（油气田开发工程专业论文）射孔参数优化技术研究与软件开发.pdf

t e c h n o l o g ys t u d ya n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n to f p e r f o r a t i n gp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n t a ol i ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f f e n gq i h o n g a b s t r a c t p e r f o r a t i n gi st h ep r i m a r ym e t h o do fw e l lc o m p l e t i o ni no i lf i e l d ，w h i c hc 趾m a k et h e w e l l p r o d u c t i o nc a p a b i l i t y r e a c ho re v e ne x c e e dt h e p r o d u c t i o nc a p a b i l i t yo fi d e a l n o n - p o l l u t e dn a k e dw e l li fo p e r a t e dp r o p e r l y i no r d e rt om a x i m i z et h ep r o d u c t i o nc a p a b i l i t y o ft h ec o m p l e t e dw e l lb yp e r f o r a t i n ga n do b t a i nt h ei d e a lp e r f o r a t i n gr e s u l t , t h eo p t i m i z a t i o n d e s i g no fp e r f o r a t i n gp a r a m e t e r s ，p e r f o r a t i n gl i q u i d , d i f f e r e n t i a lp r e s s u r ea n dp e r f o r a t i n g p r o c e s si sn e c e s s a r y s t u d y i n gt h er u l eo ft h ei m p a c to fp e r f o r a t i n gp a r a m e t e ro np r o d u c t i o n c a p a b i l i t yo ft h ec o m p l e t e dw e l lb yp e r f o r a t i n ga n dg e t t i n gt h ef i x e da m o u n tr e l a t i o nb e t w e e n p e r f o r a t i n gp a r a m e t e ra n dp r o d u c t i o nc a p a b i l i t y np r o v i d et h eb a s i sf o ro p f w n i z i n gt h e p e r f o r a t i n gp a r a m e t e r , d e s i g n i n gt h ep e r f o r a t i n gs c i e n t i f i c a l l ya n di m p r o v i n gt h e w e l l p r o d u c t i o nc a p a b i l i t y s o ，w es t u d i e st h em e t h o d so fo p t i m i z a t i o no fw e l lp e r f o r a t i n gp a r a m e t e r , i n c l u d i n gt h e a n a l y s i sm e t h o da n dn u m e r i c a lm e t h o d , a n ds e t su pt h ef o r e c a s t i n ge q u a t i o n so fv e r t i c a lw e l l ， h o r i z o n t a lw e l la n dd e f l e c t i n gw e l lw h i c hc a nb ed i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n g3s i t u a t i o n s ：t h e r e s e r v o i rw i t h o u tp o l l u t i o na n dc o m p a c t i o n ；t h ep o l l u t e da n dc o m p a c t e dr e s e r v o i rw i t h o u t