水平井油气层保护技术.pptx

n与直井相比，水平井与油气层接触的时与直井相比，水平井与油气层接触的时间和面积要大得多，油气层损害是影响油气间和面积要大得多，油气层损害是影响油气井产能更重要的因素。并且水平井在计算表井产能更重要的因素。并且水平井在计算表皮系数时必须考虑渗透率的各向异性指数，皮系数时必须考虑渗透率的各向异性指数，因此在研究方法和保护措施方面有许多不同因此在研究方法和保护措施方面有许多不同之处。之处。第1页/共141页计算钻井液侵入储层深度的数学模型及其应用计算钻井液侵入储层深度的数学模型及其应用 1计算钻井液中固相颗粒侵入储层深度的数学模型计算钻井液中固相颗粒侵入储层深度的数学模型 水平井储层损害机理水平井储层损害机理水平井产能的影响因素水平井产能的影响因素 主要内容主要内容水平井储层损害程度的室内评价方法水平井储层损害程度的室内评价方法 水平井完井液技术水平井完井液技术水平井油气层损害矿场评价技术水平井油气层损害矿场评价技术234578水平井氧化解堵技术水平井氧化解堵技术6第2页/共141页（一）水平井储层损害特点：（一）水平井储层损害特点：1 1、水平井、大斜度井储层损害时间长、水平井、大斜度井储层损害时间长;2 2、钻井液完井液对储层的损害程度大、钻井液完井液对储层的损害程度大;3 3、损害带半径可能占产层厚度的很大部分、损害带半径可能占产层厚度的很大部分;4 4、侧向研磨造成的储层损害、侧向研磨造成的储层损害;5 5、垂直渗透率损害，即各向异性损害、垂直渗透率损害，即各向异性损害;6 6、储层裂缝和微裂缝的损害。、储层裂缝和微裂缝的损害。一、水平井储层损害机理一、水平井储层损害机理 第3页/共141页a岩样矿物组成分析岩样矿物组成分析岩样矿物组成分析表岩样矿物组成分析表岩样号岩样号岩岩性性粘土矿物相对含量粘土矿物相对含量粘土矿物粘土矿物含量含量()高龄石高龄石绿泥石绿泥石伊利石伊利石伊蒙混层伊蒙混层混层比混层比(K)(Ch)(I)(I/S)(S)1234砂岩砂岩砂岩砂岩砂岩砂岩砂岩砂岩43.613.24.938.38043.026.96.723.46061.119.25.017.45541.426.16.526.0553.53.03.53.0可见，该断块的岩样主要由非粘土矿物组成；在粘土矿物的组成中，高岭石的可见，该断块的岩样主要由非粘土矿物组成；在粘土矿物的组成中，高岭石的含量最大。可推测，该储层潜在的损害机理含量最大。可推测，该储层潜在的损害机理主要为微粒运移和粘土矿物水化膨胀主要为微粒运移和粘土矿物水化膨胀。选择王官屯地区官选择王官屯地区官905断块储层对水平井的储层损害机理断块储层对水平井的储层损害机理进行了研究。包括：速敏性、水敏性和正反向流动实验等。进行了研究。包括：速敏性、水敏性和正反向流动实验等。（二）损害机理研究实例（二）损害机理研究实例第4页/共141页b流速敏感性评价流速敏感性评价各岩样的各岩样的ko和和Vo测定数据表测定数据表岩样号岩样号干重干重湿重湿重kVc(g)(g)()()(cm/s)1-1V2-2H3-1V3-2H4-1H4-3H4-6V47.535251.045114.160.019/48.60451.889413.750.02351.3410-429.354331.127612.0460.05151.4410-437.30639.516811.780.119.1210-436.282638.741713.500.0324.3510-428.895430.805713.310.0212.5310-431.549733.271010.860.017对于同一块岩心，总是水平方向的临界流速大于垂直方对于同一块岩心，总是水平方向的临界流速大于垂直方面的临界流速面的临界流速。该断块储层具有较低的临界流速，即储层的该断块储层具有较低的临界流速，即储层的损害程度对损害程度对流体流速相当敏感流体流速相当敏感。第5页/共141页41H岩样的正反流动图岩样的正反流动图4-3V岩样的正反向流动图岩样的正反向流动图当流体流动方向刚从正向转为反向时，岩样渗透率产当流体流动方向刚从正向转为反向时，岩样渗透率产生了波动，这是由于在正向流动速度超过生了波动，这是由于在正向流动速度超过Vc时，造成微粒时，造成微粒在孔隙喉道中运移，解除或增加在孔隙喉道中运移，解除或增加“桥堵桥堵”，使流体流过岩，使流体流过岩样时的渗透率突然改变。样时的渗透率突然改变。