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。     

多分支井产能预测方法

建立了多分支井油藏渗流与井筒流动耦合的产能预测模型,水平井模型考虑了井筒摩擦、井筒内流动的加速、油藏流动扰动等引起的压降对井产能的影响。模型中油藏渗流计算采用Joshi稳态流动模型和Helmy-Wattenbarger拟稳态流动模型;水平井筒流动计算采用Ouyang单相流动模型;主井筒流动计算采用Beggs-Brill两相流动模型。提出了求解所建模型的半解析法,编制了多分支井产能预测软件。通过实例计算分析了多分支井压力与产能的关系、分支井井筒压力与产量分布,以及某一分支井油层压力、水平井长度变化对其他分支井产能及多分支井总产能的影响。软件为钻完井设计、油藏工程分析和采油工艺设计提供了一种快捷、有效的分析工具。     

射孔完井水平井近井地带流动模型研究

在进行射孔完井水平井生产段空间数学描述的基础上，采用势叠加原理，建立了封闭边界油藏中射孔孔眼相互干扰的势分布函数；基于油藏向孔眼渗流、孔眼相互干扰、孔眼向井筒的汇流，以及井筒内流动相互影响，结合工程流体力学的多管汇流理论，建立了射孔完井水平井近井地带流动模型；并针对影响水平井产能的射孔参数进行了分析。结果表明，射孔深度对产能影响最大；并非所有油层采用射孔完井时，射孔密度越大越好；水平井产能与射孔相位角的关系与初始相位角有着密切的关系。     

射孔水平井流动与油藏渗流的耦合研究

建立了稳态流条件下的油藏渗流与射孔水平井井筒流动的耦合模型,分析了射孔完井水平井的变质量流特性.建立射孔水平井井筒模型时,考虑了壁面摩擦和射孔入流造成的附加压降,引入了新的摩擦系数.所建耦合模型把井筒分段,每段含有若干个孔眼,计算量较小.利用耦合模型通过实例分析了射孔参数对水平井产能的影响,其中射孔深度影响较大,其次是射孔密度,相位角影响较小.所建耦合模型为描述水平井流入动态、水平井完井设计提供了理论基础.     

薄油层射孔水平井井筒内流动与油藏渗流耦合模型（） 摘要: 关键词: 中图分类号:TE34

为真实反映薄油层内水平井及近井地带流体流动情况,针对水平井近井渗流问题,以水平生产段为研究对象,根据压力与流量在边界处的连续性,同时考虑井筒内的加速度附加压力降,建立了薄油层射孔水平井井筒内流动与油藏渗流耦合数学模型。利用该模型进行实例分析,结果表明:近井地带压力分布呈波浪线形;沿井筒方向,近井地带压力随着井长增加而降低;井筒内流体流速呈阶梯增加趋势。建立的模型直观地考虑了射孔位置与数量,为水平井完井设计提供了理论基础。     

水平井变密度射孔技术研究

射孔是水平井完井的主要方式之一,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,对水平井变密度射孔技术进行了研究,推导出以椭圆形泄油面积结合矩形泄油面积为基础的水平井变孔密射孔的油藏渗流模型、井壁入流模型及井筒压降模型,并分析了孔眼密度变化对水平井产量及井筒压降的影响。该研究为油田现场应用水平井变密度射孔完井提供了理论依据。     

射孔完井的水平井向井流动态关系

针对几种常见类型油藏（底水驱油藏,边水驱油藏,上、下封闭边界油藏）导出了射孔完井的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射孔水平井筒内压降计算新公式。建立了耦合油层中渗流与水平井筒内流动的向井流动态关系模型,提出了求解模型的方法。用该模型制作了一口实例水平井的向井流动态关系曲线,并分析了射孔密度对其产量的影响,该模型可用于水平井产能预测及射孔参数优选。图３表１参８（陈志宏摘）     

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     

水平井分段完井油藏渗流耦合产能预测新模型

随着底水油藏、气顶底水油藏以及其他需要分层开采油藏的大量开发,水平井分段完井工艺得到广泛应用,考虑油藏渗流耦合进行水平井分段后的产能预测研究很有必要。在分析分段完井渗流机理基础上,针对3种常见的油藏类型,根据质量守恒原理和动量定理推导出了水平井分段完井压降模型,运用势的叠加原理和镜像反映原理,求出了三维稳态渗流的势的分布和压力分布,结合分段完井压降计算模型,建立了水平井分段完井的三维稳态渗流耦合产能预测模型。最后根据实例得知,不同油藏类型考虑势的叠加和镜像反映后各生产段压降和流率有很大差异,这说明对于分段完井,考虑油藏渗流耦合才能更好地描述水平井筒压力分布和预测分段后的产量。     

射孔完井水平井产能敏感性分析与完井参数设计

针对射孔完井水平井产能预测误差大和完井参数设计考虑因素不全面的问题,建立了三相油藏渗流、井壁入流和井筒管流耦合模型,基于河南油田张店南79-平2井区相关资料进行了计算分析。研究表明：地层原油粘度等储层参数和孔密等完井参数对水平井产能有较大影响,根据参数敏感性分析拟合回归的产能计算公式具有较高精度（平均相对误差4．53％...     

