计算机仿真在异常高压气井生产中的应用

通过分析异常高压气井（藏）地层流动、井筒流动及井口气嘴流动的压降过程,建立了气井流动动态数学模型;利用计算机仿真技术对气井流动动态数学模型进行了模拟（仿真）,并在计算机上运行实现了对异常高压气井生产动态的检验和修正,从而达到了对异常高压气井生产流动过程可视化和预测的目的;计算机仿真还预测了气井生产动态流动参数,为下步异常高压气井优化配产提供了基础数据。并通过实例分析将计算机仿真预测出的异常高压气井流动参数代入优化配产模型计算出最大可采出量,可明显提高实际可采储量,表明利用异常高压气井动态仿真对气井的实际生产具有重要的指导意义。     

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气井动态优化配产改变了传统意义上的静态配产计算过程，减小了对生产数据的依赖，可以减少人为因素造成的配产不当和规划错误，使配产更具有普遍意义。文章以较成熟的气井动态分析为基础，考虑了生产时间对地层压力、气体性质以及井底积液、地层垮塌、最小经济产量和计划产量等外在因素对气井合理产量的影响，建立了井筒内流体流动的数学模型并实现了井筒内流体压降变化的计算机仿真；建立了气井最大的日配产量、最长稳产年限、最大可采出量3个优化配产模型。实例分析说明通过所建立的优化配产模型所获得的配产量是整个系统的最优产量,能满足气井长期稳产的要求,配产方法对实际生产具有指导意义。     

异常高压气井动态优化配产模型研究

异常高压气井动态优化配产方法改变了传统意义上的静态配产计算过程,减少了经验公式配产方法人为因素造成的配产不合理,也减少了配产对生产数据的依赖性,使气井配产更准确更具有普遍意义。本文考虑了异常高压气藏压力高、欠压实程度低等特征,在建立地层流体渗流压降的过程中引入了三项式压力平方产能方程;考虑异常高压气井生产过程中压力的变化,将异常高压气井动态优化配产模型分为两个阶段:异常高压阶段和常压阶段,且对异常高压阶段进行了深入研究;针对气井井身结构、产出流体物性等因素的不同,筛选出相关约束条件建立了异常高压气井高压阶段最大日配产量、最大稳产年限、最大可采出量3个优化配产模型。实例分析表明,利用建立的异常高压气井动态优化配产模型获得的配产量是整个系统的最优产量,能够满足气井长期稳产高产的要求,配产方法对实际生产具有重要的指导意义。     

凝析气井动态优化配产研究

凝析气藏开发过程中,地层和井筒的油气体系会出现相间传质的物理化学变化。根据气井动态优化配产方法,结合凝析油气体系相态理论及闪蒸计算方法,对常规优化配产模型进行改进,改进后的模型不仅考虑了＂地层-井筒-井口-地面定点＂的连续流动,而且考虑了凝析气流动过程中地层和井筒内流体组分的变化,模型计算结果更接近实际气井产能,对凝析气井的生产具有指导意义。     

计算异常高压气井优化配产的一种新方法

考虑了气井各段压降、气体性质、井底积液、地层垮塌、底水水侵和计划产量等内外因素约束条件,建立了以最大日配产量为目标的异常高压气井优化配产模型。实例分析表明,利用异常高压气井优化配产模型计算出的气井配产结果与实际配产结果十分接近,能够满足气井长期稳产的要求,对实际生产具有重要的指导意义。     

异常高压气井动态优化配产模型研究及应用

异常高压气井动态优化配产方法改变了传统意义上的静态配产计算过程,减少了经验公式配产方法人为因素造成的配产不合理,也减少了配产对生产数据的依赖性,使气井生产配产更准确更具有普遍意义.考虑了异常高压气井生产过程中压力的变化,将异常高压气井动态优化配产模型分为两个阶段:异常高压阶段和常压阶段,且对异常高压阶段进行了深入研究;针对气井井身结构、产出流体物性等因素的不同,筛选出相关约束条件建立了异常高压气井高压阶段最大日配产量、最大稳产年限、最大可采出量3个优化配产模型.实例分析表明,利用建立的异常高压气井动态优化配产模型获得的配产量是整个系统的最优产量,能够满足气井长期稳产高产的要求,配产方法对实际生产具有重要的指导意义.     

