一种新的水平井产能方程研究

水平井井筒压降损失的计算模型在考虑压降损失后,所得的水平井压降值往往偏高,在研究油藏向井流动和水平井井筒耦合流动的压降及流动阻力基础上,根据质量守恒定律和渗流阻力定义,分析了水平井井筒摩擦压降与生产压差关系的同时,采取分段计算压降损失的方法,导出了新的水平井稳态产能预测方程?研究指出,水平井的流动不论高速和低速渗流,其流动都是以向井流动为主;水平井的趾端流动在流动中呈球面径向流动。     

井筒压降对水平井入流动态的影响

针对实际油藏中的三维渗流问题,利用傅立叶余弦变换以及点线汇和势的叠加原理等数学方法得出了沿井筒的压力分布方程。结合考虑压降的井筒变质量流的管流流动模型建立了地层渗流与水平井筒管流耦合模型,并提出了相应的数学解法。研究结果表明：地层渗流与井筒管流的耦合模型能够全面考虑水平井和油藏的形态及参数影响;摩擦压降是井筒压降的主要组成部分,摩擦压降与井筒半径成反比;随着井筒长度的增加,井筒压降随之增加,但压降增加的幅度越来越小;井筒压降的存在导致水平井筒的入流动态呈U型分布。     

分支水平井稳态渗流理论及最优井长

针对油藏中分支水平井的稳态渗流问题,基于渗流力学理论,采用全三维方法,导出了油藏稳态渗流与分支水平井井筒流动的耦合模型。用改进的Su方法以及一种新方法计算了裸眼完井分支水平井井筒内的压降,分析和比较了井筒内压力和采油指数的分布情况;同时,给出了考虑经济因素的分支水平井水平段最优长度的计算方法。结果表明,分支水平井的单个分支内的流动情况和水平井近似;由于摩擦因素的影响,分支水平井的水平分支不是越长越好,而是有一个最优值。这些结论可用于实际油藏中分支水平井的设计和产能预测。     

水平井水平段长度计算及影响因素分析

由于水平井水平段的流动是变质量流,因此在水平井水平段存在流动压降,特别是当水平段较长时,会导致水平段井筒末端油藏和井筒的压降很小甚至为零。因而研究水平井水平段有效长度对水平井设计具有重要意义。在考虑水平段流动阻力的情况下,对水平段流动进行了简化,建立了计算水平井水平段长度的模型。对于一定的生产压差和预期达到的产量,利用该模型可以计算出所需水平段长度;反之,对于一定的生产压差和预期的水平段长度,利用该模型可以计算水平井所能达到的产量;并可利用该模型对影响水平井产量的因素进行敏感性计算分析。井例计算表明,对于具体油藏中的具体水平井存在一个最优的水平段长度。     

断块油藏中阶梯水平井的渗流特性

根据流体力学和渗流力学的相关理论,考虑阶梯水平井穿越3个独立断块油层的情况,建立了阶梯水平井井筒管流与地层渗流耦合的数学分析模型。在该模型中,对于水平生产段,采用质量守恒原理和微元线汇理论,分析了沿程流入对井筒内压降的影响,导出了阶梯水平井井筒内生产段的压降计算公式;对于各个油层之间的连接段,建立了不同曲率半径情况下的压降计算方法。同时,考虑了阶梯水平井穿越的断块油层具有不同的生产能力,推导并提出了数学模型的求解方法,并编制了相应的计算程序。利用该分析模型,可以求解阶梯水平井井筒沿程压力分布及产量分布。模拟计算表明,阶梯水平井在生产时,产量受各个油层的生产能力和水平井筒的摩阻共同影响,且物性较好的储层在水平井的跟端,物性较差的储层在水平井的指端对开采较有利。     

水平井筒气水两相流动压降规律研究

采用水平井开发有水气藏时,由于水平井中复杂的两相渗流规律以及水平井筒中特殊的流动状态,使得当流体从孔眼流入时会对水平流动产生显著影响,造成常规水平圆管气水两相流动规律不适用,其突出表现为流动中的压降变化。为了探索水平井筒气水两相流动压降分布规律,运用划分微元段的思想,建立了水平段一维混合流动井筒压降计算模型,在此基础上建立了水平气井携液模型,并采用Fluent流体仿真软件模拟气水同产水平井筒内的混合流动。研究表明,随着主流流速的增大,井壁摩擦压降、孔眼粗糙度压降以及混合压降都增大;井径的增加导致井壁摩擦压降和孔眼粗糙度压降都减小;而流体黏度只对孔眼粗糙度压降产生影响,增加黏度会引起粗糙度压降的增加。数值模拟结果表明,从井筒指端到跟端,流量增大,流速增大,孔眼入流会产生压力降,沿程总压力减小,符合井筒流动压降的原理。     