多层合采阶梯井产能计算模型的建立与求解

在阶梯井多个生产段同时对多个油层合采时产能预测难度较大。针对该问题,依据渗流力学、工程流体力学、油藏工程和数值分析有关理论,考虑油藏各向异性、渗流干扰、井筒管流压降和钻完井污染等因素,利用离散化处理方法,建立了阶梯井与薄互层油藏耦合的多层合采阶梯井产能计算模型,分析了该模型具有唯一解的充要条件,给出了求解方法。利用某三层薄互层油藏数据进行了实例计算,分析了井筒径向流率、井筒流量和井筒流压的分布规律,发现阶梯井生产过程中,井筒径向流率分布规律满足高阶偶次多项式,流量分布规律满足三次多项式,流压沿井筒呈抛物线状分布且越靠近跟端下降越快,并认为管流摩阻造成的压降和产量损失不可避免;将利用该模型计算的全井产量与Joshi公式的计算结果进行了对比,发现二者仅相差1.79%。研究表明,建立的多层合采阶梯井产能计算模型的计算结果合理,为相关产能预测提供了新方法。      

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。     

疏松砂岩油藏水平井适度出砂开采携砂计算模型

针对疏松砂岩油藏水平井适度出砂开采方式下的压力及产量的求解问题,以水平井适度出砂生产过程中沿油藏到水平井生产段井筒为研究对象,采用现场工程法建立了出砂特征参数分析模型,在常规水平井筒压降求解公式基础上,进一步推导建立了携砂开采情况下水平井筒变质量流压降计算模型,联立了水平井向井流动态关系耦合求解模型,进行了实例计算分析,得到了井筒压降、流量及含砂浓度等重要参数的特征曲线,给出了水平段上沿程各流体参数非均匀变化规律,指出实际生产评价中应依据流量及浓度参数值计算水平井筒生产段上的危险沉砂点。该研究对疏松砂岩油藏水平井适度出砂开采方式最终产能评价及实际应用中的参数选择有指导意义。     

井筒与油藏耦合作用下的底水驱油藏水平井非稳态产能预测

在段永刚等人提出的井筒与油藏耦合作用下的水平井产能预测数学模型的基础上 ,借鉴H .Cinco等人求解有限导流垂直裂缝压裂井压力动态的计算方法 ,建立了井筒与油藏耦合作用下底水驱油藏水平井非稳态产能预测模型 (其中 ,油藏模型为底水驱无限大油藏 ,井筒模型中考虑了流体摩阻、动量变化、井筒壁面流入的混合干扰等因素的影响 ) ,对该模型进行迭代求解可以获得定产量条件下井筒流率分布、井筒压降分布等重要信息。     

非均质底水油藏水平井ICD完井优化设计

流入控制阀(ICD)完井动态模拟预测和完井参数优化设计是ICD完井实现水平井生产优化的生命基础。结合半解析耦合模型和Eclipse 2011,建立稳态模拟和瞬态模拟相结合的ICD完井动态模拟方法。该方法不仅是以某一时刻的完井动态为设计依据,而是同时从整个生产周期内井筒与油藏流动动态最佳的角度来优化设计完井参数。针对非均质底水油藏,利用建立的模拟方法进行了ICD完井实例计算与参数敏感性分析,并分别提出了不同布置方式下的ICD完井优化设计方法。结果表明:ICD完井相对于常规完井能显著改善水平井的生产动态;ICD限流强度的确定需综合考虑产液剖面均匀程度和水平井采油指数,ICD完井存在一个最优ICD限流强度;对于非均质底水油藏,水平井ICD完井存在一个最优封隔器个数,其与具体储层的渗透率非均质程度密切相关;变化布置ICD完井设计相对于统一布置ICD完井设计不仅能使产液剖面更均匀,而且还能提高水平井的采油指数。     

