水平井变质量管内流动损失的数值研究(一):单支孔流动

水平井采油是石油工程中新的重大课题之一,尤其对于开采稠油、低渗、裂缝性、底水和气顶油藏以及老井的后期挖潜有明显效益。由于水平井与油藏接触段较长,井内压降较大,其沿程压降对产油量有很大影响。因此,掌握水平段的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是非常重要的。在实际水平井中,沿程不断有流体从管壁孔眼流入井筒,这是一种变质量流动,这种流动比常规的管道流动复杂得多。文中采用数值方法研究壁面注入对管流压降及壁面摩擦阻力的影响,给出单支管流动损失并总结压降系数与壁面注入速度及截面雷     

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     

考虑变质量流影响的煤层气水平井数值模拟研究

针对煤层气羽状水平井井身结构的复杂性以及井筒内流体流动特征,建立了考虑井筒摩擦压降、加速度压降及分支流体汇入引起的混合压降影响的煤层气水平井开采数学模型与数值模型。以沁水盆地南部下二叠统山西组3号煤层作为目的层,开展了煤层气水平井开采数值模拟研究。研究结果表明,由于煤层气羽状分支水平井筒变质量流对气、水产量存在影响,导致不同时刻的主支井筒单位长度入流量分布曲线分别呈上凸型和下凹型,且水平井筒指端与跟端之间的压差呈先增加后减少的趋势,故羽状分支水平井筒变质量流在煤层气水平井产能动态评价中不可忽略不计。     

变质量气液分层流动数值模拟

管内气液两相分层流动是管道输运和水平井采油中的重要研究课题之一,而气液界面是研究的重点内容,尤其有气泡穿过界面的分层流是水平井采油中有射孔注入时不可回避的流动现象,也是数值计算的难点所在。首先采用一维定常模型对分层流作整体研究,然后采用三维非定常模型进行数值研究,利用VOF方法捕捉气液界面,应用RNG湍流模式和有限体积数值方法计算圆管内三维非定常雷诺方程,得到了典型界面上有质量交换的分层流流场和界面上阻力变化的结果。     

多分枝水平井数值模拟模型的理论推导

国外对多分枝水平井的数值模拟研究已经进步。但从目前资料看，非常完善的有关多分枝水平井数值模拟物软件尚未问世。在我国，这项研究还处于早期理论研究阶段。本文在对三维上径向流的连续性方程、运行方程、渗流方程和油藏边界条件推导的基础上，采用点中心隐式差分格式对柱坐标下的上述方程进行离散，建立了七对角差分方程，从而为多分枝水平井的数值模拟奠定了理论基础。     

考虑井筒变质量流动的溶解气驱油藏水平井流入动态特性研究

目前,国内外研究学者应用数值模拟方法研究溶解气驱油藏水平井流入动态时未考虑井筒流动的影响,对于高产、小井径水平井会产生较大的计算误差.针对存在的问题,使用Eclipse油藏数值模拟软件中考虑井筒变质量流与油层中渗流耦合的多段井模型,研究了井筒变质量流动对溶解气驱油藏水平井流入动态的影响.模拟结果表明:当油藏压力较高时,不同油藏衰竭程度时水平井无因次IPR曲线基本重合;但当油藏压力较低时,溶解气析出,油相饱和度减少,油相相对渗透率降低,油藏内两相渗流阻力和水平井筒内两相流动阻力增大,水平井无因次IPR曲线上凸趋势迅速增大.     

