考虑井筒压降的水平井流速及压力分布研究.docx

1、断块油气WFAULT-BIQCKOIL&GASFIELD文重编号：1005-8907(2011)03-366-03考虑井筒压降的水平井流速及压力分布研究李华锋I,王庆2,冯祥3(I.中国石油集团测井布限公司长庆邪业部.陕西构安7IOOOO；2.中国石油大学石油r程教育部收点实於室.北京102249；3.中海油田IK务股份右限公司油田生产审业部，天津300452)基金项目：国家科技重大专项“热力开采后柄油油成提高来收率技术”(20097X05()09-0()4-()5)摘要针时芥筒摩擦和加速度时弁筑压降的彩响，根据质量守恒定律和动量定理推导了水平井街内压降计算的米本公式，建立了与油藏揭合

2、的水平并沿程液速与压力分布计算模型。求解该模型可以得到考虑井街压降的水平拜沿程渔速与压力分布研完发现：水平井水平段沿程压力在近既端变化较小，靠近艰端变化较大；由于径向入流的存在.使得水平井沿程呈现变质量流的料点，水平井沿程流速从趾端命跟端增加；水平井产能与流体密度、流体独度和水平井距油弟底部距离等参数里负相关关系，与水平井井径、生产压差、渗透率和油就序度等参歙呈正相关关系。关键词水平并；变质量流；压力降；幅合；数学模型中图分类号：TE357文献标志码：AResearchonflowvelocityandpressuredistributionofhorizontalwellconsiderin

3、gwellborepressuredropsLiHuafeng1,WangQingFengXhing5(l.C'hangqingWellloggingDivisionofIdiggingCaLtcLPetroChina,Xi'an710000,China;LMOEKeylaboratoryofPetroleumEngineeringChinaUniversityofPetroleunKBeijing102249.China;3.()ilfieldProductionDepartmentChinaOilfieldServicesLimited.CNOOQTianjin300452

4、,China)Abstract：Prrssurv<ln>psinhorizontalwrlllxirrhavegreatinnurnceonthepnMluctionpTfomianceofhorizontalwell.ThispaxrconsidrnulIhrinfluenceofwalllMtrt*frictionandaccelcrationononpressuredropsinhorizontalwell.Basedontheprincipleofmassconservationandmomenlum,themathematicalmodelcalculatingthepr

5、essuredistributionandflowvelocityofhorizontalwrllcoupledwithreservoirwasbuih.ThepnsHuredistributionandflowvelocityofhorizontalwellcanIkcalculatedbysolvingthemodel.Thestudyshowsthatthepressurechangeinthetorsectionissmallalongthehorizontaldinftionandtheprwurechangeneartheheelsectionisgreat.DueIotheexi

6、stenceofradialinflow,thehorizontalwellappearsthefeatureofvariablemassflowandthevelocityalongthehorizontaldirectionincreasesfromtoesectiontoheelsection.ThepnMluctivilyofhorizontalwellisnegativelycorrelatedwiththefluidviscosity,thefluiddensityan<lthedistancefromhorizontalsectiontothebottomoftherese

7、rvoir.Itispositivelycorrelatedwiththewell<liameter,productionpressuredifference%permeabilityandreservoirthicknessofhorizontalwell.Keywords:horizontalwell;variablemassflow;pressuredrops;coupling;mathematicalmodel引用格式：李华铃.K庆，冯祥.与电井简斥降的水平井流速及床力分布研究J.断块油XIH,2011.18(3):366-368.IJHuafrng.WaiigQing.Feng

8、Xiang.Researchonflowvelocityandpressuredistributionofhorizontalwellconsideringwellboreprrturrdrop»J.Fault-BIwkOil&GasField.2011.18(3):366-368.水平井技术提出于20世纪20年代,40年代进行了矿场试验，80年代在美国、加拿大等国家得到广泛的匚业化应用.现在水平井已遍及世界上几乎所有的油气产区，成为油气田开发的煎要:技术。对水平井生产系统进行分析，必然涉及到井筒中的流动问题，过去人们不考虑水平井筒中的压降，这给水平井的生产系统分析带来较大的

9、误差叱近年来，Dikken2Jhara'、Ouyang，、范子菲'、周生田°：、刘想平(7等人从不同的角度讨论了水平井筒中的压降问题,文中考虑井筒摩擦和加速度对井筒压降的影响，根据质量守恒定律和动量定理推导了水平井筒内压降计算的基本公式，建立了与油藏糊合的水平井沿程流速与压力分布计算模型。1水平井沿程流速及压力计算模型1.1水平井筒内压降模型的建立假定水平井筒内为单相不可压缩液体作等温流动，在距其跟端(*=0)距离为X处取出一长度为M的控制体，如图1所示。图1水平井筒流动分析示意微元体轴向流入的流址与径向流入的流邑之和等于流出微元体的流量，根据质量:守恒定律：pV-A

10、pVvFpvA(1)式中:p为流体密度,kgm-3;幻,*分别为流出和流入微元体的流速,nrs_l；vR为径向流入平均流速,m«s_1；4为微元体横截面积,m2；4R为径向流入截面积,n?。微元体受到的力有上游端压力P2、下游端压力p,以及管壁摩擦阻力了“根据动量定理：pyl-p0-rnDx=m,V-m2(2)其中丁够mi=pAvi|mz=pA|v2I式中：Z)为微元体直径,m；Ax为微元体长度,m；nt|,m2分别为流体在下游端和上游端的质员，kg/为摩擦系数，采用文献4所述方法计算净为两截面处的平均速度,m*s_lo由于实际问题的复杂性，计算时采取数值的方法将水平段分成N个微元来

