多点注汽水平井井筒出流规律数值模拟

基于多点注汽水平井管柱结构,考虑注入蒸汽在水平井筒内的变质量流特性及注汽阀节流压差的影响,建立了多点注汽水平井井筒与储层耦合数学模型,并采用迭代方法对其进行了求解;以此为基础,系统研究了多点注汽水平井井筒出流规律。结果表明:多点注汽水平井注汽过程中,水平段油管内压力、温度和蒸汽干度从水平井跟端到趾端逐渐降低,但压力和温度降低幅度并不显著,蒸汽干度降低幅度较为明显;蒸汽注入量与注汽阀节流压差沿水平段均呈不对称的"U"型分布,且随着时间的增加,蒸汽注入量沿水平井段的不均匀性越来越严重,蒸汽注入量不均匀系数越来越大;通过调整注汽阀沿水平井段泄流面积可以在一定程度上减缓蒸汽沿水平井筒的不均匀注入。     

蒸汽吞吐水平井割缝筛管完井参数优化模型

为解决蒸汽吞吐稠油水平井割缝筛管完井理论研究落后于工程应用的问题,综合水平井蒸汽注入阶段、焖井阶段、生产阶段的传热与传质分析,建立了割缝筛管完井参数优化模型,分析了割缝宽度、筛管外径、割缝密度、割缝长度、单元割缝数、圆周割缝数、割缝堵塞对水平井产能的影响。结果表明:水平井产能随着割缝宽度、筛管外径、割缝密度、割缝长度、单元割缝数的增大而增大,且变化逐步趋于平缓;对割缝筛管完井水平井产能影响大的因素是割缝长度、割缝密度、割缝堵塞厚度;割缝堵塞最大可造成高达65%的产能损失;以"砂桥"原则设计割缝宽度会限制产能,在高油价条件下可以考虑放大割缝宽度适度出砂。     

水平井蒸汽吞吐热采过程中水平段加热范围计算模型

对于稠油水平井的产能评价和动态预测，注蒸汽吞吐生产过程中水平段的加热范围至关重要。由于油藏中水平井水平段长度比直井中直井段长得多，蒸汽的压力、温度和干度沿着水平段分布不均匀；根据水平井变质量流的思想，用动量定理和能量守恒定理建立蒸汽沿水平段的压力、温度和干度分布计算模型；同时根据传热学等有关学科知识，考虑水平井中水平段加热过程和机理不同于直井的加热过程和机理，建立了水平井注蒸汽吞吐加热范围计算模型。根据辽河油田冷42块油藏基本参数，用所建立的模型对水平段加热范围进行了计算，对计算结果进行的研究表明：蒸汽压力、温度、干度、加热范围沿水平段不是均匀分布的，第一临界时间、第二临界时间的概念反映了蒸汽在油层的运移过程。     

稠油油藏双管水平井注汽井筒参数预测新模型

为准确预测稠油油藏双管水平井注汽井筒沿程关键参数,提高水平段地层受热均匀程度,基于双管水平井管柱结构特点,考虑井筒与地层传热影响,建立水平井井筒与油藏耦合数学模型,并采用全隐式有限差分法对其求解。利用该模型对水平井井筒沿程关键参数进行预测,结果表明：新模型最大误差为7.05%,模型准确可靠;随时间增加,井筒蒸汽压力和温度均先上升后下降,而蒸汽干度先减小后增大,且蒸汽压降和温度下降主要发生在长管内;在井筒沿程地层均质、井筒跟端地层物性条件下,长管注汽短管排液相比短管注汽长管排液,地层受热均匀程度可分别提高11.11%和26.74%;当井筒趾端地层物性较好时,短管注汽长管排液均匀预热效果优于长管注汽短管排液,地层受热均匀程度提高了11.76%。该研究为井筒沿程关键参数预测及油藏均匀受热优化奠定了基础。     