p e n e t r a t i n gp o l l u t i o nz o n e ；t h ep o l l u t e da n dc o m p a c t e dr e s e r v o i r 、析t l lp e n e t r a t i n gp o l l u t i o n z o n e m a k i n gu s eo ft h e s ee q u a t i o n s ，t h eb e s tc o m b i n a t i o n so fp e r f o r a t i n gp a r a m e t e rc a l lb e o b t a i n e dt om a k et h ep r o d u c t i v i t yr a t i om a x i m u m t h ep o i n ti st h es t u d yo fn u m e r i c a lm e t h o d t h i sm e t h o df i r s tu s e st h es o f t w a r ep a c k a g ea n s y st og e tt h ep r o d u c t i v i t yr a t i oo ft h e q u a d r a t i co r t h o g o n a l a s s e m b l ep e r f o r a t i n gc o m p l e t i o nt e s t s ，a n dt h e nu s e sm u l t i - v a r i a b l e s n o n l i n e a rr e g r e s s i o n st og e tt h ef o r m u l a so fp r o d u c t i v i t yr a t i o p e r f o r a t i n gp a r a m e t e r b a s e d u p o nt h e s ef o r m u l a s ，t h e s ep e r f o r a t i n gp a r a m e t e r sa l ec a r d e do u tt h es e n s i t i v i t ya n a l y s i s a l s o ， t h i st h e s i sf i r s ts t u d i e st h eo p t i m i z a t i o nm e t h o do fu n i f o r mp e r f o r a t i o no nh o r i z o n t a lw e l l ， t h e ne s t a b l i s h st h eo p t i m i z a t i o nm o d u l ew h i c hc a nb e u s e dt oo p t i m i z ep e r f o r a t i o n d i s t r i b u t i o n ，a n ds o l v e si tb yg e n e t i ca l g o r i t h mt h r o u g h 觚e x a m p l e ，a tl a s t ，g e tt h el o c a t i o no f t h eb o r ed i s t r i b u t i o nt om e e tt h er e q m r e m e mo fm a xp r o d u c t i o n o nt h ef o u n d a t i o no f t h e o r e t i cr e s e a r c h ，t h er e l a t e ds o f t w a r ei sc o m p i l e dt oo p t i m i z et h ep e r f o r a t i n gp a r a m e t e r so f v e r t i c a lw e l l ，h o r i z o n t a lw e l la n dd e f l e c t i n gw e l l ，w h i c hh a sa p p l i e dt od o n g y i n go f f s h o r e f i e l da n da c h i e v e dg o o dr e s u l t s k e y w o r d s ：p e r f o r a t i o np a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n , p r o d u c t i v i t yr a t i o ，a n a l y s i sm e t h o d , n u m e r i c a lm e t h o d ，p e r f o r a t i o nd i s t r i b u t i o n ，g e n e t i ca l g o r i t h m 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：二孽邂 