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1、1,陈 德 春 Tel: 0546-7807360; 13963389196 E_mail: ,中国石油大学（华东）石油工程学院 2008年9月,水平井尾管完井、变密度射孔完井 和分段射孔完井技术研究,2,汇 报 提 纲,1.水平井油气水三相流入动态研究 2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究 3.水平井变密度射孔优化设计模型 4.水平井分段射孔完井技术,3,1.水平井油气水三相流入动态研究,（1）水平井产油（液）指数计算法,（2）基于油藏数值模拟计算分析的溶解气驱油藏水平井流入 动态计算方法,目前研究水平井流入动态的方法 ：,4,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.1计算模型的建立,基
2、于Petrobras研究思路，建立了水平井油气水三相流入动态曲线：,A为假设该井含水率为0时油井IPR曲线，称油气IPR曲线,B为假设该井含水率为100%时油井IPR曲线， 称水IPR曲线,曲线C为该井实际含水率时油井IPR曲线，称为油气水三相IPR曲线,5,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.1计算模型的建立,6,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.1.1水平井采液指数的计算模型,（1）当井底流压大于饱和压力时，水平井的采液指数为：,（2）当井底流压大于油气IPR极限产量所对应的油气水三相IPR上压力,且井底流压小于饱和压力时，水平井的采液指数为:,7,1.水平井油气水三相流入动态研究,
3、1.1.1水平井采液指数的计算模型,（3）当井底流压小于油气IPR极限产量所对应的油气水三相IPR上压力时，水平井的采液指数为：,8,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.1.2 水平井油气水三相流入动态计算模型,水平井油气水三相流入动态反映了油井产液量与井底流压的关系，可根据不同的井底流压计算对应的产液量或根据不同产液量的计算对应的井底流压，从而绘制水平井的油气水三相流入动态曲线。本文建立了根据不同井底流压计算对应产液量的水平井油气水三相流入动态计算模型。通过该计算模型的变换，也可建立根据不同产液量计算对应井底流压的水平井油气水三相流入动态计算模型。,9,1.水平井油气水三相流入动态研究,1
4、.1.2 水平井油气水三相流入动态计算模型,（1）当井底流压大于饱和压力时，水平井的产液量为：,（2）当井底流压大于油气IPR极限产量所对应的油气水三相IPR上压力，且井底流压小于饱和压力时，水平井的产液量为：,10,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.1.2 水平井油气水三相流入动态计算模型,（3）当井底流压小于油气IPR极限产量所对应的油气水三相IPR上压力时，水平井的产液量为：,式中：,11,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.2 计算分析,1.2.1 已知数据,已知油藏压力为41.5MPa，饱和压力为30MPa，油层厚度为25m，供给半径为250m，井筒半径为0.062m，渗透率为
5、16510-3m2，水平井筒长度为450m，原油密度为840kg/m3，原油粘度为1000mPa.s，原油体积系数为1.2，生产气油比为100m3/m3，天然气相对密度为0.8，含水为50%，测试点的压力为25MPa，测试点的流量为37m3/d。,12,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.2.2 水平井筒变质量流动阻力的影响,由于沿水平井筒各射孔处均有流体从油层流入井筒，从水平井指端到跟端，井筒内质量流量不断增加，因而，水平井筒内流体的流动为变质量多相管流。流体从油藏流入井筒再流向水平井跟端的过程中存在流动压力降，影响着水平井筒各射孔处的流量和水平井流入动态关系。,为研究水平井井筒变质量流动
6、阻力对油气水三相IPR的影响，本文采用广泛应用的Beggs-Brill方法计算水平井筒多相管流的压力降。对不同井筒流量和流体粘度条件下的水平井筒流动压降进行了计算分析，计算结果见下页表。,13,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.2.2 水平井筒变质量流动阻力的影响,14,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.2.3 与水平井产油（液）指数计算法的对比,5种计算方法的计算结果对比,15,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.2.4 与Cheng方法的计算对比,本文模型与Joshi方法和Cheng方法的计算结果对比,16,1.水平井油气水三相流入动态研究,1.3 小结,（1）基于Petrobr
7、as关于垂直井油气水三相流入动态的研究思想，建立了水平井油气水三相流入动态的计算模型，可用于水平井生产油气水三相流体时的产能预测和举升工艺设计。,（2）计算结果表明，目前常用水平井产油（液）指数计算的Borisov方法、Giger方法、Joshi方法、Renard方法以及溶解气驱油藏水平井流入动态计算的Cheng方法的计算结果与本模型的计算结果存在较大差异，因此建议采用本模型计算含水水平井流入动态关系。,（3）分析认为，低产、低流体粘度的水平井流入动态计算中可以忽略水平井筒变质量流动阻力的影响。,17,水平井生产过程中，要维持水平生产井段中流体的流动，其趾部(水平生产井段始端)与跟部(水平生产
8、井段末端)之间必然存在压力差。水平生产井段中压力差的存在势必引起油藏渗流过程中压降分布不均匀，其结果是趾部对油井生产的贡献较小，在跟部却极易导致过早见水(气)，极大地降低原油产量和油藏最终采收率。 为了减缓水平生产井段压降对油井生产的负面影响，许多学者提出了不同的解决方法，如变密度射孔、采用尾管完井或使用可远程控制的井下流入控制阀等。 本文研究了尾管长度、尾管直径以及产量对水平生产井段压降的影响规律，得出了一些有益的结论，为以后的深入研究打下坚实的基础。,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,18,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.1尾管完井水平井筒压降计算模型的建立,图2-1
