的油藏数值模拟模型确定最佳高压水射流点位和射流方向，最后根据最佳高压水射流点位和射流方向进行高压水射流径向水平侧钻工艺处理。
2.根据权利要求1所述的利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，其特征在于：高压水射流径向水平侧钻工艺的处理步骤包括以下步骤：
油井套管装备步骤：起出原井管柱，刮削油井套管，导通油井套管，修理油层段套管的毛刺；
装备进入步骤：放入造斜器到套管内，校准预定的深度和方向，最后锚定；
开孔步骤：用软性管输送钻头到导向装置中，对套管开孔扩眼；
高压水射流径向水平侧钻步骤：用柔性管输送带喷头的软管沿着导向装置移动，当喷头进入套管开孔扩眼处，开设进行高压水流喷射处理，在喷射过程中破开岩层，喷头的移动路径为水平方向。
3.根据权利要求2所述的利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，其特征在于：位于同一深度的两个相邻套管开孔扩眼之间的夹角范围为0至180°。
4.根据权利要求2所述的利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，其特征在于：位于同一深度的套管开孔扩眼数目小于或等于4个。
5.根据权利要求2所述的利用多段高压水射流提高底水油藏水驱开发效果的方法，其特征在于：按照套管开孔扩眼的深度不同可以分为多层套管开孔扩眼，相邻的上下两层套管开孔扩眼的相对夹角的取值范围为0至45°。
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