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面向21世纪课程教材 — 采油工程原理与设计(张琪 编着)

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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I 目 录 绪论…………………………………………………………………1 第一章 油井流入动态与井筒多相流动计算 ………………………………………3 1.1 油井流入动态…………………………………………………………………3 1.1.1 单相液体的流入动态………………………………………………………4 1.1.2 油气两相渗流时的流入动态…………………………………………………7 1.1.3 wfbr PPP 时的流入动态……………………………………………………15 1.1.4 油气水三相 IPR 曲线………………………………………………………19 1.1.5 多层油藏油井流入动态……………………………………………………21 1.2 井筒气液两相流基本概念…………………………………………………23 1.2.1 井筒气液两相流动的特性……………………………………………………24 1.2.2 井筒气液两相流能量平衡方程及压力分布计算步骤……………………28 1.3 计算气—液两相垂直管流的 Orkiszewski 方法………………………33 1.3.1 压力降公式及流动型态划分界限……………………………………………34 1.3.2 平均密度及摩擦损失梯度的计算……………………………………………35 1.4 计算井筒多相流动的 Beggs-Brill 方法………………………………41 1.4.1 基本方程………………………………………………………………………42 1.4.2 Beggs-Brill方法的流型分布图及流型判别式……………………………44 1.4.3 持液率及混合物密度确定……………………………………………………45 1.4.4 阻力系数λ……………………………………………………………………47 附录 A:利用 Beggs-Brill 方法计算井筒流体的压力梯度……………………50 参考文献………………………………………………………………………………53 第二章 自喷与气举采油………………………………………………………………54 2.1 自喷井生产系统分析……………………………………………………54 2.1.1 自喷井生产系统组成…………………………………………………………54 2.1.2 自喷井节点分析………………………………………………………………56 2.2 气举采油原理及油井举升系统设计方法…………………………………68 2.2.1 气举采油原理………………………………………………………………69 2.2.2 气举启动………………………………………………………………………70 2.2.3 气举凡尔………………………………………………………………………72 2.2.4 气举设计………………………………………………………………………81 2.2.5 气举井试井……………………………………………………………………92 参考文献……………………………………………………………………………93 第三章 有杆泵采油……………………………………………………………………94 3.1 抽油装置及泵的工作原理…………………………………………………94 3.1.1 抽油装置………………………………………………………………………94 3.1.2 泵的工作原理………………………………………………………………99 II 3.2 抽油机运动规律与悬点载荷………………………………………………100 3.2.1 抽油机悬点运动规律………………………………………………………100 3.2.2 抽油机悬点载荷计算………………………………………………………103 3.3 抽油机平衡、扭矩与功率计算………………………………………………117 3.3.1 抽油机平衡计算……………………………………………………………117 3.3.2 曲柄轴扭矩计算与分析……………………………………………………121 3.3.3 电动机选择和功率计算……………………………………………………130 3.4 泵效计算……………………………………………………………………134 3.4.1 柱塞冲程………………………………………………………………………135 3.4.2 泵的充满程度………………………………………………………………138 3.4.3 泵的漏失……………………………………………………………………140 3.4.4 提高泵效的措施……………………………………………………………141 3.5 有杆抽油系统设计……………………………………………………………143 3.5.1 