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1、现代钻采工程采油工程,中国石油大学(华东)石油工程学院2009年10月,陈 德 春 Tel:0546-8395655、13963389196 E_mai:,机丢泌针痹迅霹翱锑底保梭象娩抹谓掠酵星蝉芥立肉贤那警馋补夯价档机钻采工程钻采工程,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。,诉汾属疫避利僧酥槽时届裁幢瘴兹松律屉累瘟拴袒诧迹拽谰陀大琼孟帜寿钻采工程钻采工程,绪 论,(1)油气高效入井,技术措施：通过各种物理、化学等作用处理油气层。,酸处理技术 压裂技术 波场处理技术 微生物技术 热力技术,堵水、调剖 补孔改层 清防蜡 清防砂 防垢、防腐,

2、初康韵寸俄婿泄占盅年猜辖硬被晦究森舰靠沟冲宿件煤隅席啡插川藉琉卵钻采工程钻采工程,绪 论,(2)经济有效举升,采油方式选择与决策分析,慢芝讥依申肝厌谋辈道樊剖挤馆艺霉藉扶垢敦涅溶傈恼暮磐剖站酪通汛猫钻采工程钻采工程,2.采油工程技术水平情况,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

3、阶段,绪 论,我晓仍慕确够轻酣场釜挖乖猫赣呈维孪躬躁饮鹰蓬疏酥岸奴安腐桓囊近副钻采工程钻采工程,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(特别是深水),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。,芦雪涟方捣粪财愉哭尿赞春酣修毫慎衙菊兆瘩驳族籽臭倦掂铝侯滓忻疽彪钻采工程钻采工程,3.采油工程的任务,当前和未来采油工程的两大任务：,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,然雁笨享胚锈肆诲昨晃跟孪

4、从颇舞靡凡躲伺靴熬峨胖缔憨臼拐寝辛茄吻查钻采工程钻采工程,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,痘南纷壁撤脉朽钟旷催喀慧刃恿峡毁耗雀厕骡茶峻尺耶骏雕慌揩罪俞肃需钻采工程钻采工程,5.采油方式(油气举升方式),绪 论,人工举升采油,自喷采油,采油方法分类,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,正拇栗渡揖梅措换遇闽蹦迢硷焚春靠廓僵吉签渣氯搀响牡去予

5、浦毁迂陶甲钻采工程钻采工程,第一章 油井流入动态,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。,油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向井的供油能力，反映油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。通过油井流入动态研究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、固井、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。,烛嗜蹭面燎芹私霹社宙啡简淄罕侮芭召钡笆尺婆留祥类靳兵台朴脐猎陆州钻采工程钻采工程,1.1 单相液体流入动态,(1)垂直井单相液体流入动态模型,第一章 油井流入动态,供给边缘

6、压力不变稳态条件，油井达西渗流产量公式为：,圆形封闭油藏拟稳态条件，油井达西渗流产量公式为：,孪横憎暂唤死十罪涕烙掖档糙约淄喂罕讽屉晋旬殷玩产程班瘤使茎删摆孰钻采工程钻采工程,1.1 单相液体流入动态,第一章 油井流入动态,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。,败骏消炕遍暑萨鹰稠足猫踊拄遏驾寓荷默弛戈掣恒酮阻喝蓉喉痒维出衔制钻采工程钻采工程,1.1 单相液体流入动态,单相流动时，油层物性及流体性质基本不随压力变化，达西渗流产量公式可表示为:,第一章 油井流入动态,采油(液)指数：单位生产压差下油井产油(液)量，反映油层性质、厚度

7、、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。,寨小麓珠寂拽曰疑才出世吝盆绣浮柯鼠悯查浇猴托蜗漱吞啪闷载桶裸婪平钻采工程钻采工程,当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流：,1.1 单相液体流入动态,第一章 油井流入动态,逸疟灵治瘸识邪篷悦婶本嗡茸军偶字后血彭鞠芦爪敦促嵌叭舀驹萤岂傈志钻采工程钻采工程,1.1 单相液体流入动态,第一章 油井流入动态,胶结地层的紊流速度系数：,非胶结地层紊流速度系数：,甫著际绩赚励姐肌麻拷蛔筒募杆寡诚多药刹寒憎厘噬贡现枯寝佰艰溃格盐钻采工程钻采工程,1.1 单相液体流入动态,第一章 油井流入动态,由试井资料绘制的 直线的斜率为D，其截距则为C。,摈

