【7A文】水平井产能计算及复杂井型介绍.pptx

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水平井产能计算及复杂井型介绍 水平井产能计算及复杂井型介绍●水平井产能计算模型未考虑水平井段摩擦阻力时产能计算考虑水平井段摩擦阻力时产能计算合理水平段长度研究●鱼骨型分支井产能计算模型鱼骨型分支井产能计算方法鱼骨型分支井产能计算模拟实例 1.1.未考虑水平井段摩阻时产能计算水平井的生产机理和流体流动状态比直井复杂的多，特别是当水平段较长的时候。由于线性流与径向流实际上同时存在，因此，井的流入动态可能与裂缝发育储层的井相类似。根据Joshi等人的研究，水平井的泄油区域可用两种形式表示，1.矩形加两个半圆（见图2-1）；2.椭圆形。 图2-1a水平井的排驱面积 图2-2表示求解椭球体泄油体积问题的分解过程，即将真实流入过程近视看作为：油流以水平平面方式流向水平井眼和以垂直平面方式流入水平井筒两个过程所组成。图2-2三维问题分解成两个二维问题 图2-1b水平井与直井的控制面积比利用Joshi水平井排驱面积计算方法进行计算实例 通过保角变换和等值渗流阻力法，可求得水平井的产能计算公式（即Joshi公式）：式中β考虑了地层水平渗透率和垂向渗透率的差异问题。 Borisov公式：Giger公式：水平井产能计算的其它方法： Renard公式：范子菲公式：吕劲公式： 表2-1六种不同的采液指数计算公式结果对比公式压差(MPa)Kv/KhQ(m3/d)J(m3/d.Mpa)Jh/JvJoshi0.610.05351.78576.683.84Borisov0.610.05482.09790.315.27Giger0.610.05506.03829.565.53Renard0.610.05481.45789.265.26吕劲0.610.051398.222292.1615.27范子菲0.610.05933.341530.0710.19不同的产能计算公式求得的结果(用A6-h井的基础数据)：由a6-h井实际生产数据（当生产压差0.61MPa时，产液量304m3/d)可知，Joshi方法计算的结果更接近实际值。 1.1.2.影响水平井产能的地质因素分析▲水平段的长度对水平井产能指数比的影响▲储层厚度对水平井产能的影响▲渗透率各向异性对水平井产能的影响▲偏心距对水平井产能的影响▲地层损害对水平井产能的影响▲完井方式对水平井产能的影响 图2-4Jh/Jv随水平段长度和储层厚度变化曲线1.水平段的长度对水平井产能指数比的影响:从图中可以看出：水平段长度越大，产能比越大。但当水平段达到一定长度后，产能的增加将不再明显。 图2-5Jh/Jv随储层厚度和水平段长度的变化曲线从图中可看出，储层越薄，产能比越大。薄油层更适合打水平井。2.储层厚度对水平井产能的影响： 图2-7Jh/Jv随厚度和不均质性的变化曲线 图2-6Jh/Jv随水平段长度和不均质性的变化曲线3.不均质性对产能比的影响：从图可知，渗透率比值对产能有明显的影响。相同条件下，垂向与水平渗透率之比越大，产能比越高。 图2-8指数比随水平段长度和不均质性的变化曲线绥中油田计算结果： 图2-9产能指数比随不均质性和储层厚度的变化曲线 图2-10在不同的渗透率各向异性指数下Jh/Jv随表皮因子的变化曲线4.地层损害对水平井产能的影响： （1）射孔完井方式的产能根据Joshi基本公式可以给出射孔完井方式的产能预测模型：5.不同完井方式下的产能计算：以下是不同射孔参数下的产能计算结果： 射孔完井模型中射孔参数对产能影响包括：●射孔深度●孔密●孔径●相位角 图2-11产能随孔深和密度的变化曲线a.孔深和孔密对射孔完井产能的影响：由图可知，孔深较小时，增加孔深对产能提高效果明显；孔密小于30孔/m，对产能影响显著，大于30孔/m，对产能影响相对较小。 图2-12孔深一定在不同的相位角下产能随射孔密度的变化b.相位角对射孔完井产能的影响： 图2-13孔密一定时在不同的相位角下产能随孔深的变化曲线由上面两图可以看出，相位角45°和60°时，可以获得较大的产能。考虑到相位角对油层出砂的影响，选用60°的相位角。 （2）套管内井下砾石充填及套管内绕丝筛管完井方式的产能运用含有SG的Joshi公式可以预测套管内砾石充填完井方式和套管内绕丝筛管完井方式的产能： 图2-14管内砾石充填完井方式产能指数比随孔深和孔密变化曲线 （3）套管预充填砾石筛管完井方式的产能套管预充填砾石筛管的滤砂屏障附加压降来自两个方面：①外层筛管与井眼壁之间的储层砂自然堆积砂层的压降ΔP1；②双层筛管之间的砾石充填层的压降ΔP2。 