改善水平生產(chǎn)井段流入剖面的尾管優(yōu)化方法.docx

1、2008年第32卷第3期Vol.32No.3Jun.2008中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）JournalofChinaUniversityofPetroleum文章編號(hào)：1673-5005(2008)03-0089-04改善水平生產(chǎn)井段流入剖面的尾管優(yōu)化方法劉均榮，姚軍（中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東東營257061）摘要:針對水平井生產(chǎn)井段存在壓降而引起各段入流成貢獻(xiàn)差別較大的問題，考慮尾管對水平生產(chǎn)井段流動(dòng)的影響，以乙E.Su模型為基礎(chǔ)，建立了帶尾管的水平生產(chǎn)井段壓降計(jì)算模型,對水平生產(chǎn)井段流入動(dòng)態(tài)和流量分布規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:利用尾管技術(shù)能有效地改善水平生產(chǎn)井段的流體壓降剖面和流段

2、剖面;對于一定的水平生產(chǎn)井段，存在最佳的尾管K度和尾管直徑，算例中,最佳的尾管長度約為水平生產(chǎn)井段K度的3/10,最佳尾管直徑約為0.0889mo關(guān)鍵詞:水平井；尾管；壓降剖面；流量剖面；底水油藏中圖分類號(hào):TE355文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AImprovinginflowprofileofhorizontalproductionwellsbyoptimizationlinerLIUJun-rong,YAOJun(CollegeofPetroleumEngineeringinChinaUniversityofPetroleum,Dongying257061,ShandongProvince,China)A

3、bstract:Aimedtothedifferentflowratecontributionproblemcausedbypressuredrawdownatthehellsegmentinhorizontalwell,acalculationmodelofpressuredrawdownprofilewasprojM)seut0.0889m.Keywords:horizontalwell;liner；pressuredrawdownprofile;flowrateprofile;bottomwaterreservoir收稿日期：2007-09-13慕金項(xiàng)目:中國石化總公司科技頊目（P060

4、72）作者簡介:劉均榮（1975-）,男（漢族），四川合江人，講師，博士研究生，從事油氣出開發(fā)方面的教學(xué)與研究工作。水平井由于具有泄油面積大、生產(chǎn)壓差小等優(yōu)勢，近年來得到了廣泛應(yīng)用。但在生產(chǎn)過程中，由于趾部與跟部之間存在壓力差，這勢必引起油藏滲流過程中J玉降分布不均勻，其結(jié)果是水平井段各部分對整個(gè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)差別較大（跟部的流入量貢獻(xiàn)最大，而恥部的流入量頁獻(xiàn)最?。?、生產(chǎn)剖面不均衡。如果在底水油藏中，這種情況會(huì)造成跟部的底水脊進(jìn)速度快，導(dǎo)致跟部暴性水淹,從而極大地降低原油產(chǎn)量和油藏最終采收率。為了改善水平井段各部分的流體流入剖面，許多學(xué)者提出了如變密度射孔2、優(yōu)化注入比&、采用尾管或井下流入控制閥

5、等解決方法,Jansen考慮采用尾管旦在水平生產(chǎn)井段跟部處安裝流入控制閥的情況，建立了計(jì)算水平生產(chǎn)井段壓降的半解析模型，并結(jié)合數(shù)值模擬方法，研究了尾管和流入控制閥對流體流入剖面的影響。在前人研究基礎(chǔ)上，筆者對尾管完井控制水平井段流入剖面問題進(jìn)行探討。1尾管完井水平井筒壓降計(jì)算模型假設(shè):水平井筒內(nèi)為單相流體流動(dòng);水平生產(chǎn)井段完全打開，整個(gè)生產(chǎn)井段內(nèi)各點(diǎn)都有流體流入;沿水平生產(chǎn)井段方向采液指數(shù)恒定；尾管在水平生產(chǎn)井段處于居中狀態(tài),不考慮偏心的影響;油藏中的流體從垂直于水平生產(chǎn)井段的方向流入;微元段各處壓力相等。圖1是尾管完井水平生產(chǎn)井段中的流體流動(dòng)示意圖，其中，上為水平生產(chǎn)井段長度,m；如為尾管長

