油井流入动态与多相流.pptx
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1、第一节第一节 油井流入动态(油井流入动态(IPRIPR曲线曲线)油井流入动态曲线(IPR曲线):表示产量与井底流压关系的曲线,简称IPR曲线。油井流入动态:油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向井的供油能力,反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响,是采油工程与油藏工程的衔接点。作用:通过油井流入动态研究为油藏工程提供检验资料;为采油工程的下一步工作提供依据;检查钻井、固井、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。第1页/共102页图1-1 典型的流入动态曲线第2页/共102页IPRIPR发展历程发展历程 IPR IPR 最初只是经验地描述了油井产量与给定平均地层压
2、力、最初只是经验地描述了油井产量与给定平均地层压力、井底流压之间的相互作用和影响。常规井底流压之间的相互作用和影响。常规IPR IPR 曲线是基于曲线是基于Darcy Darcy 线性定律线性定律,其合理应用的前提是其合理应用的前提是采油指数保持不变采油指数保持不变。(1 1)19421942年,年,Evinger Evinger 和和Muskat Muskat 通过对渗流方程研究指通过对渗流方程研究指出出,当在油藏中存在当在油藏中存在两相渗流时两相渗流时产量与压力将不会像期望产量与压力将不会像期望的那样存在直线关系的那样存在直线关系,而是一种曲线关系。早期诸多研究而是一种曲线关系。早期诸多研
3、究油井工作情况的研究者中的两位。油井工作情况的研究者中的两位。第3页/共102页IPRIPR发展历程发展历程 (2 2)19681968年,年,VogelVogel选用选用21 21 个油田的实例数据个油田的实例数据(油藏岩石油藏岩石和流体性质有较大的变化范围和流体性质有较大的变化范围)进行数值模拟得到一系列进行数值模拟得到一系列IPR IPR 关系数据。分析这些数据时关系数据。分析这些数据时,Vogel,Vogel 首先注意到这些首先注意到这些实例的生产实例的生产压力关系曲线非常相似。他将每一个点的压力关系曲线非常相似。他将每一个点的压压力力除以油藏平均压力、将每个点的除以油藏平均压力、将每
4、个点的产量产量除以油井最大产量除以油井最大产量进行进行无量纲化无量纲化,发现这些无量纲化的发现这些无量纲化的IPR IPR 数据点最后落在数据点最后落在一个狭小的范围内一个狭小的范围内,经回归得到了后来称为经回归得到了后来称为Vogel Vogel 方程的方程的IPR IPR 曲线。曲线。第4页/共102页IPRIPR发展历程发展历程 (3 3)19731973年,年,FetkovichFetkovich曾经建议用油井曾经建议用油井等时试井等时试井数据来数据来评价其生产能力评价其生产能力,他在他在气井气井产能经验方程基础上产能经验方程基础上,根据对根据对6 6 个油田、个油田、40 40 口不
5、同的油井生产数据分析结果口不同的油井生产数据分析结果,提出了提出了后来称为后来称为Fetkovich Fetkovich 方程的方程的IPRIPR关系式。关系式。(4 4)19761976年,年,JonesJones、Blount Blount 和和Glaze Glaze 通过研究用通过研究用多流多流量短时测试量短时测试预测油井流入动态预测油井流入动态,考虑到考虑到非达西流动非达西流动的影响的影响,根据根据Forchheimer Forchheimer 方程得到一种二项式方程得到一种二项式IPR IPR 方程。方程。第5页/共102页IPRIPR发展历程发展历程 (5 5)19921992年,
6、年,Wiggins Wiggins 完成了一项非常有意义的工作完成了一项非常有意义的工作,他对油气两相渗流拟稳态解式进行他对油气两相渗流拟稳态解式进行Tailor Tailor 展开展开,解析得解析得到了到了IPR IPR 方程一般形式。方程一般形式。(6 6)19951995年,年,Sukarno Sukarno 在数值模拟基础上得到了一种在数值模拟基础上得到了一种IPRIPR曲线方程曲线方程,试着考虑当试着考虑当井底流压变化时由于表皮变化井底流压变化时由于表皮变化(受受产量变化影响产量变化影响)而引起的流动效率的变化。而引起的流动效率的变化。第6页/共102页IPRIPR发展历程发展历程