抽油杆强度计算及杆柱设计………………………………………………143 3.5.2 有杆抽油井生产系统设计…………………………………………………147 3.5.3 钢杆-玻璃纲杆组合杆柱抽油技术………………………………………148 3.6 有杆抽油系统工况分析……………………………………………………153 3.6.1 抽油井液面测试与分析……………………………………………………153 3.6.2 地面示功图分析……………………………………………………………157 3.6.3 抽油井工况诊断技术………………………………………………………163 附录A:美国石油学会推荐的有杆抽油系统设计计算方法—API RP 11L ……170 参考文献……………………………………………………………………………180 第四章 无杆泵采油……………………………………………………………………182 4.1 电潜泵举升技术……………………………………………………………182 4.1.1 电潜泵采油装置及其工作原理……………………………………………182 4.1.2 电潜泵油井生产系统设计…………………………………………………187 4.2 水力活塞泵采油……………………………………………………………193 4.2.1 水力活塞泵采油系统几装置………………………………………………193 4.2.2 水力活塞泵井下机组………………………………………………………198 4.2.3 水力活塞泵油井生产系统设计……………………………………………202 4.3 水力射流泵采油……………………………………………………………207 4.3.1 水力射流泵采油系统………………………………………………………207 4.3.2 水力射流泵工作特性………………………………………………………208 4.3.3 水力射流泵油井生产系统设计……………………………………………211 参考文献……………………………………………………………………………212 第五章 注水……………………………………………………………………………213 5.1 水源、水质及注水系统………………………………………………………213 5.1.1 水源及水质要求……………………………………………………………213 5.1.2 注入水处理技术……………………………………………………………215 III 5.1.3 注水地面系统………………………………………………………………220 5.1.4 注水井投注程序……………………………………………………………221 5.2 注水井吸水能力分析………………………………………………………222 5.2.1 注水井吸水能力……………………………………………………………222 5.2.2 影响吸水能力的因素………………………………………………………223 5.2.3 改善吸水能力的措施………………………………………………………225 5.3 分层注水技术………………………………………………………………229 5.3.1 分层吸水能力及测试方法…………………………………………………229 5.3.2 分层注水管柱………………………………………………………………235 5.4 注水指示曲线的分析和应用………………………………………………236 5.4.1 指示曲线的几种形状………………………………………………………237 5.4.2 用指示曲线分析油层吸水能力的变化……………………………………238 5.4.3 井下配水工具工作状况的判断……………………………………………239 5.4.4 配注准确程度和分配层段注水量检查……………………………………240 5.4.5 嘴损曲线与配水嘴的选择…………………………………………………242 5.5 注水井调剖…………………………………………………………………245 5.5.1 调剖方法………………………………………………………………………245 5.5.2示踪剂检测……………………………………………………………………248 参考文献……………………………………………………………………………250 第六章 水力压裂技术…………………………………………………………………251 6.1 造缝机理……………………………………………………………………251 6.1.1 油井应力状况………………………………………………………………252 6.1.2 造缝条件………………………………………………………………………255 6.2 压裂液………………………………………………………………………257 6.2.1 压裂液类型……………………………………………………………………258 6.2.2 压裂液滤失性………………………………………………………………259 6.2.3 压裂液流变性………………………………………………………………263 6.3 支撑剂………………………………………………………………………268 6.3.1 支撑剂的性能要求…………………………………………………………268 