第一章油井流入动态01

1、主讲：张公社（教授）单位：长江大学石油工程学院单位：长江大学石油工程学院绪绪 论论1.采油工程采油工程课程概况课程概况2. 课程学习内容课程学习内容3. 课程特点课程特点4. 学习方法与要求学习方法与要求油田开发是一项庞大而复杂的系统工程，采油工程是其重油田开发是一项庞大而复杂的系统工程，采油工程是其重要的组成部分和实施的核心，是油田开采过程中根据开发要的组成部分和实施的核心，是油田开采过程中根据开发目标通过产油井和注入井对油藏采取的目标通过产油井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施各项工程技术措施。要要求求经济有效经济有效，可以可以提高油井产量和原油采收率提高油井产量和原油采收率1 课程概况

2、课程概况油藏地质研究油藏工程设计采油工程设计钻井工程设计地面工程设计总体经济评价总体方案决策与制定油田开发总体建设方案油气畅流入井实现有效举升地面计量和分离经济有效地提高油井产量和原油采收率掌握采油工程基本概念和理论；分析和解决实际工程问题各项工程技术措施的各项工程技术措施的理论理论、工程设计方法及实施技术工程设计方法及实施技术。2. 课程内容简介课程内容简介采油方法增产措施及生产管理自喷采油气举采油有杆泵采油无杆泵采油注水酸处理砂、蜡、水、稠、低工作原理工作原理设计计算设计计算方法方法工程设计工程设计 分分 析析水力压裂采油工程课程内容体系(10章内容)第一章 油井流入动态与井筒多相流动计算

3、第二章 自喷与气举采油第三章 有杆泵采油第四章 无杆泵采油第五章 注水第六章 水力压裂技术第七章 酸处理技术第八章 复杂条件下的开采技术第九章 完井方案设计与试油第十章 采油工程方案设计概要3. 课程特点课程特点特点工程广/杂上课认真听讲、不迟到早退、不旷课、关闭手机课外作业成绩=平时20%+考试80%课堂笔记4. 学习方法与要求学习方法与要求主要内容： 油井流入动态井筒气液两相流基本理论气液两相管流实用计算方法油井生产系统组成油层到井底的流动(地层渗流)井底到井口的流动(井筒多相管流)井口到分离器(地面水平或倾斜管流)油井生产的三个基本流动过程气液两相流基本理论油井流入动态第一节 油井流入动

4、态（IPR曲线） 油井流入动态： 油井产量(qo) 与井底流动压力(pwf) 的关系，反映了油藏向该井供油的能力。基本概念油井流入动态曲线： 表示产量与流压关系的曲线，简称IPR曲线。 Inflow Performance Relationship CurveIPR曲线基本形状与油藏驱动类型驱动类型有关。即使在同一驱动方式下，还将取决于油藏压力、油层厚度、渗透率及流体物理性质等。prqomax图图1-1 典型的流入动态曲线典型的流入动态曲线直线型：直线型：PwfPb,单相渗流（水驱）单相渗流（水驱）曲线型：曲线型：PRPb,两两相流，溶相流，溶解气驱解气驱复合型：复合型： PwfPb 1) )

5、 1(maxFEqqoo图 2 - 7 H a r r i s o n无 因 次 I P R曲 线 ( F E 1 )wfrwfrppFEooppppFEeqqrwf2 . 02 . 1)792. 1 (1max) 1max() 1max(/FEoooFEoqqqq HarrisonHarrison方法可用来计算高流动效率井的方法可用来计算高流动效率井的IPRIPR曲线和预测低流压下的产量。其计算步骤曲线和预测低流压下的产量。其计算步骤如下：如下：a.计算FE=1时的qomax 先求先求pwf/pr，然后查图然后查图1-7中对应的中对应的FE曲线上的相应曲线上的相应值值 qo/qomax(FE

6、=1)，则则1max1maxFEooFEooqqqqb.计算不同流压下的产量c.根据计算结果绘制IPR曲线d.求FE对应的最大产量，即pwf=0时的产量1maxmax1maxmaxFEoFEoFEoFEoqqqq 2pCpBAq (二)斜井和水平井的IPR曲线1990年，Cheng对溶解气驱油藏中斜井和水平井进行了数值模拟，并用回归的方法得到了类似Vogel方程的不同井斜角井的IPR回归方程：p=pwf/pr； q=qo/qomax ；A、B、C为取决于井斜角的系数优点：优点：使用简单，仅需一组测点，便可得使用简单，仅需一组测点，便可得IPR曲线曲线缺点：缺点：方程没有归一化，方程没有归一化，