6、度&；9,7,用宣4,仙分別為油藏中的流入量、套管/尾管環(huán)空的流量、無尾管段內(nèi)的流危、尾-90-90-中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2008年6月管內(nèi)的總流量、水平生產(chǎn)井段跟部流量,m3/d0眥部圖1尾管完井水平井筒流動(dòng)示意圖在水平生產(chǎn)井段中下入尾管，在計(jì)算水平生產(chǎn)井段的壓力分布時(shí)，將井筒分為無尾管部分和有尾管部分，其壓力分布計(jì)算式為0n，0XLm；(1)P*式中/為距跟部的距離，m；p“為有尾管部分的環(huán)空壓力，MPa；Pw為無尾管部分的井筒壓力，MPa。定義辱(Q為無窮遠(yuǎn)處的壓力內(nèi)與井筒某處壓力pS)之差，即p(x)=Pr-p(x),則井筒某處的流入量q為q=JSp(x)x.(3)式中,A為

7、每米采液指數(shù),n?/(d-MPa)；心為計(jì)算微元段的K度，m。在尾管管鞋處,流量:和壓力滿足連續(xù)性條件，即(4)=P.n如(5)(5)式中,P“為尾管管鞋壓力，MPa。射孔水平井水平生產(chǎn)井段壓降計(jì)算模型采用Z.E.Su的計(jì)算模型，該模型中水平生產(chǎn)井段壓降分為4部分，即p=Apwan+Wg+APpen+Apmi,(6)式中,Apz，皈頸5，辱點(diǎn)分別為管壁摩擦、加速度、孔眼粗糙度、徑向流入的流體和主流流體混合產(chǎn)生的壓降,MPa。設(shè)水平生產(chǎn)井段上共有N個(gè)孔眼，把奴分成長度為、L=LJN的N個(gè)小段，使得在每一小段內(nèi)只包含一個(gè)孔眼。設(shè)各個(gè)孔眼徑向流入員為0,水平生產(chǎn)井段融部末端沒有流體流入，則第/個(gè)孔眼

8、段下游端截面流量為Q=加,第，個(gè)孔眼段平均流速可以表示為=Q/A，所以在第i個(gè)孔眼段由管壁摩擦造成的壓降為ApwaH=務(wù)必式中/為管壁摩擦系數(shù);。為套管內(nèi)徑,m；p為計(jì)算段流體密度,kg/m30由于在水平段上有孔眼的徑向流入，所以每個(gè)孔眼的上、下游截面流晶不同，這是造成加速度損失的原因。加速度造成的壓降為Pace=P(M+I-：)(8)根據(jù)水平井水平段特點(diǎn)，射孔孔眼會(huì)增加管壁粗糙度。Z.E.Su等m利用速度分布和粗糙度函數(shù)，提出了計(jì)算APm的方法。在第i個(gè)孔眼內(nèi)的Pe可以表示為式中心n為水平段孔眼摩擦系數(shù)。在水平生產(chǎn)井段內(nèi)由徑向流入的流體和主流流體混合，這種混合伴隨若能量的損失，使得壓力降低，

9、可用混合壓降A(chǔ)p響表示根據(jù)以上公式及相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，可得出每個(gè)孔眼段的總壓降A(chǔ)Pi,把所有孔眼段的壓降相加即可得到整個(gè)水平生產(chǎn)井段的壓降。由于考慮的是單相流體，尾管內(nèi)流體流動(dòng)的管路特性采用常用的水力學(xué)方法計(jì)算。2水平井段流入剖面計(jì)算由于尾管的存在，將水平生產(chǎn)井段分成兩部分，因此在計(jì)算水平井段壓力和流M剖面以及油井流入動(dòng)態(tài)時(shí)需要以尾管管鞋為協(xié)調(diào)點(diǎn)，分別從趾部和跟部開始計(jì)算,其具體計(jì)算過程如下：(1) 從趾部開始，假設(shè)趾部起點(diǎn)壓力，根據(jù)式(6)-(9)和式(3)計(jì)算尾管管鞋處的壓力和流量，繪制尾管管鞋處自趾部的流入曲線。(2) 從跟部開始，假設(shè)跟部起點(diǎn)壓力，考慮環(huán)空管路結(jié)構(gòu)特性，根據(jù)式(6)-(9

