油气井最优井控模型研究

为了满足深井、超深井以及海洋深水钻井对井控技术越来越严格的要求,减少传统模型计算压井数据时存在的误差,通过深入分析传统模型,在前人研究的基础上,根据多相流质量守恒与动量守恒基本方程并结合相关辅助方程,建立了油气井多相流井控模型,分析了两种模型的优势与差异。实例计算结果表明,传统模型计算的压井过程中最大套压偏大,最大套压出现时间延迟,多相流井控模型较好地反映了压井过程中井筒真实流动情况,压井数据更加准确,基本与真实压井数据吻合。研究表明多相流井控模型更适宜于深井、超深井以及海洋深水钻井井控制作业时采用。     

水平井筒中气-液两相流漂移模型研究

基于诸多学者关于垂直管道气-液两相流漂移模型中分布参数和漂移速度的一般规律的研究,采用理论分析和实验研究相结合的方法,提出了水平井筒气-液两相流漂移模型中分布参数和漂移速度的相关式;依据水平井筒模拟试验段上多相流动实验数据,采用参数模型优化的方法,确定了漂移模型中的待定参数,得出了完整的水平井筒气-液两相流漂移模型。     

储层性质对压回法气井压井效果影响评价

压回法压井作为非常规井控的有效技术之一,可以减少和避免溢流井喷等事故中地面及平台的危险.目前对于压回过程的计算中,只针对井筒内流动进行研究,而没有考虑储层性质的影响,?因此不完全符合现场实际情况需求.为了研究储层性质对压回过程的影响,首先建立了井筒气液两相流动模型,然后综合考虑泥饼、储层污染带、储层渗透率、孔隙度和饱和...     

海上油田压回法压井参数变化规律及设计方法

在海上钻井、修井过程中,当钻头不在井底或者钻具堵塞、刺漏等无法建立循环时,特别是钻井时存在溢油风险、有些区块含H2S等有毒气体时,压回法压井是重要的压井方法。基于多相流理论建立了压回法压井模型,并以海上某油田B井为例,模拟分析了压回法压井参数变化规律,结果表明:压回法压井排量越大,压井时间越短;压井液黏度越大,气泡上升越慢,更快地压回地层;高密度压井液可以降低压井泵压,但不会降低初始的压井泵压;溢流体积越大,压井时间越长,压井泵压越大,但是最终压井泵压基本相同;漏失速度在一定程度上决定了压回法压井能否实施。在此基础上,提出了压回法压井参数设计方法,从而为海上钻井井喷压井参数设计提供了指导作用。     

气侵溢流最大允许关井套压计算方法探讨

最大允许关井套压是油气井溢流后开展安全压井的一个关键参数，钻井过程发生溢流时，如果处置不当使井口套压超过极限值，容易压漏管鞋处薄弱地层，从而发生井漏、井喷以及井喷失控等复杂情况。为确定合理的最大允许关井套压，对几种计算方法及原理进行了研究和探讨。通过实例模拟和分析，认为发生气侵溢流后地漏试验模型求取的最大允许关井套压误差较大，多相流模型由于考虑因素更全面，模拟更符合实际工况，具有较强的借鉴意义。     

页岩气水平井气水两相流流型数值模拟

由于井下高温高压的环境,目前尚无法直接对页岩气水平井内流体流动进行物理实验,水平井内多相流流型特点亟待研究。首先,基于某页岩气水平井生产测井数据,建立内径0.124 m,长16 m,倾角分别为±2°、±1°、0°的5组井下管道模型,采用Fluent软件内置的VOF多相流模型对井下高温高压高气量下气水两相流进行仿真模拟。获得不同倾角、不同流量配比的气水两相流流型。其次,利用模拟流型结果分析井倾角、含水率对流型的影响;与经典的Mandhane流型图做对比,分析流型分布的差异。结论如下:井下气相流量为1 000 m3·d-1时,(1)±2°内的井倾角对流型影响不大,不会使流型发生显著变化。(2)液相流量超过250 m~3·d~(-1)时流型由分层流转变为波浪流,液相流量超过1 000 m~3·d~(-1)时流型开始向气泡流转变。(3)与Mandhane流型图相比,模拟实验中分层流与气泡流的分界面提高。最后,采取数值模拟方法弥补了物理实验的不足,仿真模拟结论可为生产测井解释模型的建立提供一定的参考。     