c正反向流动实验正反向流动实验第6页/共141页图图3-33-1V岩样的正反流动图岩样的正反流动图可见，三个岩样存在微粒运移对储层的损害。可见，三个岩样存在微粒运移对储层的损害。第7页/共141页d水敏性评价水敏性评价 经测定，经测定，46V岩样的水敏性指数岩样的水敏性指数Iw为：为：可见，对储层岩石矿物组成的分析和对储层岩样进行岩心流可见，对储层岩石矿物组成的分析和对储层岩样进行岩心流动实验的评价结果是吻合的。对于该地区的低渗块状砂岩储层来动实验的评价结果是吻合的。对于该地区的低渗块状砂岩储层来说，说，微粒运移和粘土矿物水化膨胀是引起储层损害的主要机理。微粒运移和粘土矿物水化膨胀是引起储层损害的主要机理。Iw0.9，故，故该储层属于该储层属于水敏性极强水敏性极强的储层。的储层。第8页/共141页u在清除滤饼后，所有钻井液、完井液都遗留一层极细的在清除滤饼后，所有钻井液、完井液都遗留一层极细的剩余固相层，这是损害储集层的主要因素剩余固相层，这是损害储集层的主要因素研磨性损研磨性损害。害。u固相层一般厚固相层一般厚50200m，覆盖在井壁表面。，覆盖在井壁表面。u钻井模拟器试验证明，污斑进入岩心深约钻井模拟器试验证明，污斑进入岩心深约14cm，使井，使井壁表面厚约壁表面厚约3mm地层的渗透率受到严重影响。地层的渗透率受到严重影响。u固相层的影响程度取决于储集层原始渗透率和所含流体固相层的影响程度取决于储集层原始渗透率和所含流体组成、相态特征。组成、相态特征。（三）损害规律（三）损害规律第9页/共141页u能否用压降法来消除钻井引起的储集层损害，取决于能否用压降法来消除钻井引起的储集层损害，取决于其原始渗透率。下面渗透率范围，采用压降法消除损其原始渗透率。下面渗透率范围，采用压降法消除损害是可能的：害是可能的：u 含天然气岩心的原始渗透率不小于含天然气岩心的原始渗透率不小于110-3m2u 含油岩心的原始渗透率不小于含油岩心的原始渗透率不小于50010-3m2u微粒运移、固相颗粒堵塞是主要损害方式。微粒运移、固相颗粒堵塞是主要损害方式。u井下工具堵塞亦不容忽视，钻具井下工具堵塞亦不容忽视，钻具泥饼泥饼岩面作用。岩面作用。u液锁或水锁损害，对裂缝性致密气层尤为显著。液锁或水锁损害，对裂缝性致密气层尤为显著。u损害带分布形态：理想均质地层，非均质储层。损害带分布形态：理想均质地层，非均质储层。第10页/共141页二、水平井产能的影响因素二、水平井产能的影响因素 为了充分发挥水平井钻井和开采技术的经济效益，有必要对储层为了充分发挥水平井钻井和开采技术的经济效益，有必要对储层厚度、水平段长度、非均质性、水平井的偏心距及地层损害等影响水厚度、水平段长度、非均质性、水平井的偏心距及地层损害等影响水平井产能的各种因素深入研究。平井产能的各种因素深入研究。1、水平井产能的计算、水平井产能的计算 关于水平井产能的计算，关于水平井产能的计算，Borisov、Giger、Joshi以及以及Renard等曾等曾分别给出了预测稳定流动状态下产能的各种计算方法，其计算公式分别为：分别给出了预测稳定流动状态下产能的各种计算方法，其计算公式分别为：Borisov Giger第11页/共141页Joshi Renard等等X2a/L（泄油面积为椭圆形）（泄油面积为椭圆形）第12页/共141页2、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 当我们在考察某油层是否可通过钻水平井来提高油气的产能时，当我们在考察某油层是否可通过钻水平井来提高油气的产能时，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，通过钻水平井可以获得多大的产能增量。钻水平井可以获得多大的产能增量。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。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。对于未增产直井，采油指数的计算公式为：对于未增产直井，采油指数的计算公式为：第13页/共141页 图图4-1 为为Joshi给出的稳定流状态下，均质储层中水平井产能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。随储层厚度的变化。图图4-1油层厚度对水平井和直油层厚度对水平井和直井产能指数比的影响井产能指数比的影响 由图可见，在其由图可见，在其它参数一定时，它参数一定时，水平水平井和直井的采油指数井和直井的采油指数之比随储层厚度的增之比随储层厚度的增加趋于下降。