10、)和式(3)計(jì)算尾管管鞋處的壓力和流量，繪制尾管管鞋處自跟部的流入曲線。(3) 根據(jù)尾管管鞋處流量和壓力連續(xù)性條件式,(5),從尾管管鞋處開始，計(jì)算尾管內(nèi)壓力分布，繪制水平生產(chǎn)井段跟部處尾管內(nèi)的流入曲線。.(4) 根據(jù)給定產(chǎn)量，計(jì)算出尾管管鞋處的壓力;采用迭代方法分別計(jì)算出尾管管鞋到趾部和尾管管鞋(環(huán)空)到跟部的壓力剖面和流量剖面Q3算例分析3.1基本參數(shù)矩形稠油油藏中心一口水平井,水平生產(chǎn)井段第32卷第3期劉均榮，等：改善水平生產(chǎn)井段流入割面的尾管優(yōu)化方法91-長度為400m,地層滲透率為1.293p.m2,油藏壓力為23MPa,每米采液指數(shù)為0.864m3/（d-MPa）,套管內(nèi)徑為0.1

11、626m,尾管內(nèi)徑為0.1016m,尾管外徑為0.1143m,套管和尾管管壁粗糙度均為0.5867mm,孔眼直徑為0.01m,孔眼長度為0.035m,均勻分布，共400孔，地下原油粘度為1Pas,密度為930kg/m,產(chǎn)液量為150m3/do3.2尾管長度影響圖24為不同尾管長度（00.7虹）下水平井流入動(dòng)態(tài)以及水平生產(chǎn)井段各段壓力和流量分布曲不同尾管長度下水平生產(chǎn)井段跟部流入動(dòng)態(tài)曲線22.752圖BdR/d-Rw22.7022.45-i22.6522.6022.50水平生產(chǎn)井段長度/、/一疽f=0.2、-yO.6L.一L“=0.1L._、=0.3L.f=0.5L.yo.7、22,4001W1

12、502002503003500套管環(huán)空流到尾管管鞋處，而從趾部方向流入的流體則通過套管流到尾管管鞋處，在此過程中存在流體流動(dòng)產(chǎn)生的壓力損失。流體從跟部和恥部兩端流到尾管管鞋處所經(jīng)歷的過流斷面和距離不同，產(chǎn)生的附加壓力損失也不同，尾管管鞋處壓力的連續(xù)性將影響從跟部和趾部兩端到尾管管鞋處的沿程壓力和流雖分布,使得壓力和流量在尾管管鞋處出現(xiàn)拐點(diǎn)。另外,流體在尾管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于過流斷面減?。ㄏ鄬τ跓o尾管情況下在套管內(nèi)的流動(dòng)），由摩擦等因素引起的壓力損失增加。尾管長度越長，其附加壓力損失越大。與不采用尾管的情況相比.采用尾管后油井產(chǎn)量將受到-定程度的影響，但采用尾管后卻較好地改善了水平生產(chǎn)井段中各段的壓

13、力和流量分布（圖3、圖4）。由此可以看出在利用水平井開發(fā)的底水油藏中采用尾管技術(shù)，能較好地調(diào)節(jié)水平生產(chǎn)井段的流入剖面，進(jìn)而起到延緩和改善底水脊進(jìn)的效果。為了研究尾管對水平生產(chǎn)井段壓力剖面的影響程度，引入壓力均方差來表示壓力曲線的平直性。壓力均方差越小.說明尾管改善壓力剖面的效果越好。壓力均方差隨尾管長度的變化曲線見圖5。從圖5可以看出，對于一定長度的水平生產(chǎn)井段，存在一個(gè)最佳的尾管長度。計(jì)算條件下最佳尾管長度約為水平生產(chǎn)井段長度的3/10左右。圖3不同尾管長度下水平生產(chǎn)井段壓力分布曲線5.0一L“=0.6L,f050100150200250300350400水平生產(chǎn)井段長度圖5尾管長度與壓力均