11、求解，整理式(1)、式(2),给出第i个微元处方程的形式：(3)Ap心-pI|(vj-H/hjvrpvM|vhi(4)式中泌,分别为第i个微元体下游端和上游端的流速为第i个微元体径向流入的平均流速，ms-'；4h,为第i个微元体径向流入的截面积,m2；p,pw分别为第i个微元体下游端和上游端的压力，MPa。1.2油藏和水平井筒间的渗流方程根据达西定律，油藏和井筒间的渗流方程为晚=Ji(Pe-p*l)4RiAR,(5)(5)式中：q«为径向流入第i个微元体的流最，抽、气&为地层压力,MPa；Z为第i个微元处的采油指数，m3s%MPa-*o由于水平井水平段存在压力损失，沿

12、水平段的压降是非均匀的，则进入水平段各微元处的流址也是非均匀的。计算单位长度水平井的采油指数J的公式为上0.543WJ?1(&)_f.普心网哓孑Jg(7)式中:K.为水平渗透率，IOpLm2；K.为垂直渗透率,10-jin?；%为原油黏度，mPas；F为油藏各向异性比值,卜=V；龙。为油藏厚度，m；r,为水平井半径,m；Z.为水平段到油藏底部的距离,m。1.3耦合方程的建立与求解边界条件：给定水平井跟端压力Pg,P5为水平井的井底流压；已知水平井趾端流速以为0。将式(5)代入式(3),联立式(3)、式(4)并结合边界条件，可得一关于压力未知址p和速度未知量。的封闭的方程组。该方程组为非

13、线性方程组，其系数矩阵含有速度未知量”，因此，计算时采用迭代解法，首先给出速度的初值，根据此速度初值计算系数矩阵，则原方程组变为线性方程组，求解该线性方程组可以得到新的速度值，比较此值与初值，若两者之差满足一定的误差限，则终止迭代，否则将新的速度值作为初值继续计算，直到2次计算的差小于误差限。2实例计算及分析采用文献8中所使用的各参数值：水平井长度为0-600m,油层厚度为50m,水平段到油藏底部距离为30m,水平井半径为0.0635m,油藏压力为41.6MPa,井底流压为41.35MPa,水平渗透率为287X10-3pim2,垂直渗透率为72.9x10-3an?,原油密度为680kgm&qu

14、ot;,原油黏度为0.29mPas,原油体积系数为1.723。按照1.3中所述方法对上述耦合模型进行迭代求解。2.1水平井沿程流速及压力分布图2为水平段长度为300m时水平井沿程流速及压力分布。从图2可以看出：1)水平井沿程压力靠近趾端变化较小，靠近跟端变化较大，这是因为，越靠近跟端，主流质量流量越大，摩擦引起的压力损失和入流造成的动量变化引起的压力损失越大。2)水平井沿程流速从趾端向跟端增加，这是由于径向入流的存在使水平井沿程呈现变质炒流的特点，跟端的流速越大，水平井的产能越高。2.2各参数对水平井产能的影响图3显示了不同流体黏度下水平井产能随水平段长度的变化关系。从图3可以看出，流体黏度与

15、水平井产能呈负相关关系，相同的水平段长度时，流体黏度越大，产能越低，所以对于流体黏度较小的油藏，可以设计较长的水平段以获得较高的产能。41.4841.4641.4441.42沿程压力沿程流速41.4041.38水平段长度/E图2水平井沿程压力及流速分布(-P.E)愈七救中«0100200300400500600水平段长度/m图3不同流体第度水平井产能与水平段长度关系图.4为不同水平井井径下水平井产能随水平段长度的变化关系，从图中可以看出，水平井井径d与水平井产能呈正相关关系，水平段长度相同时，井径越大,产能越高，对于较长的水平井，可以设计较大的水平井径，以获得较高的产能。rTE)淼K

16、.KH-*-rTE)淼K.KH-*-图4不同水平井直径水平井产能与水平段长度关系3结论1) 建立了考虑井筒摩擦压降和加速度压降的水平井沿程压降的基本模型。水平井沿程压力靠近趾端变化较小，靠近跟端变化较大；水平井沿程流速从趾端向跟端增加，跟端的流速越大，水平井的产能越高°2) 对于具体油藏、具体水平井，存在一个最优的水平段长度。水平井产能与流体密度、流体黏度和水平井距油藏底部距离等参数呈负相关关系；与水平井井径、生产压差、渗透率和油藏厚度等参数呈正相关关系。参考文献!李晓平.张烈辉，李允.等.水平井井筒内压力产量变化疑倬研究J.水动力学研究与2005.20(4)：492-496.LiX

17、iaoping,ZhangLiehui,LiYun.etal.VariationlawsofpressureandprvductionrateinhorizontalwclHJJ.JournalofHydrodynamics,2005,20(4):492-496.：2DikkenBJ.PressuredropinhorizontalwellsanditseffectonproductionperformanceAj.SPE19824,1989.'3lharaM.Experimentalandtheoreticalinvestigationoftwo-phaseflowinhorizon

18、talwellsA.SPE24766,1992.4 OuyangLB,ArbabiS,AzizK.Asingle-phasewellbore-flowmodelforhorizontal.vertical.andslantedwell»(J'.SPEJournal.1998.3(2)：124-133.5 范于菲.方宏长，命国凡.水平井水平段蛟优长度设计方法研究J.石油学报.1997,18(1):55-62.FanZifei,FangHongchang,YuGuofan.AstudyondesignmethodofoptimalhorizontalwellborelengthJ.ActaPetroleiSinica.1997.18(1):55-62.6 周生IB,张琪.水平井水平段压降的一个分析模邸:J.石油勘探与开发，1997,24(3):49-52.ZhouShengtian.ZhangQi.AnanalysingmodelofhorizontalsectionpressuredropJ