采油工程入井动态

采油工程入井动态第1页，共94页，2023年，2月20日，星期四绪论采油工程：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。钻井工程地面建设油气集输油藏工程采油第2页，共94页，2023年，2月20日，星期四绪论任务：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。第3页，共94页，2023年，2月20日，星期四本课程：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第4页，共94页，2023年，2月20日，星期四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）第5页，共94页，2023年，2月20日，星期四人工举升(机械采油)气举泵举连续气举间歇气举利用抽油杆传递能量利用电缆传递能量利用液体传递能量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第6页，共94页，2023年，2月20日，星期四注水：利用液体携带、补充能量。水力压裂（hydraulicfracturing）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）第7页，共94页，2023年，2月20日，星期四生产系统（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；第8页，共94页，2023年，2月20日，星期四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：第9页，共94页，2023年，2月20日，星期四例如：注水开发油田油、水井生产系统第10页，共94页，2023年，2月20日，星期四第11页，共94页，2023年，2月20日，星期四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第12页，共94页，2023年，2月20日，星期四极坐标系达西定律分离变量并积分Pe＝ConstPwfh定压边界，地面产量第13页，共94页，2023年，2月20日，星期四VanEvordingen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14页，共94页，2023年，2月20日，星期四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1-1Pe＝ConstPwfh

对于油相第15页，共94页，2023年，2月20日，星期四(1-1)对溶解气(大气顶)驱油藏,可由试井得

,取代Pe：Pr第16页，共94页，2023年，2月20日，星期四(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式(1-1a)参见:DAKE:FundamentalsofReservoirEngineeringPe≠ConstPwfh

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第17页，共94页，2023年，2月20日，星期四(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式参见:DAKE:FundamentalsofReservoirEngineering

积分得到引入表皮系数第18页，共94页，2023年，2月20日，星期四(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式(1-1a)参见:DAKE:FundamentalsofReservoirEngineeringPe≠ConstPwfh

对于油相，地面产量第19页，共94页，2023年，2月20日，星期四(3)非圆边界的产量公式A—泄流面积；Cx值见P3图1—2

据Earlougher，R.C.,AdcancesinwellTestAnalysis,1977第20页，共94页，2023年，2月20日，星期四2、采油指数及入井动态

ProductivityIndexandInflowperformance定压边界封闭边界第21页，共94页，2023年，2月20日，星期四

可简化成：qo=Jo(pe-pwf)(1-2a)

或

qo=Jo(-Pwf)(1-2)Pr（1-3）（1-3a）第22页，共94页，2023年，2月20日，星期四例：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）第23页，共94页，2023年，2月20日，星期四(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。第24页，共94页，2023年，2月20日，星期四(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。第25页，共94页，2023年，2月20日，星期四（3）入井动态关系曲线①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)——InflowPerformanceRelationship

描绘q=f(Pwf)的曲线叫入井动态关系曲线(IPR曲线)。第26页，共94页，2023年，2月20日，星期四（3）入井动态关系曲线

图1-1典型的油井IPR曲线qmax第27页，共94页，2023年，2月20日，星期四PePe•J入井动态关系曲线（IPR曲线）建立Pwf～q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)qPwf第28页，共94页，2023年，2月20日，星期四③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。

第29页，共94页，2023年，2月20日，星期四1.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3—5次,得q与Pwf对应的3—5个点。在Pwf—q坐标系中作出曲线。***qPwf(4)确定入井动态曲线第30页，共94页，2023年，2月20日，星期四（5）IPR曲线的应用

1.分析油井的潜能；通过曲线可得到J,Pe,qmax2.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：第31页，共94页，2023年，2月20日，星期四式中A—二项式层流系数,Pa/（m3/s）；

B—二项式紊流系数，Pa/（m3/s）2ρ—原油密度，kg/m3；

β—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=1.906×107

、b=1.201；非胶结砾石充填地层，a=1.08×106

、b=0.55第32页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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。第33页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.水平井单相油流（1）水平井的流动形成第34页，共94页，2023年，2月20日，星期四（1-7）——油层渗透率各向异性系数，（1-8）Kh、Kv——油层水平、垂向方向的渗透率；

——长度为L的水平井所形成的椭球形泄流区域的长半轴；（2）水平井的采油指数(SteadyState)(1-9)第35页，共94页，2023年，2月20日，星期四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