水平井蒸汽吞吐注汽筛管位置调整时机优化研究

针对稠油油藏水平井蒸汽吞吐吸汽不均导致热效率低的问题,采用数值模拟方法,对非均质储层水平井段吸汽规律进行研究,分析了注汽筛管位置对水平井段吸汽规律的影响,引入温度变异系数对比多个周期水平段吸汽不均的程度,并提出了注汽筛管位置调整时机优化方法,根据温度变异系数先降后升的“V”字形变化规律,对比不同阶段调整注汽筛管位置对蒸汽吞吐采油的影响。结果表明:蒸汽吞吐初期温度变异系数不断下降,依据热力学加和性原理,该阶段吸汽较好的储层比热容升高,证明含水量不断增大,剩余油被大量采出,此时调整筛管位置无法充分动用高渗储层的剩余油;若在蒸汽吞吐后期调整筛管位置,则高渗区的油大量采出后至筛管调整前这一阶段,蒸汽注入后富集于高渗低含油区,热利用效率低;在温度变异系数达到最小值时,说明高渗段油藏体系比热容升至较高值,含水饱和度大,剩余油较少,此时调整筛管位置可改善非均质储层动用不均的问题,因此,温度变异系数达到最小值后越早调整筛管位置效果越好。将研究成果应用于乐安油田,通过温度变异系数方法选择时机调整筛管位置后,吸汽剖面更为均衡,平均日产油由上一周期的0.5 t/d提高至3.4 t/d。研究成果对改善蒸汽吞吐吸汽不均有指导意义。     

采用地层热阻新模型进行注汽井井筒热力分析

针对注汽井筒的传热特点,建立了注汽井传热过程中地层热阻的恒壁温计算模型,并与恒热源模型进行了对比,结果表明,前者更能反映注汽过程的散热特性。结合注汽井井筒散热理论模型,计算了蒸汽沿井筒的温度、压力、干度和热损失沿程分布,并进行了参数敏感性分析,与现场测试结果的对比说明,考虑地层热阻的综合传热模型可以较好地对注汽井井筒进行热力分析。     

水平井分段注蒸汽模拟实验

采用配备温度和压力传感器的填砂模拟实验装置,开展均质模型和非均质模型水平井笼统注汽、两段分注和两段同注模拟实验,考察不同注汽方式下的温度分布和压力变化。结果表明,笼统注汽时,均质模型井段间最大温度差异可达20～40℃,而非均质模型井段间最大温度差异达35～51℃以上。对于均质储层和非均质储层,提高注汽速度及采用分段注汽(两段分注或两段同注)均可降低井段间温度差异(可降低20％～70％),改善蒸汽注入剖面。水平井模拟注汽时的温度分布和压力变化表明,封隔筛管与注汽管之间环空可阻隔端部和跟部之间筛管内蒸汽流动,有效降低封隔段储层的吸汽量。     

采用地层热阻新模型进行注汽井井简热力分析

针对注汽井筒的传热特点,建立了注汽井传热过程中地层热阻的恒壁温计算模型,并与恒热源模型进行了对比,结果表明,前者更能反映注汽过程的散热特性.结合注汽井井筒散热理论模型,计算了蒸汽沿井筒的温度、压力、干度和热损失沿程分布,并进行了参数敏感性分析,与现场测试结果的对比说明,考虑地层热阻的综合传热模型可以较好地对注汽井井筒进行热力分析.     

注蒸汽开发稠油油藏中的井筒热损失分析

注蒸汽开发稠油油藏过程中，为了预测沿井深和随时间变化的蒸汽温度分布、干度分布和蒸汽压力分布、套管和地层温度分布，以及焖井、开井生产过程中温度、压力的变化，首先必须建立注入过程中的井筒-地层温度分布模型。而这一模型建立的基础是井筒热损失的计算分析。文中应用热传递基本理论，通过井筒内能量守恒定理建立起注蒸汽井井筒热损失计算预测模型，重点分析了井筒总传热系数Uto和注汽速度对井筒热损失和井底蒸汽干度的影响，对注蒸汽开发稠油油藏有一定的指导作用。     

水平井蒸汽均匀配注参数设计

为了保证蒸汽沿水平井流量分配的均匀性,需要根据水平井井况和注汽参数配置每个配注器的总出流面积。通过建立蒸汽压力和干度沿注汽管柱分布的数学模型来确定每个配注器的出口压力、流量与配流孔面积的关系,然后进行配注器配流孔面积的计算。计算结果表明,配注器的配流面积随着配注器与水平段入口间距离的增加而增加;当注汽速率和注汽压力增加时,沿程压力损失增加。利用建立的配注器配流孔面积计算模型,可以达到流出每个配注器配流孔的质量流量相同和配流孔出口压力相同的目的,计算结果与实际情况相符合。     