加趋于下降。因此，因此，在薄油层中钻水平井在薄油层中钻水平井对提高油气井自身产对提高油气井自身产能具有更重要的意义。能具有更重要的意义。第14页/共141页3、水平段长度对水平井产能的影响、水平段长度对水平井产能的影响 由采油指数的公式可知，常规直井的产能与由采油指数的公式可知，常规直井的产能与k和和h的乘积成正比。在水平井中，的乘积成正比。在水平井中，L取决于工程设计，而取决于工程设计，而并非由储层本身的性质所决定。因此，并非由储层本身的性质所决定。因此，随着随着L的增加，的增加，将有利于提高油井的泄油面积，进而提高产能。将有利于提高油井的泄油面积，进而提高产能。由于水平井具有比直井更大的泄油面积和较高的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，对于面积一定的区块，产能，因此，在油田开发中，对于面积一定的区块，与直井数目相比，只需钻较少的水平井就可以达到与与直井数目相比，只需钻较少的水平井就可以达到与直井相同的开发程度。直井相同的开发程度。第15页/共141页例：计划用例：计划用10口直井开发总面积为口直井开发总面积为1660km2的某油田区块的某油田区块(假设每口直井假设每口直井的有效泄油面积为的有效泄油面积为166km2)。倘若分别改用水平段长度为。倘若分别改用水平段长度为310m或或620m的的水平井开发这片油田，试计算所需钻水平井的数目。水平井开发这片油田，试计算所需钻水平井的数目。解：直井：泄油面积解：直井：泄油面积r2ev=166103km2；rev=230m水平井（通常假定在水平面内泄油面积为椭圆形）：水平井（通常假定在水平面内泄油面积为椭圆形）：a）当）当L310m时时a椭圆长半轴（椭圆长半轴（L/2）+230（310/2）+230385mb椭圆短半轴椭圆短半轴230m泄油面积泄油面积ab385230278km2；1660/2786b)当当L620m时，时，a椭圆长半轴（椭圆长半轴（L/2）+230（620/2）+230540mb椭圆短半轴椭圆短半轴230m泄油面积泄油面积ab540230390km2；1660/3904 从计算结果可知，相同的泄油面积，可以用从计算结果可知，相同的泄油面积，可以用6口长口长310m或或4口长口长620m的水平井取代的水平井取代10口直井，从而减少了需钻的井数，带来可观的经济效益。口直井，从而减少了需钻的井数，带来可观的经济效益。举例：举例：第16页/共141页4、渗透率各向异性对水平井产能的影响、渗透率各向异性对水平井产能的影响 上面水平井产能计算公式仅适用于渗透率各向同性储层的计算。上面水平井产能计算公式仅适用于渗透率各向同性储层的计算。实际上，许多储层都存在不同程度的各向异性，为此，实际上，许多储层都存在不同程度的各向异性，为此，Joshi和和Renard等分别对水平井产能的计算方法进行了修正。等分别对水平井产能的计算方法进行了修正。式中，式中，储层渗透率各向异性指数；储层渗透率各向异性指数；rw（1+）/（2）rw Joshi的方法：的方法：Renard等，等，第17页/共141页 在砂岩储层中，由于常含有页岩夹层，表现出明显的各向异性，通常在砂岩储层中，由于常含有页岩夹层，表现出明显的各向异性，通常认为多数砂岩储层的认为多数砂岩储层的3左右。左右。图图4-2渗透率各向异性指数和储层厚渗透率各向异性指数和储层厚度对水平井和直井产能的影响度对水平井和直井产能的影响图中曲线表现出两个明显的变化趋图中曲线表现出两个明显的变化趋势：势：一是地层的渗透率各向异性的指数一是地层的渗透率各向异性的指数越高，水平井相对于直井的采油指数比越高，水平井相对于直井的采油指数比越小；越小；二是储层越厚，水平井受储层二是储层越厚，水平井受储层值值的影响越大。的影响越大。当当1时，储层表现为完全的各向时，储层表现为完全的各向同性；同性；0.25时，这类储层很适合于钻时，这类储层很适合于钻水平井水平井；3的储层，未增产，水平井表现的储层，未增产，水平井表现不出明显的经济效益。不出明显的经济效益。第18页/共141页 储层渗透率的各向异性指数和储层厚度对储层渗透率的各向异性指数和储层厚度对水平井产能的影响是相互关联的。因此，水平井产能的影响是相互关联的。因此，在对在对水平井与水力压裂直井进行比较时，一个更为水平井与水力压裂直井进行比较时，一个更为有效的参数是有效的参数是h。