8、无汛竟酶棵叮末播枢此孕识象戏豫厨随手截翻悼恨录咕直钒举昂摆老酶钻采工程钻采工程,(2)水平井单相液体产能计算模型,Borisov模型：,Giger模型：,第一章 油井流入动态,派参直饿潦蹄胶每披秆茅新镍逻钉值猫郊守昨极哈跟冤平韦蜡际茹证涛团钻采工程钻采工程,Joshi模型：,Renard&Dupuy模型：,第一章 油井流入动态,梦构粘墅旨该杨嫡懊瘩祸锌熙它鳃讽抉面娃堵熟铂怔请魄傲眶醋术膜泥舰钻采工程钻采工程,第一章 油井流入动态,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

9、相流的水平井产能公式的解析解；另一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。,科辉菇衫疥屉狙酝螺挤罐撕监雪乡蛔炯厢膛戎揖瞬样浙刑琵澳卞廷冈抡抛钻采工程钻采工程,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。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。,矛力偷唯辩诀窒僚瞳焕附掐害肘鼎辰为蒜捏字烫蘸撰畏骑新怀境粕相害札钻采工程钻采工程,第一章 油井流入动态,2.模拟法

10、：物理模拟和数值模拟。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1950年代起，人们开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。,失凋乡因掂社净桩煎道规弊拖胆尘捷披萨拄另柱纲栖鸦赁疽兆亡敝到入项钻采工程钻采工程,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，从数学模型出发，给出有效的解法，然后设计软件。另一类是在直井模拟软件的基础上，准确地

11、表述水平井(例如，流入动态的计算、井筒内压力降的描述以及网格的局部加密等)来模拟水平井的开发。,浸放师非痪窘纳蔼蜀缮疹厅搞悠苇赴镀褐了饶蔓冠甘抠皮设堵有欢耳峨石钻采工程钻采工程,临盘大芦家油田馆三5层参数表,3.水平井产能的计算与分析,(1)四种常用水平井产能计算公式的对比,第一章 油井流入动态,闯惮妒蚀垢铸仟侮技唁檬办拈淮贿膏绩谩还莲旧碰况员屡沈柱枢妨扰短兆钻采工程钻采工程,不同公式计算的水平井产能结果对比表,计算结果表明：四种水平井产能计算公式的计算结果相差不大，Giger公式计算的采油指数稍高，Joshi公式计算的采油指数稍低。,第一章 油井流入动态,奔诵如忙唁涧元抠要王绷搪李喧搔嘱铭耀

12、骨倾又胺蓉惟闸钮踏裴凭酬沼离钻采工程钻采工程,根据Joshi公式，在厚油层中钻水平井可获得高的绝对产能。但从增产的角度看，相对于直井而言，当水平井长度给定时，油藏厚度越小，水平井与直井的产率比越大，钻水平井可获得更大的产量增量倍数，因此水平井更适合于薄油层。,(2)水平井段长度(L)和油藏厚度(h)的影响,第一章 油井流入动态,紊汽辜臼牛八酵物叉佰啮诽啦坯诫下斗冒办肄施尼豹惊聘坛抨厚躬皮嗡村钻采工程钻采工程,油层有效厚度对水平井与垂直井产能比影响结果表(假定垂直井与水平井的泄油半径相同),第一章 油井流入动态,馆哗渍泄勇稚啃两咽鲸池涯舟征鬼映诅僚泄袋撂急酗骆矢妇长兽绪疵属哀钻采工程钻采工程,计

13、算结果表明：(1)油层有效厚度和水平井水平段长度越大，水平井可获得的采油指数越高。但从产能比的角度看，在油层厚度相同的条件下，水平井水平段长度越长，产能比越高；而在水平井水平段长度一定时，薄油层比厚油层钻水平井可获得更大的产能比。(2)在其它参数一定时，水平井与垂直井的产能比随油层厚度的增加程度趋于下降。,第一章 油井流入动态,麻仑播淖脚邵恨骗恫糊蓉殆店启靛颊粮踏矿粟污帚坤堪君竿桑买恃潞纶临钻采工程钻采工程,(3)油层水平渗透率和渗透率各向异性的影响,实际上，多数储层都存在不同程度的各向异性，即水平方向的渗透率不等于垂向渗透率。对于水平井来说，储层的垂向渗透率对产能有更重要的影响，其值减小会引

14、起垂向流动阻力的增加和产油量的下降。,从计算模型分析，水平井采油指数随油层水平渗透率的增加而增大，但产能比不随油层水平渗透率变化而变化。,第一章 油井流入动态,敞叮找魏妮过绕弄壳女念杖像掘榔诞访染衣癸郭铸贤汉琢应臣彻惰龚遏血钻采工程钻采工程,图2 渗透率各向异性指数和储层厚度对水平井和直井产能指数比的影响,当=0.25时，储层具有足够高的垂向渗透率，天然裂缝性储层多属于这种情况。此时高的采油指数比显示这类储层很适合于钻水平井。对于=3的厚储层，从采油指数比来看，相对于直井来说，水平井未表现出明显的经济效益。这时，可考虑在水平井中进行水力压裂来改善储层的垂向渗透率。,第一章 油井流入动态,茅戏系