L>βh且L<1.8reh第36页，共94页，2023年，2月20日，星期四qPwf由式1-3因为:Ko=f(Pwf)J≠C

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PrPwf<Pb时第37页，共94页，2023年，2月20日，星期四2、入井动态曲线随地层压力的变化随着原油不断采出，Pe,Sg,Ko

第38页，共94页，2023年，2月20日，星期四2、入井动态曲线随地层压力的变化随着原油不断采出，Pe,Sg,Ko

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。Pwfq溶解气驱，不同时期IPR曲线不平行Pwfq弹性驱IPR曲线平行后退第39页，共94页，2023年，2月20日，星期四对于拟稳态流动，油井产量的一般表达式为（1-10）油井产量公式：第40页，共94页，2023年，2月20日，星期四已知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/ko－Sop与Kro关系krgkrokrSoKgKoSoSoP第41页，共94页，2023年，2月20日，星期四3、无因次IPR曲线无因次坐标系：

横坐标：不同流压下的产量与最大产量比值

纵坐标：流压与地层压力的比值，无因次。

当qo=0Pwf=Pwf/=1

当Pwf=0qo=qomaxqo/qomax=1PrPr第42页，共94页，2023年，2月20日，星期四q/qomax10Pwf/

Pr1

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。第43页，共94页，2023年，2月20日，星期四4、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第44页，共94页，2023年，2月20日，星期四4、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）第45页，共94页，2023年，2月20日，星期四解：（1）求：q0max例1-1已知：=13MPa，Pwf=11MPa，

q0=30m3/d。绘制IPR曲线。Pr第46页，共94页，2023年，2月20日，星期四（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.第47页，共94页，2023年，2月20日，星期四几点说明：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。第48页，共94页，2023年，2月20日，星期四5、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，影响流入动态第49页，共94页，2023年，2月20日，星期四5、不完善井的Vogel方程

（1）流动效率：FE(FlowingEfficiency)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）第50页，共94页，2023年，2月20日，星期四完善井S=0或FE=1；增产措施成功后的超完善井S<0或FE>1；油层受伤害的不完善的井S>0或FE<1。(1-13)

对于拟稳态流动，流动效率与表皮系数可近似表示为：（1-14）第51页，共94页，2023年，2月20日，星期四(2)Standing方程适用范围：0.5FE1.5图1-8Standing无因次IPR曲线(1-16)式中应用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（1-15）第52页，共94页，2023年，2月20日，星期四例1-2已知：=13MPa，

Pwf=11MPa，

q0=30m3/d。,FE=0.8,作IPR曲线。解：(1)计算与Pwf对应的P'wf

P'wf=

-(

-Pwf)FE=13-(13-11)0.8

=11.4MPaPrPrPr=143.25m3/d第53页，共94页，2023年，2月20日，星期四(2)预测不同流压下该井的产量求FE=0.8时不同对应的，先根据：P'wf=-(

-Pwf)FEPrPr得然后由下式求相应的产量由此可作出IPR曲线第54页，共94页，2023年，2月20日，星期四6、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：0.5FE1.5Harrrison无因次IPR曲线适用范围是：1FE2.5例1-3已知：

=13MPa，Pwf=11MPa，

q0=30m3/d,FE=2,作IPR曲线。解：(1)计算无因次压力PrPwf/=11/13=0.8462Pr第55页，共94页，2023年，2月20日，星期四第56页，共94页，2023年，2月20日，星期四

由qomax=61.22m3/d和(qoi/qomax)i求出各qo(6)作出:qo-Pwf的曲线

由P10图1—9,查FE=2.0曲线得:(qo/qomax)=0.49(2)qomax=30/0.49=61.22m3/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Pwf/PrPwf/Pr第57页，共94页，2023年，2月20日，星期四7、单相流与两相流的组合(1)当Pwf≥Pb,单相渗流，IPR曲线为直线,J=C,qo=Jo(-Pwf)(2)当Pwf<Pb,地层两相渗流，IPR曲线可用Vogel方程计算。用Pb代替Vogel方程中的,用qv代替qomax

因此,曲线段方程为：

PrPr(1-17)第58页，共94页，2023年，2月20日，星期四7、单相流与两相流的组合第59页，共94页，2023年，2月20日，星期四当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：在Pwf=Pb处，两段曲线光滑连接，即曲线的导数相等。对直线段:第60页，共94页，2023年，2月20日，星期四对曲线段:在Pwf=Pb点，两式相等，整理得：得出三个公式：qo=Jo(-Pwf)

Pwf≥Pb

PrPwf<Pb

第61页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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)

Prqb=Jo(－Pb)Pr

a.