9、 尾管完井水平井筒流动示意图,19,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.1尾管完井水平井筒压降计算模型的建立,在水平生产井段中下入尾管，由于井被分隔成两个部分，在计算水平生产井段中的压力分布时将井筒分为两部分，即无尾管部分和有尾管部分，分别计算其压力分布。用 表示环空和井筒中的压力：,x表示距跟部的距离。定义 为无穷远处的压力PR与井筒某处压力 之差，即：,20,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.1尾管完井水平井筒压降计算模型的建立,则井筒某处的流入量 为：,在尾管末端处，流量和压力满足连续性条件，即：,21,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.1尾管完井水平井
10、筒压降计算模型的建立,射孔水平井水平段压降计算模型采用Su的计算模型。Su等人把水平井水平段压降分为四部分：,22,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2 算例分析,2.2.1 基本参数,矩形油藏中心一口水平井，井筒长度为2000m，地层渗透率为0.293 m2，油藏供给压力为23MPa，每米采液指数为24.2268 (m3/d)/MPa/m，套管内径为162.6mm，尾管内径为101.6mm，尾管外径为114.3mm，套管和尾管管壁粗糙度均为0.5867mm，地下原油粘度为0.5mPa.s，地下原油密度为860kg/m3，孔眼直径为12mm，射孔密度为16孔/m，产液量为3000m
11、3/d。,23,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.2 尾管长度影响,图2-2 不同尾管长度情况下的水平生产井段跟部流入动态曲线,24,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.2 尾管长度影响,图2-2不同尾管长度情况下的水平生产井段压力分布曲线,25,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.2 尾管长度影响,图2-4 尾管长度与无因次数曲线,从图2-4可以看出，对于一定长度的水平生产井段，存在一个最佳的尾管长度。,26,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.3 尾管直径影响,取水平井筒长度为2000m、尾管长度为700m、产液量为3000m3/d
12、，其他参数保持不变，研究了不同尾管直径（89mm、101.6mm、114.3mm、127mm和139.79mm）对压降分布的影响，结果如图2-5图2-7所示。,27,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.3 尾管直径影响,图2-5 不同尾管直径情况下的水平生产井段跟部流入动态曲线,28,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.3 尾管直径影响,图2-6 不同尾管直径情况下的水平生产井段压力分布曲线,29,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.3 尾管直径影响,图2-7 尾管直径与无因次数曲线,尾管直径对水平井筒压降分布有较大影响，同样也存在一个合理的尾管直径范
13、围。,30,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.4 产量影响,图2-8 不同产量情况下的水平生产井段压力分布曲线,31,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.2.4 产量影响,图2-9 产量与压力降系数曲线,从图2-8和图2-9可以看出，在尾管性质一定的情况下，油井产量大小也影响着水平生产井段压降的分布，也即存在一个合理的产量范围。,32,2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究,2.3 小结,通过求解水平生产井段压降模型对尾管完井水平生产井段中的压降分布规律进行了研究，得到了水平井尾管完井的最佳尾管长度范围；进行了尾管直径和产量对压降分布影响的敏感性分析，结果表明存在一
14、个合理的尾管直径和产量范围。运用本文的研究结果可以在水平井尾管完井中对尾管和产量进行优选，从而有效地调整油藏渗流过程中的压降分布剖面、避免可能出现的过早见水(气)现象以提高油藏的最终采收率，对水平井生产具有重要的工程价值和指导意义。,33,3.水平井变密度射孔优化设计模型,由于水平井筒中压降的存在，导致水平井跟端生产压降大于趾端生产压降，容易造成井筒跟端附近过早见水(气)，影响油气田采收率。国内外研究表明，调整沿井筒轴向的射孔孔眼密度能够改善水平井流入剖面，有效减缓底水脊进。但均没有完整和系统地考虑油藏流体渗流、流体通过孔眼的流动和水平生产井段流体流动之间的耦合，对水平井生产设计直接指导性差。
15、 笔者基于射孔完井水平井生产流体流动压降分析，研究油藏流体渗流模型、射孔孔眼流体流动模型和井筒流体流动压力梯度模型以及流动耦合模型，建立水平井变密度射孔优化设计模型，并分析了多种因素对水平井变密度射孔密度分布和水平井生产状况的影响，为水平井变密度射孔完井提供了设计理论和计算模型。,34,3.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立,假设无限大油藏中有一口水平井，供液边界压力恒定，图1和图2分别为水平井生产流体流动模型示意图和流动压降示意图。,图1 水平井生产流体流动模型示意图,图2 生产流体流动压降示意图,35,3.1.1 生产流体流动压降分析,流体由A点流到相应的水平井筒xi处的压降为：,则：,
16、流体由B点流到水平井筒xi处的压降等于流体由B点流到对应的水平井筒xj处的压降与流体从xj处流到xi处的经过水平井筒流动压降之和，即：,3.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立,36,3.1.2 油藏流体渗流模型,根据水平井生产中油藏流体的渗流特征，分为2种不同渗流区域流体渗流特征研究油藏流体渗流模型（如图2所示），其中区域1为水平生产井段两边的渗流区域，区域2为水平生产井段两端的渗流区域。,图2 生产流体流动压降示意图,3.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立,37,3.1.2 油藏流体渗流模型,(1) 区域1中油藏流体渗流模型,根据Karcher等人的研究：,3.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立,38,3.1.2 油藏流体渗流模型,(2)区域2中油藏流体渗流模型,在水平生产井段的趾端和跟端单元段上，