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正确预测水平井产能对水平井开发方案设计、生产优化及生产动态分析具有重要意义。在充分考虑水平井生产特性的基础上，将水平井看成是由若干段线汇组成，把气体在气藏内向水平井的三维稳态渗流与其在水平井筒内的流动耦合起来，建立了气藏水平井稳态产能计算模型，并提出了求解此模型的方法。实例计算表明：水平井筒内的压力损失对其产能有影响，地层渗透率高时，影响更大；水平井每单位长度的生产指数沿水平井段并非处处都相等。该模型稍作改动，就可用于油藏水平井产能预测。     

射孔完井水平井加速度压降与混合压降模型

射孔完井是水平井完井的主要方式之一。由于流体在水平井筒中的流动为变质量流动,在水平井筒内必然存在因流体的流动而引起的压力损失。基于气液两相的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程,得到了射孔完井水平井加速度压降和混合压降的计算方法。分析认为,摩擦压降虽然在水平井筒总压降中起主要作用,但加速度压降和混合压降的影响同样需要考虑。该研究为水平井筒变质量流动压降分析提供了理论依据和计算模型。     

水平井筒射孔完井变质量流动压降规律

影响水平井产能和向井入流剖面的因素很多,水平井筒沿程压降是其中一个重要因素。结合水平井筒生产实际,在大庆多相流试验环道基础上,设计了壁面注入系统和变质量流动试验段,针对射孔水平井筒变质量流动规律进行了单相和两相变质量流动试验研究。结果表明,单相水平井筒沿程压降随注入比变化,并且存在临界注入比,当注入比超过临界注入比时,压降随着注入比增加显著。进一步的数值模拟研究揭示了其中的原因:当超过临界注入比后,射孔孔眼下游出现流动分离,混合压降开始起作用,从而引起压降的显著增加。油水两相变质量流动除了受注入比影响外,还受到含水率变化的影响,在高流量条件下,40%含水率时压降最高,流型为分散流型;低流量下,压降随含水率变化不大,流型为分层流型。该研究结果对完井设计有一定指导意义。     

考虑井筒压降的水平井产能影响因素研究

水平井井筒内压降对水平井生产动态有较大影响,特别是当水平段较长时,将导致水平井筒末端油藏和井筒的压降很小,甚至为零。根据质量守恒定律和动量定理,在建立裸眼完井水平井筒内单相变质量流动压降方程的基础上,建立与油藏耦合的产能计算模型,分析了各因素对水平井产能的影响。通过研究发现,对于具体油藏具体水平井存在一个最优的水平段长度,同时水平井井径、流体粘度、流体密度、油层厚度、水平段到油藏底部距离、水平渗透率和垂向渗透率等参数均会对水平井的产能造成一定的影响。     

射孔完井的水平井向井流动态关系

针对几种常见类型油藏（底水驱油藏,边水驱油藏,上、下封闭边界油藏）导出了射孔完井的水平井生产时单相原油三维稳态流动的压力分布,并根据质量守恒原理及动量定理导出了射孔水平井筒内压降计算新公式。建立了耦合油层中渗流与水平井筒内流动的向井流动态关系模型,提出了求解模型的方法。用该模型制作了一口实例水平井的向井流动态关系曲线,并分析了射孔密度对其产量的影响,该模型可用于水平井产能预测及射孔参数优选。图３表１参８（陈志宏摘）     

水平井筒内压降对水平井向井流动态关系的影响

建立了考虑水平井筒内压降影响的水平井向井流动态关系模型,为油藏工程和采油工程预测水平井真实的向井流动态关系提供了必要的手段。通过实例计算,分析了水平井筒内压降对水平井向井流动态关系的影响。分析表明:当水平井筒内压降较大时,即使油层和整个水平井筒内全部为单相原油流动,水平井的IPR曲线也不再为一条直线,而是一条曲线。井筒内压力损失越大,单相液流IPR曲线的这种背离直线的现象越明显;对于有底水或气顶的油藏,应适当增加水平井筒直径,以降低水平井筒内压降,从而延缓底水或底气的锥进。     

稠油油藏水平井井筒压降规律研究

水平井技术已在稠油油藏开发过程中广泛运用,但因稠油黏度较大,水平井井筒压降已成为产能研 究过程中不可忽视的问题。 基于常规水平井产能理论,利用 Joshi 提出的方法将水平井三维渗流场简化 为 2 个二维渗流场,运用保角变换方法以及等值渗流阻力法得到稠油油藏水平井地层渗流模型,同时考 虑井筒变质量流动,建立了地层渗流与水平井井筒管流的耦合模型。 实例分析表明,井筒压降使得水平井 的无阻流量减小了 7.7% ,且稠油油藏水平井井筒压降远远大于常规油藏水平井井筒压降。 敏感性分析表 明,随着水平段长度、幂律指数以及油层厚度的逐渐增大,井筒压降逐渐增大,而随着井筒半径的逐渐增 大,井筒压降则逐渐减小。 本次研究为稠油油藏水平井井筒压降规律的研究提供了新的思路     

