考虑实际气体达西流动的气井出砂预测模型

结合流体力学与岩石力学知识,以Mohr-Coulomb岩石破坏准则为基础,建立了考虑地层孔隙流体渗流作用与实际气体达西流动规律的裸眼气井出砂预测模型。利用数学方法解析求解,得出裸眼气井临界井底流压计算公式;引入地层稳定性指数概念,分析了地层孔隙流体压力、地应力、岩石抗压强度对地层稳定性的影响。结果表明,储层地应力增大、地层孔隙流体压力减小、岩石抗压强度减小,临界井底流压增大,地层稳定性指数减小,地层趋于不稳定,易出砂。     

水平井试油过程裂缝性储层失稳机理

针对水平井裂缝性储层试油过程中井底压力选择不当会引起井壁坍塌问题,开展了天然裂缝性储层水平井井壁稳定问题研究。从井壁稳定的力学机理出发,建立了水平井井周应力状态,选用弱面破坏准则,建立了水平井段测试过程维持井壁稳定的井底最小压力模型,模型考虑了天然裂缝产状、井斜方位、地应力、地层强度与孔隙压力的联合影响。在此基础上定量分析了各因素对维持井壁稳定的最小井底压力的影响。结果表明：天然裂缝面倾角小于45°时,井壁岩石发生弱面破坏,倾角大于45°时,在某些井眼方位井壁岩石会发生本体破坏;天然裂缝走向对井壁的破坏形式也有显著的影响,在最小水平地应力方位附近,井壁最易坍塌;随着地应力非均质性的增强、孔隙压力的升高,维持井壁稳定的井底最小压力逐渐增大。     

高压气层气体钻井井壁稳定性分析

在利用气体钻井技术揭开高压气层的初期,由于低密度气体在井底产生的压力很小,远远低于气层的孔隙压力,高压气层的气体在压力势差作用下由地层向井眼高速流动,导致高压产气层段井壁稳定性下降,易引起井下复杂事故。通过分析高压气层高速产气影响气体钻井井壁稳定性的作用机理,建立了一套高压产气层气体钻井井壁稳定性的评价方法。结果发现：高压气层高速产气过程中,一方面导致产气层近井壁地带的孔隙压力降低,形成一个压降漏斗,作用在井壁表面岩石上的有效应力增加,有利于气层的井壁稳定;另一方面由于产层孔道迂回曲折,高压气体在快速流出地层时,在近井壁地带会产生一个附加径向应力,降低了井底气体对井壁岩石的有效支撑作用,不利于气层的井壁稳定。综合分析正、反两方面的影响因素后发现：高压产气层被气体钻井揭开瞬间,气层井壁表面岩石稳定性最差;随后,井壁表面岩石孔隙压力降低,井壁稳定性变好;随着产气层暴露时间的增加,气层深部位置点高压气体开始流动,井壁稳定性先变差后变好。     

异常高压气井流入动态特征及产能试井分析方法研究

异常高压气藏具有介质变形的性质,介质变形后的渗透率一般随压力变化呈指数关系。考虑渗透率变化对气井产能的影响,推导出了新的异常高压气井产能方程。基于新的气井产能方程,计算并分析了渗透率应力敏感参数对气井产能的影响。介质的应力敏感效应使气井产能降低,应力敏感效应越强,气井产能降低幅度越大。尽管存在应力敏感效应,但在无阻流量50％以内,气井产量与井底压力仍呈很好的二项式直线关系。应力敏感效应越弱,直线关系越好,但据此预测的气井无阻流量差异则随应力敏感效应的增强而迅速增大。该研究对深入了解异常高压气井的产能变化特征及试井分析方法具有重要的指导意义。     

异常高压气井流人动态特征及产能试井分析方法研究

异常高压气藏具有介质变形的性质，介质变形后的渗透率一般随压力变化呈指数关系。考虑渗透率变化对气井产能的影响，推导出了新的异常高压气井产能方程。基于新的气井产能方程，计算并分析了渗透率应力敏感参数对气井产能的影响。介质的应力敏感效应使气井产能降低，应力敏感效应越强，气井产能降低幅度越大。尽管存在应力敏感效应，但在无阻流量50％以内，气井产量与井底压力仍呈很好的二项式直线关系。应力敏感效应越弱，直线关系越好，但据此预测的气井无阻流量差异则随应力敏感效应的增强而迅速增大。该研究对深入了解异常高压气井的产能变化特征及试井分析方法具有重要的指导意义。     