7、00maxorwfoowfqppqqp时，；时，19891989年，年，BendakhliaBendakhlia等用两种三维三相黑油等用两种三维三相黑油模拟器研究了多种情况下溶解气驱油藏中水平模拟器研究了多种情况下溶解气驱油藏中水平井的流入动态关系。得到了不同条件下井的流入动态关系。得到了不同条件下IPRIPR曲曲线。线。 图1-8 拟合的IPR曲线与实际曲线的对比 _拟合的IPR曲线,实际曲线曲线表明：早期的IPR曲线近似于直线,随着采出程度增加,曲度增加,接近衰竭时曲度稍有减小。nrwfrwfooppvppvqq2max11Bendakhlia建议用以下公式来拟合IPR曲线图： 图1-9

8、参数v、n与采出程度之间的关系 IPR曲线的应用曲线的应用油井流入动态反映了油藏向该井供油的能力。 根据测试资料确根据测试资料确定定IPR曲线。曲线。 根据根据IPR曲线确曲线确定流压和产量的定流压和产量的对应关系。对应关系。prqomaxdpBKrrkhqrwfppooroweo43ln2三、prpbpwf时的流入动态（1）基本公式 当油藏压力高于饱和压力，而流动压力低于饱和压力时，油藏中将同时存在单相和两相流动，拟稳态条件下产量的一般计算表达式为:需要分需要分段积分段积分图1-11 组合型IPR曲线（2）实用计算方法)( wfroppJq 当Pwfpb时，由于油藏中全部为单相液体流动流入动

9、态公式为： (1)(brbppJq流压等于饱和压力时的产量为：)( 8 . 02 . 01 2bwfbwfcboppppqqq当Pwfpb后，油藏中出现两相流动流入动态公式为： (2)20.21.6wfoccwfbbpdqqqdppp owfdqJdp 0.21.6wfccbbpqJqpp 在 点，两个导数相等，即：1.8bcJpq wfbpp即： 对(1)和(2)式求导得：8 . 1bcJpq )( 8 . 0)( 2 . 01 8 . 12bwfbwfbbropppppppqJ采油指数：)1(8.1brbppq将 代入得：1.8(1)bcrbqqpp/()brbJqpp（3）考虑流动效率组

10、合型IPR曲线计算方法直线段方程：1.0()FErwfqJpp1.0()FErrrwfJppppFE1.0()FErrrwfJppppFE1.0()FErwfJppFE1.0()FErwfJFE pp()FEjrwfqJppasrrBpphkqweoowfroo21ln)(2srrBhakJweooojFE21ln21.0FEjrwfrwfFErwfrwfqppppJFEppJqpp1.0FEjFEJJFE所以：()wfrrwfppppFE其中：21 0.2()0.8() wfwfbcbbppqqqppwfbwfbwfwfppppdqdqdpdpwfwfwfwfdpdqdqdpdpdp曲线段方

11、程：a点连续的条件是左导数=右导数，即：()FEjbrbqJpp其中，1.0wfbwfbwfFEwfwfwfppppdpdqdqJFEdpdpdp 2 0.21.6wfcwfbbpdqFEqFEdppp1.02() 0.21.6bFErrbcwfbbpppp FEdqFEqFEdppp左导数：右导数：1.02()0.21.6FErrbcbbppp FEJqpp1.0()0.2 1.6FEbcrrbbJpqppp FEp1.0()FErbqJpp1.021 0.2() 0.8() ()0.2 1.6wfwfFEbrrbbbbpppJppp FEppp则所以：()brrbpppp FE1.01.0

12、max()1.8FEFEbrbJPqJpp2max0()1 0.2()0.8() wfwfwfFEjFEjrbcbbpppqJppqpp1.0FEjFEJFE J0wfp(0)(1)wfrrrpppFEFE p其中其中当时，有A-油相IPR曲线B-水相IPR曲线 C-油气水三相综合IPR曲线四、油气水三相IPR 曲线Petrobras提出了计算三相流动IPR曲线的方法综合IPR曲线的实质:是按含水率取纯油IPR曲线和水IPR曲线的加权平均值。 图1-12 油气水三相IPR 曲线(一) 采液指数计算(由测试点确定曲线)已知 pr、pb和一个测试点(1) bwfpp)test()test()tes

13、t(wfrtlppqJ(2) bwfpp)test(2)test()test(maxoil8 . 02 . 01bwfbwfbobppppqqqq)test(waterwfrlppJqoilwater(test)1 (qfqfqwwt 图1-12 油气水三相IPR 曲线pwf(test)、qt(test) 产量按含水率加权平均：产量按含水率加权平均： )(8.1)1()test()test(wfrwbbrwtlppfApppfqJ2)test()test(8.02.01bwfbwfppppA (二) 某一产量qt下的流压pwf计算(1)btqq 0ltrwfJqpp)water()oil()1

