篩管礫石充填完井水平氣井產能評價

許發賓等

摘 要：篩管礫石充填完井方式在水平氣井中應用廣泛。該文綜合考慮流體通過射孔孔眼周圍壓實帶的壓降、流體通過射孔孔眼的壓降和流體通過篩套環空的壓降，建立了表皮系數模型及篩管礫石充填完井水平氣井的產能預測模型，并對影響產能的因素篩管礫石充填參數、氣藏參數、地層污染程度等進行了分析。其中氣藏條件和地層污染情況對產能影響較大。

關鍵詞：水平井 篩管礫石充填完井 產能 影響因素

中圖分類號：TE328 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0078-05

礫石充填技術是目前疏松砂巖油氣藏水平井開發中重要的防砂方式[1]。油氣井出砂主要是由于井底附近巖層結構破壞，從而導致脫落的砂隨儲層流體進入井筒，影響生產作業[2]。而篩管礫石充填是在油氣井下入篩管后進行礫石充填，在篩套環空、射孔炮眼內填滿礫石[3]，可以有效地防止地層出砂，提高油氣藏采收率，提高水平氣井的產能。筆者在綜合考慮礫石充填完井的表皮系數影響下，根據水平氣井產能計算方程，對影響氣井產能的各個因素進行了分析，通過實例計算揭示了其影響規律，為以后水平井礫石充填完井優化設計提供了依據。

1 篩管礫石充填完井水平氣井產能計算方法

水平氣井生產過程中的泄氣區形狀與垂直井不同，垂直井的泄氣區可以假定是一個圓柱體，而水平井所形成的泄氣區形狀是橢球體[4]。采用篩管礫石充填完井時，主要包括以下幾方面的傷害：流體通過射孔孔眼周圍壓實帶的壓降、流體通過射孔孔眼的壓降和流體通過篩套環空的壓降。綜合考慮上述影響因素，采用鉆井污染表皮系數、裸眼水平井的鉆井損害表皮系數、水平井射孔損害表皮系數、雙層篩管外地層自然充填砂層表皮系數、雙層篩管預充填礫石層表皮系數表示篩管礫石充填完井的表皮效應，得到水平氣井產能計算公式為：

2 表皮系數計算模型

篩管礫石充填完井水平氣井的產能與表皮系數關系緊密，各種表皮的計算方法是：

（1）鉆井污染表皮系數

鉆井時通過DST測試可獲得地層資料，通過分析地層資料可以獲得鉆井污染表皮系數的值。

（2）裸眼水平井的鉆井損害表皮系數

3 產能影響因素分析

根據篩管礫石充填完井水平氣井產能公式可以看出，產能與氣藏參數、污染程度、射孔參數、篩管礫石充填參數等有關。取一口實際水平氣井數據，對篩管礫石充填完井的產能進行預測和分析。

氣藏參數為：油層有效厚度m，油層水平方向m2，垂向的滲透率m2，天然氣粘度mPas，水平段長度m，井眼半徑m，鉆井損害帶滲透率m2，鉆井損害帶半徑m，溫度K，偏差系數。射孔采用24孔/m，孔眼半徑0.015m，射孔深度0.55m，相位角60°。計算中未考慮鉆井污染表皮系數。

3.1 篩管礫石充填參數

（1）雙層篩管充填層滲透率

采用不同的雙層篩管充填層滲透率。如圖1、圖2所示，隨著雙層篩管充填層滲透率的增加，雙層篩管預充填礫石層表皮系數減小，總表皮系數減小，但整體變化小，氣井的產量增加，但不明顯。實例中篩管充填的滲透率遠遠高于儲層的滲透率，因此影響作用很小。

（2）水平段長度的影響

如圖3、圖4所示，隨著水平段長度的增加，水平井射孔損害表皮系數減小，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。隨著水平段長度的不斷增加，表皮系數和產能受影響的程度也逐漸下降，趨于平穩值。因此在實際施工中，應綜合考慮工藝和經濟效益，優選合適的水平段長度。

3.2 氣藏參數

（1）水平滲透率

如圖5、圖6所示，隨著儲層水平滲透率的增加，雙層篩管預充填礫石層表皮系數略微增大，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，氣井的產量增加。由圖6可看出，水平滲透率對水平氣井的產能影響很大。

