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水平井及分支井产能预测理论研究

曾祥林  
【摘要】: 水平井和分支井的产能反映了井筒提供流体流量大小的能力,是水平井油藏工程和采油工程研究的重要内容之一。由于水平井和分支井的生产过程与直井有较大差别,随着水平井和分支水平井的广泛应用,研究和分析水平井及多分支水平井的产能具有重要意义。 本文在深入调研国内外有关水平井和分支水平井单相、溶解气驱油气两相产能预测理论文献的基础上,针对水平井和分支水平井产能预测中存在的问题,开展了单相稳态、非稳态和溶解气驱油气两相水平井和分支井产能的研究,取得了以下主要进展和成果: 将水平井视为三维线汇,推导了无界地层单相稳定渗流水平井引起的速度势分布,并得到了等势面方程,从理论上证明了其等势(或等压)面为一簇以水平井两端点为焦点的旋转椭球面,在此基础上,针对几种常见油藏类型,根据势叠加原理推导了油层内三维稳态渗流的压力分布,建立了常见类型油气藏水平井稳态产能预测解析模型。 利用保角变换方法并结合等值渗流阻原理推导了更为合理的多分支水平井的稳态产能公式。应用水平井井数替代比的概念建立了利用直井产能评价结果进行分支水平井产能计算的方法。 建立了稳态流条件下储层和井筒流动的耦合模型来研究井筒压降对水平井产能计算的影响,首次建立了考虑井筒压降的水平井稳态产能计算的误差模型,并对水平井稳态产能计算的影响因素进行了敏感性分析。 首次根据稳态流条件下储层和井筒流动耦合模型建立了考虑经济因素的优化井长计算模型。 首次在分析了水平井井筒内流动特性基础上,应用质量平衡和动量守衡建立了考虑井壁流体径向流入的任意倾角的单相井筒压降计算的通用模型。 建立了储层和井筒流动的非稳态流动耦合模型,在耦合模型中通过对瞬时点源/汇解过时间和空间的积分来处理整个时间段内的储层流入(从早期的瞬态流到后来的拟稳态), 应用油藏数值模拟,系统深入地研究了油藏特性、流体特性以及油井特性等对溶解气驱油藏水平井IPR曲线的影响,并总结了无因次IPR曲线的曲 度随汕藏平均压力的变化规律,在非线性渗流理论的基础上推导了通用的汕 气井无因次IPR曲线方程,提出了q-fh)新型无因次IPll山线方程及参数拟 合方法。 本文通过对水平井和分支水平井产能研究得到了以下主要认识和结论: 1)从理论上证明了无界地层单相稳定渗流水平井的等势(或等压)面为 一簇以水平井两端点为焦点的旋转椭球面。 2)山于水平井实际生产时在油藏内本质上是呈三维流动的,因此根据水 平井三维势分布建立的稳态产能模型比用从二维简化得到的产能模型更准 确,更能反映水平井生产的实质。 3)对于分支井,随着分支井井筒数的增加,每增加一个井筒所获得的产 量增量是减少的,综合考虑各种因素,存在最优井筒数。 4)井筒压降对水平井稳态产能计算的影响与井筒平均压力降与储层儿 力降之比有关,如果平均井筒压力降与储层压力降之比较大时,在井产能计 算中忽略井筒压力降将产生较大误差。出于井筒压降的影响,汕井产量的增 量随井卜度的增加而下降,但钻井和充井费用随井长的增加而线性增加,因 此就存在一个获得最大收益的优化井筒长度。 5)井筒压降80%出现在距水平井跟端50%的井长内,沿水平井筒单位 长度的流入量并不相等,沿井筒形成U形流入分布,在水平井的两端H端 和根端)的流入比井筒中部的流入相对要高,一旦达到拟稳态流动,沿井筒 的流入分布形状基本保持不变。 6)本文提出的新型IPR曲线方程有较强的理论基础,方程中的系数V 和 n具有明显的物理意义。系数 V可称为无因次层流系数,它表示在所有非 理想流动条件下的最大总表皮系数中,与产量无关的表皮系数所占的份额, 对应的卜V则是代表与产量有关的表皮系数所占的份额。指数;;与流体类型 有关。通过验证新型油气井通用无因次IPR曲线能较好的反映溶解气驱水平 井的流入动态,可以用于溶解气驱汕藏水平井的产能预测。 本论文属于中国石油天然气集团公司“十.五”重点科技项目“复杂结 构井的产能预测研究”的主要内容。


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