6.3.2 支撑剂的类型………………………………………………………………269 6.3.3 支撑剂在裂缝内的分布……………………………………………………271 6.3.4 支撑剂的选择………………………………………………………………278 6.4 压裂设计……………………………………………………………………280 6.4.1 影响压裂井增产幅度的因素………………………………………………280 6.4.2 裂缝几何参数计算模型……………………………………………………282 6.4.3 压裂效果预测………………………………………………………………287 6.4.4 裂缝参数设计方法…………………………………………………………290 参考文献……………………………………………………………………………293 第七章 酸处理技术……………………………………………………………………294 IV 7.1 碳酸盐岩地层酸化处理……………………………………………………294 7.1.1 盐酸与碳酸盐岩的化学反应………………………………………………294 7.1.2 影响酸岩反应速度的因素…………………………………………………296 7.2 酸化压裂技术………………………………………………………………300 7.2.1 酸液的滤失……………………………………………………………………300 7.2.2 酸液的损耗……………………………………………………………………302 7.2.3 酸岩复相反应有效作用距离………………………………………………303 7.2.4 前置液酸压设计方法………………………………………………………311 7.3 砂岩油气层的土酸处理……………………………………………………316 7.3.1 砂岩地层土酸处理原理……………………………………………………316 7.3.2 土酸处理设计………………………………………………………………318 7.4 酸液及添加剂………………………………………………………………322 7.4.1 常用酸液种类及性能………………………………………………………322 7.4.2 酸液添加剂……………………………………………………………………327 7.5 酸处理工艺…………………………………………………………………329 7.5.1 酸处理井层的选择…………………………………………………………329 7.5.2 酸处理方式……………………………………………………………………330 7.5.3 酸处理井的排液……………………………………………………………330 参考文献……………………………………………………………………………332 第八章 复杂条件下的开采技术……………………………………………………333 8.1 防砂与清砂…………………………………………………………………333 8.1.1 油层出砂原因………………………………………………………………333 8.1.2 防砂方法………………………………………………………………………336 8.1.3 清砂方法………………………………………………………………………346 8.2 防蜡与清蜡…………………………………………………………………348 8.2.1 油井防蜡机理………………………………………………………………349 8.2.2 油井防蜡方法………………………………………………………………351 8.2.3 油井清蜡方法………………………………………………………………353 8.3 油井堵水……………………………………………………………………354 8.3.1 油井出水原因及找水技术…………………………………………………354 8.3.2 油井堵水技术………………………………………………………………360 8.4 稠油及高凝油开采技术……………………………………………………366 8.4.1 稠油及高凝油开采特征……………………………………………………366 8.4.2 热处理油层采油技术………………………………………………………368 8.4.3 井筒降粘技术………………………………………………………………374 8.5 井底处理新技术简介………………………………………………………381 8.5.1 高能气体压裂技术…………………………………………………………382 8.5.2 水力振荡解堵技术…………………………………………………………385 8.5.3 电脉冲井底处理技术………………………………………………………387 8.5.4 超声波井底处理技术………………………………………………………388 V 8.5.5 微生物采油技术……………………………………………………………389 8.5.6 人工地震处理油层技术……………………………………………………390 参考文献……………………………………………………………………………391 第九章 完井方案设计与试油……………………………………………………… 392 9.1 