射孔完井参数对水平井产量的影响.pdf

2011年7月断块油气田断块油气田随着钻完井技术的不断提高，水平井已在国内外油田得到了广泛应用，并取得了显著的经济效益。作为水平井的主要完井方式之一，射孔完井通过射孔孔眼沟通地层与井筒，油气通过这些孔眼流入井筒并被采出。由于射孔孔眼几何形态及分布特点复杂，国内外学者对水平井射孔完井的产能已进行了大量的研究1-10，但对于不同射孔参数对水平井产能的影响尚缺少系统的分析。在前人研究的基础上，笔者结合射孔完井表皮因子模型和水平井产能预测半解析模型，对污染带半径、孔深、孔密、孔径及射开程度对水平井产能的影响进行射孔完井参数对水平井产量的影响安永生1，2，柳文莉1，祁香文3（1.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京102249；2.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东 东营257000；3.中国石油管道一公司，河北 廊坊065000）基金项目：国家科技重大专项“复杂结构井优化设计与控制关键技术”（2009ZX05009-005）部分研究成果摘要为了系统研究不同射孔参数（污染带半径、孔深、孔密、孔径及射开程度）对水平井产量的影响规律，文中将射孔完井表皮因子模型和水平井产能预测半解析模型结合起来计算不同射孔参数下的表皮因子及水平井产量。分别对不同污染带半径、孔深、孔密、孔径及射开程度的射孔表皮因子及水平井产量进行计算，并绘制各射孔参数与表皮因子和水平井产量的关系图，分析各射孔参数对表皮因子和水平井产量的影响。研究结果表明：为了获得较好的生产效果，射孔深度必须大于污染带半径；应在选择合理的孔深、孔密、孔径后，选择最优的相位角大小；射孔方案对于部分射开完井至关重要，射孔方案选择得好，即使射开程度较小，也可以达到理想的生产效果。关键词完井方式；表皮因子；射孔；产量；影响因素；水平井中图分类号：TE355文献标志码：A引用格式：安永生，柳文莉，祁香文.射孔完井参数对水平井产量的影响J.断块油气田，2011，18（4）：520-523.An Yongsheng，Liu Wenli，Qi Xiangwen.Influence of perforation parameter on productivity of horizontal wellJ.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（4）：520523.收稿日期：2010-12-01；改回日期：2011-05-16。作者简介：安永生，男，1979年生，博士后，讲师，从事复杂结构井技术研究与应用工作。电话：[phone]，E-mail：an_yongsheng。Influence of perforation parameter on productivity of horizontal wellAn Yongsheng1，2,Liu Wenli1,Qi Xiangwen3(1.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Geological ResearchInstitute,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257000,China;3.No.1 Company of Pipeline Bureau,PetroChina,Langfang 065000,China)Abstract:In order to study the influence of perforation parameters(damage radius,perforation length,perforation density,perforation diameter and perforation extent)on the productivity of horizontal wells,this paper combines the skin factor model ofperforating completion with the semi-analytical productivity prediction model of horizontal wells to calculate the skin factor andproductivity of horizontal wells to different perforation parameters.Through calculating the perforation skin factor and productivity ofhorizontal wells to the different perforation parameters respectively and drawing the relationship charts between different perforationparameters and skin factor and productivity of horizontal wells,the influence of perforation parameters on skin factor and theproductivity of horizontal wells are analyzed.The study results show that the perforation length should be greater than the halflengthof damage zone in order to get more productivity.The phase angle should be optimized after the perforation length,perforationdensity and perforation diameter is ascertained.Perforation project is very important for partial perforating completion.If perforationproject is selected very well,ideal productivity can be achieved even the perforation extent is small.Key words:completion method;skin factor;perforation;productivity;impact factor;horizontal well文章编号：1005-8907（2011）04-520-04断块油气田FAULT-BLOCK OIL&GAS FIELD第18卷第4期520第18卷第4期了分析，系统研究了不同射孔参数对水平井产能的影响规律。