采油工程1(入井动态).ppt

采油工程,教材：采油工程 -李颖川等编 主讲: 刘平礼 学生：石油工程2002 考核方法：笔试 基本要求： 认真听讲 课前预习，课后复习 保持课堂秩序,绪 论,采油工程：为采出地下原油，采用的各项工程技术措施的总称。 处于中心地位。 实现油田开发方案的重要手段 与地面工程结合，保证正常生产 衔接油藏工程和地面工程 与钻井、油藏工程 和地面集输工程紧密 相关、交叉渗透。,绪 论,任务：根据油田开发要求，科学地设计、控制和管理生产井和注入井；采取工艺技术措施，以提高油井产量和原油采收率、合理开发油藏。维持油井的高产稳产。 目的：生产石油、收回投资、获利。 特点：综合性、实践性、工艺性强。,本课程：,解决的问题：怎样把地下的原油拿出来。 目的：培养石油工程专业人才。 特点：系统性在不断加强,理论不断完善,内容多,时间紧 研究对象(采油系统)： 地面管线的流动 嘴流 井底向井口的流动 地层向井筒的流动,主要内容,油气井的基本流动规律 自喷采油：利用天然能量开采。 气举采油 有杆泵采油 无杆泵采油 注水 水力压裂 酸化 砂、蜡、水 高凝油的开采,（人工补充能量）,（降低阻力）,人工举升(机械采油),常 规 有 杆 泵 地面驱动螺杆泵,电潜离心泵 电潜螺杆泵,水力活塞泵 射流泵 涡轮泵,注水：利用液体携带、补充能量。 水力压裂（hydraulic fracturing） 是用压裂液使地层破裂形成裂缝。并在缝内填以支撑剂。填砂裂缝的高渗透能力起到油井增产的作用。 酸化（acidizing） 是向油井挤入专门配制的酸液，依靠其化学溶蚀作用以解除油层污染和提高近井地带油层渗透率。 压裂酸化（简称酸压，用于碳酸盐层） 基质酸化（用于碳酸盐和砂岩地层）,生产系统（采油系统）：,1）油层多孔介质； 2）完井井眼结构发生改变的近井地带 (钻井、固井、完井和增产措施作业所致)； 3）举升管柱垂直、倾斜或弯曲油管、套管或油、套管环形空间（井下油嘴和井下安全阀）； 4）人工举升装置用于补充人工能量的深井泵或气举阀等；,总压降可分解为以下部分：,5）井口阻件地面用于控制油井产量的 油嘴、节流装置； 6）地面集油管线水平、倾斜或起伏管线 7）计量站油气分离器。 油井系统总压降为：,例如：注水开发油田油、水井生产系统,第一章 油井基本流动规律 第一节 油井流入动态 一、单相原油流入动态 1、垂直井单相油流 （1）定压边界的稳定流产量公式,极坐标系达西定律,分离变量并积分,定压边界，地面产量,Van Evordingen 与Hurst引入表皮系数，表皮系数导致一附加压降,定压边界，地面产量,第一章 油井基本流动规律 第一节 油井流入动态 一、单相原油流入动态 1、垂直井单相油流 （1）定压边界的稳定流产量公式,C 单位换算系数，P2表1-1,对于油相,( 1-1 ),(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式,( 1-1a ),参见: DAKE : Fundamentals of Reservoir Engineering,在极坐标形式下，任意点r处的压力为,外边界,油藏平均压力,(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式,参见: DAKE : Fundamentals of Reservoir Engineering,积分得到,引入表皮系数,(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式,( 1-1a ),参见: DAKE : Fundamentals of Reservoir Engineering,对于油相，地面产量,(3) 非圆边界的产量公式,A泄流面积； Cx值见P3 图12,据Earlougher，R.C.,Adcances in well Test Analysis,1977,2、 采油指数及入井动态 Productivity Index and Inflow performance,定压边界,封闭边界,（1-3）,（1-3a）,例： A井 100吨/天 B井 80吨/天 如果 Pwf ，则P， qA ，qB A井 110吨/天 B井 120吨/天 若 qB qA ，则B井产能大。