14、(wfwwfwwfpfpfpbobtbwfqqqqppmax)oil(80811125.0ltrwfJqpp)water()(80811)1 (125. 0maxbobtbwltrwwfqqqqpfJqpfpmaxotbqqq(2)流压按含水率加权平均：流压按含水率加权平均：lwqqtwfJfdqdpot98max因为：lwotlorwwfJfqqJqpfp) 98)()(maxmax所以：综合IPR曲线的斜率可近似为常数maxmaxttoqqq(3) 图1-12 油气水三相IPR 曲线五、多层油藏油井流入动态（1）多油层油井流入动态图1-13 多层油藏油井流入动态流压低于流压低于1414MP

15、aMPa后后，只有，只有第三个层第三个层工工作；流压降低到作；流压降低到1212MPaMPa和和1010MPaMPa后，后，则则I I层和层和IIII层陆续层陆续出油。出油。总的总的IPRIPR曲曲线则是线则是分层的迭加分层的迭加。其特点是：随着。其特点是：随着流压的降低，由于流压的降低，由于参加工作的小层数参加工作的小层数增多，产量将大幅增多，产量将大幅度增加，采油指数度增加，采油指数也随之增大。也随之增大。（2）含水油井流入动态图1-14 含水油井流入动态与含水变化 ( )soswPP 图1-15 含水油井流入动态曲线 ( )swsoPP (1) 油井流入动态的物理意义;(2) 油井流入动

16、态研究主要有三种途径： 基于Vogel、standing、 Harrison 、 Fetkovich、Petrobras等各种方法。 建立不同类型油藏和井底条件的渗流模型。 利用单井流入动态的油藏数值模拟技术。(3) 油井流入动态是采油工程各项技术措施设计、分析与评价的依据。小小 结结第二节 井筒气液两相流动采油设备的优化设计和工况分析、油气集采油设备的优化设计和工况分析、油气集输设计等都离不开输设计等都离不开气液两相流气液两相流的理论与计的理论与计算方法算方法油气是深埋于地下的流体矿藏，随压力的降油气是深埋于地下的流体矿藏，随压力的降低，溶解气将不断从原油中逸出，因此，井低，溶解气将不断从原

17、油中逸出，因此，井筒中将不可避免地出现筒中将不可避免地出现油气两相流动油气两相流动；如果；如果油井含水，将出现油井含水，将出现油油-气气-水三相流动水三相流动,如果如果不考虑油水相界面，则应用不考虑油水相界面，则应用气液两相流气液两相流进行进行研究。研究。一、井筒气液两相流动的特性(一)气液两相流动与单相液流的比较流动型态（流动结构、流型）： 流动过程中油、气的分布状态。流动过程中油、气的分布状态。(二)气液混合物在垂直管中的流动结构变化 纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。相液流。影响流型的因素： 气液体

18、积比、流速、气液界面性质等。气液体积比、流速、气液界面性质等。图图1-17 1-17 油气沿井筒喷出时的流型变化示意图油气沿井筒喷出时的流型变化示意图纯油流；纯油流；泡流；泡流；段塞流；段塞流；环流；环流；雾流雾流泡流：泡流：井筒压力稍低于饱和压力时，井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。泡分散在液相中。滑脱现象：滑脱现象： 混合流体流动过程中，由于流体间的密混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的气体（小密度流体）流速大度差异，引起的气体（小密度流体）流速大于液体（大密度流体）流速的现象。于液体（大密度流

19、体）流速的现象。 如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等特点特点：气体是分散相，液体是连续相；气体是分散相，液体是连续相； 气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大 滑脱现象严重。滑脱现象严重。段塞流：当混合物继续向上流动，压力逐渐当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。将形成一段液一段气的结构。特点：气体呈分散相，液体呈连续相；气体呈分散相，液体呈连续相； 一段气一段液交替出现；一段气一段液交替出现； 气体膨胀能得到较好的利用；气体膨胀能得到较好的利用； 滑脱损失变小；滑脱损失变小； 摩擦损失变大。摩擦损失变大。环流：油管中心是连续油管中心是连续的气流而管壁为油环的流的气流而管壁为油环的流动结构。动结构。特点：气液两相都是连续相；气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带；气体举油作用主要是靠摩擦携带； 摩擦损失变大。摩擦损失变大。雾流：气体的体积流量增加到足气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