（2）垂向滲透率的影響

如圖7、圖8所示，隨著垂向滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數減小，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。對于水平井而言，垂向滲透率減小會引起垂向流動阻力的增加，導致產油量的下降。因此，可采用水力壓裂等措施，人為地進行儲層改造，提高水平井產能。

（3）儲層厚度的影響

如圖9、圖10所示，隨著儲層厚度的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，但氣井的產量略微增加。儲層厚度對水平氣井的產能影響不明顯。

3.3 地層污染程度

（1）鉆井損害帶滲透率的影響

如圖11、圖12所示，隨著鉆井損害帶滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。鉆井過程中往往不可避免地發生濾失和顆粒侵入，濾液可能與地層固有的粘土發生反應，導致粘土膨脹，松動和運移釋放的顆粒和細粒會被濾液帶進地層，可以堵塞孔隙，降低滲透率。因此鉆井過程中應當嚴格控制鉆井液固相含量，優選鉆井液配方，減少對儲層的傷害。

（2）鉆井損害帶半徑的影響

如圖13、圖14所示，隨著水平滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，氣井的產量減小。鉆井過程中，為了防止井底壓力小于儲層流體壓力造成溢流、井涌等復雜情況，一般采用過平衡鉆井方式，壓差的存在將迫使鉆井液濾液和固體侵入近井地層造成傷害，濾液侵入的深度由鉆井液的類型決定，現場作業中應盡量優選鉆井液，保護油氣藏不受污染。

4 結語

（1）篩管礫石充填完井的產能與氣藏參數、地層污染程度、射孔參數和篩管充填層滲透率等有關，氣藏條件越好、污染越輕、充填條件越好，水平氣井產能越高。

（2）雙層篩管充填層滲透率的增大，有利于增加水平氣井的產能，但本實例中充填層滲透率遠高于地層滲透率，因此產能提高不明顯。

（3）篩管礫石充填完井條件下，水平滲透率、垂向滲透率越高水平氣井產能越高，并且兩者的影響效果都很明顯。

（4）隨著水平段的增大，水平氣井的產能增加，但其增長幅度逐漸降低，實際施工中應綜合考慮，優選合適的水平段長度；儲層厚度的增加能夠提高水平氣井的產能，但影響相對較小。

（5）水平氣井污染程度高，產能減小，鉆井損害帶滲透率的降低、鉆井損害帶半徑的增大，都會降低水平氣井的產能。

參考文獻

[1] 熊景明，苑珊珊.水平井礫石充填完井產能評價研究[J].西部探礦工程，2012（2）：70-73，76.

[2] 李勇，胡永樂.篩管內礫石充填防砂水平井產能影響因素優化設計[J].新疆石油天然氣，2008，4（1）：54-55.

[3] 董長銀，張琪，陳平.篩管礫石充填油井產能預測研究（I）-基本模型[J].石油鉆探技術，2001，29（1）：43-44.

[4] 常偉，綦榮軍.水平井產能影響因素的分析[J].西部探礦工程，2007（9）：60-62.endprint

摘 要：篩管礫石充填完井方式在水平氣井中應用廣泛。該文綜合考慮流體通過射孔孔眼周圍壓實帶的壓降、流體通過射孔孔眼的壓降和流體通過篩套環空的壓降，建立了表皮系數模型及篩管礫石充填完井水平氣井的產能預測模型，并對影響產能的因素篩管礫石充填參數、氣藏參數、地層污染程度等進行了分析。其中氣藏條件和地層污染情況對產能影響較大。

關鍵詞：水平井 篩管礫石充填完井 產能 影響因素

中圖分類號：TE328 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0078-05

礫石充填技術是目前疏松砂巖油氣藏水平井開發中重要的防砂方式[1]。油氣井出砂主要是由于井底附近巖層結構破壞，從而導致脫落的砂隨儲層流體進入井筒，影響生產作業[2]。而篩管礫石充填是在油氣井下入篩管后進行礫石充填，在篩套環空、射孔炮眼內填滿礫石[3]，可以有效地防止地層出砂，提高油氣藏采收率，提高水平氣井的產能。筆者在綜合考慮礫石充填完井的表皮系數影響下，根據水平氣井產能計算方程，對影響氣井產能的各個因素進行了分析，通過實例計算揭示了其影響規律，為以后水平井礫石充填完井優化設計提供了依據。

