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。     

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。     

阶梯水平井产能预测方法

根据质量守恒原理和动量守恒原理,建立了双台阶水平井筒沿程压降模型。通过比产能指数将井筒中的流动与油藏渗流进行了耦合。模型中油藏渗流计算采用JOSHI稳态流动模型,水平井筒摩擦压降计算考虑了壁面流入的影响。并为所建的模型编制了程序,通过实例计算分析双台阶水平井相关参数对产能的影响,认为对于大井眼、小产能水平井加速度压降可忽略,摩擦压降较小,由水平倾角引起的重力压降对产能有较大影响。本文为油藏工程分析和采油工艺分析建立了一种简单、快捷、有效的阶梯水平井产能预测方法。     

水平井注采井网合理井距及注入量优化

为解决水平井水井为刚性水驱,推导出考虑和不考虑水平井水平段压力损失两种情况下水平井注采井网的合理井距、合理注入量公式.根据公式分析认为,水平井水平段压力损失受管径、注水量或产油量、水平段长度影响.对于特定水平井,压降损失主要受产油量或注水量影响;对于确定的油藏,影响最大井距的主要因素是水平井长度、生产井产量、水井注水量.利用该研究结果设计的塔里木油田哈得4薄砂层油藏水平井注采井网在开发中起到了降低注入压力、增大注入量、有效保持地层压力的作用,应用效果良好.图2表2参29     

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。     

热采水平井变质量流与油藏渗流的耦合数值模拟

为真实反映水平井及近井地带的流体流动情况，需要将水平井井筒内的流动与在油藏中的渗流耦合进行油藏数值模拟。假设“微元段”，引用“交错网格”和“等效渗透率”概念，建立了热采水平井井筒变质量流的等效渗流模型；在此基础上提出耦合井筒变质量流与油藏渗流的水平井产量公式，建立了井筒变质量流与油藏渗流耦合的数学模型。利用该模型进行热采水平井开采机理研究，认为：水平井井筒内的压降影响水平井生产动态，忽略压降将使计算的产油量和油汽比偏高；水平井所产油主要来自水平井筒的始端，在一定的油藏条件、水平井参数等情况下，每口水平井都有最优水平段长度。图2表1参5     

考虑井筒压降的水平井流速及压力分布研究

针对井筒摩擦和加速度对井筒压降的影响,根据质量守恒定律和动量定理推导了水平井筒内压降计算的基本公式,建立了与油藏耦合的水平井沿程流速与压力分布计算模型.求解该模型可以得到考虑井筒压降的水平井沿程流速与压力分布.研究发现:水平井水平段沿程压力靠近趾端变化较小,靠近跟端变化较大;由于径向入流的存在,使得水平井沿程呈现变质量...     

水平井筒油水两相流压降计算模型

水平井的应用已越来越广,由于其增产效果明显,特别是对于底水油藏,能有效地延缓地水锥进的速度,从而为油田创造巨大的经济效益。以前人们都普遍把水平井视为无限导流,即：从根端段到指端段几乎没有压降消耗。但是随着水平井的技术越来越成熟,大位移水平井开始出现,水平井筒中的压降已不容忽视。对水平井筒油水两相变质量分层流动进行了微元分析,考虑壁面入流对其中油水两相变质量分层流动压降的影响,运用连续性方程和动量守恒方程,得出了水平井筒油水两相变质量分层流动的基本模型和压降计算模型,通过模型求解揭示了在壁面入流条件下沿水平井筒的压降分布。     

水平井水平段最优长度设计方法研究

由于水平井水平段内摩擦损失的缘故,如果水平段内压降和油藏压降相当,导致水平段末端压降很小或者为零,这种现象常常出现在高渗透层的低压降生产油藏和生产压差受到限制的锥进油藏。因而研究水平井最优长度设计方法对水平井开发方案设计具有指导意义。本文分三种情况(底水油藏、气顶底水油藏、气顶油藏)建立了油藏内流动模型、井筒内流动模型、水平井水平段最优长度数学模型,在建立模型过程中,考虑了水平段内流动状态(层流、紊流)和管壁相对粗糙度对摩擦损失和水平井产能的影响,最后通过实例计算得到了几个结论。     

