考虑变质量湍流影响的水平井流入动态分析

在水平井生产过程中,井筒内管流与地层渗流互相制约、互相影响、互为边界条件,从而构成了一个完整的水动力学体系。根据水平井生产时井筒内管流与油藏的相互作用关系,建立了水平井筒存在压力梯度的变质量湍流与地层渗流的耦合计算新方法。关于井筒内流的计算;应用了经典的k_εM湍流模型,关于地层的渗流计算,采用了有限元法。通过耦合模拟获得了井筒内湍流场流速分布及总压能损耗的规律,根据耦合模拟计算结果绘出了较为准确的水平井流入动态曲线。该计算方法为描述水平井流入动态、评价水平井产能、确定合理生产制度提供了可靠的手段.     

水平井变质量流与油藏渗流的耦合研究

针对目前对水平井生产时井筒内流体流动研究的现状及不足,对裸眼完井水平井微元段进行了流动分析,根据连续性方程、动量方程和能量方程,推导了混合压降计算公式,得到了井筒压降计算模型.该模型考虑了摩擦、加速度和井筒壁面流入的混合干扰等因素.建立了稳态条件下水平井筒流动和油藏渗流的耦合模型.实例计算和分析了一口水平井的变质量流动规律,与无限导流模型进行了分析对比,说明了井筒压降对井产能的影响.该耦合模型为描述水平井流入动态、评价水平井产能提供了理论依据.     

稠油油藏水平井热采非等温流入动态模型

将常规油藏水平井三维稳态势分布模式引入到水平井蒸汽吞吐开发油藏,以Marx_Langenheim加热理论为基础,把水平井筒处理成由若干个流量、温度不等的微元段线汇组成,建立了非等温油藏内渗流与水平井筒内变质量变温度管流耦合的流入动态模型.利用该流入动态模型,可以计算水平井注蒸汽后的地层参数,也可以模拟计算水平井筒在不同温度分布剖面下的产量和压力分布,分析流入动态的诸多影响因素,从而为优选采油参数提供了依据.计算实例表明:蒸汽吞吐水平井的流入动态受水平井筒的非等温状况影响较大.水平段首、尾两端温差越大,水平井筒压降就越大,产能也越低,水平段产量分布的对称性变差,指端产量远低于跟端产量.     

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。     

油层中渗流与水平井筒内流动的耦合模型

针对几种常见油藏类型情况,导出了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水平井筒内压降计算新公式。它考虑了沿程流入对井筒内压降的影响。提出了把油层中的渗流与水平井筒内的流动耦合的数学模型及求解方法。实例计算表明:用此模型计算产能,精度高;井筒内压降对水平井生产动态有影响。当生产井段长度超过某一值后,产量不再随井长增加而增加;沿水平井筒长度方向各段单位长度的采油指数并不相等。     

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。     

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。     

底水油藏水平井井筒内压力特征研究

为了研究底水油藏水平井开采时井筒内压力特征,建立了井筒管流与油藏渗流的耦合模型:首先根据管流理论,考虑摩阻压降与加速压降,推导出水平井筒内压力损失表达式;依据镜像反映、叠加原理等方法,推导出油藏渗流进入井筒流量表达式;最后根据变质量流性质,建立水平井流入量与压力损失的耦合关系,运用数值方法,求出耦合模型数值解,从而得到水平井筒内压力分布。实例研究表明:底水油藏水平井开采时,井筒内存在压力损失,而且越靠近跟端,压力损失越明显,受此影响,水平井内产液段主要位于跟端位置。随产量增大,井筒压降中加速损失占的比重越大。     

