采油工程-第1章油井流入动态与井筒多相流动计算

采油工程原理与设计（张琪主编）绪论1.采油工程的定义2.采油工程的任务及目标3.课程内容介绍4.本学科发展趋势5.课程特点6.学习方法与要求7.授课计划.8.主要参考书目9.课堂要求及考核方式.采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过产油井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。1.采油工程的定义油田开发是一项庞大而复杂的系统工程，采油工程是其重要的组成部分和实施的核心。油藏工程是基础；钻井工程是手段；采油工程是具体实现。2.采油工程研究的任务及目标任务：通过一系列可作用于油藏的工程技术措施，使油、气畅流入井，并高效率的将其举升到地面分离和计量。实现有效举升采油工程任务油气畅流入井地面计量和分离采油工程目标经济有效地提高：油井产量原油采收率我们知道，原油的开采包括从地层→井筒→地面，围绕这开采过程，课程的主要内容包括如下几个方面：3.课程的主要内容简介①地层②井筒③地面④油层改造⑤油井管理主要内容：4.本学科的发展趋势目前，我国多数油田，尤其是东部油田，经历了几十年高强度的强化开采，已进入“高含水、高采出程度、高投入”阶段，稳产的基础变得较为薄弱。经过多次注采调整，剩余油分布比较零散，使过去行之有效的增产控潜措施已不再得心应手，提高采收率变得十分困难。为此，探索采油新技术，是采油工作者的当务之急。（1）微生物采油技术（2）震动采油技术（3）热化学采油技术（4）聚合物驱油技术（5）CO2驱油技术（6）注水井化学调剖技术（7）水平井及分支水平采油技术（8）地层清洗采油技术下面就几种采油新技术做一简单介绍。5.采油工程特点：原油的开采包括从地层→井筒→地面，采油工程的特点是：★涉及的技术面广、综合性强而又复杂；★与油藏工程、地面工程和钻井工程等紧密联系；★工作对象是条件随油藏动态不断变化的采、注井；★难度大，针对性强；★各项工程技术措施间的相对独立性强。★涉及油田开发的重要决策和经济效益。6.采油工程学习方法与要求：学习方法与要求:重视听课,加强理解;记好笔记,及时答疑;独立练习,总结记忆；联系普遍,善于归纳。a、上课认真听讲，做好笔记；b、自己应查阅相关参考书籍及文献；c、认真完成布置的作业（作业要独立完成）。8.主要参考书目1、升举法采油工艺（卷1.2.4），石油工业出版社，K.E.布朗。2、采油工艺原理，石油工业出版社，王鸿勋、张琪。3、高新采油技术，石油工业出版社，王仲茂、王怀彬、胡三力编。4、水力压裂技术新发展，石油工业出版社，J.L.吉维利等著。5、石油勘探开发技术（上），石油工业出版社，常子恒主编。6、有杆抽油设备与技术系列丛书。第一章油井流入动态与井筒多相流计算主要内容：•油井流入动态•井筒气液两相流基本理论•气液两相管流实用计算方法油井生产系统组成油层到井底的流动(地层渗流)井底到井口的流动(井筒多相管流)井口到分离器(地面水平或倾斜管流)油井生产的三个基本流动过程气液两相流基本理论油井流入动态第一节油井流入动态（IPR曲线）油井流入动态：油井产量(qo)与井底流动压力(pwf)的关系，反映了油藏向该井供油的能力。基本概念油井流入动态曲线：表示产量与流压关系的曲线，简称IPR曲线。InflowPerformanceRelationshipCurve图1-1典型的流入动态曲线IPR曲线基本形状与油藏驱动类型有关。即使在同一驱动方式下，还将取决于油藏压力、油层厚度、渗透率及流体物理性质等。prqomax一、单相液体流入动态asrrBpphkqweoowfroo21ln)(2供给边缘压力不变、圆形地层中心一口井的产量公式为：（1-1）asrrBpphkqweoowfroo43ln)(2圆形封闭油藏、拟稳态条件下产量公式为：（1-2）图1-2泄油面积形状与油井的位置系数对于非圆形封闭泄油面积的油井产量公式，可根据泄油面积和油井位置进行校正。Xrrwe单相流动时，油层物性及流体性质基本不随压力变化。采油指数可定义为:单位生产压差下的油井产油量，是反映油层性质、厚度、流体参数、完井条件及泄油面积等与产量之间的关系的综合指标。srrBhakJweooo21ln2)(wfroppJqasrrBpphkqweoowfroo21ln)(2wfrpp生产压差)(wfroppqJ直线型采油指数J的获得：•试井资料：测得3～5个稳定工作制度下的产量及其流压，便可绘制该井的实测IPR曲线，取其斜率的负倒数•油藏参数计算对于单相液体流动的直线型IPR曲线，采油指数可定义为产油量与生产压差之比，也可定义为每增加单位生产压差时，油井产量的增加值，或IPR曲线斜率的负倒数。注意事项：因此，对于具有非直线型IPR曲线的油井，在使用采油指数时，应该说明相应的流动压力，不能简单地用某一流压下的采油指数来直接推算不同流压下的产量。2DqCqppwfrhaksXBCooo2)43(lnworhBD222134103396.1当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流：201.1710906.1k胶结地层的紊流速度系数：55.061008.1kg非胶结地层紊流速度系数：C、D值也可用试井资料获取DqCqppwfr)(dpBKrrkhqewfppooroweoln2drdpBhrkqoooo2二、油气两相渗流时的流入动态o、Bo、Kro都是压力的函数。用上述方法绘制IPR曲线十分繁琐。通常结合生产资料来绘制IPR曲线。