7、第7页/共102页IPRIPR研究方法研究方法 利用井底压力计测量测试井的地面产量利用井底压力计测量测试井的地面产量q q 和井底压力和井底压力p pwfwf,并建立其之间关系的井底流入动态关系式并建立其之间关系的井底流入动态关系式,主要有适用于主要有适用于未饱和油藏的直线未饱和油藏的直线IPR IPR 方程和描述饱和油藏中油井流入动方程和描述饱和油藏中油井流入动态的态的Vogel(1968)Vogel(1968)方程方程;利用利用试井方法试井方法确定油藏流入动态确定油藏流入动态;利用利用油藏数值计算方法油藏数值计算方法来研究油藏来研究油藏.上述方法有很多不同的上述方法有很多不同的假设条件假设
8、条件和和适用范围条件适用范围条件限制限制,最根本的假设是将油气藏视为最根本的假设是将油气藏视为线性动态系统线性动态系统,且需建立描且需建立描述油气藏动态的数学模型述油气藏动态的数学模型,用算法辨识来进行其参数辨识用算法辨识来进行其参数辨识,从而达到建立动态模型的目的。从而达到建立动态模型的目的。第8页/共102页利用利用BPBP神经网络技术神经网络技术进行油井流入动态分析方法研究进行油井流入动态分析方法研究 将油井流入动态视为将油井流入动态视为非线性动态系统非线性动态系统,用神经网络用神经网络预测油井产量随井底流压的变化情况预测油井产量随井底流压的变化情况,建立油井流入动建立油井流入动态的神经
9、网络模型态的神经网络模型,从而进行油井的流入动态分析从而进行油井的流入动态分析;该方法不需建立描述油井流入动态的复杂数学模型该方法不需建立描述油井流入动态的复杂数学模型,其变量的内在关系归结为相应的网络参数其变量的内在关系归结为相应的网络参数,只需对其动只需对其动态系统的输入输出进行网络训练就可建立神经网络预测态系统的输入输出进行网络训练就可建立神经网络预测模型。模型。参考文献:陈军斌等,利用参考文献:陈军斌等,利用BP BP 网络技术进行油井流入动态分析方法网络技术进行油井流入动态分析方法研究,西安石油学院学报研究,西安石油学院学报(自然科学版自然科学版),2002 2002 年年11 11
10、 月,第月,第1717卷第卷第6 6期期 IPRIPR研究方法研究方法 第9页/共102页IPRIPR研究方法研究方法 利用利用模拟退火算法模拟退火算法进行油井流入动态研究进行油井流入动态研究 VogelVogel曲线曲线仅限于产水少或不产水的井,而且提出通用仅限于产水少或不产水的井,而且提出通用方程时有很多假设条件;方程时有很多假设条件;StandingStanding方法方法由于要求知道油层由于要求知道油层的体积系数、原油粘度和相对渗透率,难于应用;的体积系数、原油粘度和相对渗透率,难于应用;陈元千陈元千推导的曲线通式虽然考虑了采出程度和油井不完善性的影推导的曲线通式虽然考虑了采出程度和油
11、井不完善性的影响,但也仅适用于低含水率的油藏;响,但也仅适用于低含水率的油藏;近年来近年来,越来越多的稳定试井资料证实越来越多的稳定试井资料证实,注水保持压注水保持压力开发的油田力开发的油田,当当井底流压低于饱和压力井底流压低于饱和压力以后以后,由于井底附由于井底附近油层渗流条件发生了变化近油层渗流条件发生了变化,指示曲线向压力轴偏转指示曲线向压力轴偏转,产产量出现最大点量出现最大点,此时就不能用达西公式和此时就不能用达西公式和Vogel Vogel 方程来计方程来计算油井的产量。因此算油井的产量。因此,需找到一种非数值的方法进行油井需找到一种非数值的方法进行油井的流入动态研究。的流入动态研究
12、。第10页/共102页IPRIPR研究方法研究方法 利用利用模拟退火算法模拟退火算法进行油井流入动态研究进行油井流入动态研究 模拟退火算法源于对固体退火过程的模拟模拟退火算法源于对固体退火过程的模拟,固体退固体退火是先将固体加热至熔化火是先将固体加热至熔化,再徐徐冷却使之凝固成规整再徐徐冷却使之凝固成规整晶体的热力学过程。晶体的热力学过程。利用模拟退火方法进行油井流入动态研究时利用模拟退火方法进行油井流入动态研究时不需要不需要把单相流和多相流分开处理把单相流和多相流分开处理,适用范围较广适用范围较广;该方法该方法无无任何前提假设条件任何前提假设条件,比比VogelVogel方法优越。方法优越。
