气藏水平井开发适应性评价指标研究

冯益富 原毅蕊

（1.中国石化胜利油田胜利采油厂，山东 东营 257051；2.山东胜利职业学院，山东 东营 257097）

0 引言

水平井相对直井具有明显的优势，表现在可提高单井产能和最终采收率，开发边际储量、薄储层以及复杂掩埋储量，有效解决底水锥进等方面。然而水平井的钻井成本高于直井，一般可以达到直井的两倍以上。因此，如果盲目进行水平井开发，可能最终达不到提高经济效益的目的，这就需要在部署水平井之前，进行充分合理的适应性分析。目前对气藏水平井开发适应性的研究还比较少，需要进一步深入的研究［1-2］。

1 地质条件适应性分析

水平井开发受一些地质条件的限制，如果不满足这些条件，气藏水平井开发效果就不好。在综合国内外经验及目前国内水平井钻井技术的基础上，提出从气藏类型、气藏深度、气层有效厚度、气层各向异性系数、气层厚度与气层各向异性系数的乘积、渗透率和裂缝发育程度等7个方面，衡量气藏水平井开发的地质适应性［3-4］。

1.1 气藏类型

从国内外油气田开发的现场情况看，水平井一般适用于低渗透气藏、高渗透气藏、底水气藏以及天然裂缝性气藏等。

1.2 气藏深度

对深度小于1 000 m的气藏采用水平井开发时，由于钻井技术难度大、曲率小、钻井费用高，一般认为是不合算的。另外，目前水平井井下测试工具适应的最高温度在135℃左右，按3℃／100 m地温梯度推算，适于水平井开发的气藏深度范围为1 000～4 500 m。

1.3 气层渗透率

国内外油气田开发经验表明，气层渗透率小于0.2 mD时，水平井开发效果不显著。因此，特低渗透储层一般情况下不适合水平井开发，而应采用直井压裂方式。

1.4 气层有效厚度

气层有效厚度不能太小，这是由于钻具在油气层中钻进时，有一定的上下波动幅度，水平段井眼轨迹很难控制在较薄的油气层之内。为保证所钻水平井段稳定在油气储层内，一般要求气层有效厚度应大于6 m。但是，随着钻井技术的提高，这个数据有可能进一步减小。

1.5 气层各向异性系数

1.6 气层厚度与各向异性系数的乘积

水平井开发时要同时考虑储层各向异性和储层厚度。如果储层各向异性系数高、有效厚度大，采用直井开发往往比采用水平井开发效果会更好。为保证水平井的增产效果，根据国内外水平井开发经验要求，βh＜100 m。

1.7 裂缝发育程度

在天然裂缝发育的地层中，直井钻遇裂缝的几率很小，不能形成有效的连通网络，开发效果差。即使采用水力压裂，产生的裂缝也趋向于与天然裂缝平行。如果采用水平井开发可以有效穿过大量裂缝，形成联通网络，获得较好的开发效果。

利用裂缝发育段厚度百分比（HELF）、成像测井解释的裂缝密度（FVDC）和常规测井解释的裂缝发育指数（FID2），建立了裂缝发育程度评价标准（表1），将储层裂缝发育情况划分发育、较发育、一般和不发育4个级别。气藏裂缝发育程度越高，水平井开发效果越好。

表1 裂缝发育程度判别标准表

2 设计参数适应性分析

对满足地质要求的气层，在设计水平井时，还需要考虑最大水平井数、水平段纵向位置、水平段横向位置以及水平段长度4个指标。

2.1 最大水平井数

水平井开发需要有足够的供气面积，分布稳定的目的层，确保有一定的可采储量。水平井开发的实例统计表明，水平井区单井供气面积应大于2.0 km2，单井可采储量不小于1.0×108m3。对某一气藏进行水平井设计时，首先要根据气藏的总含气面积和可采储量估算开发所需的最大水平井数［5］。

2.2 水平段纵向位置

水平段纵向位置应选择在储层有效厚度大、物性好的部位；在具有底水的气藏中，水平井段应尽可能远离气—水界面，以防止发生水锥。一般要求水平井段沿气层上部延伸，要求避水厚度至少达到气层厚度的2／3以上。按照气层最小要求厚度6 m计算，水平段距离储层底部或气—水界面的垂直距离至少为4 m。

