采油――油井流入动态

第二章油井流入动态与井筒多相流动计算绪论•采油工程：为采出地下原油，采用的各项工程技术措施的总称。处于中心地位。•任务：根据油田开发要求，科学地设计、控制和管理生产井和注入井；采取工艺技术措施，以提高油井产量和原油采收率、合理开发油藏。维持油井的高产稳产。•目的：生产石油、收回投资、获利。•与钻井、完井工程、油藏工程和储运工程紧密相关、交叉渗透。•特点：综合性、实践性、工艺性强。3本课程：•解决的问题：怎样把地下的原油采出地面来。•目的：培养面向石油工业的人才。•特点：系统性不强,基本理论多,内容多,时间紧研究对象：地层向井筒的流动井底向井口的流动地面管线的流动4主要内容：•自喷采油：利用地层天然能量开采。•气举采油•有杆泵采油•无杆泵采油•注水•水力压裂•酸化（人工补充能量）（降低阻力）5连续气举气举间歇气举常规有杆泵人工举升利用抽油杆传递能量(机械采油)地面驱动螺杆泵泵电动潜油离心泵利用电缆传递电能举电动潜油螺杆泵水力活塞泵利用液体传递能量射流泵涡轮泵6•注水：利用液体携带、补充能量。•水力压裂（hydraulicfracturing）是利用压裂液使地层破裂形成裂缝。并在缝内填以支撑剂。填砂裂缝的高渗透能力起到油井增产的作用。•酸化（acidizing）是向油井挤入专门配制的酸液，依靠其化学溶蚀作用以解除油层污染和提高近井地带油层渗透率。压裂酸化（简称酸压，用于碳酸盐层）基质酸化（用于碳酸盐和砂岩地层）7生产系统：1）油层——多孔介质；2）完井——井眼结构发生改变的近井地带(钻井、固井、完井和增产措施作业所致)；3）举升管柱——垂直、倾斜或弯曲油管、套管或油、套管环形空间（井下油嘴和井下安全阀）；4）人工举升装置——用于补充人工能量的深井泵或气举阀等；8总压降可分解为以下部分：5）井口阻件——地面用于控制油井产量油嘴、节流装置；6）地面集油管线——水平、倾斜或起伏管线；7）计量站油气分离器。油井生产系统总压降为：9101112一、油井流入动态•油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系，它反映了油藏向该井供油的能力。•流入动态曲线(InflowPerformanceRelationshipCurve)：表示产量与流压关系的曲线，简称IPR曲线，也称指示曲线(IndexCurve)。13油井基本假设返回14稳态、拟稳定和非稳态流动一般来讲，原油从地层流到井底，所经历的流动状态可以分为非稳态流动、拟稳态流动和稳态流动三种。只适合于油藏中产生某个扰动后的较短时间，压力波未抵达边界或无限大地层。非稳态流动15拟稳态流动扰动已达到供给边界，此时压力仍继续变化（如平均油藏压力继续下降），但相当长时间后各处压力随时间的变化率近似达到一致16稳态流动在定压边界内的生产井经过长时间后，可近似认为从中心井筒到边界的压力不发生明显变化17典型的流入动态曲线(IPR曲线)181．单相液体的流入动态基本假设圆形定压边界油藏（稳定流）的产量公式为asrrBPPhkqweoowfroo21ln)(2定压边界、稳定流、均质、圆形、等厚的水平单层油藏每一个参数的含义和单位19圆形封闭地层边界（拟稳定流）的产量公式为：asrrBPPhkqweoowfroo43ln)(2封闭边界、拟稳定流、均质、圆形、等厚的水平单层油藏wxwerACrr1．单相液体的流入动态非圆形封闭地层的产量公式把上面的公式进行校正:20表皮系数S表皮系数S的概念：是把实际的污染设想成围绕井筒的无限薄的表皮，它对井生产导致一个附加压降ΔPsk。)ln()1(wddirrkks初始渗透率为ki，污染区的渗透率为kd，污染带半径为rd。21表皮系数S完善井和非完善井周围压力分布和表皮系数不同的S对应的含义？返回22)(wfroPPqJ采油指数可定义为:•单位生产压差下的油井产油量；•产油量与生产压差之比；•每增加单位生产压差时，油井产量的增加值；•IPR曲线斜率的负倒数。采油指数定义：单位压差下的产油量2300Jqpprwf单相流动IPR曲线242BqAqPPwfrhakSxBAooo2)43(lnworhBB2224当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流，油井产量和生产压差之间的关系为：在系统试井中如何使用这个公式绘制IPR曲线？252．油气两相渗流时的流入动态(1)垂直井油气两相渗流时的流入动态对于平面径向流，直井油气两相渗流时油井产量公式为：dpBKrrkhqewfPPooroweoln2drdpBhrkqoooo2可以较精确地绘制IPR曲线，但是步骤十分繁琐，因此寻求一种简单实用的近似方法绘制溶解气驱条件的IPR曲线。261)Vogel方法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。27Vogel曲线溶解气驱油藏无因次IPR曲线28②Vogel方程2max8.02.01rwfrwfooPPPPqq③利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤29maxoqb.给定不同流压，用下式计算相应的产量：]8.02.01[2maxrtestwfrtestwftestooPPPPqqa.计算2max8.02.01rwfrwfooPPPPqqc.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线。30计算实例•已知某油井B平均地层压力为14Mpa，井底流压为11MPa时产油量为30m/d。