产水气井井下节流参数优化设计新方法

传统气井井下节流计算模型应用于苏里格低渗、低压、低丰度致密砂岩气藏产水气井时,气井井下节流工艺参数计算结果存在较大误差,影响气井产量及最终采收率,携液潜能得不到充分发挥。基于能量方程建立气液混合物通过节流器的流动动态,将液相质量分数引入能量守恒方程中,结合高气液比气井井筒压力计算模型和基于井筒径向传热的温度模型及节流压降、温降模型,建立气液混合物通过嘴流新模型,并编制了含水气井井下节流工艺参数计算软件。苏里格气田苏AA井实例计算表明,新方法所设计参数与实际生产情况相匹配,气井生产平稳,且能更好地维持气井连续携液生产。     

基于计算流体力学技术研究多层合采气井井筒携液能力

为了解决井筒内多相非稳态流动计算以及直观展示井筒多相流流动过程中流型分布变化这一难题,引入计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)仿真模拟技术,建立地层-井筒耦合流动模型进行井筒内流体流型的可视化模拟研究。此方法为研究井筒内复杂流动提供了有效的解决途径,并为评价复杂气井携液能力提供了技术支撑。研究成果已应用于多层合采产水气井携液能力研究,揭示了这类气井的特殊动态特征和不同情况下的带水效果,为判断有水多层组气藏单井多层合采的适宜性提供了技术参考。     

大庆油田深层气井积液预判模型建立及应用

大庆油田徐深气田底水活跃,火山岩气藏裂缝发育,生产过程中易产生积液现象,影响气井产能。为合理确定气井排采措施介入时机,开展了气井积液预判方法研究。将井筒与地层流动模型在井底建立计算节点,形成积液预判模型,给出数值求解方法,模拟流体从近井地层到井口的流动过程,实现了气井未来积液风险预判并开发了计算机软件。现场实际应用表明,积液预判结果与实际情况一致,有效预测周期可达7个月,验证了大庆油田深层气井积液预判模型的正确性和实用性。     

确定凝析气井合理产能的新方法

在凝析气藏开发过程中，随着地层压力下降，反凝析油会在井底周围聚集，形成反凝析油污染，伤害地层渗透率。凝析气井合理产能是保障高效开发凝析气藏的重要参数。基于凝析油气体系在恒温条件下的反凝析渗流理论，考虑“地层——井筒——井口——地面定点”连续流动，研究了凝析气井在不同配产条件、不同生产时间下凝析油饱和度分布特征和多项渗流特征的计算分析方法。在综合分析凝析气井各种约束条件的基础上，建立了考虑凝析油污染条件下凝析气井动态优化配产理论与方法。大港油田某凝析气藏实例计算表明，采用考虑凝析油污染条件下凝析气井动态优化配产理论与方法确定出的凝析气井合理产量与实际气井产能基本一致，说明该方法具有可靠性和实用性。图3参7     

气藏水平井水平段压力分布研究

根据气藏内气体的流动模型和水平井井简内流体的流动模型,建立了耦合模型,通过该耦合模型对气藏中的水平井井简内单相流动特性进行了数值计算研究。由于所用气藏模型压力分布较为复杂,使得水平井的流动计算变得相当复杂,应用表征流动特性的非线性方程对空间进行迭代计算,再向时间推进。通过编制实用计算程序计算气藏水平井压力分布,为水平井的设计开采提供一定 的依据。     

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.     

深水气井测试温压场耦合模型求解及实现

为求解深水气井测试温压场耦合模型，需优选气液两相流动模型，结合两相嘴流模型、两相持液率公式、两相产能方程，建立关于时间和空间的非稳态压降与传热模型差分方程组，并采用Newton Raphson方法计算，实现对开井放喷瞬态过程的模拟。结果表明：①该方法真实再现了放喷过程中液位上升和地层产气等2个阶段；②预测井口参数与现场工况吻合，井口压力、温度平均误差小于5%，满足工程精度要求；③模拟结果再现了井筒内诱喷液及测试完井液动态过程，为合理制定测试设计提供依据；④高产能深水气井测试期间，应采用较大尺寸管柱及油嘴放喷，提高清井速度，防止冰堵。算例分析结果表明数学模型真实反映了深水气井测试放喷过程。该研究成果对深水气井测试方案设计及后续跟踪评价具有指导意义。     

泡沫排水采气井井下节流压降规律实验及模型修正

气井井下节流是气田低成本开发的一项关键技术,“井下节流+泡沫排水采气”工艺在适宜条件下可提高气井带液能力。采用传统气液两相嘴流压降模型开展泡排井井下节流气嘴尺寸设计不能满足气井配产要求,通过节流压降规律测试并建立或者完善数学模型有助于提高泡排井井下节流设计水平。设计并搭建了泡沫排水采气井井下节流物理模拟实验装置,利用泡排剂UT-11开展了在不同泡排剂质量分数情况下的节流压降规律测试,利用实验数据对4个常用气液两相嘴流机理模型(Sachdeva模型、Perkins模型、Ashford模型、滑脱数值模型)进行了嘴流流态过渡预测能力评价、质量流速及嘴前压力的预测能力评价。基于实验数据构建了泡沫流滑脱因子计算关系式,提高滑脱数值模型的准确性,质量流速的绝对百分误差从13.7%降至7.69%,嘴前压力的绝对百分误差从16.5%降至8.01%。该研究为泡沫排水采气井井下节流嘴径设计和嘴前压力预测提供了重要理论依据。     