日期j 湖1 年舌月$ 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版和 电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学 位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印， 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手 段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：幽 指导教师签名： 强兰墼纽 么月 多月 8 白 8 日 年 年 口硝马， 习( 、 期 期 日 日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 研究的目的意义 第一章前言 2 1 世纪中国石油工业面临高含水油田开采、低渗透油田开发、西部沙漠超深油田开 采、海上油田开发建设和稠油、超稠油油田改善热力开采等诸多难题和挑战。为进一步 提高油田开发的经济效益，提高油田采收率，合理的完井方式的选择是非常重要的，因 为合理的完井方式不但可以减少许多不必要的浪费，还可以提高采收率。而目前国内外 广泛采用射孔完井技术作为主要的完井手段，据有关资料介绍，射孔完井方式约占油气 生产井和注入井的9 0 以上【1 1 ，在现场实践中得到不断发展和完善，对油气井的开采起 着举足轻重的作用，因此，对射孔完井的研究是很有必要的。如果射孔作业恰当，可以 在很大程度上减少钻井对储层的损害，使油井的产能达到或超过理想无污染裸眼井的产 能。 油井射孔完成后，需要对射孔效率进行评价，目前主要有以下几种评价方法：( 1 ) 表皮系数法；( 2 ) 产率比法；( 3 ) 极限产率比和极限非完善系数法，本文采用产率比法对 射孔效率进行评价，所谓射孔产率比就是射孔完井产能与理想裸眼井产能的比值。而要 想获得理想的射孔效果，使射孔完井的产能比达到最大，必须对整个过程进行优化设计， 射孔完井的优化设计包括射孔参数、射孔液、射孔压差及射孔工艺的选择。其中，射孔 参数对射孔效果的影响是比较显著的，因此本次研究主要是对射孔参数进行优化，射孔 参数包括孔眼的大小、深度、射孔密度、射孔方式和相位角、射孔产生的压实带及钻井 泥浆的污染带等等。研究射孔参数与射孔完井产能比之间的关系，获得射孔参数与射孔 完井产能比之间的定量关系，可以为优选射孔参数、科学地进行射孔设计、提高油气井 产能提供依据，也可以为今后射孔器材技术性能的改善提供理论依据，从而进一步优化 射孔工艺。 1 2 国内外研究现状 由于孔眼布局几何空间的复杂性以及流体在孔眼附近汇流而偏离达西定律，射孔完 井的产能确定要比裸眼井的产能确定复杂得多。 目前研究射孔参数与油井产能之间关系的方法包括物理模拟和数值模拟，物理模拟 主要是电模拟，数值模拟主要采用有限差分法和有限元法。物理模拟是根据事物所遵循 第一章前言 的物理学规律建立的试验模拟方法，在这一方面国内有些学者已经做了比较详尽的工 作，实验得出的半经验公式适用于任何均质油藏。下式( 1 1 ) 便是计算垂直井射孔完井产 能的公式： q = 面丽万丽2 x 两k h ( 萨p , - 瓦p 两) 厕( 1 - 1 ) 。 【h l ( 恐3 4 5 4 ) x 1 0 _ 2 + ( 2 刀) ( 3 2 0 8 j ) 】 7 物理模拟如电模拟具有许多优点，如电场容易形成，便于控制和测量，并且模拟装 置加工相对容易，试验相对省时、形象、直观等，但也存在很多局限，如无法模拟非均 质、非达西流。数值模拟则没有以上局限性，它是根据考察对象所遵循的数学规律来研 究事物及其相互影响和规律特性，是目前广泛采用的地层渗流方法。其中，有限差分法 是将研究区域划分为许多小单元，用差商代替微商，结合边界条件化为代数问题，用离 散结点上的数值解代替微分方程的解，其最大的优点就是计算工作量较小；有限元法是 将微分方程转化为等价的变分方程，再将区域划分为有限个小单元，并用离散化的方程 解此变分方程，以各个区域上的解来连续逼近微分方程真实解，其特点是单元划分有较 大的灵活性。 射孔完井的模拟研究经历了一个由简单到复杂，由粗糙到准确的发展过程。 1 2 1 直井射孔参数优化方法研究 目前，国内外对垂直井的射孔完井技术已经做了比较全面的研究。早在1 9 4 2 年， m m u s k a t 首次给出了射孔参数对油井产能影响问题的解析处理方法，但它是用在井眼 周围呈螺旋分布的数学汇点代表射孔孔眼，孔眼并未延伸到地层中。5 0 年代初， r a h o w a r d ，m s t r w a t s o n 及j m m c d o w e l l ，m h u s k a t 进行了射孔参数与井产能关系 的电模拟研究，由于当时所假设的种种条件的局限，使得这些早期电模拟结果误差较大、 实用性差。1 9 6 6 年，m h h a r r i s l 2 1 首次用有限差分数学模型研究了理想射孔条件下，孔 深、孔密、孔径和相位角等射孔参数对油井产能的影响，其计算结果是通过一系列曲线， 以表皮系数的形式给出的，该方法有较大的实用性。