•试用Vogel方法绘制该井的IPR曲线。解（1）计算qomax31（2）预测不同流压下的产量（3）绘制IPR曲线322)费特柯维奇（Fetkovich）方法对溶解气驱油藏压力平方表示了高速非达西效应，而指数n表示了两相流效应（单相油流时n=1.0）。同样，只要有两次稳定测试数据和值，就可以获得n和C值，绘制出相应的IPR曲线。rp333)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伤害或进行酸化、压裂等措施，从而改变油井的完善性。34油井的流动效率：油井的理想生产压差与实际生产压差之比。FEwfrwfrpppp=wfrskwfrpppppwfwfskPPPskP为“正”称“正”表皮，油井不完善；skP为“负”称“负”表皮，油井超完善。表皮系数S称为表皮系数或井壁阻力系数•完善井,•增产措施后的超完善井，•油层受污染的或不完善井，0s0s0s下面介绍非完善井Vogel方程的修正36①Standing方法21max8.02.01RwfrwfFEooPPPPqq将Vogel方程中的流动压力pwf用理想完善井得流压p′wf代替。FEppppwfrrwf)('①Standing方法Standing无因次IPR曲线Standing方法计算不完善井IPR曲线的步骤：a.根据已知Pr和Pwf计算在FE=1时最大产量b.预测不同流压下的产量c.根据计算结果绘制IPR曲线2)1max(8.02.01rwfrwfoFEoPPPPqq21max8.02.01rwfrwfFEooPPPPqqFEPPPPwfrrwf)(39用Standing方法计算FE≠1时的IPR曲线时，不应超过Standing提供的无因次曲线的应用范围，即FE=0.5~1.5。超过曲线范围之后，既无法查曲线，也不能应用Standing方法计算。为此Harrison提供了1≤FE≤2.5范围内无因次IPR曲线，扩大了Standing曲线的应用范围。可用于计算高流动效率井的IPR曲线和预测低流压下的产量。40②Harrison方法Harrrison无因次IPR曲线(2)斜井和水平井的IPR曲线•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：A、B、C为取决于井斜角的系数。2max00rwfrwfppCppBAqq•Bendakhlia等用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。得到了不同条件下IPR曲线。曲线表明：早期的IPR曲线近似于直线,随着采收率增加,曲度增加,接近衰竭时曲度稍有减小。Bendakhlia建议用公式来拟合IPR曲线图版，发现吻合很好。nrwfrwfooPPvPPvqq2max11拟合的IPR曲线与实际曲线的对比参数v、n与采收率系数之间的关系3．单相流与两相流的组合当油藏压力高于饱和压力，而井底流动压力低于饱和压力时，油藏中将同时存在单相和两相流动简化公式①当PrPb时，由于油藏中全部为单相液体流动。•流入动态公式为：•流压等于饱和压力时的产量为：②当PrPb后，油藏中出现两相流动,流入动态公式为：•采油指数Ｊ为：)(wfroPPJq)(brbPPJq])(8.02.01[2bwfbwfcboPPPPqqq)1(8.18.1brbbcPPqJPq])(8.0)(2.01[8.12bwfbwfbbroPPPPPPPqJ4．油气水三相IPR曲线Petrobras提出了一种计算三相流动IPR曲线的方法。•油相IPR曲线：fw=0时油层的IPR曲线，为曲线A；•水相IPR曲线：fw=100%时的IPR曲线，为曲线B；•油气水三相综合IPR曲线：某一含水率时的IPR曲线，为曲线C。•综合IPR曲线的实质:是按含水率取纯油IPR曲线和水IPR曲线的加权平均值。当已知测试点计算采液指数时，是按产量加权平均；当预测产量或流压时是按流压加权平均。48图2-12油气水三相IPR曲线49(1)采液指数计算已知一个测试点：wftestP、testq及bP、rP。①bwftestPP，则wftestrttestlPPqJ②bwftestPP则)(8.1)1(wftestrwbbrwttestlPPfAPPPfqJ28.02.01bwftestbwftestPPPPA50(2)某一产量下的流压计算①btqq0，则ltrwfJqPP②maxotbqqq，则按流压加权平均进行推导wfwaterwwfoilwwfPfPfP)1(bobtbwfoilqqqqPPmax80811125.0ltrwfwaterJqPp)(80811)1(125.0maxbobtbwltrwwfqqqqPfJqPfP③maxmaxttoqqq，lwqqtwfJfdqdPot98maxlwotlorwwfJfqqJqPfP)98)(()(maxmax5．多层油藏油井流入动态（1）多油层油井流入动态52•在流压开始低于14MPa后，只有第三个层工作；•当流压降低到12MPa和10MPa后，则I层和II层陆续出油。•总的IPR曲线则是分层的迭加。•其特点是：随着流压的降低，由于参加工作的小层数增多，产量将大幅度增加，采油指数也随之增大。53（2）含水油井流入动态54①井底流压降低到油层静压之前，油层不出油，水层产出的一部分水转渗入油层，油井含水为100％。当流压低于油层静压后，油层开始出油，油井含水随之降低。这种情况下，放大压差提高产液量不仅可增加产油量，而且可降低含水。②当油层压力高于水层压力时，油井含