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文中以多相瞬变流理论为基础，结合地层渗流关系和井控基本原理建立了一套气井动态井控理论模型。模型根据气／液两相流体在流动过程中应遵从的基本规律，刻划了井内流体的各种运动特性以及动态压力平衡关系，并且较为全面地综合考虑了实际井控过程中可能出现的各种工况状态。理论模型采用数字法求解，并在此基础上编制了一套动态井控计算机仿真软件。通过实例仿真计算表明，该理论模型较为真实地反映了全井控过程中井内气／液两相流体的流动状况、压力变化和控制规律，具有良好的动态响应。此模型和计算机仿真软件可用于大斜度井、小井眼、欠平衡钻井以及空井压井等常规和非常规气井井控过程的动态模拟，对进一步深化和完善井控理论研究和实际现场应用具有一定的现实意义。     

气井井下节流动态预测

气井井下节流工艺将节流器安装于油管的适当位置来实现井下调压，能充分利用地热对节流后的天然气加热，从而改变天然气水合物的生成条件，对于防止水合物生成起到了积极的作用。井下节流后，气体由于压力降低而膨胀，气体的压能转变成动能，促使气流速度增大，有利于提高气井的携液能力。文章应用节点系统分析方法，以井下节流器为节点，建立了气井井下节流过程井筒压力温度动态预测模型。该模型综合考虑了流入动态和井筒径向传热机理，能够预测井下节流压力、温度等重要参数，为井下节流动态分析、井下节流器工艺参数设计、水合物防治、排液采气工艺提供了必要的技术手段。     

气藏水平井水平段产气剖面的影响因素分析

用水平井开采气藏,影响水平井水平段产气剖面的因素很多,可分为地层岩石物性和流体物性、钻井污染、射孔单元完井参数和井段宏观打开参数。由于水平井修井、增产增注、分层开采的要求,水平段气井常常采用分段打开设计,其打开程度、打开位置、打开段射孔参数都将对长井段井筒流入剖面产生影响。根据气藏内气体的流动模型和水平井井筒内流体的流动模型,建立了井筒流动与气藏渗流耦合模型,以该耦合模型为理论基础,通过长井段射孔产能优化模拟研究,分析了影响水平气井水平段产气剖面的因素,为水平气井地质设计、开发气藏、提高采收率提供较为科学的依据。     

裸眼系列完井方式下鱼骨井产量模型求解方法

为了向鱼骨井完井方案设计提供必要的理论参考依据,建立了鱼骨井产量稳态耦合模型,以裸眼系列完井方式为核心内容,以微元段法为求解手段,定量阐述完井筛管对耦合流动过程的影响,得到了鱼骨井流压分布剖面和流率分布剖面。经分析认识到,完井筛管管外环形空间储层砂堆积层产生的渗流附加压降影响了油藏渗流,井筒流压和流率分布剖面相对于裸眼完井整体下降,影响程度主要取决于储层砂粒度中值和筛管挡砂精度,同时也受到渗流干扰作用的局部控制;完井筛管尺寸、管壁质量交换效应以及基管孔眼参数影响了井筒管流,使得全生产井段井筒流压分布剖面相对于裸眼完井更加陡峭。通过与经典产量解析模型对比计算,证明了本文模型的合理性。     

高压深井分段改造管柱封隔器间压力预测及应用

针对高压深井分段改造过程中封隔器间环空压力下降造成的改造管柱和封隔器受力状况恶化问题,基于能量守恒原理和井筒传热理论,建立了考虑摩擦生热和对流换热等影响的注入工况井筒温度场二维瞬态预测模型,并分析了井筒温度和压力变化对封隔器间环空体积的影响;然后结合井筒温度瞬态预测模型、环空流体PVT状态方程、油管柱径向变形计算模型和地层瞬态渗流方程,建立了典型高压深井封隔器间环空压力预测模型。最后,以塔里木油田1口高压气井为例开展了封隔器间环空压力预测。分析结果表明:常规设计方法认为安全的管柱,考虑封隔器间环空压力下降后就存在非常大的失效风险,高压深井分段改造管柱设计过程中必须充分考虑该因素。该研究成果为高压深井分段改造管柱的优化设计提供了新思路。