水平井井筒变质量流动压降计算新模型

为了使水平井变质量流压降模型更具合理性和准确性,更有效地分析油井产能和生产动态,通过回顾和分析以往关于水平井筒压降模型的计算理论与方法,利用现有实验数据回归分析建立了一种新的射孔完井压降计算回归模型,该模型能够实现射孔完井孔密、相位角连续变化时综合摩擦系数的求取和井筒压降的计算。通过实例对比分析可以看出,该模型和目前常见模型的计算精度较为接近、计算结果较为合理。该模型的提出可以为进一步改进油藏渗流与井筒流动耦合模型的理论研究提供参考。     

水驱砂岩油藏水平井多段流描述及数值模拟研究

合理设计水平井及正确计算其产能,已经成为水平井开发油田能否达到预期效果的重要问题。在水平井渗流规律、产能预测、多段流描述技术、多相流理论以及变质量流理论的基础上,综合采用渗流力学、油藏工程、现代数学和现代计算技术等多学科交叉的方法进行研究,建立水平井井筒-油藏耦合数值模拟的数学模型。采用数值模拟的方法对水平井渗流机理进行了研究,同时,进行水平井油藏数值模拟软件的编制。研究成果的检验与应用表明,提出的基于水平井多段流描述方法的油藏数值模拟模型,可以准确预测水平井的产能,优化水平井参数,指导水平井开发方案制定。     

基于序列二次规划算法的水平井射孔优化

射孔孔眼沿水平井井筒合理分布能提高其开发效果,达到稳油控水的目的。考虑钻井污染和射孔损害对油藏渗流的影响及摩擦损失和加速损失对水平井井筒内压降的影响,建立了油藏渗流和水平井井筒内流体流动耦合模型,扩展了Landman的油藏-井筒稳态渗流耦合模型。基于射孔位置分布对水平井产能和流入剖面的影响,建立了以孔眼位置分布为决策变量、沿井筒流入剖面为约束条件,水平井产量为目标函数的射孔水平井产能优化模型。采用序列二次规划算法对该优化模型进行了求解,得到射孔孔眼沿水平井井筒的最优分布。优化结果表明,射孔孔眼沿水平井井筒存在最佳分布:为得到最大产量,水平井跟部和趾部的射孔孔密较大,中部最小;要使沿井筒入流剖面均匀,射孔孔密沿跟部到趾部方向先增大后减小,约在井筒长度的3/4位置处取得最大值。      

A new mathematical model for horizontal wells with variable density perforation completion in bottom water reservoirs

Horizontal wells are commonly used in bottom water reservoirs, which can increase contact area between wellbores and reservoirs. There are many completion methods used to control cresting, among which variable density perforation is an effective one. It is difficult to evaluate well productivity and to analyze inflow profiles of horizontal wells with quantities of unevenly distributed perforations, which are characterized by different parameters. In this paper, fluid flow in each wellbore perforation, as well as the reservoir, was analyzed. A comprehensive model, coupling the fluid flow in the reservoir and the wellbore pressure drawdown, was developed based on potential functions and solved using the numerical discrete method. Then, a bottom water cresting model was established on the basis of the piston-like displacement principle. Finally, bottom water cresting parameters and factors influencing inflow profile were analyzed. A more systematic optimization method was proposed by introducing the concept of cumulative free-water production, which could maintain a balance (or then a balance is achieved) between stabilizing oil production and controlling bottom water cresting. Results show that the inflow profile is affected by the perforation distribution. Wells with denser perforation density at the toe end and thinner density at the heel end may obtain low production, but the water breakthrough time is delayed. Taking cumulative free-water production as a parameter to evaluate perforation strategies is advisable in bottom water reservoirs.     

完井方式对致密气藏压裂水平井产能的影响

针对致密气藏储层特征,考虑了常规水平井、垂直压裂水平井在采用射孔和裸眼2种不同完井方式时水平井筒与裂缝的相互干扰情况,运用Green函数Newman积分法,分别推导出各向异性致密气藏压裂水平井在不同完井方式下井筒与储层耦合的非稳态渗流模型,并给出求解方法。实例计算结果表明,在相同储层与施工工艺条件下,常规水平井产能较低,压裂水平井采用裸眼完井方式所获得的产气量仅在生产初期高于射孔完井方式,生产稳定后两者基本一致;产气量随裂缝条数的增加而增加,在非稳态阶段,裂缝产气量相近;在拟稳态渗流阶段,由于裂缝间干扰明显,各裂缝中的产气量沿井筒呈"U"型分布。综合考虑生产技术与经济因素,推荐油田现场采用射孔完井的压裂水平井进行生产,压裂设计时应考虑裂缝干扰影响,适当扩大水平段两端的压裂规模。