海上非常规压井井筒多相流动规律实验

海上钻井特殊工况下井涌井喷事故的处理离不开非常规压井技术。海上非常规压井井筒多相流动规律是海上非常规压井设计及实施的理论依据,具有重要的指导作用。通过自主设计建造高为12 m、内径为100 mm、可承压6 MPa的可视化井筒实验系统,开展了气上液下对冲、气液垂直向下流动以及液体在静止气体中的沉降等多种非常规压井井筒多相流动实验,对海上非常规多相流动规律进行了实验研究。结果表明：置换法中压井液的沉降速度随着压井液排量的增加而逐渐增加;压回法压井过程中井筒气泡的临界压回直径随着液相排量的增加而增加,小于临界压回粒径的气泡能够被压回,大于临界压回粒径的气泡无法被压回;当井筒内所有粒径气泡都能被压回的排量被称为临界压回排量;制约顶部压井法的主要参数是注入管下入深度,增加注液接口插入深度可以有效减小气体排量,降低成功压井的临界压井排量。     

基于漂移理论的泡沫排水采气井井筒压降预测模型

泡沫排水采气(泡排)工艺因成本低、施工简单、见效快,在国内外各大气田中广泛应用,在众多排水采气工艺中扮演“主力军”作用。准确揭示泡排井井筒压降规律对于优化泡排工艺技术参数、提高泡沫排水采气工艺技术水平具有重要意义。由于漂移模型不划分流型,具有形式简单、便于工程计算的优点,是气液两相流发展的重要方向,而漂移模型的核心参数是漂移速度和分布系数。通过在30 mm内径的有机透明玻璃管中开展泡沫多相流实验,测试了不同倾斜角(0°～90°)液流速(0.01～0.20 m/s)、气流速(0～20 m/s)及泡排剂浓度[(0～5 000)×10^-6]下的压降规律,利用实验数据对气液两相漂移模型的漂移速度和分布系数进行了改进,提出了泡沫流动条件下的含气率计算方法,以此建立预测泡沫排水采气井筒压降的新模型。利用现场数据对新建模型进行评价的结果表明,新建模型的预测能力优于采油气工程中常用的经验模型和机理模型。     

连续气举井井筒压力温度模拟方法分析

根据连续气举井井筒内的流动特点，以注气点为界将井筒内的压力温度计算分成上下两部分，考虑注入气的影响，结合已有的多相流压力、温度计算方法，给出气举井井筒内的压力温度计算过程和方法。用6口气举井的压力剖面测试资料和3口气举井的温度剖面资料进行验算对比。结果表明，现有的压力计算方法的误差较大．需要进一步研究；而温度计算结果与实际比较接近。     

水平井及大斜度井油水两相流动模型研究

水平井及大斜度井中由于存在重力分异,油水两相流流型、局部流速和局部持水率沿管径方向发生了复杂的变化,致使其流量和持水率测量及多相流分相流量解释非常困难,在垂直井生产测井解释中得到广泛应用的常规漂移模型已经不能解决其流动剖面解释问题。对水平井及大斜度井中的油水两相流动进行了实验研究和半理论分析,在对多相流动环路模拟实验资料分析的基础上对漂移模型进行了修正,分别针对井斜角和持水率对相分布系数和油滴上升极限速度进行改进,确定了相关计算公式。采用改进的漂移模型预测了多相流动环路模拟实验环境下的油相表观速度,并与实验数据进行了对比分析,计算结果与实验很好地吻合,发现该模型对小于50m3/d的低流量油水两相分相流量计算平均相对误差为18.86%,大于100m3/d的中高流量油水两相分相流量计算平均相对误差为8.49%,能够满足生产测井产出剖面解释的要求。相关参数的改进扩大了漂移模型的应用范围,提高了水平井及大斜度井筒中油水两相产液剖面测井的解释精度。     