已知Pb

、

、

Pwftest

、qotest,且Pwftest>PbPr(1-18)要知道一个点的生产数据，就可求出IPR方程。第62页，共94页，2023年，2月20日，星期四b.已知：

、Pb、Pwftest

、qotest,且Pwftest<PbPr可算得：qb=Jo(－Pb)Pr第63页，共94页，2023年，2月20日，星期四例1-4已知D井为18MPa，pb为13MPa，测试流压pwf为9MPa时的产量q0为80m3/d。试计算pwf为15MPa和7MPa时的产量并绘制该井的IPR曲线。Pr解

(1)计算Jo及qb

第64页，共94页，2023年，2月20日，星期四(2)计算qV及qomax(3)计算pwf=15及7MPa时的产量

pwf=15>pb，用式（1-17）计算产量：pwf=7<pb，用式（1-19）计算产量：第65页，共94页，2023年，2月20日，星期四(4)不同流压下的产量如下：pwf，，MP0

，m3/d

28.447.365.080.092.5102.3109.6115.7(5)绘制IPR曲线如图1-10所示。第66页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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)2n；

n—指数，0.5<n<1。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）。第67页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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：第68页，共94页，2023年，2月20日，星期四三、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:第69页，共94页，2023年，2月20日，星期四（1-28）（1-29）（1-30）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曲线加权平均值第70页，共94页，2023年，2月20日，星期四式中：采液指数（按照产量加权平均）第71页，共94页，2023年，2月20日，星期四Pwf=（1-31）(0<qL≤qb)(qb<qL≤qomax)(qomax<qL≤qLmax)任意产量对应流压(按照流压加权平均)第72页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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Ⅲ层工作；当流压降低到12MPa和10MPa后，Ⅰ层和Ⅱ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。第73页，共94页，2023年，2月20日，星期四5.4μm2

10MPa1.2μm2

14MPa123(a)3.8μm2

12MPa多层油藏油井流入动态q，m3/d(b)141210P,MPa第74页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.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。第75页，共94页，2023年，2月20日，星期四(2)水层特性

a.高压水层：Pew>Peo

当Peo<Pwf<Pew只产水不产油当Pwf<Pow油水同产，且含水率下降

b.低压水层：Pew<Peo。当Pew<Pwf<Peo产油不产水当Pwf<Pew

油井见水，随着产量增大，含水率上升。第76页，共94页，2023年，2月20日，星期四a.高压水层q,m3/d压力abcBAa-全井b-油层c-水层0qP(3)入井动态：0%含水

100q,m3/d50Pwf关第77页，共94页，2023年，2月20日，星期四含水率fw的变化

当Pwf>

Peo时，只产水，fw100%；当Pwf<

Peo时,开始产油，fw下降。当Pwf下降到油水IPR曲线的交点时，

qo=qw，fw=50%。如果Jo>Jw，Pwf继续下降，fw可<50%

如果Jo<Jw，则fw始终>50%。第78页，共94页，2023年，2月20日，星期四b.低压水层含水%0压力液水油0PewPeoq,m3/dq,m3/d50％a-全井b-油层c-水层第79页，共94页，2023年，2月20日，星期四含水率fw的变化

当Pwf>

Pew，Pwf<Pow时，只产油，fw＝0%

当Pwf<

Pew时,开始产水。当Pwf下降到油水IPR曲线的交点时，qo=qw，fw＝50%。如果Jw<Jo,则fw始终小于50%。如果Jw>

Jo，Pwf继续下降，fw可大于50%。第80页，共94页，2023年，2月20日，星期四

(4)串流IPR曲线

关井时：Pew>Pwf>Peoq=0

由于Pew>Peo

水流向油层串流

Pwf<Pew

同时Pwf>Peo

串流流量为：q=J（Peo－Pｗf）

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。第81页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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第82页，共94页，2023年，2月20日，星期四四、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；第83页，共94页，2023年，2月20日，星期四(1-34)式中:μo——原油粘度，mPa·s；

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；第84页，共94页，2023年，2月20日，星期四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；ρ0——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) 第85页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.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)第86页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.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；第87页，共94页，2023年，2月20日，星期四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