完井方式……………………………………………………………………393 9.1.1 井身结构……………………………………………………………………394 9.1.2 完井方式……………………………………………………………………396 9.1.3 完井方式选择………………………………………………………………402 9.1.4 水平井完井技术…………………………………………………………407 9.2 射孔设计……………………………………………………………………412 9.2.1 射孔参数设计………………………………………………………………412 9.2.2 射孔工艺设计………………………………………………………………415 9.3 油气层保护………………………………………………………………420 9.3.1 油气层损害…………………………………………………………………420 9.3.2 储层敏感性…………………………………………………………………422 9.4 试油…………………………………………………………………………429 9.4.1 试油的任务及工作内容……………………………………………………429 9.4.2 诱导油流方法………………………………………………………………430 9.4.3 试油工艺……………………………………………………………………434 9.4.4 试油资料……………………………………………………………………436 参考文献……………………………………………………………………………436 第十章 采油工程方案设计概要………………………………………………………437 10.1 概述…………………………………………………………………………437 10.1.1 编制采油工程方案的目的和意义…………………………………………437 10.1.2 采油工程方案在油田开发总体建设方案中的地位……………………437 10.1.3 采油工程方案编制原则及要求……………………………………………439 10.1.4 采油工程方案编制的前期准备……………………………………………439 10.1.5 采油工程方案的基本构成…………………………………………………439 10.2 采油工程方案的基本内容………………………………………………441 10.2.1 方案设计的油藏地质与油藏工程基础……………………………………441 10.2.2 开发全过程的系统保护油层要求与措施………………………………441 10.2.3 完井工程要求及投产措施…………………………………………………442 10.2.4 注水工艺设计………………………………………………………………443 10.2.5 举升方式优选及其工艺方案………………………………………………444 10.2.6 采油工程配套工艺…………………………………………………………445 10.2.7 油田动态监测………………………………………………………………446 10.2.8 作业工作量预测及配套厂站和队伍建设………………………………446 10.2.9 采油工程方案经济分析……………………………………………………447 10.3 采油方式综合评价与决策分析…………………………………………447 VI 10.3.1 采油方式决策的意义和论证内容…………………………………………447 10.3.2 采油方式综合评价与决策模式……………………………………………448 10.3.3 油井生产系统及其动态模拟………………………………………………450 10.3.4 采油方式综合评价因素及模型……………………………………………452 10.3.5 决策分析步骤………………………………………………………………455 10.4 低渗透油藏总体压裂设计方案编制简介………………………………459 10.4.1 总体压裂优化设计概念……………………………………………………459 10.4.2 总体压裂设计任务与原则…………………………………………………459 10.4.3 总体压裂设计………………………………………………………………460 参考文献……………………………………………………………………………463 前 言 为了适应我国石油工业发展和石油高等教育改革的要求,根据石油高等教育教材建 设规划和石油工程专业教学计划,石油大学组织有关教师编写了本书,作为原油藏工程、 采油工程和钻井工程三个专业合并后的石油工程专业的采油工程课教材。本书是在王鸿 勋、张琪主编的《采油工艺原理》教材多年教学实践的基础上重新编写的。全书共分十 章:第一章,油井流入动态与井筒多相流动计算;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。 本书的特点是:从采油工程系统出发在面上扩充了教材内容;为适应采油工艺技术 的发展增加了新的内容;以工程设计为主线,阐述基本原理、工艺技术和设计计算方法。 编写过程中,遵循了如下原则: 1.努力运用辨证唯物主义和历史唯物主义的观点阐述采油工程的基本规律; 2.