底水驱油藏水平井数值模拟研究

用研制的多功能模型进行水平井与垂直井的底水驱油藏数值模拟研究，经过２７个方案计算得出了不同因素对开发效果影响显程度。推出了水平井与垂直井采油指数比计算的统计公式，证明了底水驱油藏的水平井与垂直井产量递减符合Ａｒｐｓ双曲递减的情况。     

某油藏水平井数值模拟研究

利用Sim Best Ⅱ三维三相扩展黑油模型，建立某礁滩灰岩油藏的水平井数值模型，进行水平井EDST历史拟合。确定出油井产量，拟合井底流压及油井含水情况，并在此基础上对影响水平井开发效果的井网密度、水平井长度、水平井所居垂向层位、采油速度及注水时间等参数进行模拟及敏感性分析。模拟结果认为：水平井打在油层上部，在地质和设备条件允许条件下，大排量、长井眼、高速度开采为宜，当地层压力降至5MPa左右时注水，可获较高最终采收率。     

压裂水平井数值模拟研究

针对压裂水平井数值模拟问题,应用基于有限元法的数值模拟方法,对长庆油田某区块进行了数值模拟研究。通过对压裂水平井的历史拟合,得到了区块的有效渗透率和裂缝有效导流能力。研究表明,应用数值模拟方法对于压裂水平井的研究具有良好的适用性。     

水平井筒气液两相变质量流动流型转变的研究

井筒中的流动是管壁存在入流或出流的变质量流动。给定井筒气液流动条件,在应用机械模型预测我们感兴趣的参数之前,我们需要识别井筒中出现的流型。由于水平井筒和常规水平管中气液两相流动的相似和差别,可以预知常规水平管流的流型转换标准对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展。根据波的迅速成长机理,在Taitel和Dukler的研究基础上,得到水平井筒分层流向非分层流流型转变的判别方法;通过对分散气泡进行受力分析,得到水平井筒分散泡状流向间歇流流型转变的判别方法;基于Barner和Brauner的研究给出水平井筒环空雾状流向间歇流流型转变的判别方法。从而得到一种判别水平井筒气液两相变质量流动4种基本流型的新方法。     

水平井砾石充填数值模拟研究

对于疏松砂岩油藏水平井,较好的防砂方法是绕丝筛管砾石充填防砂,但目前成功率很低.本文在分析水平井砾石充填过程和充填机理的基础上,运用固液两相流理论分析了充填过程中的流动阻力,对Gruesbeck提出的模型进行了改进,建立了考虑流体滤失的水平井砾石充填数学模型.通过计算分析了各种因素对充填效率的影响,表明:(1)在一定范围内,充填效率随充填排量、携砂液粘度、冲管与筛管直径比的增加而增加,但这些数值过大不利于充填成功率的提高.(2)充填效率随携砂液中砾石浓度、滤失量及砾石直径的增加而降低.运用此方法可系统优化水平井砾石充填施工参数,制定科学合理的施工方案,提高防砂成功率.     

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。     

煤层气定向羽状水平井数值模拟技术应用

定向羽状水平井技术是近几年兴起的一项煤层气的增产技术。目前，在煤层气数值模拟的研究方面国内外已经作了大量的工作，但数学模型多为直井压裂井，没有专门描述煤层气定向羽状水平井开采特征的数学模型。对渗流所编制的定向羽状水平井开采煤层气数值模拟软件做了进一步的改进，首先介绍了定向羽状水平井数值模拟软件的数学模型，然后利用该软件对大宁DNP02井进行了产能预测，并计算得出最佳的排采压力。分析预测结果证明，该软件用于煤层气产能预测是可靠的。通过产能预测量化了该地区煤层气勘探开发的前景，最佳井底压力的确定可以对煤层气开发方案设计提供参考，实现了煤层气数值模拟的目的。软件的应用对这一项新技术在我国的推广应用和煤层气的大规模开采能够起到重要的指导作用，并取得较好的经济效益。     

气顶油藏水平井开发油藏数值模拟研究

气顶油藏作为一类较为复杂的油气藏类型,在开发中遇到的最主要的问题就是气顶气锥进,造成油环内油井气窜,严重影响油井产能。以数值模拟技术为手段,通过建立研究区精细地质模型研究了水平井开发气顶油藏过程中的设计方向、水平段的纵向位置和初期合理采油速度,得出了在适应海上油田实际操作前提下,要提高油环油采收率应将水平井水平段部署在油水界面之上1/3(12m)处,采油速度控制在5.6%以下较为合理的认识。油田实际应用效果表明,通过水平井技术能够显著提高单井初期产能,有效抑制气顶气窜。     

