油井流入动态

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1、采油工程 采油工程 主讲：黄磊单位：长江大学工程技术学院绪 论1.采油工程课程概况2. 课程学习内容3. 课程特点4. 学习方法与要求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。1 课程概况油田开发总体建设方案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。采油工程的定义研究内容研究内容 可经济有效地作用于油藏，以提高油井产量和原 油采收率的各项工程技术措施的理论、工程设计 方法及实施技术。采油工程采油工程任务任务油气畅流入井实现有效举升地面计量和分离采油工程采油工程目标目标经济有效地提高油井 产量和原油采收率采油工程

2、采油工程学习目的学习目的掌握采油工程基本概 念和理论；分析和解 决实际工程问题采油工程采油工程2. 课程内容简介采油方法增产措施 及生产管 理自喷采油气举采油有杆泵采油无杆泵采油注水酸处理砂、蜡、水、稠、低工作原理设计计算 方法工程设计分 析水力压裂采油工程课程内容体系(10章内容)第一章 油井流入动态与井筒多相流动计算第二章 自喷与气举采油第三章 有杆泵采油第四章 无杆泵采油第五章 注水第六章 水力压裂技术第七章 酸处理技术第八章 复杂条件下的开采技术第九章 完井方案设计与试油第十章 采油工程方案设计概要3. 课程特点特点工程广/杂上课认真听讲、不迟到早退、 不旷课、关闭手机课外作业成绩=平

3、时20%+考试80%课堂笔记4. 学习方法与要求第一章第一章 油井流入动态与井油井流入动态与井 筒多相流计算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。Inflow Per

4、formance Relationship Curve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 供给边缘压力不变(定压边界)、圆形地层中 心一口井的产量公式为：（1-1）圆形封闭油藏(封闭边界)、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。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

5、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。生产压 差 直线型采油指数J的获得： 试井资料：测得35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。当油井产量很高时，井底附近将出现非达 西渗流：

6、胶结地层的紊流速度系数：非胶结地层紊流速度系数：C、D值也可用试井资料获取二、 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)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归一化曲线

7、Vogel方程经典方 程a.计算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：、已知地层压力和一个工作点( qo(test) , pwf(test) )利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤、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qopwf 测试计算，即b.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Vogel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

8、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 7080，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/、Bo、k、So等对其影响不大。2.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，所以：当 时：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

9、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 之比为“正”称“正”表皮，油井不完善；为“负”称“负”表皮，油井超完善。完善井非完善井令：非完善井表皮附加压力降于是表皮系数或井壁阻力系数S油层受污染的或不完善 井，完善井,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 Standing方法(1970) (FE=0.5 1.5) 图1-6 FE 1时的无因次IPR曲线(standing IPR曲线)a.根据已知pr和pwf计算在FE=1时最大产 量standing方法计算不完善井IPR曲线的步骤：b.预测

10、不同流压下的产量c.根据计算结果绘制IPR曲线Harrison方法 (FE=1 2.5) 图1-7 Harrison无因次IPR曲线(FE1)Harrison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b.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(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

11、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， 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。得到了不同条件下IPR曲 线。 图1-8 拟合的IPR曲线与实际曲线的对比 _拟合的IPR曲线,实际曲线曲线表明：早期的IPR曲线近似于直线,随着采出程度增加,曲度增加,接近衰竭时曲度稍有减小。Bendakhlia建议用以下公式来拟合IPR曲 线图：图1-9 参数v、n与采出程度之间的关系IPR曲线的应用

12、油井流入动态反映了油藏向该井供油的能力 。 1. 根据测试资料确 定IPR曲线。2. 根据IPR曲线确定流压和产量的 对应关系。prqomax三、prpbpwf时的流入动态 （1）基本公式当油藏压力高于饱和压力，而流动压力 低于饱和压力时，油藏中将同时存在单相和两相流动，拟稳态条件下产量的一般计算表达式 为:需要分 段积分图1-11 组合型IPR曲线（2）实用计算方法 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： 当prpb后，油藏中出现两相流动流入动态公式为：采油指数：A-油相IPR曲线 B-水相IPR曲线 C-油气水三相综合IPR曲 线四、油气水三

13、相IPR 曲线 Petrobras提出了计算三相流动IPR曲线的方法综合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 测试点计算曲线，可按产量 加权平均；当预测产量或流 压，可按流压加权平均。图1-12 油气水三相IPR 曲线(一) 采液指数计算(由测试点确定曲线) 已知 prPr、pb和一个测试点(1) (2) 图1-12 油气水三相IPR 曲线pwf(test)、qt(test) (二) 某一产量qt下的流压pwf计算(1)(2)因为：所以：综合IPR曲线的斜率 可近似为常数(3)图1-12 油气水三相IPR 曲线五、多层油藏油井流入动态 （1）多油层油

14、井流入动态图1-13 多层油藏油井流入动态流压低于14MPa后 ，只有第三个层工 作；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。（2）含水油井流入动态图1-14 含水油井流入动态与含水变化( )图1-15 含水油井流入动态曲线( )(1) 油井流入动态的物理意义;(2) 油井流入动态研究主要有三种途径： 基于Vogel、standing、 Harrison 、 Fetkovich、Petrobras等各种方法。 建立不同类型油藏和井底条件

15、的渗流模型。 利用单井流入动态的油藏数值模拟技术。(3) 油井流入动态是采油工程各项技术措施设计、分析与评价的依据。小 结第二节 井筒气液两相流动 相的概念 相是体系中具有相同化学组成 和物理性质的一部分 ，与体系的其它均匀 部分有界面隔开 例如：油-气-水是多相体系采油设备的优化设计和工况分析、油气集输设 计等都离不开气液两相流的理论与计算方法油气是深埋于地下的流体矿藏，随压力的降低 ，溶解气将不断从原油中逸出，因此，井筒中 将不可避免地出现油气两相流动；如果油井含 水，将出现油-气-水三相流动,如果不考虑油 水相界面，则应用气液两相流进行研究。一、井筒气液两相流动的特性 (一)气液两相流动

16、与单相液流的比较流动型态（流动结构、流型）：流动过程中油、气的分布状态。(二)气液混合物在垂直管中的流动结 构变化 纯液流当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶 解在原油中，产液呈单相液流。影响流型的因素：气液体积比、流速、气液界面性质等。泡流：井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气 泡分散在液相中。滑脱现象：混合流体流动过程中，由于流体间的密 度差异，引起的气体（小密度流体）流速大 于液体（大密度流体）流速的现象。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等特点：气体是分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大滑脱现象严重。段塞流：当混合物继续向上流动，压力逐渐 降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡， 直到能够占据整个油管断面时，井筒内 将形成一段液一段气的结构。特点：气体呈分散相，液体呈连续相；