SPE 17580

水平井的产能预测摘要这篇论文概述了水平井的产能预测方法，它们是以解析解和数值模拟结果的相关性为基础的，适用于单相流，溶解气驱，天然裂缝和底水驱动油藏。这些预测方法可以用作水平井钻井前景的初始评价。水平井可以看作一个受控制的有限高度的无限导流垂直裂缝。因此，本文比较了有限、无限导流和均匀流量裂缝的水平井产能。究竟是选择水平井还是增产的垂直井应该考虑与增产方法和水平井钻进相关的压裂经历和费用。绪论在过去八年，水平井钻进的技术有了明显的提高。目前，各种商业技术可以用于水平井钻进。表1例举出这些技术，以转向半径进行的分类。转向半径定义为一个井的曲率半径，将井从垂直转向水平方向。水平井通常是新井，长度达到300m（1000英尺）到1000m（3000英尺）。水平井的钻进通常是以现有的垂直井为基础，长度一般是50米到200米（150到170英尺）。这篇论文中水平井适用于以上两种完井方式除非另有说明。从储层的角度讲，一个水平井代表一个受控制的垂直裂缝，裂缝的高度和井眼直径相等。并且，水平井提供了一个无限导流通道，即在井眼内从一端到一端的的压力下降是极小的。相反地，在一个常规裂缝水平井的作业中，实现无限导流是十分困难的。此外，导流率可能随着时间下降，引起产能的递减。未来，水平井和压裂技术将相互竞争。而且，本文包括增产的垂直井和水平井的产能比较。这种比较限制于小型油气藏中，即储层厚度可达50米。图1是水平井的示意图，水平井完全穿透了裂缝和诱导裂缝。与垂直井相比，水平井在控制储层中气和水的锥进问题上有明显的优势，其中压裂可能施加潜在的问题。增产方式中裂缝高度和方向的控制是困难的。压裂方法可能会使气顶沟通底水，引起采收率的下降。相反，目前在钻井技术上的进步，给储层内的水平井位置提供了相当好的垂向（深度）控制。这样，在有气顶和底水的油藏中，水平井可以钻在合适的位置减少锥进的问题。水平井产能稳态流，单向流，很多学者已经提出计算水平井产能的方程。下面的方程可以用于评价水平井中稳态油生产。2/12)2/)2/(()/(000535.02220whhhrhLhLLaaInBphkq(1)Or2/12/2/2/)/(000535.0222220whhhrhLhLLaaInBphkq(2)ForLh当vhkk/，hk是水平渗透率（mD)，vk是泥饼的垂向渗透率(mD)，h是油藏厚度（m），是粘度（cp),p是压降（kpa),0B是原油的体积系数（33/mm），hq是流动速率（daym/3），1代表油层中部高度到水平井位置处的垂向距离。a定义为：5.04,/20.5L/2Lrahe(3)方程（2)的导出比方程（2）更加严谨；然而，用两个方程计算的产能指数（pq/）之间的差别小于14%当L0.4h.在均质油藏中（vhkk），方程（1）和方程（2）得到的结果相同。在非均质油藏中（vhkk），方程（2）计算的结果较方程（1)高些。然而，两个方程都不能达到工程设计的目标。在本文剩下部分，均使用方程（2)除非有其他说明。剩下的讨论都是基于单向流，除非有特别的说明。有效井眼半径和表皮系数对于垂直井，增产措施会引起产量的提高。与常规和未实施增产措施的井相比，负表皮系数和较大的井眼半径表征井的增产。表皮系数和有效井眼半径的关系定义为：)(swweerr（4）上述关系适用于稳态流，无限大储层中的拟径向流和有边界储层中的拟稳定流。稳态流的条件下，我们可以通过假设以下条件计算出水平井的等效垂直井眼直径：1）相等的排泄口体积，veherr,,；2）相等的产能指数hpq)/(=v/(）pq。通过上面假设，得到：LhwhewerhaLaLrr/2,22/2/112/（5）而且，我们可以用以下方程去比较稳态条件下的水平井和垂直井的产能指数比：5.0)/(5.0)/(/,,wehewveVhrrInrrInJJ（6）当herh,8.1LL和拟稳态条件下的水平井和垂直井的产能指数比表述如下：5.0/5.0)/(/J,,wehewvevhrrInrrInJ（7）在上面的方程中，产能指数是基于排泄口和井眼之间的压降。