水平井变质量流与油藏渗流的耦合研究

针对目前对水平井生产时井筒内流体流动研究的现状及不足,对裸眼完井水平井微元段进行了流动分析,根据连续性方程、动量方程和能量方程,推导了混合压降计算公式,得到了井筒压降计算模型.该模型考虑了摩擦、加速度和井筒壁面流入的混合干扰等因素.建立了稳态条件下水平井筒流动和油藏渗流的耦合模型.实例计算和分析了一口水平井的变质量流动规律,与无限导流模型进行了分析对比,说明了井筒压降对井产能的影响.该耦合模型为描述水平井流入动态、评价水平井产能提供了理论依据.     

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文章在收集、查阅了大量国内外有关套管设计、套管失效形式、失效原因,可靠性分析等方面研究文献资料之后,结合我国石油天然气钻井生产实际和石油套管的研究现状,综合分析了国内外石油套管在设计、使用、维护等方面存在的问题;分析了套管的设计方法、套管的力学性能、使用环境等因素对套管工作寿命的影响及套管的主要失铲形式和失效原因。主国内外在套管设计及分析中应用可靠性技术的现状,为进一步开展套管可靠性研究提出的具体     

考虑井筒压降的水平井流速及压力分布研究

针对井筒摩擦和加速度对井筒压降的影响,根据质量守恒定律和动量定理推导了水平井筒内压降计算的基本公式,建立了与油藏耦合的水平井沿程流速与压力分布计算模型.求解该模型可以得到考虑井筒压降的水平井沿程流速与压力分布.研究发现:水平井水平段沿程压力靠近趾端变化较小,靠近跟端变化较大;由于径向入流的存在,使得水平井沿程呈现变质量...     

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井壁的张性破裂和剪切垮塌，是钻井过程中经常遇到的井壁稳定性问题，严重地影响着钻井的速度、质量及成本，对部分新探区还会因井壁不稳定而无法钻达目的层，延误勘探开发的速度，影响其综合经济效益。文章基于线弹性力学模型计算分析了地应力场对直井、水平井井眼轨迹设计和稳定性的影响。结果表明，当垂向应力为原地最大主应力时，垂直井眼最不容易发生剪切垮塌，其次是沿着原地最小水平主应力方向的水平井眼；当垂向应力为原地中间主应力时，垂直井眼最不稳定、最容易发生剪切垮塌；当垂向应力为原地最小主应力时，平行于原地最大水平主应力方向的井眼最不容易发生剪切垮塌，平行于原地最小水平主应力方向的井眼最容易发生剪切垮塌。相同钻井条件下，与原地三个主应力的中间主应力平行的井眼比沿着原地最大、最小主应力方向的井眼更容易发生张性漏失。因此，为预防和减少井下复杂事故，井眼应尽可能避开原地中间主应力方向，原地应力大小及方向的准确确定对于优化钻井和降低钻井成本都具有重要的现实意义。     

水平井变孔密分段射孔水平段长度优化设计

水平井作为一种高效的油气藏开发方式已得到广泛的应用。目前射孔完井仍然是水平井完井的主要方式,从经济角度考虑,常规的全水平段均匀射孔的完井方式增加了作业成本,同时也不利于近井地带流体渗流场的分布和获取油气最大产量。为此提出变孔密分段射孔的概念,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相互耦合作用,推导出了水平井变孔密分段射孔的井筒压降模型,以获取最大产量和井筒最小压力损失为目标,优化水平段射孔长度,为水平井开发设计提供依据。     

考虑表皮和井储效应的水平井压力降落动态研究

本文利用积分变换方法求解有限和无限储藏水平井的三维非定常渗流流动问题。其中直接计入表皮和井储效应，地层均质各向异性，推导出Ｌａｐｌａｃｅ变换平面的全流场及井筒压力降落的解析解表达式。通过数值反沉静，给出压降随时间变化的理论曲线。由此研究压力降落解的短时和长时行为，分析外边界，表皮效应，井储效应，各向异性效应，井位置等对各阶段流体流动性态的影响。     

利用直井产能计算分支水平井产能的方法

本文计算方法可用于油藏多分支水平井开发的早期评价。     

水平井简摩擦压降对井产能的影响

水平井筒内的摩擦压降对于水平井的生产动态来说是一个具有支配性的因素，筛管和割缝衬管完井的摩擦压降将会变得尤其重要。对水平井单相稳流系统，综合考虑摩擦损失造成的水平井筒压降和变质量流特点，联立水平井的油藏渗流和水平井筒中的流动，建立了水平井筒存在压力梯度的变质量耦合模型，对模型微分方程进行数值求解。对参数进行敏感性分析以讨论摩擦压降对产能的影响。该模型还可以用于确定合理的水平井筒段长度。     