,(1) 采油指数,（1-4）,( 1-4a ),产液指数,采油指数:油井日产量与生产压差的比值。,它表示单位生产压差下油井的日产量, 用以衡量油井的生产能力。 如果油井既产油,又产水：,( 1-4b ),比采油指数：单位油层厚度上的采油指数 。,(2)影响采油指数的因素,qo=Jo ( Pe -Pwf ),采油指数反映了地层、流体参数、完井条件等，反过来说，这些参数影响采油指数。,（3） 入井动态关系曲线, 入井动态关系 根据(1-2a)式：qo =Jo(Pe-Pwf) 一般,在一定时期内：J=C（单相渗流），Je=C (1-2a)式可写成 q = f(Pwf) 产量与井底流压的关系叫入井动态关系(IPR) Inflow Performance Relationship 描绘q=f(Pwf)的曲线叫入井动态关系曲线(IPR 曲线)。,（3） 入井动态关系曲线,图1-1 典型的油井IPR曲线,qmax,Pe,PeJ,入井动态关系曲线（IPR 曲线） 建立 Pwfq 坐标， 变换q =J(Pe-Pwf)式： Pwf = Pe- q/J 当 q= 0 时， Pwf=Pe 当 q= Pe.J 时， Pwf=0 由此两点得曲线: tg=Pe.J/Pe=J (1-2b),曲线的特征,1.夹角的正切就是采油指数,夹角越大,采油指数越大,生产能力越强;反之,夹角越小,J越小,生产能力越弱。曲线很直观地反映油井的产能。 2.当井底压力为Pe时,生产压差为零,油井产量为零.即:产量为零的点,所对应的压力即地层压力。 3.当井底压力为零时,生产压差最大,所对应的产量是极限最大产量。,1.利用地层参数计算若干个q与Pwf的对应值作图,得IPR曲线。 2.利用稳定试井法测定 改变生产条件,待产量稳定后(5%/天) ,测定井底流压。改变 35次,得q与Pwf对应 的35个点。在Pwfq 坐标系中作出曲线。,(4) 确定入井动态曲线,（5）IPR曲线的应用 1. 分析油井的潜能； 通过曲线可得到 J, Pe , qmax 2. 制定油井的工艺方案； 3. 分析措施效果。 （6）高速非线性渗流时, 油井产量与生产压差间的关系为： （1-5）,式中：,式中 A二项式层流系数,Pa/（m3/s）； B二项式紊流系数，Pa/（m3/s）2 原油密度，kg/m3； 紊流速度系数，m-1。它表征岩石孔隙度结构对流体紊流的影响。由于岩石结构的复杂性，用经验公式估计： （1-6） 式中 K地层渗透率， ； 胶结地层，a= 1.906107 、b=1.201； 非胶结砾石充填地层，a=1.08106 、b=0.55,在系统试井时，如果在单相流动条件下出现非达西渗流，则可用图解法求得（1-5）中的系数A和B值。改变式（1-5）得： （1-5a） 与q0呈线性关系，其直线的斜率为B，截距为A。,3. 水平井单相油流 （1 ）水平井的流动形成,L水平井水平段长度(简称井长）； S水平井表皮系数； reh水平井的泄流半径 A水平井控制泄油面积，m2。 式（1-7）中的泄流区域几何参数 （如图1-3右图）要求满足以下条件 Lh 且L1.8 reh,由式1-3,因为:Ko=f(Pwf) JC q= f(Pwf)( Pwf） 这时IPR曲线为一外凸的曲线,二、油气两相渗流的流入动态,1、入井动态曲线随井底压力的变化,PwfPb时,2、入井动态曲线随地层压力的变化,2、入井动态曲线随地层压力的变化,在不同的开采时期，地层中含气饱和度不同， 采油指数不同，IPR曲线不是平行后退。,溶解气驱，不同时期IPR曲线不平行,弹性驱IPR曲线平行后退,对于拟稳态流动，油井产量的一般表达式为,（1-10）,油井产量公式：,已知p,T和流体性质可确定o， g， Bo， Bg和RS 给定R可确定kg/ko值 相对渗透率曲线: kg/koSo,p与Kro关系,在不同条件下，IPR曲线不同，但无因次IPR曲线基本重合，可近似地用一条无因次IPR曲线来代替。,4、Vogel方程 Vogel,1968年发表了适用于溶解气驱油藏的无因次IPR曲线及描述该曲线的方程。计算机模拟若干典型溶解气驱油藏的流入动态曲线的计算结果而提出的。