油井流入动态-采油工程教程之一课件.ppt
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1、现代钻采工程采油工程,陈德春电 话:8395655,中国石油大学(华东)石油工程学院2005年11月,2,1.采油工程,绪 论,油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井所采取的工程技术措施的总称。,3,(1)经济有效举升,绪 论,4,(2)油气高效入井,技术措施:通过各种物理、化学作用处理油气层。,酸处理技术 压裂技术 波场处理技术 微生物技术 热力技术,绪 论,5,采油工程系统组成 油藏:具有一定储存和流动特性的孔隙或裂缝介质系统,人工建造系统:井筒、采油设备、注水设备以及地面集输、分离和储存设备等。,经济有效地提高油井产量和原油采收率,采油工程目标,绪 论,6,2.采油工程技术水平情况
2、,采油工程技术是决定油田产量高低、采油速度快慢、最终采收率大小、经济效益的优劣等重要问题的关键技术。,中国采油工程技术大致经历了5个阶段(1)5060年代初的探索、试验阶段(2)6070年代分层开采工艺配套技术发展阶段(3)7080年代多种油藏类型采油工艺技术发展阶段(4)8090年代采油工程新技术重点突破发展阶段(5)90年代中期以来采油系统工程形成和发展阶段,绪 论,7,采油工程技术面临难题,高含水油田开采,低渗透油田开发,西部沙漠超深油田开采,海洋和滩海油田开发建设,稠油和超稠油油田开采,要求:,绪 论,采油工程技术达到更高的水平,以创造更高的效益。,8,3.采油工程的任务,当前和未来采
3、油工程的两大任务:,如何采用先进适用的技术提高已开发油气田采收率、提高油气井产量以及降低油气生产成本?,如何依靠技术进步和技术创新将未投入开发的油田投入开发?,绪 论,9,4.课程主体内容,采油方式是任何油田贯穿其开发全过程的基本生产技术,各种采油方式有各自的工作原理、举升能力和对油井开采条件的适应性。(1)采油方式选择(2)采油井生产系统设计与动态预测(3)采油井生产系统工况校核分析与诊断,绪 论,10,预测与分析,解决两个问题:,目前油田开采状况?未来油田如何高效开采?,基础、前提,实现开采目标:,提高油气采收率 降低原油开发成本,?,?,经济效益,绪 论,11,人工举升采油,自喷采油,采
4、油方法分类,人工给井筒流体增加能量将井底原油举升至地面的采油方式,利用油层自身能量将原油举升到地面的采油方式,绪 论,12,第一章 油井流入动态,油气从油藏流入井底和在井筒中的流动是油气开采的两个基本流动过程。油井流入动态和井筒多相流动规律是油井各种举升方式设计和生产动态分析所需要的共同理论基础。,13,第一节 直井流入动态(IPR曲线),油井流入动态:油井产量与井底流动压力的关系。,为油藏工程提供检验资料;为采油工程的下一步工作提供依据;检查钻井、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。,物理意义:反映了油藏向井的供油能力,反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响,是采
5、油工程与油藏工程的衔接点。,作用:,第一章 油井流入动态,14,油井流入动态曲线(IPR曲线):表示产量与井底流压关系的曲线,简称IPR曲线。,典型的流入动态曲线,第一章 油井流入动态,15,一、单相液体流入动态(基于达西定律),供给边缘压力不变圆形地层中心一口井的产量公式为:,圆形封闭油藏,拟稳态条件下的油井产量公式为:,第一章 油井流入动态,16,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。,第一章 油井流入动态,17,单相流动时,假设油层物性及流体性质基本不随压力变化,则产量公式可表示为:,采油(液)指数:单位生产压差下油井产油(