并定义并定义Xf为与水平井产能相为与水平井产能相同时水力压裂直井的等效裂缝长度，同时水力压裂直井的等效裂缝长度，Xf与与h的的关系见下图关系见下图4-3。第19页/共141页图图4-3达到水平井产能时直井的等效裂缝半长度达到水平井产能时直井的等效裂缝半长度Fcd为无因次裂缝导流能力，其计算式为：为无因次裂缝导流能力，其计算式为：Fcd（kfw）/（khXf）式中，式中，kf裂缝渗透率，裂缝渗透率，10-3m2；w裂缝宽度，裂缝宽度，m。第20页/共141页从图中可以得到下面两个重要的结论：从图中可以得到下面两个重要的结论：（1）h30.5时，对于时，对于Fcd10的直井，可以取代的直井，可以取代一口长一口长610m的水平井；的水平井；（2）当）当H一定时，提高一定时，提高值，只需要较低的值，只需要较低的Fcd值或值或较低的较低的Xf值，水力压裂直井便可达到与一口长值，水力压裂直井便可达到与一口长610m的水的水平井相同的产量。平井相同的产量。第21页/共141页5、偏心距对水平井产能的影响、偏心距对水平井产能的影响 下图为垂直平面内水平井偏心的示意图：下图为垂直平面内水平井偏心的示意图：水平井偏心示意图水平井偏心示意图Joshi推导了在偏心情况下，水平井产能的计算公式。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对于渗透率各向同性的储层h/2第22页/共141页对于渗透率各向异性的储层：对于渗透率各向异性的储层：h/2式中，式中，水平井的偏心距水平井的偏心距,m；其余参数的意义同前。其余参数的意义同前。可见，当其它参数一定时，若可见，当其它参数一定时，若0，即井位居于储层中部时，即井位居于储层中部时，水平井产能最大。水平井产能最大。由于由于处于对数项中，因此，相对于其它参数，它对产能的影处于对数项中，因此，相对于其它参数，它对产能的影响较小。响较小。第23页/共141页偏心距对水平井产能的影响偏心距对水平井产能的影响可见，随着可见，随着值的增值的增大，大，Jh值仅略有下降；值仅略有下降；此外，增大此外，增大L/H值可值可以减轻井偏心对产能的影以减轻井偏心对产能的影响。只有当响。只有当Lh2或或0.52h时，井偏心才时，井偏心才对水平井的产能产生不可对水平井的产能产生不可忽视的影响。忽视的影响。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，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。减小锥进趋势，提高油将油井设计在远离气顶或底水的位置上。减小锥进趋势，提高油气井产量。气井产量。第24页/共141页6、地层损害对水平井产能的影响、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，钻与垂直井相比，由于水平井在油层内的钻进时间较长，钻(完完)井井液与储层的接触面积较大，故在相同的储层和同样钻井条件下，水液与储层的接触面积较大，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。会更大。水平井的流动效率是反映地层损害对水严井产能影响的一个重水平井的流动效率是反映地层损害对水严井产能影响的一个重要参数。所谓流动效率是指在相同条件下，油层受到损害之后的实要参数。所谓流动效率是指在相同条件下，油层受到损害之后的实际采油指数际采油指数(Jh，d)与未受损害的理想采油指数与未受损害的理想采油指数(L)之比。之比。第25页/共141页Renard等人提出了如下水平井流动效率的计算式：等人提出了如下水平井流动效率的计算式：式中，式中，Sh为水平井的表皮系数。为水平井的表皮系数。Sh（h/L）Sv 上式表明，当储层未受损害（即上式表明，当储层未受损害（即Sh=0）时）时,Eh1；当储层被钻井液；当储层被钻井液等流体损害后，等流体损害后，Eh1。如下表所示。如下表所示。储层受损害程度越大，储层受损害程度越大，Eh值越小。值越小。