图2-15管内预充填完井产能指数比随孔深和孔密变化曲线 图2-16不同完井方式下产能指数比随孔密变化（4）不同完井方式下的产能对比 图2-17不同完井方式下产能指数比随孔深变化由图可以看出，射孔完井方式产能最大，管内预充填完井产能最小；管内绕丝筛管完井与管内砾石充填完井产能相差不大。 1.2.考虑水平井段摩擦阻力时产能计算●地层-水平井段流动耦合模型及其解●层流条件下的解●过渡流条件下的解●紊流条件下的解 地层渗流和井筒流动耦合模型地层渗流：井筒流动：连续性方程压力方程水平井产能计算基本模型 1.3.合理水平段长度研究●理论曲线●水平井水平段合理长度的确定方法 图2-18无因次产量与无因次距离关系的理论曲线理论曲线 合理水平段的确定方法●合理的水平段长度是当摩擦损失显著影响产能时的长度，即当dQ/dL大约在0.2时所对应的长度定义为水平井水平段合理长度。●根据该原则可以确定不同的水平段井径下的合理水平段的长度。 图2-19产量随水平段的长度的变化曲线 图2-20产量随水平段的长度的变化曲线 油井的生产压差越大，对应的水平井合理长度越小。表2-5不同的生产压差和衬管内径下的合理长度及对应的产量 --水平分支井电泵管柱示意图--生产管柱示意图油管井下安全阀封隔器95/8套管筛管滑套2.鱼骨型分支井产能计算 （1）分段式鱼骨井产能模型研究图2-34鱼骨型分支井产能计算节点分析图模型的主要计算过程 图2-35产量与压差随渗透率各向异性的变化关系分支井产量随压差的变化0501001502002500.20.40.60.811.21.41.61.82生产压差(MPa)产量(m^3/d)Kv/Kh=0.01Kv/Kh=0.05Kv/Kh=0.1Kv/Kh=0.5◆分析之一，鱼骨型分支井产量与压降关系（2）鱼骨型分支井计算结果与分析 图2-36产量与压差随夹角的变化关系◆分析之二，分支角度对分支水平井产量的影响 图2-37产量与压差在不同厚度下关系◆分析之三，储层厚度对分支水平井产能比的影响 图2-38产能指数比随层厚和渗透率各向异性的变化◆分析之四，垂向与水平渗透率比值对分支水平井产量的影响 其他复杂井型之一多维井的设计模型 其他复杂井型之二双层分支井型 其他复杂井型之三鸥翅井型 其他复杂井型之四鸡爪三分支井型 其他复杂井型之五三分支井型 鱼骨型其他复杂井型之六 其他复杂井型之七实际多支井型 其他复杂井型之八叠式多支井型 1.影响水平井的产能的因素有水平井水平段的长度、井筒数、油层厚度、地层的非均质性、地层损害以及油井的位置。2.增加水平井的水平段的长度及在薄油层中打水平井，有利于获得更高的产能比。3.合理水平井段长度与比采油指数有关。比采油指数越大，所要求的水平井段长度越小。4.合理的水平井段长度取决于将要选择的生产压差的大小。在比采油指数相同的情况下，生产压差越大，所要求的水平井段长度越小。5.垂向与水平渗透率比值对水平井及分支井的产量有较大影响。比值越小，产量越低。几点认识 6.分支角度对鱼骨型分支井的产量有一定影响。在生产压差较大时，影响较为明显。在钻井工艺允许的条件下，分支井的分支角度应尽量靠近90º。6.计算结果表明，水平井的产能是直井的3～4倍；鱼骨型分支井的产能是直井的5～8倍。 图3-4D9井出砂预测结果D9井油层出砂预测结果由产砂比与产液量关系曲线可知，在油井产液量比较小时，产砂比随产液量呈线性增加，但甚至随着产液量增大到一定值后，产砂比随产液量增加的程度变缓。 图3-5F31井出砂预测结果F31井油层出砂预测结果 3.适度出砂与合理生产压差选择●适度防砂的可行性研究及实例分析●井筒流动携砂能力与适度出砂量●适度出砂生产条件下的采油方法与地面处理工艺技术 适度防砂生产不是主张不出砂，而是要保证地层中骨架砂拱的稳定性，这一点与防砂是一致的。不同的是，适度防砂生产是通过实施有效的人工出砂管理，允许少量易堵塞地层的砂随产液流出，疏通地层孔道，增大渗流面积，从而收到比防砂更好的效果。携砂开采稠油具有提高单井产能和油田最终采收率的潜力。携砂生产，为EOR技术改善了地层条件，产砂后的油藏比未开采油藏更有利于提高波及效率。近年来，国外许多重油专家认为，产砂与较高的产量有密切的关系，部分砂粒的产出，就象在井眼周围进行了增产处理，可大幅度提高油井产能。