积液倒灌和水锁效应对气井生产的危害

目前国内绝大部分气井在生产过程中析出凝析水或产生地层水,气井产量达不到临界携液流量,致使气井产生不同程度的井底积液。随着气田的开发和天然气的不断采出,地层压力逐渐降低,生产气井在关井过程中的积液倒灌和水锁效应问题显得尤为突出。以大牛地气田为例,分析了生产气井关井过程中井筒压力、井底气体流量的变化规律,阐述了产生积液倒灌和水锁效应的原因和对地层的伤害,提出了相应的预防措施,对改善低渗透气藏的开发效果具有重要意义。     

裂缝性储层裸眼井壁失稳影响因素分析

国内西部油田碳酸盐岩地层埋藏深、温度高、缝洞系统发育,生产过程中井区裸眼完井地层出现垮塌现象,堵塞、埋卡管柱。文中通过研究现场资料对井壁垮塌的原因进行了分析, 同时,由于地层温度高、压力大,建立了考虑温度场、渗流场、裂缝产状、水化作用等因素影响的井壁垮塌预测模型,对碳酸盐岩深井高温水化地层裸眼完井垮塌机理进行了研究。研究表明,模型对维持井壁稳定的最小井底压力的预测比常规模型高2~3 MPa,提升了预测精度;随着岩石裂缝倾角的增加,其强度先减小后增加;井壁最为安全的地层是裂缝倾角为0~20°,倾向近水平最小地应力方位,其次是倾角60~90°,倾向近水平最大地应力方位;维持井壁稳定的最小井底压力随着水化后弱面内摩擦因数及弱面黏聚力的降低而增加,随着应力差的增加而增加。     

多段生产水平井试井解释方法

以水平井为柱源,考虑井筒储集效应、水平井分段产液及各生产段不同表皮效应的影响,运用Green函数并结合Newman乘积方法,建立了非均匀产液水平井试井解释新模型;利用数值反演算法计算井底压力,绘制出样板曲线,并讨论了分段生产的参数对井底压力的影响。研究结果表明,水平井N段生产时,最终水平径向流段压力导数0.5水平线前出现一个压力导数值为0.5/N的新"平台";水平井分段生产时,生产段数越多、两端的生产段长度越长、两端的生产段流量越大、两端地层的表皮损害越小,越有利于水平井产能的提高,应特别注意对水平井两端地层进行改造;水平井各生产段所造成的压力响应,不仅与表皮系数大小及分布有关,还与各生产段的长度与流量分布有关。实例应用表明,本文提出的新模型对水平井的产液井段诊断及解释、增产措施制定具有重要指导意义。     

气体钻井井壁热应力及井壁稳定性分析

目前进行气体钻井井筒流动参数计算时,环空气体温度常用地温代替,但是由于气体可压缩,气体温度受压力和流速影响显著。同时钻井过程中气体经过钻头喷嘴后产生焦耳-汤姆逊冷却效应,导致井筒中的气体温度与地温之间存在较大差异。采用压力-温度耦合计算整个井筒温度和压力分布,考虑井筒与地层之间的传热计算出井壁的径向和切向热应力,求解共同作用下的井壁坍塌压力,分析热应力条件下的井壁稳定性。由地应力和热应力计算结果表明,井底低温在井壁周围产生拉热应力,使近井壁有效应力减小,降低岩石剪切应力,有利于井壁稳定。     

裸眼测试井壁失稳概率及参数敏感性分析

为保证南海高温高压区块裸眼测试期间的井壁稳定性，基于裸眼层段高温和渗流特点，结合温度应力理论和多孔渗流效应，建立了裸眼井壁渗流-温度耦合应力模型。对比分析Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则、Hoek-Brown经验准则和能量破坏准则下的井壁失稳临界测试压差，并利用蒙特卡罗模拟，用正态分布和三角分布模拟岩石力学参数计算井壁失稳概率，采用Sobol方法对临界测试压差参数进行全局敏感性分析。研究结果表明，Drucker-Prager准则更适合作为裸眼测试井壁失稳临界测试压差计算准则，小于临界测试压差3～5 MPa时已经存在井壁失稳的可能，最大水平主应力对临界测试压差起到决定性作用。裸眼测试过程中，临界测试压差与实际测试压差的差值应保持在5 MPa以上，对于最大水平主应力变化较大的地层减小测试压差，以防止发生井壁失稳。     