第26页/共141页表表4-1 表皮系数对流动效率的影响表皮系数对流动效率的影响SL=100mL=400m=1=2=3=4=5=1=2=3=4=510.940.910.880.860.820.980.970.950.930.9050.760.660.600.540.480.920.860.810.730.63100.610.490.430.370.320.850.750.680.580.46200.440.330.270.230.190.740.600.510.410.30可见，表皮效应的大小是影响流动效率的重要因素，但它并不可见，表皮效应的大小是影响流动效率的重要因素，但它并不是唯一的影响因素；是唯一的影响因素；当当S及其它因素一定时，随着及其它因素一定时，随着值的增大，流动效率趋于减小，值的增大，流动效率趋于减小，从而加剧了对流动效率的影响。当表皮系数较大时，从而加剧了对流动效率的影响。当表皮系数较大时，的影响也更大的影响也更大些。些。第27页/共141页图图4-6水平井流动效率与表上系水平井流动效率与表上系数、数、值间关系值间关系当当S值一定、值一定、值较小值较小(1.14)时，水平井的流时，水平井的流动效率明显大于直井；动效率明显大于直井；当当值增至值增至3.5时，直井时，直井和水平井的流动效率已接近和水平井的流动效率已接近相等；相等；继续增加继续增加值至值至10，水，水平井的流动效率将小于直井平井的流动效率将小于直井的流动效率。的流动效率。第28页/共141页abcd影响水平井影响水平井产能的因素产能的因素主要包括：主要包括：储层厚度、储层厚度、水平段长度、水平段长度、储层渗透率储层渗透率各向异性指各向异性指数、偏心距数、偏心距和地层损害和地层损害的程度。的程度。地层损害是地层损害是影响主要因影响主要因素素，值的值的影响也不能影响也不能忽视，尤其忽视，尤其当当L值较小值较小时，过高的时，过高的值将明显值将明显降低水平井降低水平井的产能的产能。在提高油气在提高油气井产能的同井产能的同时，将在一时，将在一定程度上减定程度上减轻其它因素轻其它因素对产能带来对产能带来的不利影响的不利影响，如如值较高、值较高、S值较大，及值较大，及井偏心等。井偏心等。水平井适合水平井适合开发薄储层、开发薄储层、具有水锥或具有水锥或气锥的储层，气锥的储层，以及具有较以及具有较高垂向渗透高垂向渗透率率(或较小或较小值值)的储层，的储层，如天然裂缝如天然裂缝性油气藏。性油气藏。7、结论、结论总的来看，总的来看，井井偏心对水平井偏心对水平井产能的影响较产能的影响较小，小，并取决于并取决于储层类型。对储层类型。对于具有封闭顶、于具有封闭顶、底边界的储层，底边界的储层，井位居中时产井位居中时产量最大。量最大。e第29页/共141页n对于水平井来说，储层中的油气向井眼内渗流具有对于水平井来说，储层中的油气向井眼内渗流具有三维渗流特点，因而受到储层渗透率在各方向上的非均三维渗流特点，因而受到储层渗透率在各方向上的非均一性，即所谓一性，即所谓各向异性各向异性()的影响的影响。对于大多数油气藏来对于大多数油气藏来说，平均水平渗透率是垂向渗透率的说，平均水平渗透率是垂向渗透率的910倍。倍。n当完当完(钻钻)井液损害水平井储层时，完（钻）井液向储井液损害水平井储层时，完（钻）井液向储层内部的渗透也呈三维渗透，从而导致储层渗透率在各层内部的渗透也呈三维渗透，从而导致储层渗透率在各方向的损害程度互不相同。方向的损害程度互不相同。在直井中，储层内油气向井眼内渗流属于径向渗流，其渗流能在直井中，储层内油气向井眼内渗流属于径向渗流，其渗流能力的大小主要取决于力的大小主要取决于生产压力梯度和水平平面上的渗透率。三、水平井储层损害程度的室内评价方法三、水平井储层损害程度的室内评价方法第30页/共141页 水平井又具有油层井段长，渗流阻力小，水平井又具有油层井段长，渗流阻力小，泄流面积大等特点，完（钻）井液对储层损害后，泄流面积大等特点，完（钻）井液对储层损害后，损害带对水平井产能的影响将比直井更为严重。损害带对水平井产能的影响将比直井更为严重。因此，在本研究中，利用建立的数学模型，因此，在本研究中，利用建立的数学模型，并综合考虑渗透率变化的各向异性、损害带半径、并综合考虑渗透率变化的各向异性、损害带半径、以及水平井段长度等各种因素的影响，建立水平以及水平井段长度等各种因素的影响，建立水平井储层损害的评价方法。井储层损害的评价方法。第31页/共141页n由于水平井三维渗透流特点的存在，使水平井储层渗透率的由于水平井三维渗透流特点的存在，使水平井储层渗透率的各向异性成为决定水平井产能的一个重要因素。各向异性成为决定水平井产能的一个重要因素。