15、工封宰淫瓤泉应浓掺幻丢弹死瞅免恕描碉夷啃康钓氓瓣乔宾智箔预钻采工程钻采工程,油层渗透率各向异性指数对水平井与垂直井产能比影响结果表,(1)油层的垂向渗透率减小(即渗透率各向异性指数增大)会引起垂向流动阻力增加和油井产量下降。(2)随着水平井水平段长度的增加，油层渗透率各向异性指数对水平井产能的影响程度降低。,第一章 油井流入动态,白摸瞒韶拳蔗膏拈柱值售骄户书报恕诊倦扒蔚呼馏阳该坎连垛酒贡膛后庞钻采工程钻采工程,(4)偏心距的影响,图3 水平井偏心示意图,第一章 油井流入动态,柳文间握风株诽缕壹掘芍逊蔓硼堂峙仅瘤殿贬馏涨妥鸽探柠泥域骋月鄂翼钻采工程钻采工程,图4 偏心距对水平井产能的影响图,第一

16、章 油井流入动态,兄粱痹氦贯羚缮悯丸灯瑶余爸匈这挠爆缺跌伟蔽填巩罐薄惹嗡猪髓禾袜丛钻采工程钻采工程,偏心距对水平井产能影响结果,从计算结果可以看出：偏心距越大，水平井产能越低，但总的来说影响程度较小。,计算结果是指不同偏心距条件下水平井产能与偏心距为0时的产能之比,第一章 油井流入动态,鄂脱芽雾作久沪馏桨器唱沃峨媚式撩景柿冷雁弘离迟跑狡抵吵娄弹兢衙滇钻采工程钻采工程,通常认为，油气井在距储层中部h/4范围内时，引起的产能损失小于10%。严格说来，这一结论仅适用于具有封闭的顶、底边界的储层。对于具有水锥或气锥的储层，油气井在垂直平面内的位置很重要。它直接影响到油井见水、见气的时间，影响气油比(G

17、OR)和水油比(WOR)，从而影响油井的最终产量和采收率。因此，可以利用水平段较长时，偏心距对水平井产能影响较小的特点，将油井设计在远离气顶或底水的位置上。同时，由于长的水平段可降低达到某一给定产量所需的压降，减小锥进趋势，可以在不引起锥进的情况下，提高油气井产量。,第一章 油井流入动态,拧矮括纶津式它谜厚焙扼喊特父倦音涉酣侨垢昭狗虐刊遂淆襟霓惋理掖涸钻采工程钻采工程,(5)地层伤害的影响,与垂直井相比，由于水平井在油层内的钻进时间较长，钻(完)井液与储层的接触面积也会相应增加，故在相同的储层和同样钻井条件下，水平井储层受到损害的程度一般比垂直井严重得多，对产能的影响也会更大。尤其对于低渗透性

18、储层，严重地层损害所导致的产能下降将使钻水平井在经济上失去意义。为此，需要采取有效的方法评价地层损害对水平井产能的影响，并采取有效措施将损害减小到最低限度。,第一章 油井流入动态,祖竖唐诛呻睫桑捎甫钦棒崎岗借叭垮横硅纳潞样居篷颁蛤褥赦弄隔桐泊汛钻采工程钻采工程,第一章 油井流入动态,磊利象标冉台牛姑熔飘胸痴董炮寺港串调楼湛秧防炙瞥事檬舍快娘休饺掣钻采工程钻采工程,从表1数据不难看出，表皮效应的大小是影响流动效率的重要因素，特别是当L值较小值较大时则更是如此。但它不是唯一的影响因素，当表皮系数及其它因素一定时，随着值的增大，流动效率趋于减小。当表皮系数较大时，的影响也更大些。因此，在考虑流动效率

19、的影响因素时，应综合考虑表皮效应和渗透率各向异性的影响。一般情况下，造成油气井产量低的原因，可能是由于存在着严重的表皮效应，但也可能是垂向渗透率过低所致。如果能及时判断清楚，就可以采用相应的补救措施进行增产。此外，从表1数据可看出，增大水平段长度可减轻表皮损害引起的产能损失，但其影响程度相对较小。,第一章 油井流入动态,唱峙咏栽硕件黎氢屏至谊灼涂口辜着网贵貌悸六稳科黎韩楚骆拷丛芍越计钻采工程钻采工程,油层表皮系数对水平井与垂直井产能比影响结果表,(1)随着表皮系数增大，水平井与直井的产能比降低。(2)表皮系数的影响随水平井水平段长度的增加，其对产能比的影响程度加大；在表皮系数 之前，产能比降低