考虑渗透率应力敏感的气井无阻流量预测方法研究

随着气田开发的进行,地层压力逐步下降,与产能方程系数密切相关的多项参数如天然气偏差系数、粘度等都是变化的,气井开采过程中稳定产能方程随之改变,采用原始地层压力下的稳定产能方程来确定不同地层压力下的无阻流量是不正确的。同时,由于气体产出、低渗气藏孔隙压力降低、地应力增大、基岩和孔隙受到压缩,导致渗透率大幅降低和气藏产能降低。因此,为了更加合理的开采气藏,气井产能分析必须考虑地层应力对岩石渗透率的影响。为得到气井不同地层压力下的无阻流量,基于岩石渗透率随有效应力变化呈指数关系的普遍认识,在达西渗流理论的基础上,推导出了一个考虑渗透率应力敏感的地层压力与无阻流量的关系式。该公式考虑渗透率应力敏感伤害对气井无阻流量的影响,只需已知气井某地层压力时的产能试井无阻流量及各地层压力下对应的天然气粘度和偏差系数,便可以得到各地层压力对应的无阻流量。通过实例计算表明,该方法简便易行,结果可靠。     

临界携液模型在沙坪场气田的应用

在气井临界携液流量计算中,Turner模型计算结果偏高,应采用修正模型计算。沙坪场气田天东82、天东29井曾经因为产量低于临界携液流量而产生井底积液,根据两口井的生产数据计算得到模型中的修正系数α=0.66。将修正模型成功试用于天东91井的临界携液流量计算后,应用该模型对沙坪场气田所有气井进行了井口、井底临界携液流量分析,并得出结论:在相同管柱内径下,高压气井最大临界携液流量易出现在井口,而低压气井最大临界携液流量易出现在井底。     

试井资料与生产数据结合进行措施井效果评价的新方法

酸化、压裂等措施是油气井增产的重要手段,不稳定压力试井是评价改造效果的主要手段之一。针对塔里木油田库车山前低孔低渗透率裂缝性砂岩高压气井缺少措施改造后试井测试数据的情况,提出先对措施改造前测试数据进行精细试井解释,获得基本的渗透率、表皮系数、地层原始压力、无阻流量等参数;然后使用措施后的井口生产数据与井口压力数据,利用井筒模型将井口压力折算为井底压力,结合措施改造前精细试井解释获得的相关参数,获得措施改造后的表皮系数、无阻流量等结果,对改造效果进行定量化评价。大量实践表明,此方法结果准确,对该区措施井的效果评价具有良好的适用性。     

热采水平井近井地应力分布及影响因素分析

水平井近井地应力分布规律是疏松砂岩热采水平井井壁稳定性分析、出砂预测的基本条件。综合考虑原始地层主应力、注汽温度效应、井壁渗透性及注入压力、井下管柱外挤等多种因素,建立了热采水平井近井地应力预测的基本模型。模拟计算表明,井周角和井底流压变化对近井地层轴向应力的影响较小。随着水平井井眼与原始最大水平主应力方向的夹角增大,轴向应力减小。在r10rw范围内,井底流压对地层周向应力和径向应力的影响较大,随着井底流压的上升,径向应力增大,周向应力减小;r5rw范围内温度对地层应力的影响剧烈,超过该半径范围后温度对水平井近井地应力的敏感性减弱。模型预测结果大于常规模型的预测结果,能从应力角度说明热采水平井井壁稳定性变差、出砂加剧的根本原因,研究成果对指导热采水平井井壁稳定性分析、制定合理的工作制度有重要意义。     

井筒连续携液规律研究

我国己开发的气田中,大多数气藏均属于不同程度的有水气藏。气藏在开发过程中都会产出地层水或凝析液。产出液若不能及时排出,就会聚积在井底,严重时造成水淹停产。在天然气生产过程中如何配产以连续携液是十分重要的。以往有学者认为产水气井只要井底不积液则气井就具有能连续携液的能力。本文利用相应的模型公式进行理论计算得到温度、压力对气井连续携液影响规律。同时,对川西气田7口井各重要参数进行了敏感性分析从而得出天然气井连续携液的规律性认识,即:在产液量较小时,井筒中的压力损失较小,而温度损失较大,温度成为影响携液的主导因素,井筒中的最大临界流量出现在井口附近;随着产液量的增加,温度损失较小,压力损失较大,压力成为影响携液的主导因素,井筒中的最大临界流量出现在井底附近。这也说明低压气井最大临界流量易出现在井底,而高压气井最大临界流量易出现在井口附近。     