假设： 圆形封闭油藏，油井位于中心 均质地层，含水饱和度恒定 忽略重力影响 忽略岩石和水的压缩性 油、气组成不变 油、气两相压力相同 拟稳态流动,4、Vogel方程 描述无因次IPR曲线的方程叫Vogel方程,利用这一方程可较容易地获得油井的IPR曲线。 它与油藏及流体物性参数无关。,（1-11）,（1-11a）,解：（1） 求：q0max,（2）预测不同流压下的产量,由,取不同的流压值，可算得不同的产油量。,由此可作出IPR曲线.,几点说明： 已知地层压力，只需一个点的生产数据就可作出IPR 否则要4至5个实测点的生产数据才能作IPR曲线 或已知2个稳定生产点的数据，可作出IPR曲线 利用Vogel方程作IPR曲线误差早期5%(最大误差)，晚期20%，且绝对误差较小。 对于非完善井误差较大，实质上是接近完善井。,5、不完善井Vogel方程的修正 打开程度不完善井 打开性质不完善井 超完善井 不完善增加/降低流动阻力，影响流入动态,5、不完善井的Vogel方程 （1）流动效率：FE(Flowing Efficiency)表示实际油井的完善程度。定义为油井在同一产量下理想完善情况的生产压差与实际生产压差之比。 即：FE=理想压降/实际压降,理想完善情况的井底流压； 同一产量下实际非完善井的井底流压； 非完善井表皮附加压力降。 0,油井不完善; 0,油井超完善。,（1-12）,完善井S=0或 FE=1； 增产措施成功后的超完善井S1； 油层受伤害的不完善的井 S0或FE1。,(1-13),对于拟稳态流动，流动效率与表皮系数可近似表示为：,(2) Standing方程,适用范围：0.5FE1.5,图1-8 Standing无因次IPR曲线,应用Vogel方程时，用 取代 ; 取代Pwf则：,图为按上述方程绘制的无因次IPR曲线，其横坐标中的 是FE=1时的最大产量。即：理想最大产量,例1-2 已知： =13 MPa， Pwf=11 MPa， q0=30 m3/d。, FE=0.8 , 作IPR曲线。 解：(1)计算与Pwf对应的Pwf Pwf= - ( -Pwf ) FE =13-(13-11)0.8 =11.4 MPa,=143.25m3/d,(2) 预测不同流压下该井的产量,求FE=0.8时不同 对应的 ，,得,然后由下式求相应的产量,由此可作出IPR曲线,6、增产措施IPR曲线(Harrrison无因次IPR曲线） 措施后：FE1，这时可能qoqomax Vogel方程的范围是qo/qomax1； Standing方程的适用范围是：0.5FE1.5 Harrrison无因次IPR曲线适用范围是：1FE2.5,由 qomax=61.22m3/d 和(qoi/qomax)i求出各qo,(6)作出:qo-Pwf的曲线,由P10图19,查FE=2.0曲线得:(qo/qomax)=0.49 (2)qomax=30/0.49=61.22 m3/d (3)假设若干个井底压力Pwfi,计算若干个 (4)查不同 下对应的(qoi/qomax)i (5)根据,7、单相流与两相流的组合,7、单相流与两相流的组合,当Pwf=Pb时，油井的产量用qb来表示,曲线段从横轴的qb开始，相当于曲线平移了qb的距离。曲线方程为：,对曲线段:,在Pwf = Pb点，两式相等，整理得：,得出三个公式：,qo =Jo ( - Pw f ) Pw f Pb,Pw f Pb,将井底压力等于饱和压力数据代入： qo= Jo ( -Pwf ),得：qb=Jo( -Pb),再代入qv公式得：,Jo=qotest/( -Pwftest),qb=Jo( Pb),a. 已知Pb 、 、 Pwftest 、qotest , 且 Pwftest Pb,(1-18),要知道一个点的生产数据，就可求出IPR方程。,b.已知： 、Pb 、Pwftest 、qotest ,且Pwftest Pb,可算得：,qb=Jo( Pb),解 (1) 计算Jo及qb,(2) 计算qV及qomax,(3) 计算pwf=15及7 MPa时的产量 pwf=15 pb，用式（1-17）计算产量：,pwf=7pb，用式（1-19）计算产量：,(4) 不同流压下的产量如下：,(5) 绘制IPR曲线如图1-10所示。,8、Fetkorish经验公式,用指数式描述溶解气驱油藏油井的IPR曲线,（1-23）,式中：c系数，(m3/d)/(MPa)2 n； n指数，0.5n1。 