a a各向异性指数的测定各向异性指数的测定渗透率各向异性指数（渗透率各向异性指数（）被定义为：）被定义为：1、渗透率向各向异性指数的测定和表皮系数的计算、渗透率向各向异性指数的测定和表皮系数的计算第32页/共141页 在评价水平井储层损害时，应首先使用在评价水平井储层损害时，应首先使用该井岩心分别测定水平平面上两个互相垂直方该井岩心分别测定水平平面上两个互相垂直方向渗透率和垂直于水平平面方向上的渗透率。向渗透率和垂直于水平平面方向上的渗透率。分别使用大港油田女分别使用大港油田女MH1水平井的邻井水平井的邻井女女K5962井和大港油田官井和大港油田官H1、官、官H2水水平井的邻井岩心平井的邻井岩心 图图5-1测定水平和垂向渗透率的测定水平和垂向渗透率的岩样取向示意图岩样取向示意图第33页/共141页表表5-15-1垂向渗透率各向异性测定值垂向渗透率各向异性测定值参数井号 Kx Kx K v K h (2)(2)(2)(2)女K59-62官H-1邻井官H-2邻井2.2810-2 3.210-2 1.310-2 2.710-2 1.32.03.110-2 3.310-2 1.710-2 3.110-22.0 3.510-2 0.1 1.69 1.3910-2 9.310-2 2.58n由于可将不平井近似地看作直井的压裂裂缝，故垂向渗透率下降（即由于可将不平井近似地看作直井的压裂裂缝，故垂向渗透率下降（即值增大）时，此时油气从水平井眼垂直流入井中，需要更大的压降，从值增大）时，此时油气从水平井眼垂直流入井中，需要更大的压降，从而造成水平井生产能力下降（图而造成水平井生产能力下降（图5-2）。）。第34页/共141页图图5-2渗透率各向异性指数对水平井产能的影响渗透率各向异性指数对水平井产能的影响 当当较小时，与经过较小时，与经过压裂的直井相比，水平井压裂的直井相比，水平井的采油指数较大，而当的采油指数较大，而当较大时，水平井的采油指较大时，水平井的采油指数将减小。数将减小。因此，相对水平渗透因此，相对水平渗透率来说，垂向渗透率的大率来说，垂向渗透率的大小是预测水平井产能和判小是预测水平井产能和判断用水平井开采油气是否断用水平井开采油气是否有效时所必须考虑的一个有效时所必须考虑的一个十分重要的因素。十分重要的因素。第35页/共141页b b表皮效应表皮效应表皮系数的计算表皮系数的计算S(K/Ks-1)Ln(rs/rw)表皮系数的数学表达式为：表皮系数的数学表达式为：无论对水平井或直井，储层损害无论对水平井或直井，储层损害通常认为是由视表皮效应引起的。通常认为是由视表皮效应引起的。表皮系数越大，油气层受到钻井表皮系数越大，油气层受到钻井液污染一堵塞的程度也越大。液污染一堵塞的程度也越大。第36页/共141页在水平井中，由于井眼长距离地穿过油气层，钻井在水平井中，由于井眼长距离地穿过油气层，钻井液对储层的浸泡时间较长，损害程度较大，采用酸化或液对储层的浸泡时间较长，损害程度较大，采用酸化或压裂等操作来消除表皮效应是比较困难的，并且费用也压裂等操作来消除表皮效应是比较困难的，并且费用也十分昂贵。尤其当十分昂贵。尤其当值很大，垂向渗透率很小时，水平值很大，垂向渗透率很小时，水平井的表皮效应损害对产能的影响将更加显著。井的表皮效应损害对产能的影响将更加显著。由于在水平井中，各个方向上的渗透率值互不相同，由于在水平井中，各个方向上的渗透率值互不相同，以及完井液浸泡水平段各点的时间也互不相等，从而计以及完井液浸泡水平段各点的时间也互不相等，从而计算出的在各个方向上和水平段各点上的表皮系数值也互算出的在各个方向上和水平段各点上的表皮系数值也互不相等，不相等，呈椭圆柱分布形式。呈椭圆柱分布形式。第37页/共141页等价表皮系数的计算等价表皮系数的计算 将这种表皮系数值的大小折合成“等价”表皮系数Seq则可以相对地比较水平并的储层损害程度大小。同时，计算出水平井的等价表皮系数Seq后，还可进而计算出该水平井的流动效率值。同样，同样，SeqSeq值越值越大，储层损害程度也越大。大，储层损害程度也越大。等价表皮系数Seq的表达式如式(29)所示 式中，ah.max水平井中椭圆形损害的水平平面上的最大损害半径，m；rw井眼半径，m；Seq水平井的等价表皮系数，无因次；其余符号的意义同前。测定出水平井的各向异性指数测定出水平井的各向异性指数值和计算出表皮系数值和计算出表皮系数S值后，即可值后，即可进行下述的水平井储层损害评价工作。进行下述的水平井储层损害评价工作。