1 篩管礫石充填完井水平氣井產能計算方法

水平氣井生產過程中的泄氣區形狀與垂直井不同，垂直井的泄氣區可以假定是一個圓柱體，而水平井所形成的泄氣區形狀是橢球體[4]。采用篩管礫石充填完井時，主要包括以下幾方面的傷害：流體通過射孔孔眼周圍壓實帶的壓降、流體通過射孔孔眼的壓降和流體通過篩套環空的壓降。綜合考慮上述影響因素，采用鉆井污染表皮系數、裸眼水平井的鉆井損害表皮系數、水平井射孔損害表皮系數、雙層篩管外地層自然充填砂層表皮系數、雙層篩管預充填礫石層表皮系數表示篩管礫石充填完井的表皮效應，得到水平氣井產能計算公式為：

2 表皮系數計算模型

篩管礫石充填完井水平氣井的產能與表皮系數關系緊密，各種表皮的計算方法是：

（1）鉆井污染表皮系數

鉆井時通過DST測試可獲得地層資料，通過分析地層資料可以獲得鉆井污染表皮系數的值。

（2）裸眼水平井的鉆井損害表皮系數

3 產能影響因素分析

根據篩管礫石充填完井水平氣井產能公式可以看出，產能與氣藏參數、污染程度、射孔參數、篩管礫石充填參數等有關。取一口實際水平氣井數據，對篩管礫石充填完井的產能進行預測和分析。

氣藏參數為：油層有效厚度m，油層水平方向m2，垂向的滲透率m2，天然氣粘度mPas，水平段長度m，井眼半徑m，鉆井損害帶滲透率m2，鉆井損害帶半徑m，溫度K，偏差系數。射孔采用24孔/m，孔眼半徑0.015m，射孔深度0.55m，相位角60°。計算中未考慮鉆井污染表皮系數。

3.1 篩管礫石充填參數

（1）雙層篩管充填層滲透率

采用不同的雙層篩管充填層滲透率。如圖1、圖2所示，隨著雙層篩管充填層滲透率的增加，雙層篩管預充填礫石層表皮系數減小，總表皮系數減小，但整體變化小，氣井的產量增加，但不明顯。實例中篩管充填的滲透率遠遠高于儲層的滲透率，因此影響作用很小。

（2）水平段長度的影響

如圖3、圖4所示，隨著水平段長度的增加，水平井射孔損害表皮系數減小，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。隨著水平段長度的不斷增加，表皮系數和產能受影響的程度也逐漸下降，趨于平穩值。因此在實際施工中，應綜合考慮工藝和經濟效益，優選合適的水平段長度。

3.2 氣藏參數

（1）水平滲透率

如圖5、圖6所示，隨著儲層水平滲透率的增加，雙層篩管預充填礫石層表皮系數略微增大，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，氣井的產量增加。由圖6可看出，水平滲透率對水平氣井的產能影響很大。

（2）垂向滲透率的影響

如圖7、圖8所示，隨著垂向滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數減小，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。對于水平井而言，垂向滲透率減小會引起垂向流動阻力的增加，導致產油量的下降。因此，可采用水力壓裂等措施，人為地進行儲層改造，提高水平井產能。

（3）儲層厚度的影響

如圖9、圖10所示，隨著儲層厚度的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，但氣井的產量略微增加。儲層厚度對水平氣井的產能影響不明顯。

3.3 地層污染程度

（1）鉆井損害帶滲透率的影響

如圖11、圖12所示，隨著鉆井損害帶滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。鉆井過程中往往不可避免地發生濾失和顆粒侵入，濾液可能與地層固有的粘土發生反應，導致粘土膨脹，松動和運移釋放的顆粒和細粒會被濾液帶進地層，可以堵塞孔隙，降低滲透率。因此鉆井過程中應當嚴格控制鉆井液固相含量，優選鉆井液配方，減少對儲層的傷害。

（2）鉆井損害帶半徑的影響

如圖13、圖14所示，隨著水平滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，氣井的產量減小。鉆井過程中，為了防止井底壓力小于儲層流體壓力造成溢流、井涌等復雜情況，一般采用過平衡鉆井方式，壓差的存在將迫使鉆井液濾液和固體侵入近井地層造成傷害，濾液侵入的深度由鉆井液的類型決定，現場作業中應盡量優選鉆井液，保護油氣藏不受污染。