确定c和n值至少需要两个系统试井的测试点数据（qo及pwf）。,将式（1-23）与式（1-24）相除， 得指数式无因次IPR方程：,（1-24）,（1-25）,令pwf=0，最大产油量为：,三、含水及多层油藏油井流入动态,1.油气水三相渗流油井流入动态 Petrobras根据油流Vogel方程和已知采液指数，导出油气水三相渗流时的IPR曲线（如图1-12）及流压和采液指数计算公式:,qL产液量； fw含水率； JL采液指数。,按照fw取纯油IPR曲线和水的IPR曲线加权平均值,式中：,采液指数（按照产量加权平均）,任意产量对应流压(按照流压加权平均),2. 多层油藏油井流入动态 （1）各层的压力差异 由于K的差异，引起产出量的差异，导致地层亏空不同，最后地层压力不同。,（2）用封隔器分隔后多层合采的入井动态 在流压开始低于14MPa后，只有层工作；当流压降低到12MPa和10MPa后，层和层陆续出油，总的IPR曲线是分层IPR曲线的迭加。 其特点是：随流压的降低，因做贡献的小层数增多，产量大幅度增加，采油指数也随之增大。,多层油藏油井流入动态,3.具有含水夹层的入井动态 (1) 水来源 a.同层水：油和水来自同一地层，两相混合渗流进入井底。 b.夹层水：油水来自不同的地层各自单相渗流进入井底。,(2) 水层特性 a.高压水层：PewPeo 当PeoPwfPew 只产水不产油 当PwfPow 油水同产，且含水率下降 b.低压水层：PewPeo。 当PewPwfPeo产油不产水 当PwfPew 油井见水，随着产量增大，含水率上升。,a.高压水层,q, m3 /d,压力,a,b,c,B,A,a-全井 b-油层 c-水层,0,q,P,(3)入井动态：,0,%含水,100,q, m3 /d,50,Pwf关,含水率fw的变化 当Pwf Peo时，只产水，fw100%； 当Pwf Jw， Pwf继续下降，fw可 50%。,b.低压水层,含水%,0,压力,液,水,油,0,Pew,Peo,q, m3 /d,q, m3 /d,50,a-全井 b-油层 c-水层,含水率fw的变化 当Pwf Pew，Pwf Jo ，Pwf继续下降，fw可大于50%。,(4)串流IPR曲线 关井时：PewPwfPeo q=0 由于PewPeo 水流向油层串流 PwfPeo 串流流量为：q=J（PeoPf） 由于Pwf Peo，故q为负值。 油层IPR曲线的沿长线反映这一特征，但习惯上q仍用正值,因而把沿长线搬过来。它与水层IPR曲线的交点是流入流出相等点，这一点的压力就是关井井底压力，这一点的流量就是串流流量。,在作油层和水层的IPR曲线时，可不进行分层测试 利用全井的IPR曲线和含水率曲线，可计算作出各分层的IPR曲线。 对于多层见水且水淹程度差异较大情况应进行分层测试,四、完井方式对油井流入动态的影响,射孔完井段压降 仅考虑压实伤害，射孔段压降可简化为二项式：,(1-32),其中: pwfs油层岩面流压，MPa； pwf 井底流压，MPa； q0油井产量，m3/d；,(1-34),式中:o原油粘度，mPas； BO原油体积系数，m3/ m3； Lp孔眼长度，m；,（1-33）,Ap射孔层流系数，MPa/（m3/d）； Bp射孔紊流系数，MPa/(m3/d)2；,Kp孔眼压实环渗透率，10-3m2； N射孔密度，SPM（m-1）； hp射孔段厚度，m； rc孔眼压实环半径， m； rp孔眼半径，m； 0原油密度，kg/m3； p射孔压实环紊流速度系数，m-1。可用经验公式估计：,(1-35),2. 射孔-砾石充填完井段压降,射孔-砾石充填完井段压降可用二项式估计:,(1-36),2. 射孔-砾石充填完井段压降,射孔-砾石充填完井段压降可用二项式估计:,Ap射孔层流系数(式1-33) ； Bp射孔紊流系数(式1-34) ； AG砾石充填带层流系数，MPa/(m3./d)；,(1-36),(1-37),(1-38),BG砾石充填带紊流系数，MPa/(m3/d)2；,L砾石充填带径向距离，m。 KG砾石渗透率，10-3m2。Gurley建议根据砾石筛析所用筛网尺寸估计KG值，见表1-8。,G砾石充填带紊流速度系