6、液)量,反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。,第一章 油井流入动态,18,采油指数J的获得:,油藏参数计算 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,第一章 油井流入动态,19,对于单相液体流动的直线型IPR,采油指数可定义为产油量与生产压差之比,或者单位生产压差下的油井产油量;也可定义为每增加单位生产压差时,油井产量的增加值,或油井IPR曲线斜率的负倒数。对于多相流体体流动的非直线型IPR,采油指数准确的定义为油井IPR曲线斜率的负倒数。,注意事项:,第一章 油井流入动态,20,典型的流入动态曲线,对于非直线型IP
7、R曲线,由于其斜率不是定值,按上述几种定义所求得的采油指数则不同。所以,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。,第一章 油井流入动态,21,当油井产量很高时,井底附近将出现非达西渗流:,胶结地层的紊流速度系数:,非胶结地层紊流速度系数:,第一章 油井流入动态,22,如果在单相流动条件出现非达西渗滤,也可利用试井所得的产量和压力资料求得C和D值。,由试井资料绘制的 直线的斜率为D,其截距则为C。,第一章 油井流入动态,23,二、油气两相渗流时的流入动态,平面径向流,直井油气两相渗流时油井产量公式为:
8、,(一)垂直井油气两相渗流时的流入动态,式中,o、Bo、Kro都是压力的函数。,通常结合生产资料来绘制IPR曲线(如Vogel方法)或简化处理(如Fetkovich方法)。,第一章 油井流入动态,24,1.Vogel 方法(1968),(1)假设条件(7条)圆形封闭、溶解气驱油藏;油井位于中心。均质油层,含水饱和度恒定;忽略重力影响;忽略岩石和水的压缩性;油、气组成及平衡不变;油、气两相的压力相同;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。,第一章 油井流入动态,25,(2)Vogel方程,Vogel 曲线,第一章 油井流入动态,26,a.计算,c.根据给定的流压及计算的相应产量
9、绘制IPR曲线。,b.给定不同流压,计算相应的产量,情况一:已知地层压力和一个工作点,(3)利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤,第一章 油井流入动态,27,情况二:油藏压力未知,已知两个工作点,a.油藏平均压力和 的计算,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,第一章 油井流入动态,28,(4)Vogel曲线与数值模拟IPR曲线的对比,a.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。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,但其绝对值却很小。,b.如果用测试点的资料按直线外推
10、时,最大误差可达 7080,只是在开采末期约30%。,C.采出程度N对油井流入动态影响大,而kh/、B0、k、S0等参数对其影响不大。,不同方法计算的油井IPR曲线 1-用测试点按直线外推;2-计算机计算的;3-用Vogel方程计算的;,第一章 油井流入动态,29,1992年,威金斯(Wiggins)等通过对多相流条件下IPR曲线的研究,为沃格尔方程提供了理论依据。威金斯等的研究表明IPR解析式可用多相流条件下的IPR方程的泰勒级数来表示:,第一章 油井流入动态,30,第一章 油井流入动态,31,2.费特柯维奇方法,溶解气驱油藏:,假设 与压力 成直线关系,则:,第一章 油井流入动态,32,式
11、中:,则:,第一章 油井流入动态,33,令:,当 时:,所以:,第一章 油井流入动态,34,3.非完善井Vogel方程的修正,油水井的非完善性 打开性质不完善;如射孔完成 打开程度不完善;如未全部钻穿油层 打开程度和打开性质双重不完善 油层受到损害 酸化、压裂等措施,改变油井的完善性,从而增加或降低井底附近的压力降,影响油井流入动态关系。,第一章 油井流入动态,35,完善井和非完善井周围的压力分布示意图(条件:同产量),第一章 油井流入动态,36,令:,非完善井附加压力降:,则:,表皮系数,第一章 油井流入动态,37,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。,油层受污染
