Numerical Investigation of the Impacts of Wall Fluid Entry on Fluid Flow Characteristics and Pressure Drop along a Wellbore

Abstract

Single-point or limited-point wall fluid entry in a wellbore has been observed in different oil and gas wells all over the world through downhole video logging. The wall fluid entry is expected to affect both the fluid flow characteristics in a wellbore and the pressure drop along the wellbore. In order to investigate the impacts of the single-point wall fluid entry, a numerical simulation model has been set up and a series of numerical simulations have been conducted by using a commercial computational fluid dynamics (CFD) software package. Flow velocity profiles, streaklines, pressure distribution along the wellbore, and so on have been thoroughly investigated. The simulation results clearly demonstrate the influence of the wall fluid entry on the fluid flow as well as the pressure drop along the wellbore. The impacts on the pressure drop along the wellbore have further been quantified.     

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。     

产水气藏气液两相管流动态规律研究

由于气液两相流流型的多变性和流动机理的复杂性,需要建立适用于任何流动条件的压降模型。目前工程常用的两相流压降模型主要是基于圆管流动实验数据得到的,其适用条件均具有一定的局限性。对于含水气井,其气水比一般比油井高得多,而且水和油物性差异大,气水两相流液体滑脱严重。现有的两相流压降模型用于气井压降预测时误差较大。因此对其进行了修正,给出了修正曲线。依据气水两相流实验,深入研究了气水两相上升流流动机理及特性参数变化规律,在现有气液两相流压降模型基础上探讨了适用于产水气井的H-B修正模型,应用现场资料对该模型进行的评价和验证表明,提高了预测产水气井压降分布的准确性,更符合实际情况。     

异常高压气井生产动态仿真研究及应用

异常高压气井生产动态仿真方法不仅改变了传统物理仿真成本高、过程复杂的缺点,而且具备了计算机仿真模拟的准确性。考虑异常高压气井流体高压、高温的特点,本文将异常高压气井生产压降分解为地层流动压降、井筒流动压降和嘴流流动压降三个过程,并建立了气井生产动态流动数学模型;本文利用计算机仿真技术模拟了异常高压气井地层流体流动过程、井筒流体流动过程和气嘴流体流动过程,并预测了气井生产动态流动参数,为下步异常高压气井动态配产提供了基础数据。通过实例分析,将计算机仿真预测出的异常高压气井流动参数代入优化配产模型计算出配产结果与实际配产结果十分接近,表明异常高压气井生产动态仿真对实际生产具有重要的指导意义。     

深水气井测试温压场耦合模型求解及实现

为求解深水气井测试温压场耦合模型，需优选气液两相流动模型，结合两相嘴流模型、两相持液率公式、两相产能方程，建立关于时间和空间的非稳态压降与传热模型差分方程组，并采用Newton Raphson方法计算，实现对开井放喷瞬态过程的模拟。结果表明：①该方法真实再现了放喷过程中液位上升和地层产气等2个阶段；②预测井口参数与现场工况吻合，井口压力、温度平均误差小于5%，满足工程精度要求；③模拟结果再现了井筒内诱喷液及测试完井液动态过程，为合理制定测试设计提供依据；④高产能深水气井测试期间，应采用较大尺寸管柱及油嘴放喷，提高清井速度，防止冰堵。算例分析结果表明数学模型真实反映了深水气井测试放喷过程。该研究成果对深水气井测试方案设计及后续跟踪评价具有指导意义。     

肇州油田水平井水平段压降计算及测试

水平井水平段的流动为变径入流量的变质量流动,根据动量守恒方程建立了水平段流动的压力梯度基本方程;通过不同位置的采液指数变化,表征水平井筒中的流动与油藏渗流的耦合,考虑孔眼入流情况下的管壁摩阻系数,建立了一套系统的水平井水平段压降计算模型及方法。水平段压力损失由摩阻压力损失、加速压力损失、混合压力损失以及势能压力损失等四部分组成。对肇州油田州62-平61井水平段压降进行了计算,并在相同生产条件下进行了测试,计算值与实测值误差6％。计算表明,肇州油田9口水平井的水平段总压降大约在0．048～0．26MPa。     