平面径向流，直井油气两相渗流时油井产量公式为：(一)垂直井油气两相渗流时的流入动态1.Vogel方法(1968)①假设条件：a.圆形封闭油藏，油井位于中心；b.均质油层，含水饱和度恒定；c.忽略重力影响；d.忽略岩石和水的压缩性；e.油、气组成及平衡不变；f.油、气两相的压力相同；g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油流量相同。数值模拟结果的总结2max8.02.01rwfrwfooppppqq归一化曲线②Vogel方程经典方程2max8.02.01rwfrwfooppppqq]8.02.01[2maxrtestwfrtestwftestooppppqqmaxoqa.计算max28.02.01orwfrwfoqppppqc.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线b.给定不同流压，计算相应的产量：Ⅰ、已知地层压力和一个工作点(qo(test),pwf(test))③利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤AACBBpr242121qqA12212.0wfwfppqqB2122218.0wfwfppqqCⅡ、已知两个工作点，油藏压力未知a.油藏平均压力的确定：已知或利用两组qopwf测试计算，即maxoqb.计算c.由流入动态关系式计算相关参数图2-4计算的溶解气驱油藏油井IPR曲线1-用测试点按直线外推；2-计算机计算值；3-用Vogel方程计算值④Vogel曲线与数值模拟IPR曲线的对比对比结果：按Vogel方程计算的IPR曲线，最大误差出现在用小生产压差下的测试资料来预测最大产量时，但一般误差低于5％。虽然随着采出程度的增加到开采末期误差上升到20％左右，但其绝对值却很小。如果用测试点的资料按直线外推，最大误差可达70～80％，只是在开采末期约30%。采出程度Np对油井流入动态影响大，而kh/μ、Bo、k、So等对其影响不大。dpBksrrkhqrwfppooroweo43ln22.费特柯维奇方法溶解气驱油藏假设(kro/oBo)与压力p成线性关系，则其中，rpoororBkpc122243ln243ln2wfrweppweoppcsrrkhcpdpsrrkhqrwfrwfrpooroweopppBKsrrkhqr243ln222所以：2max1rwfooppqq)(22wfroppJ当时：0wfp243ln2maxrPooroweopKsrrkhqrrpooroweopBKsrrkhJr2143ln2令：费特柯维奇基本方程3.不完善井Vogel方程的修正油水井的不完善性：射孔完成——打开性质不完善；未全部钻穿油层——打开程度不完善；打开程度和打开性质双重不完善；在钻井或修井过程中油层受到损害或进行酸化、压裂等措施，从而改变油井的完善性。图1-5完善井和非完善井周围的压力分布示意图油井的流动效率FE：油井的理想生产压差与实际生产压差之比wfrskwfrwfrwfrpppppppppFEwfwfskppP为“正”称“正”表皮，油井不完善；为“负”称“负”表皮，油井超完善。skPskP完善井weoowfeoorrBpphkqln)(2非完善井wssseoowfeorrkrrkBpphqln1ln1)(20wssooooowfwfskrrkkhkBqpppln12令：wssorrkksln1shkBqpoooosk2非完善井表皮附加压力降于是wfwfskppP表皮系数或井壁阻力系数S0s1FE油层受污染的或不完善井，0s1FE完善井,0s1FE增产措施后的超完善井，表皮系数S通常由试井方法获得利用流动效率计算直井流入动态的方法①Standing方法(1970)(FE=0.5～1.5)图1-6FE1时的无因次IPR曲线(standingIPR曲线)2max8.02.01rwfrwfooppppqqFEppppwfrrwf)(a.根据已知pr和pwf计算在FE=1时最大产量2)1max(8.02.01rwfrwfoFEoppppqqFEppppwfrrwf)(standing方法计算不完善井IPR曲线的步骤：21max8.02.01RwfrwfFEooPPPPqqb.预测不同流压下的产量c.根据计算结果绘制IPR曲线②Harrison方法(FE=1～2.5)图1-7Harrison无因次IPR曲线(FE1))1(maxFEqqoo图2-7Harrison无因次IPR曲线(FE1))1max()1max(/FEoooFEoqqqqHarrison方法可用来计算高流动效率井的IPR曲线和预测低流压下的产量。其计算步骤如下：a.计算FE=1时的qomax先求pwf/pr，然后查图1-7中对应的FE曲线上的相应值qo/qomax(FE=1)，则1max1maxFEooFEooqqqqb.计算不同流压下的产量c.根据计算结果绘制IPR曲线d.求FE对应的最大产量，即pwf=0时的产量1maxmax1maxmaxFEoFEoFEoFEoqqqq2pCpBAq(二)斜井和水平井的IPR曲线1990年，Cheng对溶解气驱油藏中斜井和水平井进行了数值模拟，并用回归的方法得到了类似Vogel方程的不同井斜角井的IPR回归方程：p’=pwf/pr；q’=qo/qomax；A、B、C为取决于井斜角的系数优点：使用简单，仅需一组测点，便可得IPR曲线缺点：方程没有归一化，00maxorwfoowfqppqqp时，；时，1989年，Bendakhlia等用两种三维三相黑油模拟器研究了多种情况下溶解气驱油藏中水平井的流入动态关系。