考虑摩阻损失的水平井长度优化

井筒压降会影响水平井的产能,传统的水平井产能公式不考虑井筒压降。为了得到井筒的压降方程,把水平井水平段看作水平管路,并且假设地层流体均匀流入井筒,利用伯努利方程得到管路任意两个断面之间的摩阻损失,进而得到层流和紊流条件下井筒中的压力梯度,经过积分得到水平井跟部和趾部之间的摩阻损失。根据Joshi公式得到水平井在水平面和垂直面上的摩阻,再结合井筒中的摩阻,利用等值渗流阻力法便可得到水平井在层流和紊流条件下的产能公式,最后优选出水平段的长度。     

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同常规的垂直井相对比，采用水平井开采能够大幅度增加油气井与油气藏的接触面积，改变油气藏中井筒附近区域的渗流方式，降低渗流阻力，进而可以利用较低的生产压差来实现更高的油气产量。因此对于稠油油气藏、大倾角多层油气藏、天然裂缝油气藏、薄油层油气藏、具有气顶或者底水的油气藏以及海上油气田的开采，水平井技术越来越受到人们的关注。在水平井开采中,井筒沿程有流体不断地流入，使得水平井筒中的流动成为一种沿流动方向质量流量逐渐增加的变质量流动。由于油气藏中复杂的地质条件以及水平井段的流动特点，还会出现油、气、水的多相流动，这就使得水平井段内的流动变得更加复杂。水平井筒变质量流动规律的研究是水平井产能预测、水平井水平段长度优选以及水平井完井设计优化等的基础。文章从物理模拟实验及数学模拟两个方面对水平井筒变质量流动规律的研究方法及原理分别进行了介绍，并阐述了该研究领域所取得的最新进展。     

水平井热采油藏数值模型

建立了一个可用于水平井计蒸汽开采的三维三相多组份热采及化学添加剂油藏数值模型.它将水平井筒流动方程进行了水动力学处理,考虑了层流与紊流两种情况,并将全隐式井筒方程与油藏方程相联立,采用自适应隐式格式及先进的数值解法求解.网格系统可以是直角座标、径向座标,也可以采用局部加密网格及混合杂交网格.运用该软件,对辽河油田冷家特稠油油藏采用水平井热采进行了模拟计算.     

基于不稳定渗流压裂水平气井产能研究

对于低渗、特低渗气藏，用水平井开采不一定能取得满意的效果，水平井水力压裂技术已成为开采低渗透气藏的重要手段，水平井压裂后的产能预测又是水平井压裂技术的一大难题。文章以生产过程中裂缝内流体的非稳态流动为基础，应用复位势理论、叠加原理和数值分析求解方法，并考虑压裂水平井地层渗流和水平井筒管流耦合，建立了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能预测新模型，使计算结果更加合理。计算结果表明：该模型计算产量与实际生产数据符合率高；水平井筒内的压力损失对压裂水平井的生产动态有一定的影响；水平井内每条压裂缝的产量并不相等，端部裂缝的产量高于中部裂缝的产量；水平井筒内的压力呈不均匀分布，从指端到根端压力逐渐降低；裂缝不对称会使压裂水平井产量降低。研究成果对低渗透气藏的压裂水平井的设计具有一定的指导意义。     

多阶梯水平气井渗流与井筒管流耦合模型

考虑阶梯水平井穿越3个独立气层的情况,根据质量守恒原理和动量定理,结合实际气体的状态方程,利用采气指数的概念,建立了裸眼完井方式下多阶梯水平气井渗流与井筒变质量管流耦合的数学模型并编制了相应的计算程序进行求解.利用该模型,可以求解阶梯水平气井井筒沿程压力分布及产量分布,为阶梯水平气井的生产系统分析提供了理论依据.模拟计算表明,阶梯水平井在钻遇多个气层时,先钻遇物性最好的储层所得到的径向产量高于先钻遇物性最差的储层.