从采油工程系统出发,以采油工程设计与方案编制为主线组织内容,重点阐述各 项工程措施的基本原理、计算与工程设计方法,涉及工艺过程、设备和工具的内容在有 关教学环节中学习; 3.从石油工业发展战略出发,贯彻理论联系实际的原则; 4.总体安排上涉及的技术面要广,具体内容要新,深度要适度,即“广、新、适度” 原则; 5.符合课程教学大纲要求,体现专业课教学规律。 主编 张 琪 绪论;第一章1.2,1.3,1.4;第三章3.1,3.2,3.3;第十章 参编人 孙大同 第一章1.1;第二章2.1;第三章3.4,3.5,3.6 樊 灵 第二章2.2,2.3;第四章 王杰祥 第五章;第九章 张士诚 第六章;第七章 陈德春 第八章 本书是在试用版试用和广泛征求意见的基础上,由张琪、王杰祥、樊灵、陈德春分 别进行修改,由张琪组织定稿。 为了保证教材的实用性和内容完整与系统性,本教材的总体内容超过目前教学计划 规定的学时数,为此,希望授课教师根据教学大纲进行选讲,必要时对部分内容指导学 生自学。 本书编写过程中得到了石油大学(华东)教材科、采油教研室的支持和帮助,也得到 了王鸿勋教授、万仁溥教授级高级工程师、陈宪侃教授级高级工程师等采油工程界专家 的关注和指导,特别是王鸿勋教授在最终审稿时提出许多宝贵意见,在此一并表示感谢。 由于时间及编者的水平和经验所限,编写和排印中有遗误之处请使用本教材的师生及有 关读者指正。 编者 1999年12月 1 绪 论 采油工程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各项 工程技术措施的总称。作为一门综合性应用科学,它所研究的是可经济有效地作用于油 藏,以提高油井产量和原油采收率的各项工程技术措施的理论、工程设计方法及实施技 术。 采油工程的任务是通过一系列可作用于油藏的工程技术措施,使油、气畅流入井, 并高效率地将其举升到地面进行分离和计量,其目标是经济有效地提高油井产量和原油 采收率。 从系统工程观点出发,采油工程则是油田开采大系统中的一个处于中心地位的重要 子系统,与油藏工程和矿场油气集输工程有着紧密的联系。 采油工程面对的是不同地质条件和动态不断变化的各种类型的油藏,只有根据油藏 地质条件和动态变化,正确地选择和实施技术上可行、经济上合理的工程技术方案,才 能获得良好的经济效果。要做到这一点,必须要在掌握各种工程技术措施的基本原理、 计算与工程设计方法的基础上,进行综合对比分析。 我国当前和未来都将面对低渗、稠油等难开发油藏及特高含水期油藏,以及海上和 沙漠油田的一系列开采问题。随着油田开采难度的增大,技术要求越来越高,必须运用 现代科学技术改造传统开采工艺,以迎接二十一世纪的挑战。 解决采油过程中某一生产技术问题,会有机械、化学和物理等各种不同的方法,这 将涉及技术方法的选择,甚至综合应用问题。 综上所述,采油工程的特点是:在整个开采过程中地位十分重要;遇到的问题多、 难度大、涉及面广;综合性和针对性强;各项工程技术措施间的相对独立性大。 针对上述特点,本书将着重讲授各项采油工程技术措施的基本原理和工程设计方 法,并力图形成较为完整的采油工程体系。 本书共分十章: 第一章讲述油井流入动态与井筒多相流动计算,这是采油工程的基础内容,是油井 生产设计与分析的基础。 第二、三、四章重点讲述了自喷、气举、有杆泵及无杆泵采油理论计算及油井生产 系统的设计方法与工况分析; 第五章从注水工艺出发,着重介绍了注入水的水源、水质、注水系统及注水分析和 分层注水与调剖技术; 第六、七两章讲述油井增产措施,重点介绍了压裂和酸化的原理、理论计算、工程 设计方法与工艺。 第八章讲述复杂条件下的开采技术,除介绍解决生产中常遇到的砂、蜡、水问题的 技术外,还对稠油、高凝油的开采技术以及各种物理法近井地带处理技术和微生物在采 油中的应用技术做了简要介绍; 第九章着重从采油工程角度介绍了完井方式选择、方案设计、油层保护与试油技术; 2 第十章采油工程方案设计概要,除概括阐述采油工程方案设计原则、依据、内容和 方法外,还就“采油方式综合评价”及“低渗透油藏总体压裂方案设计”分别做了简要 介绍。这章的目的除阐述采油工程方案编制自身所需要研究解决的问题外,还试图通过 该章的讲述,将以前各章讲述的某些单项工程技术措施和单井的工程设计方法,扩大到 面对整个油藏或开发区块以及开发全过程的采油工程设计,使采油工程设计理论和方法 更为完整和系统化。同时,也使读者从总体上把握和深化对采油工程的认识。 3 第一章 油井流入动态与井筒多相流动计算 油气从油藏流入井底和在井筒中的流动是油气开采的两个基本流动过程。油井流入 动态和井筒多相流动规律是油井各种举升方式设计和生产动态分析所需要的共同理论 基础。同时,采油工程中的各项工程技术措施也都将涉及到这两个基本流动过程。尽管 它们在生产过程中是两个相互衔接的流动过程,但它们在本质上有着不同的流动规律。 为此,本章将分别介绍其基本规律及计算方法。至于两者在生产过程中的协调,将在油 井举升的有关章节中讨论。 