底水油藏水平井分段开采研究与设计——以大港油田庄海8馆陶组为例

目前国内绝大多数底水油藏采出程度较低,开发效果不理想,如何进一步提高该类油藏的采收率,是油藏工程技术人员不断的追求与奋斗的目标。以大港埕海油田庄海8馆陶组底水油藏为例,通过对经验与教训的分析,开展了非均质底水油藏中不规则井身轨迹的水平段压降、流量等沿程分布规律的研究,定量描述底水油藏水平井水平段内部流量及压力的分布,明确底水锥进规律。以此为基础进行水平井优化设计,结合储层分布、水平井完钻轨迹、油藏波及动用范围,提出水平井防砂完井分段采油技术方式,实现长水平段内生产压差有效控制,实现了水平段内均衡的采油。理论与实际生产证明,水平井分段开采是不分段开采产量的2倍以上。底水油藏水平井分段开采技术的研究与试验,起到了控水增油的效果,为国内外此类油藏水平井改善开发效果探索了新的途径。     

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。     

分段射孔水平注水井注入动态研究

水平井分段注水时,在总注入量确定的情况下,确定每个射孔段的流量分配与压降分布是一个复杂且有现实意义的问题。建立封闭地层的水平井三维稳态渗流模型,用Fourier 正弦变换、势的叠加原理、三角函数变换、渐进分析求解其压力和流量分布;通过与直井比较,求得均匀流量水平井稳态当量井径模型。利用多井叠加原理建立分段射孔无限导流水平井流量分配模型,用高斯消元法求取每个射孔段的流量分布,在此基础上分析了分段射孔水平注入井的压降特征。算例应用表明,在其他条件相同的情况下,射孔间距或射孔段长度越大,射孔段附近压降越大,而水平井中部的射孔段附近的压降小于相同条件下端部射孔段的压降;分段射孔水平井的近井地带易于形成近线性驱替系统,特别是选择中间略长,根（趾、端）部稍短的射孔方式,可使这种驱替效果更好。该方法能够直观量化每个射孔段注水量的分配,从而为周围油井注水见效、水驱动用程度等的分析奠定基础。     

分支井汇合流动压降计算

随着节约型开发方式的发展以及海洋油气的开发,分支井开发油气资源技术越来越受到人们的重视。分支井开采的一个显著特点是存在分支与主支的汇合,在汇合点处存在汇合流动的局部阻力损失,即汇合流动压降。为此,需要建立汇合流动压降物理及数学流动模型,分析汇合流动局部损失的大小,从而为分支井油气产能分析提供基础。文中采用类比方法建立了三分支井的物理模型;通过流体力学分析,建立了三分支井的等径三通的汇合流动模型和等径斜支管的汇合流动模型;汇合流动压降计算表明,当总的流量小于1000m^3／d,各支管内直径不小于76mm时,无论是等径三通还是等径斜支管,其局部阻力损失都很小,最多为0．01MPa左右,是1000m井深油井重力压力损失的0．13％左右;而在生产压差为6MPa水平段井筒内,局部阻力损失0．01MPa,只有6MPa的0．17％左右。考虑现场的工程实际,可以忽略由于分支汇合流动而造成的局部阻力损失。而且三分支井的分支点处采用普通分叉管时,汇合点处最好采用等径三通连接。     

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     

X油田Es_3~1底水油藏水平井设计优化

水平段的长度和避水高度是底水油藏水平井设计的关键技术参数,合理的取值可以使产量和成本实现最优、可以有效提高开发效益。依据模糊理论建立水平段长度优化模型,并结合水平井无因次产量和临界产量与避水高度的变化分析,实现了X构造Es31油藏水平井优化设计。     

水平井分段压裂技术及在长北气田的适用性研究

水平井目前已成为提高油气田勘探开发综合效益的重要途径,但是有时低压低渗透油气藏水平井的单井产量也达不到经济开发的要求,这就必然面临着储层改造的问题。水平井分段压裂技术扭转了低渗透油气田多井低产的开发方式,实现了少井高产。长北项目至2011年11月共完钻29口双分支水平井,一期和二期开发的水平井产量高,可以满足经济开发的要求,三期开发的水平井砂岩钻遇难度大、投资比较高、单井产量较低;为此有必要探索改进开发方案,加强对水平井进行分段压裂的研究。为此总结了水平井分段压裂的发展概况、水平井分段压裂常用方法,结合长庆油田苏里格气田近年来水平井分段压裂的经验,分析认为水力喷砂射孔压裂方法和裸眼封隔器加投球滑套压裂方法比较适合长北气田。     

低渗透油气田水平井开发特点及影响分析

水平井技术是开发低渗透油气田的一种有效途径,可大幅度提高勘探开发的综合经济效益。由于水平井对储层具有很大的穿透度,水平井技术能够有效的增大生产井段与地层的接触面积,降低生产压差,提高生产井的产能。因此,水平井技术十分适合于低渗油气田的开发。     

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     

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