而事实上，在射孔过程中，由于射 孔弹对岩石的强烈冲击和积压作用，会在孔眼周围形成一个低渗透区，即射孔压实损害 带。b e l l 等通过在小直径岩心靶上进行实验研究，结果表明：射孔压实损害带的渗透率 大约为岩心原始渗透率的1 0 2 0 ，压实带厚度大约为1 3 r a m ，这个压实损害带对产能 比有很重要的影响。因此，以上的研究由于未考虑射孔压实损害带对产能的影响，其射 孔模型不够精确。19 7 4 年，j a k l o t z 3 1 等首次采用有限元方法评价存在压实带的射孔井 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 产能，孔眼接近于实际的圆形孔眼，但他将研究限于二维流动，无法考虑相位、孑l 密和 射孔格式的影响。1 9 8 1 年，s l o c k 4 】首次用三维有限元数学模型进行了研究，考虑了压 实带和污染带等各种射孔参数对油井产能的影响，但将孔眼处理为楔形，因而模拟的精 度较差。1 9 8 5 年，s m t a r i q 和m j i c h a r a 5 】等人将有限元方法扩大到非均质、页岩夹层和 天然裂缝中射孔产能的研究，结果发现：地层的非均质性强烈影响射孔完井效率。1 9 8 8 年，s m t a r i q 和m j i c h a r a 【6 】给出了一般解析模型来评价射孔完井的表皮系数，借助于精 确的有限元模拟得到表皮系数使井眼与垂向流的影响定量化。研究包括了射孔损害与地 层各向异性的影响，结果使人们更好地理解在影响油井生产率方面各种射孔参数的相对 作用。 对比国外的研究现状，国内石油大学郎兆新、张丽华【7 】等人在有限元数值模拟的基 础上，运用非线性回归方法描述了射孔参数之间的相互影响，得出了三种不同情况七种 射孔格式和相位下的2 1 个回归公式，开发出射孔工程应用软件包w p s y s a ，并首次引 入极限产率比的概念，获得了某些精确解。另外，西南石油学院唐愉拉、潘迎德【8 , 9 1 等人 利用有限元方法研究了射孔岩心靶试验和射孔流动效率及射孔压实带损害评价问题，着 重研究了射孔井底三维流动规律及各种参数对射孔完井产能的影响。1 9 9 1 年，他们又通 过了射孔完井电模拟以及有限元数学模型研究的成果，在准确地考虑了各种射孔相位和 布孔格式情况下，对以前研究范围和研究边界压力的假设进行了修正，得出了以计算机 优化射孔设计、计算诺模图和回归方程等三种形式表示的1 4 个因素对射孔完井产能的影 响规律【1 0 1 。进入“九五以后，国内深入开展了射孔参数对产能影响的研究，完善了 稳定渗流条件下的射孔参数对产能的影响，并首次应用线性叠加方法研究了不稳定渗流 条件下射孔参数对产能的影响。由前所述可以看出在垂直井射孔完井产能的研究方面， 国内学者的研究水平已达到或超过了国际的先进水平。 本文对垂直井射孔参数优化方法的研究，是总结前人的研究成果，以达到射孔参数 优化系统的全面性。 1 2 2 水平井射子l 参数优化方法研究 在水平井射孔技术理论与实践方面，国外各主要石油公司，例如斯仑贝谢、西方阿 特拉斯、哈里伯顿和阿莫科等都在深入广泛地开展射孔技术的研究工作，国内各油田、 院校和科研单位也在积极开展研究工作，对这方面做了不小的贡献，取得了一定的成果， 但总的来说，在这方面所需要的工作仍然很多。尤其对水平井射孔完井优化研究的开展， 3 第一章前言 几乎检索不到任何该方面的专题文献，有些论文涉及到该方面，也大多只是定性的描述。 国外有学者对射孔和割缝筛管完井的水平井特性进行了较为全面的研究，通过建立 半解析模型，对模型进行无因次化，并通过迭代求解，比较全面的讨论了各个射孔参数 对水平井流入动态的影响【l l 】；另有学者讨论了高渗油层中水平井井筒存在压差时的孔密 优化问题【1 2 】；另外，m j l a n d m a n 和w h g o l d t h o r p e t l 3 1 研究优化射孔设计，试图通过优 化射孔分布达到控制水平井生产的目的。 国内西南石油学院熊友明等人【1 4 】在理想裸眼水平井产能计算乔希公式的基础上，仿 照垂直井射孔完井的形式，引入水平井钻井损害表皮系数和射孔损害表皮系数， 针对套管射孔完井、射孔套管内绕丝筛管完井、射孔套管内井下砾石充填完井、射孔套 管内预充填砾石筛管完井等四种射孔系列的水平井完井方式，给出了产能预测的数学模 型，并给出了表皮系数的解析式。对射孔完井的数值模拟目前只进行到有限差分这一步， 石油大学的刘亚军【1 5 】用有限差分法对影响水平井射孔完井后产量的因素孔深、孔 密、孔径、孔相位进行了数值模拟，并对不同的孔深、孔密、孔径作了敏感性分析。 由于水平井的渗流场远较垂直井复杂，而且大多数地层条件的非均质性都比较严 重，故在射孔完井技术理论研究方面存在空白点。为此，本文着重对水平井射孔参数优 化方法进行研究，建立水平井射孔完井产能比与各射孔参数之间的定量关系式，根据射 孔水平井的实际情况，优化出产能比最大的最佳射孔参数组合。 1 2 3 斜井射孔参数优化方法研究 目前，国内外对斜井射孔完井具体问题开展的研究则更少了。