裸眼完井分支水平井井筒压力分布理论研究

根据水平井筒内单相变质量流特点，考虑影响井简压降大小的各个因素，利用质量守恒定律、动量定理以及管流摩阻公式，建立了水平井简压降计算模型。把井筒压降计算模型与油藏三维渗流模型耦合起来，可以得到井筒中的压力分布。通过对分支水平井井筒压力的初步研究，建立了井筒压力分布求解模型，得出了一些有益的结论，为进一步的研究打下坚实的基础。     

水平井变质量管内流动损失的数值研究(二):多支管流动

本文是《水平井变质量管内流动损失的数值研究(一):单支孔流动》[1]的续文,研究多支管水平井筒中流动压降和摩阻。水平井筒中压降及壁面摩擦阻力的沿程变化对水平井的产量有很大影响,因此,掌握水平段的多支孔流动损失和压降规律,对优化水平井长度及开采工艺设计、准确预测水平井产油量至关重要。本文仍采用数值方法,在预测壁面单支管注入对管流压降及壁面摩擦阻力影响的基础上,研究了壁面多支管注入对管流压降及壁面摩擦阻力影响,给出压降系数与壁面注入速度及截面雷诺数的变化规律。     

非均质底水气藏水平井井筒流量及压力剖面研究

在非均质底水气藏开发过程中,水平井钻遇不同渗透率的储层是影响水平井井筒流量以及压力剖面的重要因素.以非均质底水气藏水平井渗流理论研究为基础,利用微元法将非均质储层分为若干均质储层,并在每个均质区域考虑储层与井筒耦合的变质量流动,建立了求解非均质底水气藏产量以及压力剖面的半解析模型.实例分析表明,水平井井筒流量剖面随着渗透率分布的变化出现不同幅度的波动,渗透率级差越大,流量剖面波动的范围越大,且水平井钻遇高渗透储层越多,总产量也越大;在水平井井筒跟端与趾端附近,渗透率分布对井筒压力剖面基本无影响,而在水平井井筒中间部分,高渗透储层分布越多,压降越大,反之则压降越小,但整个水平井井筒压降仅为10-4 MPa左右,因此水平气井压力测试只需将压力计下到井筒跟端处.     

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同常规的垂直井相对比，采用水平井开采能够大幅度增加油气井与油气藏的接触面积，改变油气藏中井筒附近区域的渗流方式，降低渗流阻力，进而可以利用较低的生产压差来实现更高的油气产量。因此对于稠油油气藏、大倾角多层油气藏、天然裂缝油气藏、薄油层油气藏、具有气顶或者底水的油气藏以及海上油气田的开采，水平井技术越来越受到人们的关注。在水平井开采中,井筒沿程有流体不断地流入，使得水平井筒中的流动成为一种沿流动方向质量流量逐渐增加的变质量流动。由于油气藏中复杂的地质条件以及水平井段的流动特点，还会出现油、气、水的多相流动，这就使得水平井段内的流动变得更加复杂。水平井筒变质量流动规律的研究是水平井产能预测、水平井水平段长度优选以及水平井完井设计优化等的基础。文章从物理模拟实验及数学模拟两个方面对水平井筒变质量流动规律的研究方法及原理分别进行了介绍，并阐述了该研究领域所取得的最新进展。     

水平井筒变质量间歇流压降的理论与试验研究

间歇流是实际水平井筒气液两相流动中非常重要的一种流动形态。由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,常规管流的压力计算方法对于水平井筒流动来说就需要进行修正和扩展。在常规水平管道间歇流动压降分析的基础上,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程,考虑管壁入流或出流对压降的影响,得到一种新的水平井筒间歇流流型压降计算方法。同时,设计并建立了水平井筒流体流动模拟试验装置,在轴向为气液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的间歇流动压降试验研究,获得了大量试验数据,与理论计算结果吻合较好,表明该计算方法具有实际应用价值。     

水平井井筒变质量流动压降计算新模型

为了使水平井变质量流压降模型更具合理性和准确性,更有效地分析油井产能和生产动态,通过回顾和分析以往关于水平井筒压降模型的计算理论与方法,利用现有实验数据回归分析建立了一种新的射孔完井压降计算回归模型,该模型能够实现射孔完井孔密、相位角连续变化时综合摩擦系数的求取和井筒压降的计算。通过实例对比分析可以看出,该模型和目前常见模型的计算精度较为接近、计算结果较为合理。该模型的提出可以为进一步改进油藏渗流与井筒流动耦合模型的理论研究提供参考。