气井井筒温度、压力与积液综合预测模型

气井积液是产水气藏开发设计和气井生产管理面临的重要问题,但目前对气井流动机理与携液预测还存在争议。从气液两相流的基本流动机理出发,建立了考虑液滴变形和井斜影响下气井井筒的流型、温度、压力与携液综合预测模型,并用实际井数据对模型进行了验证。结果表明,所建模型可用于直井、斜井和水平井的产水气井井筒温度压力预测,预测误差小于5%;在环雾状流动情况下,井筒内液体以液滴和液膜的形式被完全带出井口,不会出现井筒积液;对常规垂直气井,利用井口数据便能判断气井积液情况,Turner模型计算气井携液临界值较实际值偏大,李闽模型计算结果明显偏小,建议采用彭朝阳模型计算气井携液临界值;对斜井和水平井,则需要同时考虑液滴变形和井斜的影响,水平井近水平段携液临界流速和流量明显较垂直井段小,而造斜井段携液临界流速和临界流量随井斜角的增大先增大后减小,在井斜角为30°~60°之间达到最大值,因此造斜井段是气井积液判断的重点部位。     

水平井变孔密分段射孔井筒压降计算模型

射孔是水平井完井的主要方式,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,提出了变孔密分段射孔的概念,推导出了水平井变孔密分段射孔的井筒压降模型,并分析了孔眼密度变化对水平井井筒压降的影响,为水平井新型完井方式的井筒压降计算提供了理论依据.     

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。     

A homogeneous model for gas–liquid flow in horizontal wells

Radial influx or outflux stands for the major difference between fluid flow in a pipe and fluid flow in a well. A homogeneous model for gas–liquid flow in a horizontal well is presented in this paper. In addition to frictional and gravitational components of total pressure drop, accelerational pressure drops due to fluid expansion and radial influx or outflux are considered. Effect of radial influx or outflux on wall friction is also taken account for. With a segmented approach, the new model and several existing pipe flow models have been applied to predict pressure drop along a wellbore, and predictions are compared with experimental data. It is found that the new homogeneous model outperforms existing models for gas–liquid flow in horizontal wells.     

致密油藏水平井不稳定渗流压力分布

致密砂岩油藏水平井生产过程中的流体渗流过程具有明显的非达西流特征。在考虑启动压力梯度和应力敏感性的基础上,应用平均质量守恒定律和压降叠加原理推导出了致密砂岩油藏水平井的三维不稳定渗流压力分布公式。应用镜像反映理论可以得到该模型在不同边界条件下的水平井渗流过程描述和各有关参数的解,具有很强的实用性。同时,分析了启动压力梯度和应力敏感性对储集层中流体渗流的影响,给出了不同启动压力梯度和渗透率变形系数下的水平井压力分布。     

天然气在复杂气藏内渗流问题的新模型及应用

针对形成不同流体区域的气藏、有边水气藏、岩性尖灭气藏及井底存在污染或改善的气藏等情况,建立了考虑井筒相态重分布的复杂气藏的渗流新模型,求出了３种典型外边界条件下的气藏拟压力分布解析解,并绘出了井底压降曲线。给出的气藏无量纲压力表达式及压降曲线,还可适用于凝析气井及井筒带积液的气井。结合实例分析给出了本理论在油田开发中的应用。     

高压深井分段改造管柱封隔器间压力预测及应用

针对高压深井分段改造过程中封隔器间环空压力下降造成的改造管柱和封隔器受力状况恶化问题,基于能量守恒原理和井筒传热理论,建立了考虑摩擦生热和对流换热等影响的注入工况井筒温度场二维瞬态预测模型,并分析了井筒温度和压力变化对封隔器间环空体积的影响;然后结合井筒温度瞬态预测模型、环空流体PVT状态方程、油管柱径向变形计算模型和地层瞬态渗流方程,建立了典型高压深井封隔器间环空压力预测模型。最后,以塔里木油田1口高压气井为例开展了封隔器间环空压力预测。分析结果表明:常规设计方法认为安全的管柱,考虑封隔器间环空压力下降后就存在非常大的失效风险,高压深井分段改造管柱设计过程中必须充分考虑该因素。该研究成果为高压深井分段改造管柱的优化设计提供了新思路。     

