[发明专利]一种兼顾控水和防砂的水平井分段设计方法

说明书

本发明公开一种兼顾控水和防砂的水平井分段设计方法，包括如下步骤：步骤1.将水平井段分成n个依次相邻的微元井段；步骤2.计算每一微元井段的出砂临界井筒流压力CBP与井筒变质量流压力P_wf的差值CBP‑P_wf；步骤3.预测每一微元井段的见水时间T；步骤4.将步骤2中的差值和步骤3中的见水时间两个参数组成一个向量；步骤5.对n个向量进行多维有序聚类，确定出水平段分段数，并确定各段位置。该方法引入多维有序聚类数理方法，能较好地解决水平井控水和防砂的完井分段问题。

技术领域

本发明涉及石油钻完井和开采技术领域，具体地说是涉及一种兼顾控水和防砂的水平井分段设计方法。

背景技术

世界上超过70％的油气藏赋存于砂岩地层，随着水平井广泛应用于砂岩油藏，出砂已经成为制约水平井产能发挥的主要因素之一。出砂造成地面及井下设备磨蚀、套管损坏、油气分离器沉砂，严重者甚至造成油气井报废。由于水平井在储层中穿行距离较长，水平段储层物性非均质、避水高度差异和水平井筒流动的跟趾效应等导致井筒各处的生产压差和见水时间(岩石见水会加剧破坏而出砂)存在不同，从而导致水平段出砂存在较强的非均质性。

常规的全井单一的防砂措施忽视了水平井沿程出砂状况的非均质性，会造成局部产液过快、含砂流体易刺穿防砂管柱等，易造成防砂失效；而且对于轻微出砂甚至不出砂的井段，若防砂过度也会导致产量下降，影响单井产能以及区块的整体开发。因此，需根据水平段各处出砂临界井筒流压和井筒变质量流压力分布，综合考虑见水时间差异以及防砂后配套的分段生产或增产等措施的要求，制定水平井分段防砂方案。

国内外学者对于水平井完井控水做了大量研究，主要集中在两方面：①通过改变沿水平井筒的射孔密度、孔深和筛孔分布及形状等来调整井筒径向入流剖面，以实现井筒入流剖面的均匀分布；②根据水平段沿程渗透率进行水平井筒分段，然后在各分段安装流入控制装置，通过调整各段的产液速度达到均衡生产的目的。

以上研究的完井分段主要是为了消除边底水过快锥进，以控水为目的，其分段策略是将渗透率、孔隙度相近的井段划分为同一完井单元，仅考虑了储层孔渗物性参数，且孔渗阈值(分段依据)的确定主观性较强，分段更多依赖经验。而对水平井完井防砂分段研究未见相关报道，也未综合考虑防砂和控水两种情况下的分段完井，缺乏相应的基于数理方法的客观定量分段方法。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，为克服现有技术中油气井水平段出砂和见水时间存存在非均质性的问题，本发明公开一种兼顾控水和防砂的水平井分段设计方法，沿水平井段定量确定各微元段出砂临界井筒流压，基于油藏渗流与井筒管流耦合模型计算各微元段井筒压力分布和见水时间，引入多维有序聚类数理方法，能较好地解决水平井控水和防砂的完井分段问题。

一种兼顾控水和防砂的水平井分段设计方法，包括如下步骤：

步骤1.将水平井段分成n个依次相邻的微元井段；

步骤2.计算每一微元井段的出砂临界井筒流动压力CBP与井筒变质量流压力p_wf的差值CBP-p_wf；

步骤3.预测每一微元井段的见水时间T；

步骤4.将步骤2中的差值和步骤3中的见水时间两个参数组成一个向量，建立分段指标向量样本集；

步骤5.对n个向量进行多维有序聚类，确定出水平段分段数和各段位置。

优选的，所述步骤2中每一微元井段的出砂临界井筒流动压力CBP的计算方法为：

(1)取井壁处微元段为研究对象，进行受力分析，得到井眼柱坐标系下井周围岩应力和岩石单元有效主应力；

(2)选用Mogi-Coulomb准则判断岩石是否发生屈服破坏，给出岩石破坏判别式；