气藏水平井生产系统动态分析模型

对于水平井开发气藏，其生产系统由气藏内渗流和水平井井筒内流动两部分所组成。首先仿造采油指数的定义来定义压力平方形式下的采气指数，分别建立了气藏渗流及水平井筒流动的数学模型，该模型具有压力平方的形式，然后应用体积平衡原理将气藏内流动和井筒内流动联系起来，建立了产量耦合下生产系统分析模型，该模型实际上是水平气井的流入流出动态分析模型，分为层流、光滑管壁紊流、粗糙管壁紊流3种流态，推导出气藏水平井的产量随位置变化的关系式，并分析讨论了管壁相对粗糙度对气藏水平井产能的影响，在考虑水平井水平段内摩阻的情况下，实例分析了气藏水平井的流入流出动态关系。这为钻井工程、描述水平井流入流出动态、评价水平井产能、确定合理生产制度和管壁相对粗糙度对气藏水平井产能的影响提供了可靠的手段和方法。     

水平段井筒管流的简化模型

对于水平井井筒的稳定单相流动,提出了水平井井筒管流的“微元段”观点,从而简单实用地解决了井筒内的变质量流问题;根据流体力学和渗流力学理论,给出了水平井井筒管流的“等效渗流”方法,推导了单相流动的层流、紊流和过渡状态时的“等效渗透率”,建立了水平井井筒的“管流等效渗流”模型。当水平井井筒内流动处于层流状态时,等效渗透率仅是井筒半径的函数;当流动处于紊流状态时,等效渗透率不仅是井筒半径的函数,而且与流体性质以及井筒压降有关。经实例分析,模型计算所得的等效渗透率在不同流态时是连续的,避免了流态转化时的数值突变问题,而且模型简单实用,所得到的等效渗流方程与达西渗流方程形式相同,因此,现有的用于处理油藏渗流的技术都可以用在井筒管流中。该模型可以在井筒管流与油藏渗流耦合问题中使用,避免了在耦合过程中使用繁琐的流体力学公式,从而可以降低耦合问题的复杂性,使求解问题变得简单。     

肇州油田水平井水平段压降计算及测试

水平井水平段的流动为变径入流量的变质量流动,根据动量守恒方程建立了水平段流动的压力梯度基本方程;通过不同位置的采液指数变化,表征水平井筒中的流动与油藏渗流的耦合,考虑孔眼入流情况下的管壁摩阻系数,建立了一套系统的水平井水平段压降计算模型及方法。水平段压力损失由摩阻压力损失、加速压力损失、混合压力损失以及势能压力损失等四部分组成。对肇州油田州62-平61井水平段压降进行了计算,并在相同生产条件下进行了测试,计算值与实测值误差6％。计算表明,肇州油田9口水平井的水平段总压降大约在0．048～0．26MPa。     

无限导流水平井不稳态压力计算模型

在Ozkan ＆ Raghavan的均匀流率水平井解析模型基础上,建立非均匀流率无限导流的水平井计算模型,利用离散化数值求解技术,以半解析方式计算获得水平井的不稳态流率分布和井筒压力.计算表明,无限导流水平井压力动态早期受流率分布变化影响,并不出现井筒径向流特征.该计算模型具有灵活的扩展机制,为水平井的完井方案优选、产能预测提供了快速、灵活的分析工具.     

非均质油藏水平井分段变密度射孔优化模型

基于油藏数值模拟技术,耦合油藏渗流、井壁流体入流、井筒流体管流,建立三维三相水平井分段变密度射孔优化设计模型。分析了水平井跟(趾)端与中部渗流差异、避射段、渗透率非均质、油层厚度非均质、孔隙度非均质、井筒压降、最大射孔密度、射孔优化原则等8个因素对水平井分段变密度射孔孔密与入流剖面的影响及流体黏度、套管直径、管壁粗糙度对井筒压降的影响。结果表明,跟(趾)端与中部渗流差异、避射段、渗透率非均质性、油层厚度非均质性对分段变密度射孔有显著影响;考虑与不考虑水平井跟(趾)端与中部渗流差异可能会得出相反的孔密优化结果;避射段的存在会影响流体入流剖面;国内陆上大多数水平井分段变密度射孔不必考虑井筒压降的影响。塔河油田AT9-7H井预测与实际生产指标对比表明,该模型具有较高的精度。     