（29）第38页/共141页n Genard、Joshi等研究了非压缩流体在均质、非均质介质中作等研究了非压缩流体在均质、非均质介质中作稳定流动这一假设条件下，得到水平井流动效率（稳定流动这一假设条件下，得到水平井流动效率（Eh）的表达式如）的表达式如下下:n式中，式中，Eh水平井的流动效率，无因次；水平井的流动效率，无因次；L水平井的水平段，水平井的水平段，m；h油层厚度，油层厚度，m；Rw（1+）/2rw，m；rw井眼半径，井眼半径，m；X参数，它取决于某井泄流区域的形状和维数；参数，它取决于某井泄流区域的形状和维数；S水平井的表水平井的表皮系数，无因次。其余符号的意义同前。皮系数，无因次。其余符号的意义同前。2 2、水平井储层损害程度的评价方法、水平井储层损害程度的评价方法a流动效率法流动效率法 流动效率的意义是，在相同产能条件下，油气层受到损害之后的实际采油指数与未受损害的理想采油指数之比。第39页/共141页 当储层未被损害时的流动效率当储层未被损害时的流动效率Eh=1;Eh=1;当储层被钻井液损害后，流动效率当储层被钻井液损害后，流动效率EhEh1 1。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低所致。当应，但也可能是垂向渗透率低所致。当S S和和取不同值时，可计算取不同值时，可计算出它们各自的流动效率值（见表出它们各自的流动效率值（见表5-25-2）。）。表表5-2 5-2 表皮系数对流动效率的影响表皮系数对流动效率的影响SL=100mL=400m=1=2=3=4=5=1=2=3=4=51510200.940.910.880.860.820.760.660.600.540.480.610.490.430.370.320.440.330.270.230.190.980.970.950.930.900.920.860.810.730.630.850.750.680.580.460.740.600.510.410.30注：h=10m，rw0.1m，X2，表中数据均为流动效率（无因次）第40页/共141页从表列数据可知当水平段长度从表列数据可知当水平段长度L L很小或很小或值值很大时，表皮效应的大小是决定流动效率的关很大时，表皮效应的大小是决定流动效率的关键性因素，特别是当键性因素，特别是当L L值很小，并且值很小，并且值很大值很大（或垂向渗透率很低）时，则更是如此；（或垂向渗透率很低）时，则更是如此；反之，当反之，当L L值很大，值很大，值很小时，表皮效应值很小时，表皮效应对流动效率的影响较小；同时还可看出，当其对流动效率的影响较小；同时还可看出，当其它因素一定时，相对水平渗透率来说，随着垂它因素一定时，相对水平渗透率来说，随着垂向渗透率增加，流动效率趋于增加。向渗透率增加，流动效率趋于增加。第41页/共141页b b条件比法条件比法 条件比（CR）是指在储层受到污染与堵塞时，油气井供给半径（泄流半径）之内的平均有效渗透率与远离井底附近地带储层未受到污染与堵塞的有效渗透率之比值。该比值愈接近于1，则表示储层受污染与堵塞的程度愈小。在大多数情况下，水平井所钻遇的储层渗透率都具有各在大多数情况下，水平井所钻遇的储层渗透率都具有各向异性，水平渗透率向异性，水平渗透率Kh几乎都大于垂向渗透率几乎都大于垂向渗透率Kv，则这种储层，则这种储层的平均有效渗透率的平均有效渗透率K1，被定义为：，被定义为：K1（KhKv）1/2第42页/共141页 当完井液对这种各向异性储层产生损害后，储层的平均水平渗透率，平均当完井液对这种各向异性储层产生损害后，储层的平均水平渗透率，平均垂直渗透率和平均有效渗透率可由下式求得：垂直渗透率和平均有效渗透率可由下式求得：K2（KhKv）1/2 (34)（32）（33）式中，Khs储层损害后，损害带内水平方向渗透率，m2；Kvs储层损害后，损害带内垂直方向渗透率，m2；dh完井液滤液在垂直方向的侵入深度，m；dv完井液滤液在垂直方向的侵入深度，Kh储层损害后，储层的平均水平渗透率，mKv储层损害后，储层的平均垂直渗透率，m2；K2储层损害后，储层的平均有效渗透率，m2；其余符号的意义同前。从而可由下式求得条件比CR之值：第43页/共141页c.c.产能比法产能比法 产能比（产能比（PR）是指在相同生产压差的条件下，油气层受到污染与堵塞的产能与未受到污染与堵塞时的产能之比。当油气层未受到污染与堵塞时，PR1.0；而受到其污染与堵塞时，PR1.0。式中，式中，qd水平井受损害后的产能，水平井受损害后的产能，m3/d；qd水平井未受损害时的理想产能，水平井未受损害时的理想产能，m3/d。