致密砂岩气藏拟稳态流动阶段气井产能分析

为研究致密砂岩气藏应力敏感对拟稳态流动阶段气井产量及无阻流量的影响,基于气体非达西渗流特性,考虑渗透率幂函数式应力敏感,推导了致密砂岩气藏在拟稳态流动阶段的气井产能方程,并得到了气井无阻流量计算公式。实例计算结果表明:渗透率幂函数式应力敏感使拟稳态流动阶段气井产量及无阻流量减少;受到渗透率幂函数式应力敏感影响,生产井产能曲线向压力轴弯曲,在相同的生产压差下,气井产量比不考虑渗透率幂函数式应力敏感的产量低;渗透率幂函数式应力敏感系数越大,产能方程曲线弯曲越早、弯曲度越大,气井产量越低,产量下降率越大;地层压力下降后,生产井受渗透率幂函数式应力敏感影响减弱,在平均地层压力较低时,可适当放大生产压差进行生产。     

苏里格气田上古地层裸眼完井可行性研究

为了加速开发丰富的油气资源,结合低渗透气田低渗、低压特点,可采用水平井等技术开发。为了降低成本,提高单井产量需要储层段开展裸眼完井技术可行性研究,为裸眼完井与压裂增产提供技术支撑。利用摩尔一库仑准则、Drucker-Prager准则和Lade准则对苏里格气田苏4、苏6气井上古地层裸眼完井时井壁稳定性进行了预测。结果表明：苏里格气田上古地层气井井壁稳定性较好,可进行储层段的裸眼完井。但对于上部非储层段受水化后稳定性变差的影响,不能全井眼裸眼完井,需用套管封堵储层之上的地层,确保上部地层良好封隔,套管无损坏。     

控压钻井过程中泥页岩井壁破坏分析

控压钻井过程中,控制井底压力与地层压力相当,可以减少井壁由于井底压力过小或过大引起的井壁坍塌或破裂问题。对于水敏性泥页岩地层,即使在压力平衡的情况下,由于水基钻井液和泥页岩之间的水化渗透作用,泥页岩井壁也有可能不稳定。为此,建立了控压钻井条件下泥页岩井壁稳定非线性流-固-化耦合新模型,考虑了离子扩散与岩石变形的全耦合以及流体流动和离子扩散过程的非线性;通过有限元分析泥页岩井壁周围孔隙压力场和应力场的变化,计算井壁周围地层破坏系数,检查井壁是否破坏。研究结果表明：①控制压力钻井与常规钻井相比,水化渗透引起的孔隙压力剖面变化较小,有利于泥页岩井壁稳定;②泥页岩井壁失稳主要有井壁破坏、井壁附近地层破坏两种方式且后者是有时间效应的;③现有模型与非线性全耦合模型相比,过大地预计了井周孔隙压力和总应力且其压力峰值传播较慢;④泥页岩井壁失稳后,新的泥页岩表面暴露在钻井液中继续进行水和溶质交换,井眼扩大到一定值后,发生进一步失稳的可能性较小。     

������˲ʱIPR����

不稳定IPR曲线是指不同的时间下井底压力与流量的关系曲线。章从气体基本方程入手，采用气体标准压力的概念，得到气体渗流的无量纲方程及其定解条件。对无量纲方程及其定解条件进行Laplace交换得到考虑湍流因子的Laplace空间上的无量纲气井产量表达式，使用Laplace反变换技术得到不同时间下实空间上井底压力与气井产量的数值解。如果不断改变时间就可以得到不同时间气井产量与井底压力的关系曲线。对于定压边界，当时间趋向于无穷大时，气井产量与井底压力关系曲线即是我们常用的IPR曲线(不妨称为常规IPR曲线或稳定IPR曲线)。很明显常规IPR曲线仅是不稳定IPR曲线的一个特例。章最后使用一个具体气井实例分析了IPR曲线的作用，从IPR曲线上也可以得出定井底流压条件下的气体产量变化关系及定产量条件下的气井井底压力变化关系。     

气井临界流量计算模型的优选

气井积液会给气田和气井本身带来严重危害,准确诊断气井积液的时机,及时采取措施能大大降低和消除气井积液带来的一系列危害。基于Turner模型,取井底环境为控制条件,系统研究了地层压力、井口压力、油管尺寸、水气比等因素对气井临界流量的影响,分析了各因素的敏感性,并提出了防止气井积液的针对性建议;结合涩北气田的生产动态,对比分析了目前常用的5种临界流量计算模型,优选出动能因子法诊断气井积液,其动能因子下限值取10。