射孔水平井产能分段数值计算

水平井开采时流入剖面不均匀，传统的产能解析公式或恒生产指数的计算方法难以准确预测其产能。假设地层均质，将射孔完井水平井筒分为多个井简单元段，采用拟三维思想，把流体在三维空间的流动分为垂直裂缝流、近井区径向流和孔眼汇聚流，并考虑地层伤害的影响，建立井简单元段的油藏渗流模型。根据孔眼注入对水平井筒中流体流动的影响，将井筒压力损失分为摩擦损失和加速损失两部分，基于质量、动量守恒原理，建立井筒流动压力损失模型。将油藏渗流与井筒流动耦合计算，开发了应用软件，井壁流入剖面计算结果表明，从水平井筒末端到跟端，井壁注入量逐渐增大；水平井产能计算结果与油井实际产量吻合较好。图1表2参14     

水平井变密度射孔优化设计模型

针对水平井应用过程中容易出现底水脊进、射孔成本过高、射孔易损害套管等问题,基于射孔完井水平井生产流体流动压降分析,研究了油藏流体渗流模型、射孔孔眼流体流动模型、井筒流体流动压力梯度模型以及流动耦合模型,建立了水平井变密度射孔优化设计模型。研究结果表明,通过优化水平井变密度射孔密度分布,可有效地调节水平井生产流体流入剖面,防止底水脊进;变密度射孔可减少射孔的数量,降低射孔成本及射孔对套管的损害程度;初始孔密、原油黏度以及是否射穿污染带等影响变密度射孔孔密分布;初始孔密较大时,射孔密度的变化较大;原油黏度较大时,射孔密度的变化较小;已射穿污染带时射孔密度的变化大于未射穿污染带时射孔密度的变化。同时,初始孔密和原油黏度对井底流压和孔眼压降也有较大的影响。图5参14     

基于节点网络的水平井分段流入剖面预测方法

随着水平井分段完井技术的发展,完井结构变得越来越复杂,为了准确模拟水平井分段完井流入剖面,研究了基于节点网络的水平井分段流入剖面预测方法。将完井结构简化为由地层、井壁与完井工具间的环空、完井工具构成的水平井井筒网络,基于物质守恒原理和动量守恒定理,建立了各类流动桥的压降模型;用桥流动指数来表征流体流动方向,建立了耦合地层、井壁与完井工具间的环空、完井工具三者之间的流体流入剖面预测模型,并采用Newton–Raphson迭代方法进行了求解。算例分析表明,应用该方法可预测水平井复杂完井结构的环空、油管中的压力和流量分布,准确反映完井方式和完井工具对井筒流体流入剖面的影响,且具有较高的预测精度。研究认为,建立的水平井分段流入剖面模型可为完井方式选择、参数优化设计提供理论支撑。      

固液动压分离机中钻井液的流动分析

动压机是集成水力旋流分离理论、压力过滤分离理论和振动过滤理论的一种固液分离设备。根据动压机结构和入流方式的特点,提出了研究动压机内钻井液流场的数学方法,建立了动压机流场的边界条件和动压机钻井液旋流流场数学模型,研究了钻井液径向、切向和轴向运动规律,并分析了动压机内的短路流和循环流的问题。所得到的有关结论对进一步开发研制应用于生产现场的实际装备将起到积极的指导和促进作用。     

不完全对称多井底水平井产能研究

为了更好地为水平井油藏工程研究提供基本分析手段，根据拟三维思想，运用保角变换以及镜像理论、叠加原理和等值渗流阻力法等渗流理论，对不完全对称多井底水平井稳定渗流进行了研究，推出其流场分布和产能计算公式，这些公式是完全对称多井底水平井相应结论的推广。此外，还对影响不完全对称多井底水平井的部分参数进行了研究和分析，对多井底水平井的产能进行了比较。所得结果可用于水平井油藏工程问题研究、计算和预测。