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。     

底水油藏水平井射孔密度优化

水平井开发底水油藏时,水平井筒内因流体的变质量流动而引起压力降,从而使沿水平井段的流量剖面不均匀,对于非均质性严重的油藏,这种现象更加明显。这将会导致许多生产问题如底水的早期突破等,会大大降低油藏采收率。在考虑井筒内压降的基础上对底水油藏渗流及井筒内流动进行了研究,建立了射孔水平井底水油藏模型、井筒压降模型及其油藏/井筒耦合模型。针对压降带来的生产问题,提出了一种新的优化射孔孔密分布的方法,均衡了沿井筒的流量分布。利用水平井射孔优化设计软件,对某非均质严重的水平井进行了孔密优化设计,证明了此孔密分布优化模型的正确性和实用性。     

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     

水平井变密度射孔调剖方法

产液剖面不均衡是水平井开发过程中亟待解决的问题。基于源函数法和势的叠加原理,根据油藏—井筒耦合关系,建立了均质各向异性盒式油藏水平井产液剖面的计算模型及方法。在储层均衡开采的情况下,水平井生产段跟端和趾端流量高,中间流量低,产液剖面呈对称的U型。在实际笼统射孔条件下,受井筒内压力损失影响,生产段跟端流量高,趾端流量低;孔密或孔深越大,产液剖面的均衡性越差。以储层均衡开采为目标,提出了均质各向异性盒式油藏水平井变密度射孔调剖方法。采用该方法对水平井孔密分布进行优化后,孔密从生产段趾端到跟端逐渐下降;趾端孔密越高,跟端孔密的降幅越大。与笼统射孔相比,变密度射孔可明显改善水平井产液剖面的均衡性;孔密越大,变密度射孔的调剖效果越理想。     

水平井射孔参数优化研究与应用

水平井射孔参数优化及产能评价是套管完井水平井工艺设计的重要内容之一。目前常用的水平井产能评价模型由于未考虑井筒压降及完井参数的影响,预测单井产能偏大,同时也无法预测水平井的流入剖面。针对砂岩油藏射孔完井的水平井,应用半解析法,建立了油藏渗流和井筒流动耦合求解的水平井产能评价模型,为射孔参数优化设计提供科学的理论依据。在此基础之上提出了系统的水平井射孔参数优化技术,使油井流入剖面均一,达到水平井段的均匀动用,延缓底水脊进,提高单井采收率的目的。射孔参数优化现场应用效果较好。     

射孔水平井产液剖面均衡性影响因素分析

水平井产液剖面的均衡性间接反映了储层动用程度的均衡性,是射孔参数优化设计的重要依据。将源函数方法与表皮系数模型相结合,基于势的叠加原理,建立了各向异性油藏射孔水平井的油藏-井筒耦合模型,该模型可考虑地层损害和射孔等因素对水平井流入动态的影响,并给出了产液剖面和势分布剖面的求解方法。采用该模型分析得到了井斜角、油层厚度、地层原油黏度和垂向渗透率对射孔水平井产液剖面均衡性的影响规律。受井筒各处流态、泄油面积差异以及井筒内压力损失影响,射孔水平井的流量分布呈现端部效应和跟趾端差异,产液剖面呈斜"U"形;端部效应随着井斜角减小和垂向渗透率降低而减弱,随着油层厚度减小和原油黏度降低而增强;跟趾端的流量差异随着井斜角减小及油层厚度和垂向渗透率降低而减小,随着原油黏度的降低而增大。      

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.     

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。     

考虑井筒压降的水平井产能研究

在水平井实际生产时,井筒流动和油藏渗流是一个相互影响、相互作用的整体,合理描述水平段的流体流动规律和压降关系,对于准确预测水平井产量有重要意义。从水平井渗流机理出发选取底水驱油藏的采油指数和Novy模型,通过体积平衡原理建立稳态条件下水平井筒流动和油藏渗流的耦合模型,对考虑井筒压降的水平井产能进行了研究,对该模型在层流和紊流的条件下进行求解,分析了影响水平井产能的各种因素。     

射孔水平井孔眼密度优化分析

针对油藏中流体漉入水平井水平段后，形成油藏渗流和井筒流相互制约、相互耦合的流动系统问题，认为准确描述计算流动系统的有关系数非常必要。因此，利用油藏渗流模型和水平井筒内的流动模型，推导出了油藏／井筒耦合模型。该模型同时考虑了两种流动的相互作用和影响。建立了以水平井生产端压差为目标函数、以孔眼分布为决策变量的优化模型，同时和均匀流入剖面、均匀射孔分布的结果进行了对比。优化模型考虑了水平井筒内变质量流的影响，对现场水平井的优化设计有理论指导意义。     

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     

水平井变孔密分段射孔井筒压降计算模型

射孔是水平井完井的主要方式,由于流体在水平井筒内的流动为变质量流,在水平井筒内必然因流体的流动而引起压力损失,主要包括摩擦压力损失、加速压力损失以及混合压力损失.以渗流理论和流体力学相关知识为基础,考虑地层流体和井筒流体的相互耦合作用以及现场的实际需要,提出了变孔密分段射孔的概念,推导出了水平井变孔密分段射孔的井筒压降模型,并分析了孔眼密度变化对水平井井筒压降的影响,为水平井新型完井方式的井筒压降计算提供了理论依据.     