1水平井射孔完井产能预测模型1.1射孔完井表皮因子模型根据Karakas和Tariq的模型11，可以将射孔完井表皮因子s分为3部分，即二维平面流动表皮因子s2D、井筒障碍表皮因子swb和三维聚流表皮因子s3D。s=s2D+swb+s3D（1）式中：s2D为二维平面内流体流入孔眼所造成的表皮因子；swb为二维平面内由于螺旋射孔造成的流体绕过井筒流入孔眼产生的表皮因子；s3D为三维平面内聚流效应产生的表皮因子。1.2水平井产能预测半解析模型假设水平井目标井段分为n段，每个井段的无因次势差和流入量为未知变量，同时构建2n个方程12-14。质量守恒方程（1个）：ni=1qID（i）=qD（2）式中：qID为每个井段的无因次流入量；qD为无因次总流入量。压力响应方程（n个）：wD（i）=ni=1qID（j）D（i）M（j）+qID（i）s（i）（3）式中：wD（i）为第i段无因次势差；qID（j）为该井第j段的无因次流入量；D（i）M（j）为该井第j段作为单位强度源/汇在第i段中点处产生的无因次势差；s（i）为第i段井筒的表皮因子。井筒流动方程（n-1个）：wD（i+1）=wD（i）+1ipf（i+1）+pa（i+1）+pg（i+1）（4）式中：i为第i段井段势；pf，pa，pg分别为摩擦压降、加速度压降和重力压降，MPa。通过联立求解式（2）（4）组成的方程组，可以得到水平井每一井段的流量和压力。利用水平井表皮因子模型计算得到表皮因子，以分段的形式代入水平井产能预测半解析模型，就能够对不同射孔参数下水平井的产量进行计算和分析。2不同射孔参数对水平井产量的影响以我国东部某油田为研究对象，油藏、流体和完井参数如表1所示，分别计算不同污染带半径、孔深、孔密、孔径及射开程度下水平井在生产30 d时的初期产量。表1水平井表皮因子及产量计算参数2.1污染带半径在水平井钻井、完井的过程中，钻井液和完井液不可避免地会对水平井近井地带产生污染，这是影响油井产量的主要因素。尤其对于水平井而言，钻井过程中，井眼轨迹更多地是在储层中穿行，钻井液、完井液对储层的浸泡时间更长，污染程度和污染深度更为严重。为了研究钻完井污染对射孔完井水平井产量的影响，分别计算相位角180，90，45，不同污染带半径下水平井的表皮因子及产量，结果如图1所示。图1污染带半径对水平井表皮因子及产量的影响从图1可以看出，随着污染带半径的增加，水平井表皮因子增加，但当污染带半径大于0.3 m后，表皮因子增幅显著减缓。水平井产量在污染带半径较小时体现出高值，污染带半径大于0.3 m后，产量维持在较低的水平。分析其原因，射孔深度是否完全穿透污染带是影响水平井产量的重要因素，当污染带半径大于射孔深度时（孔深+井筒半径），表皮因子增大，导致水平井产量急剧下降。同时，从图1还可以看出，当污染带半径小于射孔深度时，相位角45的效果要优于相位角90和180；当污染带半径大于射孔深度时，相位角90效果最佳。2.2孔深为了研究孔深对射孔完井水平井产量的影响，分别计算相位角180，90，45，不同孔深下水平井的表皮因子及产量，结果如图2所示。油藏厚度/m10污染带半径/m0.2地层压力/MPa10井筒半径/m0.05井底流压/MPa9孔深/m0.2原油黏度/（mPas）1.7孔密/（孔m1）7水平段长度/m500孔径/m0.012 7地层渗透率/10-3m210污染带渗透率/10-3m21参数数值参数数值安永生，等.射孔完井参数对水平井产量的影响5212011年7月断块油气田断块油气田从图2可以看出，随着孔深的增加，水平井表皮因子下降，当孔深超过0.15 m后，表皮因子迅速降低到低值。产量也体现出相应的趋势，但当孔深较小时，不同相位角情况下的产量差别不大。图2孔深对水平井表皮因子及产量的影响2.3孔密为了研究孔密对射孔完井水平井产量的影响，分别计算相位角180，90，45，不同孔密下水平井的表皮因子及产量，结果如图3所示。图3孔密对水平井表皮因子及产量的影响从图3可以看出，随着孔密的增大，水平井表皮因子逐步下降，且下降幅度减小，同时水平井产量逐渐增加，且增加幅度越来越大。分析其原因，当孔密较小时，孔眼与孔眼之间距离较远，相互之间干扰较小，因此，孔密增加带来的增产效果非常明显；当孔密较大时，孔眼与孔眼之间的干扰增大，一定程度上抵消了增加孔眼密度带来的增产效果。同时，从图3还可以看出，当孔密较小时（小于15孔/m），相位角180的表皮因子最低，相应的产量最高；当孔密较大时（大于15孔/m），相位角45和90明显优于相位角180。2.4孔径为了研究孔径对射孔完井水平井产量的影响，分别计算相位角180，90，45，不同孔径下水平井的表皮因子及产量，结果如图4所示。从图4可以看出，随着孔径的增大，水平井表皮因子呈对数下降趋势，同时水平井产量相应呈上升趋势。当孔径较大时，不同相位角对水平井产量的影响很大，但对于目前常用的127弹和102弹而言，相位角为90和45的情况下，水平井产量相差不大。图4孔径对水平井表皮因子及产量的影响2.5射开程度由于水平井具有很长的生产井段，为了节约成本，有时采用不全部射开的完井方式进行投产。为了研究不同射开程度对水平井产量的影响，选择分散射孔、一侧射孔和中心射孔3种射孔方案，分别研究射开程度为20%，40%，60%，80%，100%条件下水平井的产量情况，假设相位角为45，计算结果如图5所示。图5射开程度对水平井产量的影响从图5可以看出，分散射孔方案优于中心射孔方案和一侧射孔方案。对于分散射孔方案，射开程度越高，水平井产量越高，但产量的增加幅度减缓，当射开程度大于60%后，增加射开程度带来的增产效果并不明显。中心射孔和一侧射孔2种方案有着明显的缺陷，必须选择较大的射开程度，才能获得较高的产量。因此，选择合适的射孔方案和射开程度对水平井产量有着至关重要的影响。射孔方案选择得好，即使射开程度较小，也可以达到理想的生产效果。522第18卷第4期安永生，等.射孔完井参数对水平井产量的影响3结论1）结合射孔完井表皮因子模型和水平井产能预测半解析模型，对不同射孔参数对水平井产量的影响进行了分析。2）为了达到较好的生产效果，孔深必须大于污染带半径，应在选择合理的孔深、孔密、孔径后，选择最优的相位角大小。3）选择最优的射孔方案和射开程度对水平井产量有着至关重要的影响。射孔方案选择得好，即使射开程度较小，也可以达到理想的生产效果。参考文献1熊明友，潘迎德.各种射孔系列完井方式下水平井产能预测研究J.西南石油学院学报，1996，18（2）：56-62.Xiong 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