砂岩油藏水平井射孔参数优化研究.doc

砂岩油藏水平井射孔参数优化研究与应用
编写:唐海军徐贵春
参加:李汉周段志刚唐礼骅
石油工程技术研究院
2010年3月
目录
1 水平井射孔参数优化研究 1
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水平井射孔参数优化设计方法 4
2 现场应用及效果 5
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3 结论与认识 10
砂岩油藏水平井射孔参数优化研究与应用
摘要:水平井水平段流入剖面均一是水平井射孔参数优化设计的最终目的。本文针对砂岩油藏套管完井的水平井,引入半解析法,建立了油藏渗流和井筒流动耦合求解的水平井产能评价模型,为射孔参数优化设计提供科学的理论依据。在此基础之上提出了系统的水平井射孔参数优化技术,使油井水平段均匀流入,达到提高低渗透段的动用程度,延缓底水脊进的作用,最终提高单井采收率的目的。
关键词:射孔水平井参数优化产能评价耦合
水平井可以增大油气井与储层的接触面积,有效提高单井产能。但是,水平井的流动有其特殊性:一方面实际油藏为不稳定渗流过程,流体向水平井筒的渗流呈三维形式,而非平面径向流;另一方面水平井筒中的流体流动是一种变质量流,受重力、加速度、摩擦阻力等因素的影响,存在不可忽视的井筒压降,井筒流入剖面不均匀。尤其是对于套管射孔完井的水平井,不同的射孔参数对水平井的三维渗流场是显著不同的,因此本文引入半解析法,通过建立井筒单元段上的油藏渗流模型和井筒流动压力损失模型,将油藏渗流与井筒流动进行耦合,计算水平井射孔完井的产能。并在此基础之上进行了系统的水平井射孔参数的优化,使油井水平段流入剖面相对均一,达到提高低渗透段的动用程度,延缓底水脊进的作用,最终提高单井采收率的目的。
1 水平井射孔参数优化研究

目前,水平井产能研究方法主要有解析法和模拟法。解析法因其形式简单、计算所需参数少、计算量小的优势而被广泛应用于水平井的产能预测,如稳态流的Borisov、Giger、Giger-Reiss-Jourdan、Renard-Dupuy、Joshi方法等以及拟稳态流的Mutalik、Kuchuk、Babu-Odeh、和Helmy-Wattenbarger模型等,但都没有考虑多相流、水平段压降以及完井参数等因素的影响。数值模拟法也得到一定的应用,虽然考虑了多项流动和钻井污染的影响,但没考虑完井参数等因素的影响。为此提出了采用半解析方法,通过建立井筒单元段上的油藏渗流模型和井筒流动压力损失模型,将油藏渗流与井筒流动进行耦合,计算水平井射孔完井的产能。

假设孔隙介质油藏,流体微可压缩,三维不稳定渗流偏微分方程为:
(1)
其中:为流体压缩系数,MPa-1; 为时间,h;为孔隙度,小数
考虑水平、等厚、上下封闭的无限大、各向异性的油藏物理模型,将水平井视为线源井,利用Ozkan和Raghavan提出的方法,即格林函数点源解,将每个孔眼看作是连续的线源,油藏中某点的压力响应都是由于很多线源孔眼的连续产液所引起的,最后通过点源积分获得水平井三维渗流压力响应解析模型。
水平井流动三维点源解得到的井筒处压力降落为:
(2)
取为平均渗透率,;;;;,;;
其中:s为Laplace变量;为流体粘度,mPa·s ;L为水平井长度,m;为油藏有效厚度,m;为单孔流量,m3/s;为0阶第二类修正Bessel函数。
为不失一般性,油藏中任意点M的压力计算模型可表示为:
(3)
式中,Pi表示油藏压力,q表示流量,F(x,y,z,t)是关于单位源密度格林函数。根据具体的边界条件和叠加原理,便可以得出任意时刻油藏中任意点的压力响应P(t)。
水平井筒多相流压力梯度模型
在水平井开采中,井筒沿程有流体不断地流入,使得水平井筒中的流动成为一种沿流动方向流量逐渐增加的变质量流动,因此,井筒模型中需考虑流体变质量流、摩阻、动量变化、重力作用以及井筒壁面流入的混合干扰等因素,即:
(4)
常见的气液两相水平管流压力计算模型有Beggs-Brill模型,该模型主要特点是使用简单,但对水平管流的流态描述不够精确。因此,根据水平管流最新研究结果,气液两相流动的流态可划分为分层流、环流、间隔流和分散泡流,不同流态下有其对应的压力计算模型。
由于水平井孔眼的存在及井筒变质量流,其粗糙度比常规水平管的粗糙度大得多,因此常规的管流摩阻因素关系式不能直接用于水平井压降的计算。考虑不同完井几何参数(如孔眼、孔密及布孔格式)对表观摩阻系数的影响,水平井井筒侧流的摩阻