13、参考文献:陈军斌等,利用模拟退火算法进行油井流入动态研究,参考文献:陈军斌等,利用模拟退火算法进行油井流入动态研究,数学的实践与认识,数学的实践与认识,20032003年年7 7月,第月,第3333卷第卷第7 7期期第11页/共102页IPRIPR的应用范围(作用)的应用范围(作用)确定油气井合理产能确定油气井合理产能预测产量预测产量制定油气井最优工作制度制定油气井最优工作制度分析、评价油气井动态分析、评价油气井动态确定井底合理流压确定井底合理流压确定启动压力确定启动压力确定地层压力确定地层压力确定地层污染情况确定地层污染情况确定油井的流动效率和沃格参数及饱和压力确定油井的流动效率和沃格参数及
14、饱和压力第12页/共102页一、单相液体流入动态(基于达西定律)供给边缘压力不变圆形地层中心一口井的产量公式为:(1-1)圆形封闭油藏,拟稳态条件下的油井产量公式为:(1-2)第13页/共102页图1-2 泄油面积形状与油井的位置系数对于非圆形封闭泄油面积的油井产量公式,可根据泄油面积和油井位置进行校正。第14页/共102页采油采油(液液)指数指数:单位生产压差下的油井产油(液)量,反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。单相流动时,油层物性及流体性质基本不随压力变化,产量公式可表示为:第15页/共102页采油指数J的获得:油藏参数计算 试井资料:测得35个
15、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 对于单相液体流动的直线型IPR曲线,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,或油井IPR曲线斜率的负倒数。注意事项:对于多相流动的非直线型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,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。第16页/共102页当油井产量很高时井底附近将出现非达西渗流非达西渗流:胶结地层的紊流速度系数:非胶结地层紊流
16、速度系数:第17页/共102页二、油气两相渗流时的流入动态o、Bo、Kro都是压力的函数。用上述方法绘制IPR曲线十分繁琐。通常结合生产资料来绘制通常结合生产资料来绘制IPRIPR曲线。曲线。平面径向流,直井油气两相渗流时油井产量公式为:(一)垂直井油气两相渗流时的流入动态第18页/共102页1.1.Vogel Vogel 方法方法 假设条件:a.圆形封闭油藏,油井位于中心;b.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。第19页/共102页Vogel方程图
17、1-3 Vogel 曲线第20页/共102页 a.计算c.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线。b.给定不同流压,计算相应的产量:已知地层压力和一个工作点:已知地层压力和一个工作点:利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤第21页/共102页 油藏压力未知,已知两个工作点油藏压力未知,已知两个工作点a.油藏平均压力的确定 b.计算d.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线c.给定不同流压,计算相应的产量第22页/共102页Vogel曲线与数值模拟IPR曲线的对比a.按Vogel方程计算的IPR曲线,最大误差出现在用小生产压差下的测试资料来预测最大产量。一般,误差低于5。虽然,随着采
18、出程度的增加,到开采末期误差上升到20,但其绝对值却很小。b.如果用测试点的资料按直线外推时,最大误差可达 7080,只是在开采末期约30%。C.采出程度N对油井流入动态影响大,而kh/、B0、k、S0等参数对其影响不大。图1-4 不同方法计算的油井IPR曲线1-用测试点按直线外推;2-计算机计算的;3-用Vogel方程计算的第23页/共102页2.费特柯维奇方法溶解气驱油藏:假设 与压力 成直线关系,则:第24页/共102页式中:则:令:当 时:所以:第25页/共102页3.非完善井Vogel方程的修正油水井的非完善性:打开性质不完善;如射孔完成 打开程度不完善;如未全部钻穿油层 打开程度和
