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技术专题-水平井开采技术

发布者:PSCCL  发布时间:2013-5-27 14:32:32

水平井作为石油工业一项革命性的技术出现在上世纪二十年代,之后随着钻井工艺及其它新技术的研究和发展,以及一些特殊油藏用常规垂直井的开采方法难以奏效,水平井技术开始受到人们的关注,成为新油田开发、老油田挖潜、提高采收率的重要手段。特别是八十年代以来,水平井技术更是蓬勃发展,在世界二十多个产油国形成了用水平井开采油田的较大工业规模。

 

水平井油气水三相流入动态预测


真正意义上的流入动态预测是根据理论IPR模型,使用生产测试数据回归拟合流入动态关系,而不是根据理论公式计算IPR关系。之前,关于水平井流入动态(IPR)的研究仅限于溶解气驱的情况,没有适合于油气水三相和整个油藏压力范围的水平井IPR模型。油气井防砂.鼎点软件工作室对现有的四种溶解气驱IPR方程进行了筛选,以Cheng和刘想平的方程为基础,建立了适用于油藏压力高于饱和压力情况的不含水组合型水平井IPR模型;采用纯油IPR曲线与纯水IPR曲线加权平均得到综合IPR曲线的方法,将组合型IPR方程扩展到油气水三相的情况,建立了一套适用于油气水三相和整个油藏压力范围的水平井IPR模型,可用来计算采液指数、计算产量和井底流压以及绘制IPR曲线等。

该模块根据实测生产数据,预测水平井的流入动态,即油井产量与井底流压之间的关系,计算产液指数,绘制流入动态曲线并研究流入动态的变化特征。水平井流入动态预测是合理流压确定的基础和依据。

水平井井筒变质量流动分析


水平井水平段流动压降及其与地层的耦合,对于水平井生产动态及IPR有不可忽略的影响。油气井防砂.鼎点软件工作室在上述方面开展了系统的研究。水平井水平段的流动为变径入流量的变质量流动,根据动量守恒方程建立水平段流动的压力梯度基本方;通过不同位置的采液指数变化表征水平井筒中的流动与油藏渗流的耦合,考虑孔沿入流情况下的管壁摩阻系数,建立一套系统的水平井水平段压降计算模型及方法。水平段压力损失由摩阻压力损失、加速压力损失、混合压力损失以及势能压力损失等四部分组成。

该部分主要计算不同产量下水平井水平段的压降、压降梯度、压力分布、梯度分布、径入流量分布、流量分布、流速分布等动态数据,分析各因素对这些参数分布的影响;对产量和水平段长两个因素对水平段总压降的影响进行敏感性分析。


 
水平井完井方式优选与工艺设计


水平井完井方式的优选需要考虑气藏地质特征、流体物性、生产方式和产能要求等。另外井壁稳定性和出砂风险评估对于选择水平井完井方式也具有重要的影响。进行气井水平井井壁稳定性分析和出砂风险评估;初步优选合适的水平井完井方式;不同完井方式的表皮系数及产能比评价;水平井完井方式和完井机械筛管的优选。

考虑井筒流动与地层流动的耦合,优选射孔井段及射孔参数。设计机械筛管与砾石充填参数。进行完井工程的系统设计。


 

 

水平井不同完井方式的表皮系数和产能比评价


不同水平井完井方式在井底造成的附加阻力区域不同,因此造成的表皮系数也不相同。不同的水平井完井方式对水平井产能的影响不同。在均满足技术要求的同时,水平井完井方式的选择应考虑表皮系数最小或完井产能比最高的完井方式。根据上述分析,不同水平井完井方式的产能评价是水平井完井方式优选的必要步骤。

本套技术包含了不同完井方式下油井水平井、气井水平井附加表皮系数、流动压降及完井产能比的预测与评价以及敏感性分析。

 
水平井裸眼井壁稳定性分析


水平井井壁是否稳定关系到水平井在开采过程中的生产动态。如果在生产条件下,水平井井壁能够保持稳定,则不必考虑井壁坍塌的风险以及相应的处理措施。否则,就需要采取措施规避井壁坍塌风险。在进行水平井完井方式优选时需要考虑井壁的稳定性。因此,在进行水平井完井方式优选之前,首先需要预测生产条件下的井壁稳定性,预测结果将会对水平井完井方式的选择产生重要的影响。

本套技术采用体积密度法、抗压强度法、Mohr-Coulumn剪切应力分析法、Von-Mesis剪切应力分析法等四种评价方法。

 