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。     

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针对水平井地层渗透率各向异性的特性，文章假设地层为水平均质，水平方向渗透率相同，但不同于垂向渗透率，酸液为不可压缩流体，建立了酸液在稳态流动下的渗流微分方程。根据所建立的渗流微分方程，通过中间变量的变换、分离变量等数学手段，导出了水平井在渗透率各向异性情况下的压力场与流速场的计算公式。该计算公式具有物理意义明确，实用性强等优点。实例计算表明酸液等压线为一族同心椭圆，而流速场呈平面椭圆辐射状，越靠近水平井筒，等压线越密集，酸液流速越大，压力降落主要集中在井筒附近的地层中。渗透率各向同性地层酸液的压力场与流速场只是它的一个特殊情况。文中所建模型为水平井酸化模拟及酸化设计提供了依据。     

水平井筒压降计算方法

阐述了单相流(层流和紊流)、气、液两相流及油、气、水三相流时水平开水手段压降的几种计算方法。用一个实例计算了水平段单相紊流时的压降,结果可知,在长的水平井中,水平段出现紊流时不能忽略压降。当水平段出现多相流时会有显著压降。     

水平井变质量管内流动损失的数值研究(二):多支管流动

本文是《水平井变质量管内流动损失的数值研究(一):单支孔流动》[1]的续文,研究多支管水平井筒中流动压降和摩阻。水平井筒中压降及壁面摩擦阻力的沿程变化对水平井的产量有很大影响,因此,掌握水平段的多支孔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至关重要。本文仍采用数值方法,在预测壁面单支管注入对管流压降及壁面摩擦阻力影响的基础上,研究了壁面多支管注入对管流压降及壁面摩擦阻力影响,给出压降系数与壁面注入速度及截面雷诺数的变化规律。     

油层中渗流与水平井筒内流动的耦合模型

针对几种常见油藏类型情况,导出了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水平井筒内压降计算新公式。它考虑了沿程流入对井筒内压降的影响。提出了把油层中的渗流与水平井筒内的流动耦合的数学模型及求解方法。实例计算表明:用此模型计算产能,精度高;井筒内压降对水平井生产动态有影响。当生产井段长度超过某一值后,产量不再随井长增加而增加;沿水平井筒长度方向各段单位长度的采油指数并不相等。     

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加重钻井液在倾斜井眼的特殊垂沉现象，将加剧水平井钻井过程中井眼净化的难度。通过自制垂沉实验仪器，研究加重钻井液中重晶石材料在常温常压下的静态垂沉现象、规律以及钻井液静切力对垂沉的影响。室内研究表明，加重钻井液在倾斜状态下的垂沉程度可以用倾角和钻井液流变性关系的函数来表示。垂沉是一种沉降不稳定现象，实质是钻井液体系处于短距离重力沉降环境和Ｂｏｙｃｏｔｔ效应下，其下部在单位时间内的颗粒沉积量及底层密度均比垂直状态时大，因而若提高钻井液体系的悬浮能力，即可防止加重钻井液出现垂沉。     

射孔相位对水平井简变质量流压降影响规律

根据相似原理设计的小尺寸水平井筒模拟实验井段不能够同时实现几何相似、运动相似和动力相似,所以小尺寸模拟实验井段与水平井筒实际生产情况存在一定偏差.为了能够真实地反映水平井筒实际生产情况,实验采用外径139.7 mm壁面打孔套管模拟射孔完井水平井筒,设计了3种射孔相位角,主流雷诺数为1 000～20 000,壁面注入比为0.01％ ～ 10％.实验研究了射孔相位角对壁面摩擦压降、混合压降、总压降的影响规律,同时分析了壁面注入比对混合压降和加速度压降的影响规律.研究结果表明:随着射孔相位角增大,壁面摩擦压降和总压降增大,混合压降减小;随着壁面注入比的增加,混合压降和加速度压降均增加.     

水平井水平段压降的一个分析模型

根据水平井水平段流体的流动特征，建立了水平井筒压降的一个分析模型，Ｄｉｋｋｋｅｎ的压降模型是本模型的一个特例。在水平井筒内为单相紊流情况下，对其摩擦数进行了讨论；并用实例计算了水平段内单相紊流时的压降。由计算结果可知，在水平水平较长时，不能忽略其中的压力损失。     

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.     

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文章通过水平井井内切点以上非垂直井段钻柱弯曲刚性对轴力和摩擦力的影响分析,采用了弹性梁的变形微分方程以及单元体的静力平衡和力矩平衡关系,建立了钻井时轴力的二维计算模式,同时,对切点以下导向动力钻具组合采用纵横弯曲法大变形进行分析时,考察了动力钻具结构弯曲角的影响,得出导,向动力钻具三弈矩方程组,并对DTU钻具组合中第二段梁内存在方向相反的两个结构变角对其梁柱左右端角增量及变形前后的梁柱右端痊移进行分析,得出了DTU钻具组合的井底钻压计处模式,并给出了利用钻井时的钻重的视压力,计算出井底钻压的方法及步骤。