4 結語

（1）篩管礫石充填完井的產能與氣藏參數、地層污染程度、射孔參數和篩管充填層滲透率等有關，氣藏條件越好、污染越輕、充填條件越好，水平氣井產能越高。

（2）雙層篩管充填層滲透率的增大，有利于增加水平氣井的產能，但本實例中充填層滲透率遠高于地層滲透率，因此產能提高不明顯。

（3）篩管礫石充填完井條件下，水平滲透率、垂向滲透率越高水平氣井產能越高，并且兩者的影響效果都很明顯。

（4）隨著水平段的增大，水平氣井的產能增加，但其增長幅度逐漸降低，實際施工中應綜合考慮，優選合適的水平段長度；儲層厚度的增加能夠提高水平氣井的產能，但影響相對較小。

（5）水平氣井污染程度高，產能減小，鉆井損害帶滲透率的降低、鉆井損害帶半徑的增大，都會降低水平氣井的產能。

參考文獻

[1] 熊景明，苑珊珊.水平井礫石充填完井產能評價研究[J].西部探礦工程，2012（2）：70-73，76.

[2] 李勇，胡永樂.篩管內礫石充填防砂水平井產能影響因素優化設計[J].新疆石油天然氣，2008，4（1）：54-55.

[3] 董長銀，張琪，陳平.篩管礫石充填油井產能預測研究（I）-基本模型[J].石油鉆探技術，2001，29（1）：43-44.

[4] 常偉，綦榮軍.水平井產能影響因素的分析[J].西部探礦工程，2007（9）：60-62.endprint

摘 要：篩管礫石充填完井方式在水平氣井中應用廣泛。該文綜合考慮流體通過射孔孔眼周圍壓實帶的壓降、流體通過射孔孔眼的壓降和流體通過篩套環空的壓降，建立了表皮系數模型及篩管礫石充填完井水平氣井的產能預測模型，并對影響產能的因素篩管礫石充填參數、氣藏參數、地層污染程度等進行了分析。其中氣藏條件和地層污染情況對產能影響較大。

關鍵詞：水平井 篩管礫石充填完井 產能 影響因素

中圖分類號：TE328 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0078-05

礫石充填技術是目前疏松砂巖油氣藏水平井開發中重要的防砂方式[1]。油氣井出砂主要是由于井底附近巖層結構破壞，從而導致脫落的砂隨儲層流體進入井筒，影響生產作業[2]。而篩管礫石充填是在油氣井下入篩管后進行礫石充填，在篩套環空、射孔炮眼內填滿礫石[3]，可以有效地防止地層出砂，提高油氣藏采收率，提高水平氣井的產能。筆者在綜合考慮礫石充填完井的表皮系數影響下，根據水平氣井產能計算方程，對影響氣井產能的各個因素進行了分析，通過實例計算揭示了其影響規律，為以后水平井礫石充填完井優化設計提供了依據。

1 篩管礫石充填完井水平氣井產能計算方法

水平氣井生產過程中的泄氣區形狀與垂直井不同，垂直井的泄氣區可以假定是一個圓柱體，而水平井所形成的泄氣區形狀是橢球體[4]。采用篩管礫石充填完井時，主要包括以下幾方面的傷害：流體通過射孔孔眼周圍壓實帶的壓降、流體通過射孔孔眼的壓降和流體通過篩套環空的壓降。綜合考慮上述影響因素，采用鉆井污染表皮系數、裸眼水平井的鉆井損害表皮系數、水平井射孔損害表皮系數、雙層篩管外地層自然充填砂層表皮系數、雙層篩管預充填礫石層表皮系數表示篩管礫石充填完井的表皮效應，得到水平氣井產能計算公式為：

2 表皮系數計算模型

篩管礫石充填完井水平氣井的產能與表皮系數關系緊密，各種表皮的計算方法是：

（1）鉆井污染表皮系數

鉆井時通過DST測試可獲得地層資料，通過分析地層資料可以獲得鉆井污染表皮系數的值。

（2）裸眼水平井的鉆井損害表皮系數

3 產能影響因素分析

根據篩管礫石充填完井水平氣井產能公式可以看出，產能與氣藏參數、污染程度、射孔參數、篩管礫石充填參數等有關。取一口實際水平氣井數據，對篩管礫石充填完井的產能進行預測和分析。

氣藏參數為：油層有效厚度m，油層水平方向m2，垂向的滲透率m2，天然氣粘度mPas，水平段長度m，井眼半徑m，鉆井損害帶滲透率m2，鉆井損害帶半徑m，溫度K，偏差系數。射孔采用24孔/m，孔眼半徑0.015m，射孔深度0.55m，相位角60°。計算中未考慮鉆井污染表皮系數。