另一个方程表达如下，产能指数J是基于平均油藏压力和井眼间的压力差：75.0)/(75.0)/(/J,,wehewvevhrrInrrInJ（8）方程（7）和方程（8）也适用于herLh,8.1L和水平井和未增产的垂直井间的比较这部分包括水平井和未增产的垂直井间的比较。这种比较适用于32.08*10^4m2(80英亩）的排泄面积。针对不同厚度和kv/kh比值的油藏，产能的提高在表II中列出。而且，图像2表示油藏厚度对产能比的影响，图像3表明渗透率比对产能比的影响，kv/kh。正如图像2和图像3所示，水平井在薄油藏和高的垂向渗透率油藏中是有效的。利用方程（7）和方程（8)可以进行拟稳态条件下的产能指数比较。水平井和增产的垂直井间的比较世界上大多数的油气生产井都是实施过增产措施的。大多数的井最初都表明伤害是由于泥浆和其他钻井液的侵入引起的。井一般是通过酸化进行初步清理。井也会通过使用酸压或者用于支撑裂缝的支撑剂进行压裂。虽然诱导产生无限导流裂缝是理想的情况，实际上是很难获得的，即使是当支撑剂被使用时。大多数的裂缝都表现为有限导流。无因次裂缝导流能力，FCD定义：fformffxkbk/FCD（9）当fk是裂缝的导流渗透率（mD),bf是裂缝宽度（m),formk是地层导流渗透率（mD),fx是半裂缝长度（m),2/Lxf通常，裂缝导流能力可能会随着时间降低。这是因为随着时间闭合压力在增加当油藏压力在耗尽时。增加的闭合压力对裂缝导流能力的影响在图像4中说明。目前的研究记录了随着时间裂缝导流能力的下降，也在图4中有所表示。相反地，原则上，水平井提供一个几乎永远的无限导流通道。正如本文上面提到过的，水平井代表了高度和井眼直径相等的裂缝。在诱导裂缝中，控制裂缝高度是十分困难的。靠近井筒，裂缝可能穿透整个油藏高度，然而，远离井筒，裂缝高度的下降会引起三角形系数（见图1）。处于比较的目的，裂缝的部分穿透造成的影响可以被忽视。目前的钻进技术对水平井的方向有相当好大的控制。大多数的钻进技术提供了好的深度控制（05），横向控制在几度内（0203到），取决于所用的钻进技术和沿井眼轨迹所进行的定向研究。在另一方面，压裂中没有定向控制，而且，如果一个储层没有被坚硬的岩石和页岩在垂向上充满，裂缝限制将是一个问题。对于给定的压裂作业容积中，很多裂缝在井筒附近是较大的高度和有限的储层穿透。这可能在薄储层中是个潜在的问题。然而，在受薄储层限制的水平井中，产生长裂缝是容易的。水平井和排泄口钻进的费用取决于储层岩石类型，深度，使用的钻进技术，水平井区域的长度和井的位置。水平井钻进的费用是垂直井费用的1.2到2倍。水平井钻进的额外费用和在沿海和寒冷环境下的垂直井相比并不明显。传统上，对于排泄口，在美国的费用从130,000美元到500,000美元，取决于井的的深度和位置。增产措施的费用取决于储层岩石类型，深度，位置和支撑剂类型。近海的井，一项增产作业很容易达到200,000美元或者更多。这样，增产和水平钻进的费用是可以相提并论的。在本文中，水平井和具有相同长度的全穿透裂缝进行比较。这种比较是基于稳态条件下水平井和压裂垂直井的产能指数。这种比较适用于排泄口面积是32.38*10^42m(80英亩），下列的变量:储层渗透率：0.1,1,5，和10（mD)水平井和裂缝长度：20到480m储层厚度：10到50m垂向和水平渗透比率，kv/kh：0.1到1裂缝类型：无限导流和有限导流中300,70,36ffbk，和1040md-m水平井和压裂垂直井的比较限在480米内。钻超过500米的水平井是可能的。相反地，大多数的裂缝长度普遍是20到60米。