为提高斜井的射孔完 井效率和单井产能，施木喜、雷雨团【1 6 】等开展了斜井射孔工艺研究，对射孔弹、相位角、 射孔液的选取及孔密、射孔负压值等参数进行了优化设计，改进射孔枪结构。 本文在斜井方面只作了初步的研究，得到的一些结论还需在实际工作中进一步验 证。 1 3 研究的主要内容与技术路线 本次研究是在前人的基础上，对射孔完井的射孔参数优化方法进行研究，建立产能 比与射孔参数的定量关系式，以优化出产能比最大的最佳射孔参数组合。 1 3 1 研究内容 ( 1 ) 射孔参数校正。调查常用射孔枪、弹型号和性能参数测试数据，并校正各种射 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 孔枪、弹组合在油井下的穿深、孔径和压实等。 ( 2 ) 直井射孔参数优化方法研究。分无污染无压实、有污染有压实未射穿污染带和 有污染有压实已射穿污染带三种情况对直井射孔完井产能比进行研究。 ( 3 ) 水平井射孔参数优化方法研究。用解析方法和数值方法对射孔完井产能比进行 研究，并对水平井不均匀射孔优化方法进行研究。 ( 4 ) 斜井射孔参数优化方法研究。分有污染有压实未射穿污染带和有污染有压实已 射穿污染带两种情况对斜井射孔完井产能比进行研究。 ( 5 ) 在w i d o w s 环境下，用v b 6 0 编制一套射孔参数优化设计软件。 1 3 2 技术路线 ( 1 ) 射孔参数优化数值方法研究 直井、水平井、斜井射孔参数优化数值方法研究的基本研究思路：1 ) 建立裸眼完善 井的产能公式；2 ) 对射孔完井产能比的影响因素进行多因素分析；3 ) - 次组合正交设计 出射孔完井方案；4 ) 用有限元分析软件a n s y s 模拟计算出各射孔完并方案的产能；5 ) 用各射孔完井方案的产能比上其对应理想裸眼完善井的产能，则得到各射孔完井方案的 产能比；6 ) 利用有限元分析得到的数据，回归出各种类型油井各种情况下的产能比公式， 这些公式便可为射孔参数优化提供理论依据。 ( 2 ) 射孔参数优化解析方法研究 本课题对水平井射孔参数优化问题还采取了解析方法进行研究，其研究思路：1 ) 建 立裸眼完善井的产能公式；2 ) 引进钻井损害表皮系数和射孔损害表皮系数，建立射孔完 井产能公式，并给出了表皮系数的具体解析表达式；3 ) 将射孔完井产能公式比上裸眼完 善井的产能公式，则得到射孔完井的产能比公式，应用该公式便可计算出任意射孔参数 组合下的产能比，为射孔参数优化提供依据。 ( 3 ) 水平井不均匀射孔优化方法研究 由于水平井生产井段较长，在生产过程中变质量流问题不能忽略，所以需要考虑变 密度射孔，这就需要我们对水平井不均匀射孔优化进行研究。其研究思路：1 ) 利用油藏 流体渗流模型和水平井筒内流体流动模型，推导出油藏井筒流体流动的耦合模型，在该 模型中考虑两种流动的相互作用和影响；2 ) 将耦合模型转化为以水平井产量为目标函 数、以孔眼分布为决策变量的优化模型，以此来优化孔眼的分布；3 ) 用遗传算法结合具 体实例对优化模型进行求解，求得在水平井产量最大情况下的孔眼分布位置。 5 第一章前言 ( 4 ) 软件研制 在对射孔参数优化方法理论研究的基础上，开发出了一套射孔参数优化设计软件， 利用该软件可对各种类型射孔油井进行射孔参数组合优化，并校正为最佳射孔枪、弹组 合，从而为现场施工提供理论依据。 本次研究总的研究思路框图如下： 图1 - 1 研究思路框图 f i g l - 1s t u d yf l o w c h a r t 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章射孔参数校正 射孔是目前油田上增产的一项重要措施，为了使射孔完井的产能比达到最大，我们 必须对影响其射孔完井产能的射孔因素进行优化，射孔因素包括孔深、孔密、孔径、相 位角、压实程度、压实厚度等，优选出这些射孔参数的最佳组合。 要进行正确而有效的射孔参数优化设计，取决于以下三方面的条件：一是射孔井产 能比与诸影响因素定量关系的认识程度；二是地层参数、地层损害参数和射孔参数取得 的正确程度；三是可供选择的射孔枪弹的系列化程度【l 引。目前国内的实际情况与上述三 方面的条件还有较大的差距。例如：可供选择的射孔枪弹范围很小；取得的各项参数可 信度不高等。即便如此，在现有条件下仍应该尽量做好射孔参数优选。 现场，我们射孔用的是射孔枪和射孔弹，而要对射孔参数进行优选，则需要将射孔 枪、弹组合校正为射孔参数组合。搜集现场可提供的所有射孔枪弹组合，然后进行实弹 射孔岩心靶流动试验，检测各种射孔枪弹组合在模拟地层条件下的岩心穿透深度、孔眼 直径以及孔眼压实带厚度和压实损害程度等数据，设计出一系列射孔参数组合方案，这 就是射孔参数校正。在获得了射孔完井产能比与其影响参数( 包括地层参数、污染参数 和射孔参数) 的定量关系式以后，针对一1 ：3 具体射孔完井油井，一组射孔枪、射孔弹组 合就对应一个射孔参数方案，我们取全取准所需要的基本参数数据后，将校正好的射孔 参数方案代入所得到的产能比公式，便可选出产能比最大的射孔参数组合，进而优选出 最佳射孔枪弹组合。 同一射孔枪、弹组合在不同的油田或区块对油井进行射孔得到的射孔参数方案是不 同的。