焦石坝页岩气井垂直管流计算新模型

涪陵焦石坝页岩气田已经实现商业开发,但一直存在页岩气井井底流压难以准确预测的问题。页岩气井井底流压是页岩气藏动态分析的重要参数,目前计算井底流压的方法较多,每种方法适用的条件又不相同。针对页岩气井井底流压难以准确预测的问题,基于目前焦石坝页岩气井筒垂直多相管流中多相流处于稳态流动,运用气藏工程方法,以焦石坝页岩气井实际生产参数和多相渗流理论为依据,建立了一种页岩气井垂直管柱计算修正新模型。研究成果应用于焦石坝气田6口井的井底压力预测,理论模型计算结果与实际测量值相符较好,平均误差为8.72%。研究结果对页岩气开发有重要意义。     

页岩气井排采携液能力分析新方法

页岩气井排采过程中井筒呈气液多相管流特征,井筒多相管流分析是正确认识气井气液流动规律、制定合理工作制度、开展气井生产动态分析以及选择人工举升工艺的前提,如何选择准确可靠的多相管流模型进行计算分析尤为重要。因此,通过对川南地区40余口页岩气井井筒压力测试数据分析,优选出适合该地区页岩气井井筒多相管流计算模型;基于多相管流模型绘制油管流出特性曲线,结合节点系统分析原理,建立了一种新型的井筒气液多相管流临界携液气量确定方法。结果表明:①在井斜角小于等于45°的井段应采用H-BR管流计算模型,在大斜度(井斜角大于45°)井段应采用B-BR管流计算模型,并在有测试压力温度分布情况下,按测试结果选择合适的管流压降计算方法;②该井筒气液多相管流临界携液气量确定方法克服了判断气井积液通常采用Turner、Coleman等模型在高液气比条件下误差较大的应用局限性,可有效进行气井井筒携液能力分析及生产预警且节约了井筒测试成本。     

井筒与油藏耦合数值模拟技术现状与发展趋势

从井流量方程、井筒内热多相管流计算、多段井模型和近井区域加密的扩展井模型等4个方面总结了井筒与油藏耦合数值模拟技术的研究进展,指出目前存在的主要问题包括:复杂结构井流量方程中参数取值误差很大,不能提供准确的源汇项;高含水阶段井筒内多相管流非常复杂,常用的计算流体力学模型误差很大;非等温井筒内流固耦合模拟机理认识不清楚,数值计算时间长;模拟多层合采时未考虑纵向非均质性,薄差油层的动用情况与实际不符。提出了基于多相管流计算的多段井模型与油藏耦合的数值模拟技术、扩展井模型与油藏耦合的数值模拟技术、考虑井筒出砂和结蜡等复杂现象的流固耦合数值模拟技术是未来的发展趋势。     

大管径不同井斜油水两相流流型数值模拟

通过ICEM CFD建立倾角θ为±20°、±15°、±10°、±5°和0°(完全水平),内径为0.124m,长度为20m的井筒,利用FLUENT中的VOF多相流模型对大管径不同斜度井中的油水两相流进行数值模拟,得出不同油水混合速度、不同含水率和不同倾角时的流动变化规律;结合Trallero J L的流型分类方法,根据模拟得到的油水两相分布图划分了6种流型,并制作了以混合速度、倾角为坐标的流型图。倾角θ=0°(井筒水平)时,流型以分层流为主,随着混合速度的增加,其逐渐变为界面混杂的分层流;若含水率逐渐增大,流型将转变为油-油包水、油包水或水包油-水、水包油;倾角θ0°(井筒上倾)时,流型随流速的增大提前发生转变,并且水相出现回流,局部持水率变大;倾角θ0°(井筒下倾)时,水相在底部加速流动,局部持水率变小。计算结果与相关实验结果比较吻合。     