然而，大型压裂可以产生一般长度达240米的裂缝（mLmxf480,240），以上标注的有限导流数值是基于不同的增产措施类型。通常情况下，各种压裂作业下的裂缝导流能力可以被表示为：酸化压裂是mmDbkff.36；Jordan砂是ffbk=70mD.m;预固化树脂覆膜砂是ffbk=300mD.m；莫来石是ffbk=1040mD.m（20/40中等强度）。对于给定的增产措施，裂缝长度和储层渗透率，无量纲裂缝导流能力（CDF)是可以计算出的。若CDF数值比0.1大，图5用来计算压裂中的有效井筒半径，wer。若CDF数值小于0.1，下面的方程可以用来计算有效井筒半径。formffwekbkr2807.0（10）在给定地层在一定增产措施下，指出CDF随着裂缝增长而降低是十分重要的。正如在图5所示，减小的CDF导致fwexr/的减小。这说明，当然，较长的裂缝可以产生更多较短的裂缝；然而，裂缝导流能力会随着裂缝变得越长而降低。水平井和增产的垂直井之间的产能比较图6到图9表示在20m的厚油藏中水平井在不同增产措施下的比较。这四个图表示地层渗透率在0.1,1,5和10mD下的比较。每个图有8个曲线。四个曲线代表4种不同的有限导流的裂缝包括ffbk=36,700,1400和2800mD.m。水平井的三个曲线代表三种不同的渗透率比，即hvkk/=0.1,0.5和1.0。从比较的目的，每个图也包括一个无限导流裂缝情况。虽然很难获得。无限导流表明产能的提高具有的上限。假设所有的裂缝是全穿透，然后，压裂产能与油藏高度没有关系，同时水平井的产能很大程度上依赖于油藏高度，h，和渗透率比，hvkk/。图6表示对于地层渗透率为0.1mD，hvkk/0.5的水平井的产能低于裂缝为ffbk700mD.m的井。如果裂缝长度大概为50米，无论使用的压裂方法，增产的垂直井产能大概是是增产垂直井产能的2.2倍。为了获得水平井的产能超过为增产垂直井的3倍，条件是200.230和315m长的水平井需要hvkk/=1,0.5和0.1。相似的比较和趋势可以在图6到图9中得到。很清楚，如果地层渗透率大于1mD,hvkk/0.1,超过200m长得水平井将比常规增产措施下（fx=25到50m）下会的更多的产能.图9表明在一个渗透率为10mD的油藏中，大多数考虑的增产措施并不会提高产能当裂缝长度大于50米（fx=25）.然而，200到300米的水平井的产能可以使为增产垂直井的2.5到3.8倍，这依赖于井的长度和hvkk/比值。所以很明显水平井是可以与常规增长下的垂直井相比较的，特别当地层渗透率大于1.0mD.出于比较的目的，图9也包括均匀流量下裂缝的曲线。大体上，统一流量的裂缝产能低于无限导流裂缝产能的30%。在很多环境下，水平井可能比统一流量的裂缝更好，特别当油藏的渗透率大于1mD时。图10到图13表明不同压裂措施和具有不同高度下水平井的产能比较。这四个图表明地层渗透率为0.1,1,5和10mD下的产能；hvkk/=1和储层高度为10,30和50m下的水平井产能。在曲线中水平井产能独立于储层高度，这是假设裂缝是全穿透的。图10到图13表明水平井在10米的厚储层中产能大于50米的厚储层。这些图也表明水平井的产量高于渗透率大于1mD储层下各种压裂措施下的产能。在低渗透率（formk1mD）油藏和厚储层中，考虑压裂和水平井钻进的长度限制是十分重要的。在厚地层中，很难生产长裂缝，但是钻进400到500米或者更长的水平井是很容易的。列如，渗透率为0.1mD的厚油藏中，如果裂缝长度限制于50米，水平井的产能提高到超过垂直井大概2.25倍，不管增产措施下的ffbk的大小（见图10）。然而，400米的水平井产能是在hvkk/=0.1,0.5和1.0下分别是垂直井的2.2,3.18和3.56倍（见表III）。所以，甚至在低渗透储层中，长水平井比增产措施下的垂直井的产能更高。表III中水平井和不同增产措施下垂直井