19、打开性质双重不完善 油层受到损害 酸化、压裂等措施改变油井的完善性,从而增加或降低井底附近的压力降,影响油井流入动态关系。第26页/共102页 图1-5 完善井和非完善井周围 的压力分布示意图第27页/共102页完善井:非完善井:令:非完善井附加压力降:则:第28页/共102页油井的流动效率(FE):油井的理想生产压差与实际生产压差之比。油层受污染的或不完善井,完善井,增产措施后的超完善井,第29页/共102页利用流动效率计算非完善直井流入动态的方法图1-6 Standing 无因次IPR曲线 Standing方法(FE=0.51.5),扩大了 Vogel的使用范围,可以适用于那些污阻井或经过
20、增产措施的井第30页/共102页StandingStanding方法计算不完善井IPRIPR曲线的步骤:a.根据已知Pr和Pwf计算在FE=1时最大产量b.预测不同流压下的产量c.根据计算结果绘制IPR曲线第31页/共102页 Harrison方法 提供了FE=1 2.5的无因次IPR曲线,扩大了Standing曲线的范围,它可用来计算高流动效率井的IPR曲线和预测低流压下的产量。图1-7 Harrison无因次IPR曲线(FE1)第32页/共102页b.求FE对应的最大产量,即Pwf=0时的产量HarrisonHarrison方法计算超完善井IPRIPR曲线的步骤:a.计算FE=1时的qom
21、ax(FE=1)先求Pwf/Pr,然后查图1-7中对应的FE曲线上的相应值qo/qomax(FE=1)。则c.计算不同流压下的产量d.根据计算结果绘制IPR曲线第33页/共102页(1)(1)常规的水平井常规的水平井IPRIPR计算方法计算方法ChengCheng方程方程 ,4.斜井和水平井的IPR曲线 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。第34页/共102页 BendakhliaBendakhlia方程方程 ,BendakhliaB
22、endakhlia等用两种三维三相等用两种三维三相黑油模拟器黑油模拟器研究了多种情况下溶解研究了多种情况下溶解气驱油藏中气驱油藏中水平井水平井的流入动态关系,得到了不同条件下的的流入动态关系,得到了不同条件下的IPRIPR曲曲线。结果表明:早期线。结果表明:早期IPRIPR曲线近乎于直线,随采出程度增加,曲曲线近乎于直线,随采出程度增加,曲度增加;接近衰竭时曲度减小。度增加;接近衰竭时曲度减小。第35页/共102页(2)(2)水平井稳态产能方程水平井稳态产能方程 ,BorisovBorisov公式公式GigerGiger公式公式假设供给边界为椭圆,井内无阻力的条件下得到的。假设供给边界为椭圆,
23、井内无阻力的条件下得到的。若水平井长度若水平井长度LrLreheh,而椭圆形供给边界的长短轴又,而椭圆形供给边界的长短轴又近似相等,即近似相等,即rehab时。时。第36页/共102页(3)(3)水平井拟稳态产能方程水平井拟稳态产能方程 ,假定油藏在所有方向上都是有封闭边界的,而且水平井的位置在矩形的有界泄油面积中是任意的。这些方法的差别在于所用数学解法和边界条件不同,但三种方法计算的产量差别很小。Mutalik、Godbole和和Joshi产能方程产能方程 Mutalik等人的修正公式等人的修正公式Economides、Brand和和Frick水平井方程水平井方程第37页/共102页(4)(
24、4)部分射开的水平井流入动态部分射开的水平井流入动态 (5)(5)定向井的定向井的IPRIPR曲线曲线缺点是方程没有归一化缺点是方程没有归一化 第38页/共102页5.5.新型油井流入动态新型油井流入动态注水保持压力开注水保持压力开发的油田,发的油田,当井当井底流压低于饱和底流压低于饱和压力以后压力以后,由于,由于井底附近油层中井底附近油层中渗流条件发生变渗流条件发生变化,指示曲线向化,指示曲线向压力轴偏转,并压力轴偏转,并出现出现最大产量点最大产量点第39页/共102页IPRIPR曲线拐点因素分析曲线拐点因素分析:根据达西渗流定律,在某一瞬时油井的产量为:根据达西渗流定律,在某一瞬时油井的产
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