有人已将出砂量与增产之间的关系量化成重油粘度的函数，原油粘度越大，要保持产量就必须维持较高的出砂百分比。1.适度防砂的可行性研究及实例 表3-4Lloydminster和Lloydminster油田携砂生产与防砂生产情况表加拿大Lloydminster油田及LindberghELKPoint油田都属疏松砂岩稠油油藏(φ>30%)，采用适度防砂工艺，并应用地面液压驱动螺杆泵系统生产，平均单井产液量10m3／d；如果防砂后生产，单井产液量小于2m3／d。实例一：加拿大两油田适度防砂生产实例 在胜利油田，疏松砂岩油藏原油地质储量占全油田的40%以上，出砂同样是油田开发的一大困扰。胜利油田埕东油区1985年进入高含水期，1995年底地层压力11.5MPa。投产初期，出砂严重，采用小型抽油机，限产控制出砂。随液量增加，调整机型、改下大泵。有些电泵井因产液量高，又引起大量出砂，再转为游梁机抽油。防砂后产量大大降低，大部分防砂井产液量只有防砂前的一半，甚至更低，有些井因防砂导致停产。为此，该油田确立了大部分出砂井以适度防砂生产为主的方针。主要的控砂措施为：逐级放大排量，防止地层激动出砂；采用双单流阀(在泵上端及泵上350m两处安装单流阀)防止停机时砂卡泵。1995年底，该油田采出程度为38％，平均采油速度为1.9%。实例二：胜利油田适度防砂生产实例 辽河油田在长期的现场生产实践中认识到，要维持油井可能的最高产量，应将大颗粒砂挡在泵系统之外，同时必须让悬浮在原油中的细粉砂随原油一起产出，因为防砂粒径越细，对防砂筛管的要求愈严。稠油中的胶质、沥青质及机械杂质将把防砂筛管完全堵死，造成防砂失败。为获得最好的经济效益，对出砂的稠油井应采用防砂与携砂生产相结合的生产工艺，即采用不苛刻的防砂工具将大粒径砂挡在地层内，允许油井出细粉砂，但是细粉砂的大量存在造成泵系统的严重磨损、卡泵、埋泵、堵泵、阀漏失、阀失灵，最终使泵系统无法工作，必须研制有待珠功能的抗砂携砂采油系统。近年来，根据常规抽油泵系统出现磨、卡、堵、埋、漏等故障，在原来泵系统基础上，经适当改进研制成新的抗砂、携砂抽油泵系统。实例三：辽河油田适度防砂生产实例 2.井筒流动携砂能力与适度出砂量如果地层出砂量大于井筒流动携砂能力，部分砂粒将被流体携带至地面，其余部分砂粒将会沉入井中。流体在井筒流动过程中，其最大携砂能力与其速度有关，根据水流携砂能力实验研究，可以得到液流最大含砂量公式为：为了防止油井井筒沉砂，油层出砂量应小于井筒携砂能力。因此，将井筒携砂能力作为适度出砂量的上限值。表3-5和图3-6给出了绥中36-1油田部分出砂井，在某一产液量下的井筒携砂能力。 表3-5绥中36-1油田部分出砂井的产液量对应的井筒携砂能力 3.适度出砂生产条件下的采油方法与地面处理工艺技术◆在人工举升方法中螺杆泵可以输送高含砂比的液体，最大含砂率可以达到40%，另外，螺杆泵也更适合于开采稠油。在国外稠油出砂冷采井几乎全部采用螺杆泵。◆油井带砂生产，为防止砂粒堵塞集输系统，产出液体不允许直接进入管网，必须就地除砂。地面除砂工艺如下： 由于稠油悬砂时间长，为加快砂粒沉降速度，国外一般采用大罐加热沉降除砂方法。Suncor公司最初采取每口井配制一个120方的大罐，产出流体直接进入大罐，大罐中配有一个152毫米的U形加热管，经大罐加热沉砂后产液进入管网。后来，为了满足单井产量增加的需要，每口井串接了三个大罐，其中第一个大罐中配有两个152毫米的加热管，第二、三个大罐中配有一个加热管，经三个大罐分级处理后，第三个大罐中出来的流体已相当纯净，可以直接进入管网。地面除砂工艺： 几点认识1.采用适当增大砾石直径（目前是5-6倍）进行适度防砂，以控制在合理的含砂比条件下带砂生产，防止砂运移而堵塞井壁附近地层或砾石段，降低油井产能。2.油层适度出砂，可以提高稠油在地层中的流动能力，从而增加了单井产能。适度出砂量与油井产液量大小及举升工艺有关。3.通过调整注水井吸水剖面和开发方案调整，来控制油井含水的上升。油井含水常会带来支持砂粒的毛管力削弱，容易引起微粒运移和出砂。同时含水上升使流体流动阻力增加，油井产能降低。 4.加强注水，保持地层压力开采，可以减少或防止油井出砂。同时，保持地层压力，也可以防止原油在地下脱气，抑制有机垢的形成。5.应用有机溶剂解除有机垢的堵塞，可以恢复或提高油井的产能。6.对油井通过酸化和反向冲洗可以清除颗粒堵塞，从而可以恢复或提高油井的产能。