1.1 油井流入动态 石油开采的第一个流动过程是油气从油层流向井底。它遵循渗流规律。采油过程中, 常用油井流入动态来表述这一过程的宏观规律。 油井流入动态是指油井产量与井底流动压力的关系,它反映了油藏向该井供油的能 力。表示产量与流压关系的曲线称为流入动态曲线(Inflow Performance Relationship Curve ),简称IPR曲线,也称指示曲线(Index Curve )。从单井来讲,IPR曲线表示了 油层工作特性。因而,它既是确定油井合理工作方式的依据,也是分析油井动态的基础。 典型的流入动态曲线如图1-1所示。由图可看出,IPR曲线的基本形状与油藏驱动类型有 关。即使在同一驱动方式下, wfP ~q关系的具体数值还将取决于油藏压力、油层厚度、 渗透率及流体物理性质等。有关不同驱动方式下 wfP ~q关系与油藏物性参数及完井状况 之间的定量关系已在渗流力学中做过详细的讨论。这里,我们仅从研究油井生产动态的 角度来讨论不同条件下流入动态曲线及其绘制方法。 图1-1 典型的油井流入动态曲线 1.1.1 单相液体的流入动态 根据达西定律,在供给边缘压力不变的圆形单层油藏中心一口井的产量公式为: 4 a srrB PPhkq w e oo wfro o  +−µ −pi= 2 1ln )(2 (1-1) 对于圆形封闭油藏,即泄油边缘上没有液体流过,拟稳态条件下的产量公式为: a srrB PPhkq w e oo wfro o      +−µ −pi= 4 3ln )(2 (1-2) 式中 oq —油井产量(地面),m3/s; ok —油层有效渗透率,m2; oB —原油体积系数; h—油层有效厚度,m; oµ —地层油的粘度,Pa·s; eP—边缘压力,Pa; rP—井区平均油藏压力,Pa; wfP —井底流动压力,Pa; er —油井供油(泄油)边缘半径,m; wr —井眼半径,m; s—表皮系数,与油井完成方式、井底污染或增产措施等有关,可由压力恢复曲 线求得。 a—采用不同单位值的换算系数,采用流体力学达西单位及法定(SI)单位时a=1; 采用法定实用单位,即q(m3/d), )( 2mk µ ,h(m), )(mPa.sµ ,P(MPa)时a=86.4;若实用单 位中P用kPa 时,则a=0.0864。 对于非圆形封闭泄油面积油井拟稳态条件下的产量公式,可根据泄油面积和油井位 置进行校正。其方法是令公式中的 Xrr we =/ ,根据泄油面积形状和井的位置可确定相应 的X值(见图1-2)。 在单相流动条件下,油层物性及流体性质基本不随压力变化,这样,上述产量公式 可写成: )( wfro PPJq −= (1-3)  +−µ pi= sXB hakJ oo o 4 3ln 2 (1-4) 在一些文献中,把式(1-3)称为油井流动方程。由式(1-3)可得: )( wfr o PP qJ −= (1-5) J称为采油指数,它是一个反映油层性质、厚度、流体参数、完井条件及泄油面积 等与产量之间的关系的综合指标。其数值等于单位生产压差下的油井产油量。因而可用 J的数值来评价和分析油井的生产能力。一般都是用系统试井资料来求得采油指数J。 5 只要测得3~5个稳定工作制度下的产量及其流压,便可绘制该井的实测IPR曲线。单 相流动时的IPR曲线为直线,其斜率的负倒数便是采油指数;在纵座标(压力座标)上的 截距即为油藏压力。有了采油指数就可以在对油井进行系统分析时利用式(1-3)来预测 不同流压下的产量。另外,还可根据式(1-4)来研究油层参数。 图1-2 泄油面积形状与油井的位置系数 根据公式(1-5),采油指数可定义为产油量与生产压差之比,或者单位生产压差下 的油井产油量;也可定义为每增加单位生产压差时,油井产量的增加值,或IPR曲线的 负倒数。对于单相液体流动的直线型IPR曲线,按上述几种定义方式所求得的采油指数 6 都是相同的;而对于多相流动等非直线型的IPR曲线,由于其斜率不是定值,按上述几 种定义所求得的采油指数则不同。所以,对于具有非直线型IPR曲线的油井,在使用采 油指数时,应该说明相应的流动压力,也不能简单地用某一流压下的采油指数来直接推 算不同流压下的产量。产液指数是指单位生产压差下的生产液量。 当油井产量很高时,在井底附近将出现非达西渗流,根据渗流力学中的非达西渗流 二项式,油井产量和生产压差之间的关系可用下面的二项式表示: 2DqCqPP wfr +=− (1-6) hak SxB C o oo pi +−µ = 2 )43(ln w o rh BD 22 2 13 4103396.1 pi ρβ×= − 式中 rP—井区平均油藏压力,kPa; wfP —井底流动压力,kPa; q—油井产量(地面),m3/d; k—有效渗透率, 2mµ ; h—油层有效厚度,m; oµ —地层油粘度,mPa.s; oB —原油体积系数; wr —井眼半径,m; X—由图1-2查得; ρ—原油密度,kg/m3; D—紊流系数,kPa/(m3/d)2; β—紊流速度系数,1/m。 