深井超深井溢流流体密度计算方法

我国油气勘探开发逐渐转向深水、深井、超深井等区域，深层地层复杂且认识不清，钻探过程中溢流漏失等事故频发，对油气勘探开发进程危害极大。处理溢流事故，优选压井方法，首先需要计算溢流流体的密度。目前，相关研究主要是通过经验法或简单的计算模型判别溢流流体的种类，该模型并未考虑温度压力的影响，存在一定误差。文章考虑了温度压力以及两相流模型的影响，基于U型管效应，建立了一种计算溢流流体密度的修正方法。该方法应用简单，经过现场验证，准确率高达95%以上，计算精度高于传统方法，溢流流体种类判别准确率高，对现场处理溢流事故、优选压井方法以及溢流后的控压钻井具有指导意义。     

稠油出砂监测器安装位置数值模拟及实验验证

非侵入式的稠油出砂监测技术是通过安装在管壁的传感器接收砂粒撞击信号实现出砂监测,为获得最优的砂粒撞击振动信号,保障出砂数据的可靠性和准确性,需要找到传感器在90°弯管处的最优安装位置。在室内条件下,建立了油水砂三相流的弯道流动模型,通过Fluent软件模拟了含砂油流在90°弯管中的运动轨迹,确定了砂粒在弯道流动的撞击管壁速度最大位置在弯管下游约管道直径2倍处,同时,通过建立的多相含砂流体出砂监测实验平台,对安装在不同位置的传感器的出砂监测信号进行了对比分析,验证了多相流条件下的理论模拟结果。研究表明,在弯管下游约2倍管径处安装传感器可以得到最可靠的出砂信号,该模拟研究结果为现场应用过程中传感器的安装提供了重要理论依据,保障了出砂监测数据的可靠性。     

吉林油田CO2驱高气液比油井井筒压降预测模型

目前,吉林油田CCUS已进入工业化推广应用阶段,部分井油压超过掺输压力,需介入控压措施,而准确预测井筒压力则是进行转喷预测和控压工艺设计的关键。CO₂驱高气液比油井井筒流动具有多组分、存在相变及流型转变等特征,导致现有压降模型不适用。为了进一步揭示CO₂驱油井井筒多相流动规律,准确预测井筒压降,开展了油气水三相井筒可视化流动模拟试验,明确了高气液比条件下,气体扰动对油水相间作用的影响规律;基于试验数据,通过因素分析,明确了表观气、液流速和含水率与持液率的变化关系,引入新的无因次数准数,拟合得到持液率计算新模型;综合考虑CO₂在原油和水中的溶解度,以及CO₂沿井筒流动的相态变化,建立了CO₂驱高气液比油井压降预测模型;现场实际测压数据验证表明：新模型最大误差为8.32%。与常用工程压降模型相比,新模型精度最高。该研究成果对保障CO₂驱高气液比油井的安全稳定生产具有重要的意义。     

基于段塞流的通用气液两相流模型中闭合关系式的评价

基于段塞流的通用气液两相流模型是近年来提出的能够对气液两相流进行较精确计算的水力计算模型,而闭合关系式的选择对模型计算准确性至关重要。从段塞流出发建立基本方程,得到的计算模型可以适用于管道倾角从-90°至90°的流动情况。选择模型中重要的相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度等三个参数,对多组闭合关系式进行评价,将中国石油大学(华东)小型室内多相流环道实验的实验结果与各个关系式应用于模型得到的结果进行对比分析,筛选并推荐适用于模型计算的最优关系式。AndritsosHanratty关系式、Bendiksen关系式、Zhang关系式分别为模型中计算相间水力摩阻系数、液塞平移速度和平均液塞长度的最优关系式。     

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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。     

油井多相流数值模型

建立了直井和小斜度井中多相流分析的数值模型.该模型通过计算油气水三相井中各相的速度、体积流量、压力、流体特性等流动参数随深度变化情况来模拟油井内三相流的流动.