油藏水平井产能预测数值模拟研究

根据油藏内流体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型,建立了油藏-水平井筒流动的耦合模型,模型中考虑了油层各向异性、重力及毛管力的影响,采用全隐式方法对模型进行求解。运用该模型对影响水平井产量的地质和生产参数进行分析,结果表明水平井段长度、油层渗透率、油层厚度、井底流压和井筒直径都是影响水平井产能的重要因素。在地质因素方面渗透率较高的油层,可以获得较大的水平井产量;油层厚度越大产量递减的越慢,后期产量越高。在生产参数方面增大水平井筒长度、降低井底压力以及增大水平井筒直径都可以相应的提高水平井的产量。     

气井井筒温度、压力与积液综合预测模型

气井积液是产水气藏开发设计和气井生产管理面临的重要问题,但目前对气井流动机理与携液预测还存在争议。从气液两相流的基本流动机理出发,建立了考虑液滴变形和井斜影响下气井井筒的流型、温度、压力与携液综合预测模型,并用实际井数据对模型进行了验证。结果表明,所建模型可用于直井、斜井和水平井的产水气井井筒温度压力预测,预测误差小于5%;在环雾状流动情况下,井筒内液体以液滴和液膜的形式被完全带出井口,不会出现井筒积液;对常规垂直气井,利用井口数据便能判断气井积液情况,Turner模型计算气井携液临界值较实际值偏大,李闽模型计算结果明显偏小,建议采用彭朝阳模型计算气井携液临界值;对斜井和水平井,则需要同时考虑液滴变形和井斜的影响,水平井近水平段携液临界流速和流量明显较垂直井段小,而造斜井段携液临界流速和临界流量随井斜角的增大先增大后减小,在井斜角为30°~60°之间达到最大值,因此造斜井段是气井积液判断的重点部位。     

川西地区气体钻水平井井壁稳定性评价模型研究及应用

川西地区地层岩性自上而下分布十分复杂,不同深度泥页岩层段黏土矿物成分特性有明显差异,底部层段存在煤层,部分砂岩层段为高压高产气层。据实钻资料及地质分析,认为新场构造区块的中浅储层具有气体钻进水平井的条件。为此,在直井井壁稳定性评价方法的基础上,利用坐标转换,建立了气体钻水平井井壁稳定性评价模型,该模型考虑了井斜角、方位角的变化对气体钻井井壁坍塌密度的影响。现场实钻数据验证了该模型计算结果的正确性,表明该模型可以作为川西地区气体钻水平井作业的一种井壁稳定性评价方法。     

海上首口高温高压水平井小井眼打孔管下入技术

南海西部东方1-1 气田F7H 井是国内海上首口高温高压水平生产井,F7H 井在?177.8 mm 尾管中使用?148.6 mm 钻头钻达目的层,完井作业需要在?148.6 mm 井眼下入?114.3 mm 打孔管。F7H 井井眼小,井眼轨迹复杂,最大井斜角达到95.1 °,水平段长,目的层岩性复杂,地层温度接近150 ℃,地层压力系数达到1.94。下打孔管作业面临着摩阻扭矩大、井壁易失稳、井控风险高等问题。针对F7H 井打孔管下入难题,计算了管柱下入摩阻,采用抗高温、润滑效果好的钻完井液体系和特殊结构的悬挂封隔器总成,密切监测溢流和井漏,最终成功实施了高温高压水平井小井眼打孔管下入作业。     

上倾井泵送分簇射孔与桥塞联作技术

储层倾角、钻井井眼轨迹控制等因素导致一些页岩气水平井井眼轨迹上倾,上倾井电缆泵送桥塞与分簇射孔联作存在诸多安全风险。根据偏心圆环间隙流理论建立了上倾井泵送推力计算模型,给出了上倾井泵送排量及上顶排量的计算方法,并采用ANSYS-Fluent仿真软件对泵送推力计算模型进行了验证分析。通过研究形成一套上倾井电缆泵送桥塞与分簇射孔联作技术。应用表明,该技术可有效防止上倾井射孔管串在坐封桥塞和射孔过程中发生反冲下滑,避免电缆受损或被射流射断等工程复杂情况。     

射孔优化技术在疏松砂岩油藏中的应用

通过对不同井眼角度、射孔方位、射孔密度和炮孔布置的模型在不同流速下的实验和对射孔参数与炮眼的渗流面积和炮眼压差关系的研究，进行了射孔优化，大大提高了疏松砂岩油藏防砂效果，认为射孔方位、井眼角度、射孔参数与油井出砂有直接关系，随孔径、孔密井眼角度的增大出砂加剧。为防止出砂，射孔时尽量沿最小主应力方向。