12、的或不完善井,完善井,增产措施后的超完善井,第一章 油井流入动态,38,利用流动效率计算非完善直井流入动态的方法,Standing 无因次IPR曲线,Standing方法(FE=0.51.5),第一章 油井流入动态,39,Standing方法计算不完善井IPR曲线的步骤,b.预测不同流压下的产量,c.根据计算结果绘制IPR曲线,第一章 油井流入动态,40,Harrison方法,Harrison无因次IPR曲线(FE1),第一章 油井流入动态,41,b.求FE对应的最大产量,即Pwf=0时的产量,Harrison方法计算超完善井IPR曲线的步骤,a.计算FE=1时的qomax(FE=1)先求Pw
13、f/Pr,然后查图1-7中对应的FE曲线上的相应值qo/qomax(FE=1)。则,c.计算不同流压下的产量,d.根据计算结果绘制IPR曲线,第一章 油井流入动态,42,(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表达式为:,三、时的流入动态,第一章 油井流入动态,43,井周围压力和气体饱和分布,第一章 油井流入动态,44,组合型IPR曲线,(2)实用计算方法(组合型IPR方法),第一章 油井流入动态,45,流压等于饱和压力时的产量为:,当 时,由于油藏中全部为单相液体流动。,当 后,油藏中出现两相流动。,流入动态公式
14、为:,直线段采油指数,第一章 油井流入动态,46,四、油气水三相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 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。,油气水三相IPR 曲线,第一章 油井流入动态,47,(一)采液指数计算,已知一个测试点(、)和饱和压力 及油藏压力,当 时:,当 时:,当 时:,其中:,第一章 油井流入动态,48,,则:,,则按流压加权平均进行推导:,(二)某一产量下的流压计算,所以:,第一章 油井流入动态,49,因为:,所以:,若,则综
15、合IPR曲线的斜率可近似为常数。,第一章 油井流入动态,50,第一章 油井流入动态,第二节 斜井和水平井流入动态,水平井渗流的基本特征a.平井井筒与油藏有较大的连通渗流面积b.接近井筒附近具有径向的特征c.远离井筒地区为单向(一维)流动d.在同样产量下具有较小的生产压差(因为油藏中的流动阻力很小)e.把水平井三维渗流可简化为两个平面问题加以研究,51,第一章 油井流入动态,一、水平井产能研究方法,国内外学者主要采用解析法和模拟法来研究水平井的产能。1.解析法研究水平井产能,一种方法是从数学模型出发,通过相应的假设条件,简化方程的初始、边界条件,推导出单相流或多相流的水平井产能公式的解析解;另一
16、种方法是利用保角变换、镜像映射、势的叠加原理及等值渗流阻力法等方法通过相应变换得到水平井的产能公式。,52,第一章 油井流入动态,目前还没有一个水平井的解析模型可以综合地解决非均质性、多相流体、非稳态流和井筒变质量流动阻力、加速度、重力影响等因素。但水平井的解析模型形式比较简单,计算时所需参数较少,计算量小。通过水平井解析模型计算得到的水平井产能,可作为筛选水平井时的参考。,53,第一章 油井流入动态,2.模拟法有物理模拟和数值模拟两种。物理模拟是利用物理现象的相似性,通过物理模型直观的模拟水平井渗流场,为数学模型的研究提供依据。经典的物理模拟方法是电模拟实验方法。自20世纪50年代起,人们开
17、始在实验室应用电模型研究水平井生产动态。通过电模拟实验,研究者可以直观的模拟水平井的渗流场,测量各点的压力和电流,描绘出等势线、流线的分布,研究水平井压力动态与产能的关系。,54,第一章 油井流入动态,Giger、Joshi等人就是在电模拟实验的基础上,研究了水平井渗流场特点,推导出相应的产能公式。我国学者曲德斌、葛家理及李春兰等人利用电模拟方法研究了水平井开发的基础理论,对比了产能模型与电模拟实验模型,验证了电模拟实验的可行性,为复杂条件下的水平井渗流机理研究提供了一种可靠的物理模型研究方法。,55,第一章 油井流入动态,水平井产能的数值模拟方法主要包括两种,一种是根据水平井的特点,从数学模
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