例如，目前东营胜利海上油田常用射孔枪、射孔弹组合的射孔参数校正如下表2 1 ： 7 第二章射孔参数校正 表2 - 1 射孔参数校正 t a b l e 2 - 1p e r f o r a t i o np a r a m e t e rr e c t i f i c a t i o nl i s t 射孔相位角孔深孔径孔密 压实 压实 枪型弹型厚度型号 方式 ( 度)( m m )( r a m )( 孔m ) 程度 ( m m ) 5 15 1 螺旋9 02 0 081 0l0d p 2 7 r d x - l 7 37 3 螺旋 9 03 2 01 01 6 1 od p 2 9 r d x - 5 7 3 8 9 螺旋 9 04 2 01 21 0lod p 3 4 r d x - 5 1 0 81 0 8 螺旋9 06 2 01 51 6lod p 5 0 r d x - l 1 2 71 2 7 螺旋 9 07 0 01 3 1 6l0d p 4 4 r d x 一2 1 2 71 2 7 螺旋 9 07 0 01 31 8lod p 4 4 r d x 2 1 2 71 2 7 螺旋 9 07 0 01 31 2lod p 4 2 r d x - l 1 2 71 2 7 螺旋 9 01 0 0 01 31 6 1od p 4 4 r d x 8 1 0 21 0 2 螺旋 9 06 2 01 21 6l0d p 4 4 r d x 1 1 2 7 1 2 7螺旋9 07 0 01 31 61od p 4 2 r d x 1 1 2 71 2 7 螺旋 9 07 0 01 31 8 l0d p 4 4 r d x 1 1 2 71 1 4 螺旋 9 01 8 01 72 01od p 5 0 r d x 1 1 4 01 4 0 螺旋 9 01 3 0 02 02 0l0d p 4 5 r d x 1 1 41 1 4 螺旋 4 51 8 01 74 0 l o d p 5 0 r d x 1 1 2 71 0 2 螺旋 1 3 56 2 01 22 6lod p 4 1 r d x - 3 1 2 78 9 螺旋 4 5 4 2 0 1 23 6 l0d p 3 4 剐d x - 2 1 2 78 9 螺旋 4 54 2 01 24 0 1 0 d p 3 4 r d _ x 2 1 4 01 4 0 螺旋 1 3 52 3 0 2 2 4 0l0d p 6 2 r d x 1 在以后的章节中，对直井、水平井、斜井射孔参数优化方法的实例应用中，将以这 些射孔参数组合作为射孔完井方案，从这些方案中选出使射孔完井产能比最大的最佳射 孔参数组合，进而选出最佳射孔枪弹组合。 在理论研究的基础上，编制了射孔参数校正子系统。对某一口具体油井，运用该子 系统便可将现场可选用的射孔枪弹组合根据实际情况校正为射孔参数组合，为射孔参数 优化做基础。 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第三章水平井射孔参数优化方法研究 水平井射孔参数优化方法包括解析方法和数值方法。 解析方法的研究思路：( 1 ) 建立水平井理想裸眼井产能公式；( 2 ) 在这基础上引进射 孔损害表皮系数和钻井损害表皮系数，并给出这些表皮系数的具体解析表达式，便得到 射孔水平井的产能公式；( 3 ) 射孔水平井产能公式比上理想裸眼井产能公式，得到射孔水 平井的产能比公式，用该产能比公式便可计算出各射孔参数方案的产能比，优选出产能 比最大的射孔参数方案。 数值方法的研究思路：( 1 ) 对射孔因素进行多因素分析，二次正交组合设计出射孔参 数方案；( 2 ) 用有限元分析软件a n s y s 计算出各射孔完井方案的产能和对应理想裸眼水 平井的产能，两者之比值便得到各射孔完井方案的产能比；( 3 ) 利用射孔完井方案及其产 能比数据，多元非线性回归得到产能比与各射孔参数之间的定量关系式，用这些关系式 便可计算出任意射孔参数组合下的产能比，选出产能比最大的最优射孔参数组合。 另外，对水平井不均匀射孔优化方法进行了研究，其基本步骤为：( 1 ) 建立油藏井 筒耦合模型；( 2 ) 建立优化模型；( 3 ) 求解优化模型。 3 1 水平井射孔参数优化解析方法研究 3 1 1 水平井完善井产能公式 将水平井的泄油区域分成两个区：( 1 ) 内区：水平井附近的区域，流体的流动近似为 垂向平面上的径向流；( 2 ) 外区：离水平井较远的区域，流体的流动近似为水平面上的椭 圆流，泄油区域为一椭圆。这样，将三维流动问题转化为两个二维的流动问题( 如图3 1 ) 。 图中i l 卜油层的厚度，m ； 4 水平井椭圆泄油面积的长半轴； 卜水平井椭圆泄油面积的短半轴。 内区和外区的压力降之和为： e ( x 。，y 。) 一只( r w ) = 耳一只( ) + p ( x 。，儿) 一昂 ( 3 - 1 ) 式中尸以卜边界压力，m p a ； 凡( ，卜水平井的孔眼压力，m p a ； p r 内区和外区界面上的压力，m p a 。 9 第三章水平井射孔参数优化方法研究 设地层由各向同性的均匀介质组成。为推导方便，推导时采用达西单位制。 