根据流动效率和采油指数的物理意义，根据流动效率和采油指数的物理意义，qh/qd应与按式（应与按式（30）求得的）求得的Eh相等。从而，我们就可以根据上述方法计算出的相等。从而，我们就可以根据上述方法计算出的Eh、CR、PR值，对值，对水平井的储层损害程度作一定量的描述。水平井的储层损害程度作一定量的描述。第44页/共141页 3 3、水平井与直井的对比、水平井与直井的对比 Genard等人在假定不可压缩流体在均质、非均质的介质中作稳定等人在假定不可压缩流体在均质、非均质的介质中作稳定流动的情况下，导出了直井流动效率的解析表达式如下：流动的情况下，导出了直井流动效率的解析表达式如下：=(37)式中，式中，Ev直井的流动效率，无因次；直井的流动效率，无因次；rev直井泄流半径，直井泄流半径，m；rwe有效井眼半径，有效井眼半径，rwexp(-s),mrw井眼半径，井眼半径，m。（38）在同一区块上，水平井与直井的泄流半径之间存在如下的关系：在同一区块上，水平井与直井的泄流半径之间存在如下的关系：第45页/共141页 利用式（30）、(37)、(38)计算具有相同储层性质、井况和完井液体系的条件下，不同表皮系数的流动值如图5-3所示。图图5-3水平井和直井流动效率的对比水平井和直井流动效率的对比 当当S相同和相同和值较小时，水平井值较小时，水平井的流动效率大于直井；但是当垂向的流动效率大于直井；但是当垂向渗透率降低（渗透率降低（从从1.14增加到增加到3.50）时，水平井的流动效率和同样条件时，水平井的流动效率和同样条件下直井流动效率之间已相差较小；下直井流动效率之间已相差较小；如果垂向涌透率继续降低（如果垂向涌透率继续降低（10），则水平井的流动效率将变得），则水平井的流动效率将变得小于直井的流动效率。小于直井的流动效率。因此，因此，垂向渗透率的大小是决垂向渗透率的大小是决定该储层是否有心要通过打水平井定该储层是否有心要通过打水平井来开采油气所必须考虑的一个重要来开采油气所必须考虑的一个重要因素。因素。第46页/共141页b b产能损失对比产能损失对比产能损失直接反映了因储层损害而造成的经济损失。式中，0原油粘度，mPas；B0原油的地层体积系数，即地下桶数与储罐桶数之比，无因次；其它符号的意义及单位同前。从而，在相同的生产压差下，水平井和直井的产能损失之比值为：根据采油指数和流动效率的物理意义，不难得到：第47页/共141页 从产能损失的角度来看，无论水平井的流动效率是否大于直井，但储层损害对水平井所造成的产能所造成的损失都大于直井。图图5-4水平井和直井的产能损失之比值一表皮系数的关系图水平井和直井的产能损失之比值一表皮系数的关系图注：注：h25m，rw0.1m，L273.28m，X2，rev136.64m 当值较小时（1.41），此比值随表皮系数S的增加而增加；当值增加时（3.50），此比值随表皮系数S的增加幅度变得缓慢；如果值继续增加（10.0），则随着表皮系数的增加，此比值反而逐渐下降。因此，对水平井来说，尽量减小表皮损害，减小产能降低比直井更为重要。第48页/共141页c.c.产能对比产能对比 Renard和Dupuy在稳定流条件下得到了储层损害后水平井的产能qh,d表达式：(42)根据上式并结合流动效率和采油指数的物理意义，得到储层损害后直井的产根据上式并结合流动效率和采油指数的物理意义，得到储层损害后直井的产能能qh,d的表达式：的表达式：(43)将上式各单位换算为国际单位后得到：将上式各单位换算为国际单位后得到：第49页/共141页利用式（42）和（44）计算具有相同储层性质和井况，以及不同表皮系数条件下，水平井和直井的产能值。无论在任何情况下，水平井的产能都无论在任何情况下，水平井的产能都远大于直井的产能，且二者的产能值都随远大于直井的产能，且二者的产能值都随表皮系数的增加呈下降趋势，但水平井的表皮系数的增加呈下降趋势，但水平井的产能的下降幅度远大于直井，特别是各向产能的下降幅度远大于直井，特别是各向异性指数异性指数较大的储层则更是如此。较大的储层则更是如此。第50页/共141页 综上所述，虽然采用水平井来开采油气藏可以获得更大的油气流，综上所述，虽然采用水平井来开采油气藏可以获得更大的油气流，但储层损害对水平井造成的产能损失和所带来的经济损失甚至比直井但储层损害对水平井造成的产能损失和所带来的经济损失甚至比直井更大。因此，对于某一具体的油气藏，在经济效益方面是否有必要用更大。因此