14、方差曲線圖4不同尾管長度下水平生產(chǎn)井段流分布曲線從圖2可以看出，在油井產(chǎn)量相同的情況下，跟部流壓隨著尾管長度的增加而降低；在跟部流壓相同的情況下，油井產(chǎn)量隨尾管長度的增加而降低。采用尾管后，從跟部方向流入的流體必須通過尾管/3.3尾管直徑影響取水平生產(chǎn)井段長度為400m、尾管長度為160m、產(chǎn)液量為150mVd,研究不同尾管直徑久下水平井流入動(dòng)態(tài)曲線、水平生產(chǎn)井段各段壓力和流量剖面，結(jié)果如圖68所示。從圖6可以看出，尾管直徑對水平井流入動(dòng)態(tài)存在較大影響。在跟部流壓相同的情況下，隨著尾管直徑的減小，油井產(chǎn)段降低;在油井產(chǎn)量相同的情況下，隨著尾管直徑減小，跟部流壓降低，生產(chǎn)壓差增大。這是因?yàn)槲补苤?/p>

15、徑越小,管內(nèi)過流面積越小，套管/尾管環(huán)空的過流面積越大，由于尾管內(nèi)流動(dòng)的92中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2008年6月是總流量，比環(huán)空中的流雖要大，且套管/尾管環(huán)空的面積較大，摩擦所引起的尾管內(nèi)的流體流動(dòng)壓力損失要大于環(huán)空中的流體流動(dòng)壓力損失，因此小宜徑尾管造成的壓降較大，相同跟部流壓下的油井產(chǎn)曲線最低點(diǎn)所對應(yīng)的尾管直徑即為最佳尾管直徑(圖9)。本研究中的最佳尾管直徑為0.0889mo圖9井筒壓差與尾管直徑關(guān)系曲線4結(jié)論不同尾管直徑下水平生產(chǎn)井段跟部流入動(dòng)態(tài)曲線(1) 采用尾管技術(shù)能顯著地改善水平生產(chǎn)井段中的壓力和流眉分布.從而可有效地調(diào)節(jié)油藏滲流狀態(tài)和井筒流入剖面c該技術(shù)町用于底水油藏中以

16、減緩和改善底水譽(yù)進(jìn)現(xiàn)象。(2) 對于一定的水平生產(chǎn)井段，存在最佳的尾管長度和直徑。計(jì)算條件R最佳尾管長度約為水平生產(chǎn)井段長度的3/10,最佳尾管直徑為0.0889mo圖7不同尾管直徑下水平生產(chǎn)井段壓力分布曲線5.0r如=0.0762七=0.0889D-0.1016afi=0.1143bst*Dm=0.1270b139750100150200250300350400水平生產(chǎn)井段長度J/圖8不同尾管直徑下水平生產(chǎn)井段流景分布曲線從圖7,8可以看出，尾管直徑對水平生產(chǎn)井段各段壓力和流最分布有一定影響。過流斷面面積影響著流體在管道內(nèi)流動(dòng)的壓降，而尾管宜徑宜接決定著流體在尾管/套管環(huán)空和尾管內(nèi)的過流斷而

17、。隨著尾管直徑的增加，尾管/套管環(huán)空中的過流斷面減小，在油井產(chǎn)量相同的情況下，環(huán)空中的流動(dòng)壓降增加，尾管管鞋處的壓力降低。由于尾管管鞋處壓力的連續(xù)性，來自跟部環(huán)空的流島逐漸減小，而來自此部的流讀逐漸增大，造成來自兩端的流量差逐漸增大，從而導(dǎo)致水平生產(chǎn)井段中趾部與尾管管鞋壓差A(yù)pw和跟部與尾管管鞋壓差頤心這兩者之差的絕對值！-偵泰曲線呈先F降后上升趨勢，該參考文獻(xiàn)：1D1KKENBJ.PressuredropinhorizontalwellsanditseffectonlheirproductionperformanceR.SPE19824,1989.2LANDMANMJ,GOI.DTHORPE

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