b p ，占| ， ，- 一 ( 1 ) 平面上的径向流 y r + a 卜一孙- 叫 图3 - 1 三维渗流问题化为两个二维渗流问题示意图 f i 9 3 - 1 3 d s e e p a g ec o n v e r t i n gt o2 ds e e p a g ed i a g r a m z 平面 一 q 0 x 。i jl wi t 1 l j 1 - l i ，0 ) l b ( 1 ，哑 图3 - 2 垂直平面保角变换示意图 f i 9 3 - 2v e r t i c a lc o n f o r m a im a p p i n gd i a g r a m 1 0 t 叩上 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 睁x p 晕 ( 3 - 2 ) = e x p ( 詈) ( c 。s 詈+ f s i l l = 伊枷= 孝+ f 刁 该变换把z 平面上的条带域( 一h 2 3 4 4 2 ，所以回归方程在o 0 1 水平上显 著的，表明属于高度显著，即该回归方程的可靠程度达9 9 。 而各项系数的统计值为：e ：f ( 1 ，1 3 ) ，将不显著的因子剔除掉，所得到的 羽 编码方程为( 方程中z 为编码值) ： p r = 0 5 6 2 5 9 7 7 + 0 1 0 3 3 4 0 4 2 1 + 0 0 3 4 4 6 3 7 3 2 2 + 0 0 2 6 4 3 4 2 3 + 0 1 6 6 5 3 9 5 2 6 0 0 2 5 3 7 8 8 8 2 7 + 0 0 9 3 3 3 4 6 5 2 8 + 0 0 2 2 1 6 8 9 3 2 9 0 0 2 2 8 11 2 5 z l z 7( 3 - 4 1 ) + 0 0 4 6 3 7 0 6 3 2 6 2 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 此即为带编码的水平井未射穿污染带产能比回归公式，若想得到原参数x 的回归方 程，只需要进行线形变换的逆变换： 乙= 华 ( 二) 孔眼已射穿污染带 方程的总平方和：4 0 7 8 5 0 6 方程的回归平方和：4 0 1 9 3 1 8 方程的剩余平方和：0 0 5 9 1 8 8 8 4 自由度fa = 5 1 ； 自由度= 3 8 ； 自由度岛= 1 3 ； ( 3 - 4 2 ) 方程的回归均方和：0 1 0 5 7 7 1 5 ； 方程的剩余均方和：0 0 0 4 5 5 2 9 8 8 ； 回归方程的回归的f 比：2 3 2 3 1 2 3 。 因为r 0 1 0 s ，1 3 ) = 3 4 4 2 ，- f f 百f b = 2 3 2 3 1 2 3 3 4 4 2 ，所以回归方程在0 0 1 水平上显 著的，表明该回归方程属于高度显著，即该回归方程的可靠程度达9 9 。 而各项系数的统计值为：e ：f ( 1 ，1 3 ) ，将不显著的因子剔除掉，所得到的 弱 编码方程为( 方程中z 为编码值) ： p r = 1 1 7 1 5 4 6 + 0 2 6 3 2 6 7 7 z l + 0 1 0 6 5 5 0 6 2 2 + 0 0 9 3 9 2 5 5 2 3 - 0 0 2 5 5 6 9 5 6 2 4 + o 0 3 3 5 8 0 7 s z 6 - 0 0 3 3 4 8 0 1l 乙+ 0 0 2 2 7 3 1 6 2 2 8 + o 0 1 6 31 5 6 2 9 + o 0 3 2 5 7 9 8 5 z e z 4 + o 0 2 0 5 5 4 3 7 2 6 2 7 + 0 0 1 7 5 3 8 9 2 2 2 0 0 3 8 8 9 4 2 8 2 2 - 0 0 4 1 7 9 3 7 2 2 + o 0 0 0 0 1 4 9 3 8 4 z ； ( 3 4 3 ) 此即为带编码的水平井已射穿污染带产能比回归公式，若想得到原参数x 的回归方 程，只需要进行线形变换的逆变换： 乙= 竿 ( 3 - 4 4 ) 3 2 5 回归模型的检验 将水平井未射穿污染带和已射穿污染带的5 2 组射孔完井方案组合经过参数编码后， 分别代入回归方程( 3 4 1 ) 和( 3 - 4 3 ) 得到一系列产能比回归值。 用图形表示有限元计算值与回归值之间的关系，如图3 - 9 和图3 1 0 ： 3 9 第三章水平井射孔参数优化方法研究 1 2 o 8 j 四 皿0 6 回 o 4 0 2 。 