水平井完井方式參數設計方法研究

何昕睿 張帆 王華 李想

摘要：目前水平井已得到大范圍推廣，水平井完井工程銜接鉆井工程和采油工程，其在油田生產中占有非常重要的地位。而完井方式優選及完井參數設計是在完井工程中非常重要的兩個部分。在完井設計中，需要考慮多個參數及多個指標，所以建立水平井多參數多指標的完井方式優選及完井參數優化設計方法具有現實意義。本文將分別建立水平井完井方式優選及完井參數設計方法。在水平井完井方式優選中，通過對目前水平井完井方式的優缺點分析，建立考慮地質因素的流程圖法進行初選，在此基礎上通過改進的Vague集方法實現在經濟和技術等多指標下的完井方式優選，應用軟件進行了完井參數設計實例運算分析，得到很好的應用效果。

關鍵詞：水平井;完井方式;參數設計;正交試驗;耦合模型

在選定合適的完井方式后，還需要對完井方式中的參數進行設計，例如射孔中的孔深、孔密等參數。不合理的參數可能會導致在生產中出現產能比較低、見水比較快、套管短時間內損壞和地層出砂等問題。目前針對這些在水平井中可能出現的問題，國內外專家學者已經有過一定的研究。但是目前的研究都是針對其中的一個方面，比如控水或者防砂進行設計，而在現場實際生產過程中，這些問題是同時存在的，如果僅僅只是考慮其中的一個方面，并不能夠達到很好的應用效果，所以需要綜合可能出現的問題進行綜合設計。

一.水平井完井參數設計國內外研究現狀

楊剛，汪志明等（2013年）將完井方式優選的方法應用于鄂爾多斯盆地的煤層氣井，在對產能及經濟進行評價時考慮了五個目標。該方法在煤層氣井的完井方式優選中取得很好的效果。MartijnDekker，DavidReid（2014年）在深水油藏的完井中提出，需要在深水中綜合考慮完井的可實施性、風險、經濟和產能等因素，建立了不同因素下對不同指標的評價體系。唐國強等（2015年）對深水完井進行研究，考慮了不同指標的影響，并建立評價體系，應用包括灰色關聯分析、Vague集方法和信息熵三種數學方法實現完井方式的優選。每種完井方式都有優缺點，所以在不同的生產情況對應的最優方式也不同，采用數學方法可以優選出一個最為合適的方式。楊建雷（2010年）考慮了在水平井井筒中的管流壓降，建立了從油藏到井筒的一體化耦合產能模型。最后應用正交試驗設計多組試驗方案，通過極差分析得到最優方案。張林（2012年）對底水油藏進行研究，由于在底水油藏中存在底水脊進的問題，所以為了有效的控制底水的脊進，提出了應用分段控水的方法，通過對底水流入較快的部分的滲流阻力的增大，從而大大的延遲了井筒見水的時間。在文中將控水部分考慮在數值模型中，通過數值模擬研究控水效果。李彥超（2013年）對礫石充填的施工過程進行了研究，并做了相關的試驗，分析出了不同的充填參數對最終的充填效果的影響。在此基礎上，考慮了不同的礫石尺寸對于防砂效果的影響，為優選礫石尺寸提供依據。最后建立套管礫石充填完井產能預測模型。

二.水平井完井參數設計目前存在問題

目前對于射孔完井、割縫襯管完井和礫石充填完井的研究成果，對于不同完井方式的參數設計主要是以單一目標為依據進行設計的，大多數的情況下會把產能作為完井參數設計的主要依據，但也可以看出不同的參數組合會影響套管強度、出砂情況、底水的脊進等情況，這些問題很大可能會同時出現。所以在參數優化設計的過程中，需要綜合考慮上述的產能、套管強度、出砂情況、底水的脊進等情況，將應用正交試驗設計的方法，綜合考慮上述的可能存在的問題，依據其權重進行全面考慮。

三.改進的Vague集方法精確優選

數學方法的優選以流程圖法粗選為前提，在此基礎上應用改進的Vague集方法進行精選。因為在進行精選時，各種完井方式通過了初選過程，每種方式都具有一定的可行性，所以精選時并不能夠單單通過某一個因素就將最終的方法確定，需要將經濟、技術等多個因素考慮在內，才能夠有一個很好的結果。所以在精選過程中選擇應用數學方法進行選擇。

1.Vague集理論

Vague集理論的基礎是模糊數學，在石油行業應用比較少，主要用于模糊識別。該方法存在屬于和非屬于兩種隸屬度關系，相對于單一隸屬度結果更可靠。

2.基于Vague集方法的改進

在Vague集方法中，最重要的一個因素就是相似度的準確性。在以往的方法優選中，往往只從區間端點距離一個方面進行考慮，而這樣的相似度計算忽略了未知性等的影響，存在一定的誤差。

3.完井方式優選流程

確定備選完井方式及優選指標并定量計算，綜合分析已經掌握的地質、油藏資料，確定需要優選的指標及完井方式。并對各個指標進行定量化計算，熵權層次分析法進行指標權重的定量化計算。構建Vague集通過不同完井方式下的各個指標定量計算結果，把計算得到的結果綜合在一個矩陣中，得到決策矩陣。

4.完井指標的確定及定量化計算

對于完井方式的優選需要考慮的因素主要包括地質因素，完井方式的實施所產生的影響，完井方式對后續生產的影響。因為在流程圖方法中已經考慮了地質因素的影響，所以在數學方法中主要從完井方式的實施所產生的影響及對后續生產的影響兩個方面來考慮。熵權層次分析法是分別對指標進行熵權法和層次分析法的權重值的計算，然后應用最小信息熵的原理將兩種方法進行結合得到組合權重。優選指標主要包括：技術指標：完井壽命，風險指數，防砂效果，初始產量，累積產量;經濟指標：完井成本，財務凈現值，動態投資回收期。

四.結論

考慮地質因素對完井方式選擇的影響，建立了水平井完井方式流程圖實現初選。綜合考慮了經濟和技術兩大方面的指標，應用改進的Vauge集方法進行水平井完井方式的優選，兩種方法的結合既考慮了現場經驗的因素，又應用了數學的理論計算，結果可信度更高。

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