大斜度井两层稳定模型岩屑传输规律研究

根据质量守恒定律和动量定理,建立了考虑悬浮层颗粒扩散、岩屑床中流体压力降的大斜度井中两层稳定岩屑传输数学模型。从环空返速、井斜角、岩屑床分数以及岩屑床中流体流动的附加压力降等方面进行了模拟研究,研究结果表明:岩屑床分数的增加、环空返速的提高有利于岩屑颗粒悬浮;随井斜角增加,悬浮层颗粒浓度减小;岩屑床面积较大时,进行大斜度井水力学设计时应考虑岩屑床中的流体压力降。     

旋流扶正器作用下环空螺旋流场压降研究

在油气井固井注水泥顶替技术中，使用旋流扶正器不仅可提高套管居中度，还能改变环空流体流速剖面，使流体做螺旋运动，螺旋顶替方式有利于将环空窄间隙滞留泥浆和井壁附着虚滤饼驱替干净，从而提高固井质量。液体螺旋流动方式改变了轴向流场压降的分布规律，展开螺旋流场压降的研究对注水泥安全施工有着重要意义。文章在实验的基础上，推导出了环空螺旋流场压降的计算公式，实验结果表明：环空螺旋流场的压降呈非线性衰减，且在同等条件下大于一维轴向流场的压降值，注水泥施工设计时应对其予以足够重视。     

环空压裂悬挂器的研制与应用

随着油气田开发地层压力的下降，压裂后更换压裂井口和井内管柱所采取的压井措施往往造成压井液的倒灌污染、气井水锁堵塞，严重损失油气井压后峰值产能。据丘东气田2003—2004年的12口压裂井换管柱后产能统计，平均损失35％，攻关压裂－投产一体化管柱技术，采用环空压裂是有效途径之一。由于吐哈油田压裂规模普遍较大、排量高，尤其是气井，解决高速、高浓度携砂液长时间对油管挂下管柱的冲刷问题、避免管柱冲断落井是关键技术问题。在此主要介绍了环空压裂悬挂器的设计原理、试验和推广应用情况，应用效益显著。     

Analysis of Production Logging Data to Develop a Model to Predict Pressure Drop in Perforated Gas Condensate Wells

Abstract

Accurate prediction of pressure drop in perforated wells with a high fluid flow rate is a challenge in production engineering calculations. In this study, production logging data obtained from an Iranian gas condensate field were analyzed to develop a model to predict the pressure drop in perforated wells. To calculate the pressure drop due to the friction in the perforated section of the wall, a relation between perforation friction factor, pipe and wall Reynolds number, and Moody friction factor was developed by means of nonlinear regression. Perforation effects were also considered in total pressure drop, which occur due to the mixing of axial and radial momentum fluxes in the perforated section. The results predicted by our developed model showed good agreement with the measured production logging data from the studied field within 14% error. This model can be used to accurately estimate the well performance curve.     

一种精细控压钻井流动模型的研究与应用

为了提高高温深井控压钻进时的环空压力剖面计算精度,实现井底压力精细控制,基于水力学、传热学和流变学基本理论,采用黏温特性室内试验、Drillbench商业软件对比、井下环空压力实测数据验证等方法,建立了高温深井控压钻井精细流动模型。该模型充分考虑了环空温度分布、钻井液黏温特性、高温高压下的钻井液密度等因素,实现了压力温度耦合计算。现场应用表明,该模型的计算精度相比普通模型有了一定提高,绝对误差仅为0.2 MPa左右,为高温深井压力敏感储层的井下压力计算和环空压力控制提供了更好的技术手段。      

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。     

套管放气油井环空多相流动计算方法研究

为了研究套管放气油井环空多相流的流动形式,以泰勒气泡在粘滞流体中的上升流速作为主要依据,建立不同原油粘度下套管环空放气流动的截面含气体积分数计算模型和压降计算模型。模型适用于泡状流和段塞流,不适用于过渡流、环空流和雾状流。据计算模型编制了套管放气井环空流动计算软件,用该计算软件计算输出环空压力分布,将计算得到的参考点压力与实测的参考点压力对比40井次。结果表明,建立的计算模型正确、可靠,可为套管环空放气工艺提供多相流计算手段,也可为套管环空压降计算、压力估算和沉没度估算提供依据。