i a | | i 7 召f 一 ，秘 够彳 - jjtjt 0 20 40 60 8l1 2 计算值 图3 - 9 未射穿污染带产能比计算值与回归值的对比图 f i 9 3 - 9p r o d u c t i v i t yr a t i oc o n t r a s tb e t w e e nc a l c u l a t e dv a l u ea n dr e g r e s s i o nv a l u eo nt h ec a s eo f p o l l u t i o nz o n en o n p e r f o r a t e d 2 1 8 1 6 1 4 1 2 趔 丑1 回 0 8 0 6 0 4 0 2 0 7 ，- 炽 私 咿 r 0 0 2 0 40 60 8l 1 2 1 41 61 82 计算值 图3 - 1 0已射穿污染带产能比计算值与回归值的对比图 f i 9 3 - 1 0p r o d u c t i v i 哆r a t i oc o n t r a s tb e t w e e nc a l c u l a t e dv a l u ea n dr e g r e s s i o nv a l u eo nt h ec a s eo f p o l l u t i o nz o n ep e r f o r a t e d 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 由图可看出，回归方程算得的回归值与有限元得到的计算值的拟合程度良好，说明 使用未射穿污染和已射穿污染这两种情况下的回归方程可靠。 3 2 6 参数敏感性分析 由于水平井射孔完井在射孔孔眼未穿透污染带和已穿透污染带两种情况下的产能 比回归公式不同，因此分别对这两种情况利用其产能比回归公式进行参数敏感性分析， 以大量的表格和图形形象的说明在这两种情况下的各个射孔参数对水平井射孔完井产 能比的影响。 ( 1 ) 未射穿污染带的情况 1 ) 孔深孔密对油井产能比的影响 在未射穿污染带情况下，计算方案中的各个射孔参数取值为：孔径为i o m m ，相位 角1 5 0 度，钻井污染带的厚度为3 7 5 m m ，污染程度为0 5 2 5 ，压实带厚度为l a m m ，压 实程度为0 2 2 5 ，各向异性系数为0 6 。计算结果如下表3 1 4 和图3 一l l ： 表3 一1 4 未射穿污染带情况下孔深和孔密产能比数据表 t 纽b l e3 - 1 4p e r f o r a t i o nd e p t ha n dd e n s i t y - p r o d u c t i v i t yr a t i ol i s to nt h ec a s eo fp o l l u t i o nz o n e n o n - p e r f o r a t e d 1 01 41 82 22 6 孔深( 咖) 5 00 31 2 0 5 9 90 3 2 9 6 8 2 50 3 4 7 3 0 5 2o 3 6 1 9 2 7 90 3 8 2 5 5 0 5 1 0 0 0 3 8 3 8 2 40 4 0 1 4 4 6 70 4 1 9 0 6 9 40 4 3 6 6 9 20 4 5 4 31 4 7 1 5 00 4 5 5 5 8 8 20 4 7 3 2 1 0 90 4 9 0 8 3 3 5 0 5 0 8 4 5 6 2 0 5 2 6 0 7 8 9 2 0 00 5 2 7 3 5 2 40 5 4 4 9 7 50 5 6 2 5 9 7 70 5 8 0 2 2 0 30 5 9 7 8 4 31 2 5 0 o 5 9 9 11 6 50 6 1 6 7 3 9 2 0 6 3 4 3 6 1 90 6 5 1 9 8 4 50 6 6 9 6 0 7 2 3 0 00 6 7 0 8 8 0 70 6 8 8 5 0 3 40 7 0 6 1 2 6 0 7 2 3 7 4 8 7 0 7 4 1 3 7 1 4 3 5 00 7 4 2 6 4 4 8 0 7 6 0 2 6 7 6 0 7 7 7 8 9 0 20 7 9 5 5 1 2 9o 8 1 3 1 3 5 5 4 1 第三章水平井射孔参蠹优化方法研究 2 0 0 孔深( 珊) 一孔密2 2 * 孔 2 6 圈3 - 1 1 束射穿污染带情况孔耀和孑l 密对产能比的影响 f i 9 3 - 1 1i m p a c t o f p e r f o r l t i md e p t handdens时nproduc“cyratiotheofporultone n o p e r f o r a t e d 由表3 - 1 4 可看出，未射穿污染带情况下，产能比一般比较小，不超过1 。在0 5 左 右，这说明水平井射孔完井的产能在孔鼹未射穿污染带情况下，要小于理想裸眼水平并 的产能。从图3 1 1 也可看出，油井产能比随着孔深的增加而增加，水平井射孔完井产 能对孔深是根敏感的。圈3 - 1 1 还表明，油井产能比随着孔密的增加而增加，但考虑到 过高的孔密会降低套管的强度螂1 ，并且对聚能弹射孔来说，增加孔密意味着减小孔深， 以牺牲孔密来增加孔深比单纯增加孔密更有潜力。因此，在可能的情况下尽量采用大的 射孔深度，达到最佳的射孔效果。 2 1 孔眼相位角对油井产能比的影响 在未射穿污染带情况下计算方案中将各个射孔参数取值为：孔密取为1 8 孔，m ， 孔径为l o m m ，钻井污染带的厚度为3 7 5 m m ，污染程度为05 2 5 ，压实带厚度为1 3 r a m ， 压实程度为0 2 2 5 ，各向异性系数为0 6 。计算结果如下表3 1 5 和图3 1 2 ： ；o。笋釉。 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 表3 - 1 5 未射穿污染带情况