2.3 水平段横向位置

水平段横向位置选择依据：选择构造高部位，远离底水，以抑制底水锥进；选择裂缝发育区域，并且沿最小主应力方向延伸，并尽可能多地穿过裂缝；选择储层分布连续性好、范围大的含气富集区；选择邻井生产相对稳定、生产效果好的区域。

2.4 水平段长度

在其他参数一定的条件下，水平段长度越大，增产倍数越大。但是，受井筒摩阻以及气层污染等因素的影响，水平段的长度与产量并不总存在线性关系，而是随水平段长度增加，产量增幅越来越小；另一方面随水平段延伸，钻井成本和作业风险也越来越大。不同气藏类型与地质条件下，水平井段长度相差很大，从国内外气田水平井应用上看，目前水平井长度范围大致在400～2 000 m［6］。

3 开发效果适应性分析

在满足地质条件和设计参数要求后，为确保水平井开发的高效性和低风险性，还要对水平井开发效果进行预测。开发效果适应性分析主要包括直井千米井深产量、水平井对直井的增产倍数、临界携液产量和临界冲蚀产量等4个方面。

3.1 千米井深产气量

部署水平井之前，首先要评价相同或相似区块直井的开发效果。因为，如果直井的开发效果较差，水平井也很难取得较好的经济效益。根据统计，为保证水平井的增产效果，直井酸化压裂后的千米井深产气量应大于1.0×104m3／d。

3.2 水平井对直井的增产倍数

水平井开发的主要目的是获得良好的经济效益，也就是较高的投入产出比。钻井总成本越低，产量越高，投资回收期越短；反之，产量越低，钻井成本越高，投资回收期就长。统计数据表明，水平井钻井费用是相应直井的2.5～3倍，这与井深、岩石可钻性、水平段长度等有关，并且水平井试采、测试、修井等费用都高于直井，因此，一般认为水平井产能达到相应直井的2.5～3倍以上，才能确保水平井的经济效益。

3.3 临界携液产量

当气藏含水饱和度较高时，容易产生井底积液，会导致水平井减产甚至停产。为了避免井底积液，要求水平井产量应大于临界携液产量［7］：

式中，qc为临界携液产量，104m3／d；A为油管内横截面积，m2；p为井底流压，MPa；T为井底温度，K；Z为天然气偏差系数；ρg为气体密度，kg／m3；ρl为液体密度，kg／m3；σw为气液表面张力，N／m。

3.4 临界冲蚀产量

高速气流在管内流动时会发生冲蚀作用，严重时会导致油管穿孔甚至折断，产生明显冲蚀作用时的产量称为临界冲蚀产量。为避免冲蚀作用对油管的损害，气井生产时产量应低于临界冲蚀产量［7］：

式中，qe为临界冲蚀产量，104m3／d；γg为气体相对密度。

4 水平井开发适应性评价指标的应用

根据上述指标，对国内某气田A、B、C和D区块进行水平井适应性分析。首先进行气田水平井地质条件适应性分析（表2）、设计参数适应性分析（表3）和开发效果适应性分析（表4），然后对上面各指标进行评价（表5）。通过评价可知，气田A、B、C和D区块都适合水平井开发，并且B和D区水平井适应度较高，应首先在这两个区块进行水平井试验和开发。从现场应用情况看，首先在B和D区部署了3口水平井，并且分别获得23.6×104m3／d，35.4×104m3／d和32.5×104m3／d的单井产量，目前4个区块正在部署和投产新的开发水平井。这充分证明了该适应性评价指标在气藏水平井开发方面具有一定的指导作用。

表2 气田水平井地质条件适应性分析表

表3 气田水平井设计参数适应性分析表

表4 气田水平井开发效果适应性分析表

表5 气田水平井开发适应性评价表

5 结论

1）水平井技术可以提高底水气藏、低渗透气藏和薄储层气藏等的开发效果，合理进行水平井开发适应性分析，可以获得较好的水平井开发效果。

2）从地质条件、设计参数和开发效果3个方面给出的气藏类型、气藏深度、渗透率、裂缝发育程度、最大水平井数、水平段长度、直井千米井深产量和临界冲蚀产量等15项气藏水平井适应性评价指标，可以作为气藏水平井适应性评价的参考。

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［3］杨洪志，陈友莲，徐伟，等.气藏水平井开发适应条件探讨［J］. 天然气工业，2005（S1）：114-118，17.

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