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水平井能够有效增加生产井段与地层的接触面积,降低生产压差,提高油气井的单井产能,减少钻井数,提高开发效果和开发效益。水平井采油技术已经成为提高油气藏采收率的重要措施之一,它广泛应用于薄产层、天然裂缝发育、存在底水或气项的油藏、低渗透油气藏、稠油油藏等。但应用水平井开采油气藏也存在一定风险,一方面水平井的钻井成本比直井高的多;另一面由于地质和工程等方面原因,可能使得水平井项目失败。对水平井的开采工艺技术进行系统研究,从而指导水平井进行合理有效的生产,有利于最大限度提高水平井的效益。
本文以吐玉克稠油为背景,开展水平井开采工艺技术研究,主要包括水平井的产能预测研究、水平井完井方式优选、水平井射孔优化研究和水平井有杆抽油系统研究。
在水平井产能预测研究中,分析了目前常用的Joshi、Borisov、Giger、Renard四种水平井稳态产能计算方法,指出了各种水平井产能公式应用范围,并对稳态产能公式进行修正得到四种稠油水平井产能计算方法。以吐玉克油田LPl井为例,对四种修正的稠油水平井产能计算方法进行对比分析,优选吐玉克油田稠油水平井适应性最强的产能计算方法。在此基础上,分析水平井井眼半径、供给半径、水平段长度、油层厚度、井眼偏心距和地层各向异性等因素对水平井产能的影响。
水平井筒摩阻是影响水平井产能的另一个重要因素,为了达到分析摩阻对产能影响的目的,本文建立了水平井地层渗流与井筒管流的耦合模型。同时将水平井按水平段的长短分为两种类型,运用建立的耦合模型分别讨论两种类型水平井生产过程中摩阻对产能影响的程度。为吐玉克稠油水平井合理水平段长度的确定提供了理论依据。
在水平井完井方式优选中,在对目前水平井常见的完井方式适应性性分析的基础上,综合考虑了稠油油藏的特点和水平井井身结构的特点,以及不同完井方式对水平井的产能的影响,优选了吐玉克稠油油藏水平井完井方式。
在水平段射孔优化研究中,通过将影响水平井产能的因素转化为附加表皮系数,得到了射孔水平井表皮效应模型,在耦合地层渗流和射孔井筒管流的基础上建立了射孔水平井产能预测模型,通过对水平井射孔参数的敏感性分析,优选了吐玉克稠油水平井射孔参数。
针对吐玉克油藏为块状边底水油藏,生产过程中易出现边底水锥进这一特点,本文通过水平井变孔密射孔技术的研究来优化水平井的流入剖面,使水平井流入剖面中流量呈均匀分布,以延缓水平井边底水锥进,延长边底水油藏的无水采收期。在理论分析的基础上,建立了均匀流入剖面孔密优化设计和变孔密射孔水平井产量预测的数学模型,为变孔密射孔优化设计提供了一种方便适用的设计方法。
在水平井油杆抽油系统研究中,通过对水平井抽油杆三维受力分析,确定了水平井抽油杆柱、加重杆柱以及抽油杆扶正器的设计方法和思路,以吐玉克油田LPl井为对象,进行了抽油杆柱、加重杆柱以及抽油杆扶正器设计的实例分析;在抽油泵泵效与悬点载荷分析的基础上,对水平井合理下泵深度进行研究,首次明确提出水平井下泵深度不应超过水平井井斜角30度的位置。