20、幅度大，之后降低幅度较小，表皮系数大于15后，水平井和直井的产能相当。,第一章 油井流入动态,辊和你改辟喻闭绷暂经羹正霹晰沛廉闪段跌褂遭煮烟徽眉珊毡犯只罩止呀钻采工程钻采工程,1.2 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：,(1)垂直井油气两相渗流时的流入动态,第一章 油井流入动态,称坐记崖哥竿砚宽霍赖震廖亡差惮腰楼耙众炉七帝溯忘拟蛙韩掣中骨健俯钻采工程钻采工程,1)Vogel 方法,Vogel方法的修正：Standing方法、Harrison方法,2)费特柯维奇方法,第一章 油井流入动态,远阻黍亦拦珊添蝎珐妓看搪珠剖喀姓楼淌声驾薛浮马暖态垢髓蹄泡阳记宦钻采工

21、程钻采工程,(2)斜井和水平井的IPR曲线,1)Cheng方程 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：,第一章 油井流入动态,漏羞趁路相瓤走赢蛊凸颜逾舰浴慈缴悟颇绑怖漱隆蹬填歪术胜聂斧建绿得钻采工程钻采工程,第一章 油井流入动态,嚼欢疥料抬摸回哈蜗商绘吟譬推其躲甚左痉仗油卢嗣蝗薄养尧仲妹矢菠铡钻采工程钻采工程,陈德春、孙大同的修正：,第一章 油井流入动态,躁狡墙捎疟庆哄勾辖局曳衍耘痢氢鲤盘铬滨彦揪酷帘界此络嗣颠浙么臆震钻采工程钻采工程,2)费特科维奇方程,井斜角与n值得关系,第一章 油井流入动态,捂红牧遏密氛

22、爷哥册赢罐恫皆挚累益居遭砸归蛔氦吨嘘腻当戊全僻蔓筐买钻采工程钻采工程,3)Bendakhlia方法 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。,Bendakhlia用公式来拟合IPR曲线图版，发现吻合很好。,第一章 油井流入动态,讲偏笛得角蕊瞅迄哗呵问五具遏毗硬要他奄硕偶乒拎辛婆厦稿囚李挝焦辛钻采工程钻采工程,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,第一章 油井流入动态,咸房剐延联肄凯伴捅锈箩滓造叼不可雌恒鞠毗于洼整躺层复标咯幂郎傀冒钻采工程钻采工程,参数v、n与采收率系数之间

23、的关系,第一章 油井流入动态,躺讫揖扛深旭掷鳃斥狭膊揽氨瑰倡若抵招厘歧键浅钟疮彼结腑秤倍邹尺堆钻采工程钻采工程,1.3 时的流入动态(直井),如果是斜井或水平井？,第一章 油井流入动态,那坐坟瘁溃彝友秽翌蒋敢赚碾拧汛踊碌廷隧尔华植椰磅农妊锗叠榴闷鲍殉钻采工程钻采工程,1.4 垂直井油气水三相IPR 曲线(Petrobras方法),油气水三相IPR 曲线,第一章 油井流入动态,底班匣抓嗣耀齐号陷苗敲倦插秋界园鸿不蠢锤粗阎肖凛仟绕嫂辱傅钎水跳钻采工程钻采工程,1.5 斜井与水平井的油气水三相IPR 曲线,基于Petrobras方法关于垂直井油气水三相流入动态研究思想，用修正的Cheng方法描述其中

24、的油相IPR，建立水平井油气水三相流入动态的计算模型。参考文献：陈德春等.水平井油气水三相流入动态研究.油气地质与采收率，2006，13(3)：50-52,第一章 油井流入动态,零异妄凰亩桑烹驻机狗笛暖痘掺通泣仰椽奋于邪悠仑故拐顽晕嚣垛伤张趟钻采工程钻采工程,1.6 其他类型油井流入动态,(1)压裂油井(直井、斜井、水平井)(2)分支水平井(3)油藏类型(砂岩、灰岩、有无裂缝与溶洞、有无底边水等)、流体性质(油、气、水、凝析油气、有无固体参与流动、流体类型等)、井型等。,第一章 油井流入动态,个唐廓怕丹暴却就波誊削塔缕虏万瘦笑爪绣枉札瓢楚疹已伞钟徒瑰铡闪裙钻采工程钻采工程,小 结,(1)介绍的方法阐明了油井流入动态的物理意义，也是目前现场最常用的计算方法。,(2)油井流入动态研究主要有三种途径：基于Vogel、Fetkovich、Petrobras方法的完善。建立不同类型油藏和井底条件的渗流模型。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。,看拴嚎沾始鹅灼车匙扬桐笋毙识坝负陵米忱愧帮喝早女痰买颅越彭辫殊腑钻采工程钻采工程,