根据实验,胶结地层的紊流速度系数为: 201.1 710906.1 k ×=β 1/m (1-7) 非胶结砾石充填层的紊流系数 gβ 为: 55.0 61008.1 kg ×=β 1/m (1-7a) 式中 k—渗透率, 2mµ 。 在系统试井时,如果在单相流动条件出现非达西渗滤,则可直接利用试井所得的产 量和压力资料用图解法求得式(1-6)中的C和D值。改变式(1-6)可得: DqCqPP wfr +=− (1-6a) 由式(1-6a)可看出,( ) qPP wfr /− 与q呈线性关系。由试井资料绘制的( ) qPP wfr /− ~q直 线的斜率为D,其截距则为C。 7 1.1.2 油气两相渗流时的流入动态 油气两相渗流发生在溶解气驱油藏中,油藏流体的物理性质和相渗透率将明显地随 压力而改变。因而,溶解气驱油藏油井产量与流压的关系是非线性的。要研究这种井的 流入动态,就必须从油气两相渗流的基本规律入手。 (1)垂直井油气两相渗流时的流入动态 根据达西定律,对于平面径向流,直井油气两相渗流时油井产量公式为: drdpB hrkq oo o o µ pi= 2 令 kkk oro /= —油相相对渗透率,并积分,可得: dpBkrdrkhq e wf e w P P oo ror r o ∫∫ µ=pi2 dpBK r r khq e wf P P oo ro w e o ∫ µ pi= ln 2 (1-8) 式中, oo B、µ 及 rok 都是压力的函数,只要找到它们与压力的关系, 就可求得积分, 从而找到产量和流压的关系。 oµ 及 oB 不难由高压物性资料或经验相关式得到,而 roK 与 压力的关系则必须利用生产气油比、相渗透率曲线来寻找。 显然,利用上述方法来绘制IPR曲线是十分繁琐的。因而,在油井动态分析和预测 中通常结合生产测试资料来绘制IPR曲线。 1)Vogel方法 1968年Vogel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。它 们是根据用计算机对若干典型的溶解气驱油藏的流入动态曲线的计算结果提出的。 计算时假设:a. 圆形封闭单层油藏,油井位于中心;b. 单层均质油层,含水饱和 度恒定;c. 忽略重力影响;d. 忽略岩石和水的压缩性;e. 油、气组成及平衡不变; f. 油、气两相的压力相同;g. 拟稳态下流动,在给定的某一瞬间,各点的脱气原油流 量相同。 计算结果表明,产量与流压的关系随采出程度 NNP / 而变。如果以流压与油藏压力 的比值 rwf PP / 为纵坐标,以相应流压下的产量 oq与流压为零时的最大产量 maxoq 之比为横 坐标则不同采出程度下的IPR曲线很接近。 Vogel对不同流体性质、油气比、相对渗透率、井距及压裂过的井和井底有污染的 井等各种情况下的21个溶解气驱油藏进行了计算。其结果表明:IPR曲线都有类似的形 状,只是高粘度油藏及油井污染严重时差别较大。Vogel在排除了这些特殊情况之后, 绘制了一条如图1-3所示的参考曲线(常称为Vogel曲线)。这条曲线可看作是溶解气驱油 藏渗流方程通解的近似解。 图1-3的曲线可用下面的方程(Vogel方程)来表示: 2 max 8.02.01     −−= r wf r wf o o P P P P q q (1-9) 参考曲线与各种情况下的计算机计算曲线的比较表明:除高粘度及井底污染严重的 8 油井外,参考曲线更适合于溶解气驱早期(即采出程度较低时)情况。 应用Vogel方程可以在不涉及油藏参数及流体性质资料的情况下绘制油井的IPR曲 线和预测不同流压下的油井产量,使用很方便。但是,必须给出该井的某些测试数据。 已知油藏压力 rP及一个测试产量流 压 ( )testoq 时的产量 ( )testwfP 时,应用Vogel方程 绘制IPR曲线的步骤如下: a.计算 maxoq : ( ) ( ) ( ) ]8.02.01[ 2max −− = r testwf r testwf testo o P P P P qq b.给定不同流压,用下式计算相应的 产量: max 2 8.02.01 o r wf r wf o qP P P Pq            −−= c.根据给定的流压及计算出的相应 产量绘制IPR曲线。 如果油藏压力未知,但只要测得两种 油井工作制度下的产量及相应的流压,可由下式求得油藏平均压力后,再计算IPR曲线。 A ACBBP r 2 42 +±= (1-10) 1 2 1 −= q qA ;  −= 12 2 12.0 wfwf PPq qB  −= 2122 2 18.0 wfwf PPq qC 图1-4中绘制了用Vogel方程计算的和用数值模拟计算的不同开采阶段的IPR曲线。 由IPR
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本文标题:面向21世纪课程教材 — 采油工程原理与设计(张琪 编着)
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