3.1 篩管礫石充填參數

（1）雙層篩管充填層滲透率

采用不同的雙層篩管充填層滲透率。如圖1、圖2所示，隨著雙層篩管充填層滲透率的增加，雙層篩管預充填礫石層表皮系數減小，總表皮系數減小，但整體變化小，氣井的產量增加，但不明顯。實例中篩管充填的滲透率遠遠高于儲層的滲透率，因此影響作用很小。

（2）水平段長度的影響

如圖3、圖4所示，隨著水平段長度的增加，水平井射孔損害表皮系數減小，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。隨著水平段長度的不斷增加，表皮系數和產能受影響的程度也逐漸下降，趨于平穩值。因此在實際施工中，應綜合考慮工藝和經濟效益，優選合適的水平段長度。

3.2 氣藏參數

（1）水平滲透率

如圖5、圖6所示，隨著儲層水平滲透率的增加，雙層篩管預充填礫石層表皮系數略微增大，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，氣井的產量增加。由圖6可看出，水平滲透率對水平氣井的產能影響很大。

（2）垂向滲透率的影響

如圖7、圖8所示，隨著垂向滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數減小，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。對于水平井而言，垂向滲透率減小會引起垂向流動阻力的增加，導致產油量的下降。因此，可采用水力壓裂等措施，人為地進行儲層改造，提高水平井產能。

（3）儲層厚度的影響

如圖9、圖10所示，隨著儲層厚度的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，但氣井的產量略微增加。儲層厚度對水平氣井的產能影響不明顯。

3.3 地層污染程度

（1）鉆井損害帶滲透率的影響

如圖11、圖12所示，隨著鉆井損害帶滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數減小，總表皮系數減小，氣井的產量增加。鉆井過程中往往不可避免地發生濾失和顆粒侵入，濾液可能與地層固有的粘土發生反應，導致粘土膨脹，松動和運移釋放的顆粒和細粒會被濾液帶進地層，可以堵塞孔隙，降低滲透率。因此鉆井過程中應當嚴格控制鉆井液固相含量，優選鉆井液配方，減少對儲層的傷害。

（2）鉆井損害帶半徑的影響

如圖13、圖14所示，隨著水平滲透率的增加，水平井射孔損害表皮系數增大，水平井裸眼鉆井表皮系數增大，總表皮系數增大，氣井的產量減小。鉆井過程中，為了防止井底壓力小于儲層流體壓力造成溢流、井涌等復雜情況，一般采用過平衡鉆井方式，壓差的存在將迫使鉆井液濾液和固體侵入近井地層造成傷害，濾液侵入的深度由鉆井液的類型決定，現場作業中應盡量優選鉆井液，保護油氣藏不受污染。

4 結語

（1）篩管礫石充填完井的產能與氣藏參數、地層污染程度、射孔參數和篩管充填層滲透率等有關，氣藏條件越好、污染越輕、充填條件越好，水平氣井產能越高。

（2）雙層篩管充填層滲透率的增大，有利于增加水平氣井的產能，但本實例中充填層滲透率遠高于地層滲透率，因此產能提高不明顯。

（3）篩管礫石充填完井條件下，水平滲透率、垂向滲透率越高水平氣井產能越高，并且兩者的影響效果都很明顯。

（4）隨著水平段的增大，水平氣井的產能增加，但其增長幅度逐漸降低，實際施工中應綜合考慮，優選合適的水平段長度；儲層厚度的增加能夠提高水平氣井的產能，但影響相對較小。

（5）水平氣井污染程度高，產能減小，鉆井損害帶滲透率的降低、鉆井損害帶半徑的增大，都會降低水平氣井的產能。

參考文獻

[1] 熊景明，苑珊珊.水平井礫石充填完井產能評價研究[J].西部探礦工程，2012（2）：70-73，76.

[2] 李勇，胡永樂.篩管內礫石充填防砂水平井產能影響因素優化設計[J].新疆石油天然氣，2008，4（1）：54-55.

[3] 董長銀，張琪，陳平.篩管礫石充填油井產能預測研究（I）-基本模型[J].石油鉆探技術，2001，29（1）：43-44.

[4] 常偉，綦榮軍.水平井產能影響因素的分析[J].西部探礦工程，2007（9）：60-62.endprint