水平井井壁出砂风险评估


目前主流的水平井完井方式中主要有A.裸眼完井,B.裸眼筛管完井,C.裸眼筛管带管外封隔器(ECP)完井,D.裸眼膨胀筛管完井,E.裸眼筛管砾石充填完井,F.尾管射孔完井,G.尾管射孔筛管完井,H.尾管射孔管内砾石充填完井等8中完井方式。其中B、C、D、E、G、H都具有防砂完井的性质,而E、H则是完全以防砂为目的的完井方式。因此在进行水平井完井方式的选择时必须要首先评估水平井在生产过程中的出砂可能性或者风险的大小。
对尚未全面开发的疏松砂岩油气藏区块,无论从生产安全还是节约成本角度考虑,利用出砂风险评估技术,对油气田进行出砂评价十分重要。不必要的防砂措施会增大完井成本和降低油气井产量。这些论证十分有利于油田开发的早期科学决策,避免投资风险,有助于筛选合理的防砂方法和工艺技术。

水平井出砂风险评估即利用经验定性出砂预测技术对生产过程中水平井的出砂可能性进行定性评估。目前定性出砂预测主要是使用一些经验方法如声波时差、地层孔隙度等某一项或单项指标来预测地层是否可能出砂,预测结果为定性结果。
出砂风险评估主要根据岩石的物性、弹性参数及现场经验对易出砂地层进行预测,由于方法简单实用,国内外学者对此法进行了大量的研究。经验出砂预测法主要包括声波时差法、出砂指数法、斯伦贝谢比法和组合模量法等,是一种定性出砂预测方法。主要通过测井资料分析、室内岩心是试验、现场资料统计分析和必要的计算来预测地层是否可能出砂。

 
水平井合理流压和产量确定


确定水平井生产的合理流压范围的底限。从两个角度考虑计算合理流压,一方面通过对流入动态修正及修正IPR方法计算最低流压,另一方面根据泵等抽油设备的充满程度要求确定最低流压,两者进行比较可得到最终的合理流压底限值。该部分还可以对生产气油比对合理流压底限值的影响进行敏感性分析计算。

该模块用来确定水平井生产的合理流压范围的底限。从两个角度考虑计算合理流压,一方面通过对流入动态修正及修正IPR方法计算最低流压,另一方面根据泵等抽油设备的充满程度要求确定最低流压,两者进行比较可得到最终的合理流压底限值。该部分还可以对生产气油比对合理流压底限值的影响进行敏感性分析计算。

 

水平井及大斜度井砾石充填模拟与设计


由于水平井建井成本较高,人们总是希望水平井尽可能长期保持高产以获得较高的经济收益。筛管砾石充填完井是达到这一目的的有效手段。与其它完井方式相比,水平井砾石充填具有更大的优越性:(1)高渗透性的筛管和砾石充填层能够长期保持油井与井筒之间畅通,使油井长期保持高产;(2)高强度的砾石充填层可以防止井壁坍塌,保持井壁稳定;(3)砾石充填层不但具有良好的渗透性,而且还是良好的挡砂屏障,能够有效地防止地层出砂,因此对于易出砂地层,允许放大生产压差以获得较高产能;尤其对于疏松砂岩易出砂油藏,砾石充填是水平井首选的完井方式。

目前水平井砾石充填作业还存在相当的风险,主要表现在当α充填前沿还未到达水平井段末端时,平衡砂床高度接触井筒上壁,发生提前堵塞,使作业失败。这主要是因为水平井段的砾石充填过程中不但存在携砂液向地层的滤失,而且充填管柱结构也影响充填动态,这使得整个充填过程变得非常复杂和难以控制;上述问题的存在使砾石充填这一最有效的完井方式得不到大规模应用,水平井砾石充填国外有部分应用,而国内基本没有形成工业规模。



中国石油大学(华东)油气井防砂.鼎点软件工作室致力于水平井、大斜度井砾石充填机理、可视化模拟、工艺参数设计、工艺技术的研究工作。建立了时间相关的水平井砾石充填数学模型,并开发了可视化模拟与优化设计软件—HoriPack,用于预测与设计:

  a. 水平井砾石充填整个充填过程的可视化数值模拟;

  b. 充填过程中是否堵塞、堵塞位置、充填率预测

  c. 充填过程中的各流动系统的流量、流速、压力、浓度分布模拟

  d. 施工参数优化组合设计的正交数值试验法



维护:高效开采(防砂)完井实验室 | 电话:0532-86981910 | 邮箱:dongcy@upc.edu.cn

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