稠油热采井全井段热流耦合规律

针对多相流动下稠油热采井注汽过程中耦合机理不明确,开采参数优化不完善的问题,基于气液两相流理论,考虑井筒倾斜影响,结合井筒液膜分布特征,建立稠油热采井全井段气液两相热流耦合模型,分析不同参数对井筒内湿蒸汽热力学性质的影响规律。研究表明:井筒倾斜角小于45 °时,湿蒸汽热力学性质受井筒倾斜程度影响较显著;井筒倾斜角大于45 °后,对湿蒸汽热力学性质的影响逐渐减弱;蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽干度等随井深增大而发生变化,水平段的变化更显著。对辽河油田3口热采井注汽量等参数进行优化,在预期的油井产量条件下,注汽量分别降低了15.3%、16.6%、14.7%,显著降低了热采水平井的开发成本。该研究对指导井口注汽参数优化,提高注汽热效率具有重要指导意义。     

水平井水平段长度计算及影响因素分析

由于水平井水平段的流动是变质量流,因此在水平井水平段存在流动压降,特别是当水平段较长时,会导致水平段井筒末端油藏和井筒的压降很小甚至为零。因而研究水平井水平段有效长度对水平井设计具有重要意义。在考虑水平段流动阻力的情况下,对水平段流动进行了简化,建立了计算水平井水平段长度的模型。对于一定的生产压差和预期达到的产量,利用该模型可以计算出所需水平段长度;反之,对于一定的生产压差和预期的水平段长度,利用该模型可以计算水平井所能达到的产量;并可利用该模型对影响水平井产量的因素进行敏感性计算分析。井例计算表明,对于具体油藏中的具体水平井存在一个最优的水平段长度。     

割缝筛管抗挤压强度综合因素有限元分析

确定不同参数下割缝筛管的抗挤压强度的变化趋势是合理设计割缝筛管的重要依据。利用CATIA软件,根据弹塑性有限元法建立了不同参数下割缝筛管强度分析的空间力学模型,该模型可以通过任意改变尺寸参数,对其抗挤压强度进行综合因素的有限元力学分析。结果表明:缝长是影响割缝筛管抗挤压强度的主要因素,在缝数和缝宽一定的情况下,随着缝长的增大抗挤压强度降低,不同缝长,降低的程度不同;在其他参数不变的情况下,缝间距变化对割缝筛管的抗挤压强度系数影响很小。研究结果为合理地选择割缝筛管的设计参数、提高其使用寿命提供了一定的理论依据。     

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。      

双水平井蒸汽辅助重力泄油注汽井筒关键参数预测模型

依据普通水平井注蒸汽井筒内参数预测模型,结合双油管质量流速耦合计算,推导出SAGD循环预热及生产过程中,不同管柱结构组合条件下注汽井筒内蒸汽流动的质量守恒、能量守恒及动量守恒方程,建立了双油管注汽井井筒沿程参数计算模型。利用该模型对某SAGD注汽井循环预热过程中井筒内沿程温度、压力等参数进行了计算,结果与现场监测结果吻合,证明了模型的准确性。利用该模型计算得出现有管柱结构下SAGD循环预热阶段最低注汽速度为60 t/d,注汽井最大水平段长度为564 m;针对现有管柱结构在SAGD生产过程中为两段式配汽,A点存在段通及点窜风险等缺点,对现有水平段内的长、短油管组合进行了优化,优化后的短油管下入水平段A点后150 m、长油管下入水平段B点,数值模拟结果表明,采用优化后管柱结构组合,在SAGD生产阶段可实现三段式配汽,有效降低了A点段通及点窜风险。     

裸眼完井分支水平井井筒压力分布理论研究

根据水平井筒内单相变质量流特点，考虑影响井简压降大小的各个因素，利用质量守恒定律、动量定理以及管流摩阻公式，建立了水平井简压降计算模型。把井筒压降计算模型与油藏三维渗流模型耦合起来，可以得到井筒中的压力分布。通过对分支水平井井筒压力的初步研究，建立了井筒压力分布求解模型，得出了一些有益的结论，为进一步的研究打下坚实的基础。     

高温长效实时监测技术在热采水平井的应用

为了实现渤海油田蒸汽吞吐作业全周期井下温度实时监测，运用高温光纤光栅测温和分布式测温相互校正理论，采用顶封以上油管外部捆绑、顶封以下油管内部插入的工艺方法进行实时温度监测。试验表明，此监测技术空间分辨率0.5 m、测温精度±1℃，且在满足耐温等级及监测精度的前提下，能够有效保证光缆下井过程中的安全性。该技术主要用于渤海油田热采井全井筒温度、油套环空、水平段温度长期实时监测。以L井为例分析了该技术的应用范围，并对应用效果及监测数据进行分析。测取注汽期间井底最高温度368.2℃，首次实现渤海油田热采井环空及水平段全井筒温度实时监测。