第一章油井流入動態(tài)01

1、主講：張公社（教授）單位：長江大學(xué)石油工程學(xué)院單位：長江大學(xué)石油工程學(xué)院緒緒 論論1.采油工程采油工程課程概況課程概況2. 課程學(xué)習(xí)內(nèi)容課程學(xué)習(xí)內(nèi)容3. 課程特點(diǎn)課程特點(diǎn)4. 學(xué)習(xí)方法與要求學(xué)習(xí)方法與要求油田開發(fā)是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，采油工程是其重油田開發(fā)是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，采油工程是其重要的組成部分和實(shí)施的核心，是油田開采過程中根據(jù)開發(fā)要的組成部分和實(shí)施的核心，是油田開采過程中根據(jù)開發(fā)目標(biāo)通過產(chǎn)油井和注入井對油藏采取的目標(biāo)通過產(chǎn)油井和注入井對油藏采取的各項(xiàng)工程技術(shù)措施各項(xiàng)工程技術(shù)措施。要要求求經(jīng)濟(jì)有效經(jīng)濟(jì)有效，可以可以提高油井產(chǎn)量和原油采收率提高油井產(chǎn)量和原油采收率1 課程概況

2、課程概況油藏地質(zhì)研究油藏工程設(shè)計(jì)采油工程設(shè)計(jì)鉆井工程設(shè)計(jì)地面工程設(shè)計(jì)總體經(jīng)濟(jì)評價總體方案決策與制定油田開發(fā)總體建設(shè)方案油氣暢流入井實(shí)現(xiàn)有效舉升地面計(jì)量和分離經(jīng)濟(jì)有效地提高油井產(chǎn)量和原油采收率掌握采油工程基本概念和理論；分析和解決實(shí)際工程問題各項(xiàng)工程技術(shù)措施的各項(xiàng)工程技術(shù)措施的理論理論、工程設(shè)計(jì)方法及實(shí)施技術(shù)工程設(shè)計(jì)方法及實(shí)施技術(shù)。2. 課程內(nèi)容簡介課程內(nèi)容簡介采油方法增產(chǎn)措施及生產(chǎn)管理自噴采油氣舉采油有桿泵采油無桿泵采油注水酸處理砂、蠟、水、稠、低工作原理工作原理設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算方法方法工程設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì) 分分 析析水力壓裂采油工程課程內(nèi)容體系(10章內(nèi)容)第一章 油井流入動態(tài)與井筒多相流動計(jì)算

3、第二章 自噴與氣舉采油第三章 有桿泵采油第四章 無桿泵采油第五章 注水第六章 水力壓裂技術(shù)第七章 酸處理技術(shù)第八章 復(fù)雜條件下的開采技術(shù)第九章 完井方案設(shè)計(jì)與試油第十章 采油工程方案設(shè)計(jì)概要3. 課程特點(diǎn)課程特點(diǎn)特點(diǎn)工程廣/雜上課認(rèn)真聽講、不遲到早退、不曠課、關(guān)閉手機(jī)課外作業(yè)成績=平時20%+考試80%課堂筆記4. 學(xué)習(xí)方法與要求學(xué)習(xí)方法與要求主要內(nèi)容： 油井流入動態(tài)井筒氣液兩相流基本理論氣液兩相管流實(shí)用計(jì)算方法油井生產(chǎn)系統(tǒng)組成油層到井底的流動(地層滲流)井底到井口的流動(井筒多相管流)井口到分離器(地面水平或傾斜管流)油井生產(chǎn)的三個基本流動過程氣液兩相流基本理論油井流入動態(tài)第一節(jié) 油井流入動

4、態(tài)（IPR曲線） 油井流入動態(tài)： 油井產(chǎn)量(qo) 與井底流動壓力(pwf) 的關(guān)系，反映了油藏向該井供油的能力?；靖拍钣途魅雱討B(tài)曲線： 表示產(chǎn)量與流壓關(guān)系的曲線，簡稱IPR曲線。 Inflow Performance Relationship CurveIPR曲線基本形狀與油藏驅(qū)動類型驅(qū)動類型有關(guān)。即使在同一驅(qū)動方式下，還將取決于油藏壓力、油層厚度、滲透率及流體物理性質(zhì)等。prqomax圖圖1-1 典型的流入動態(tài)曲線典型的流入動態(tài)曲線直線型：直線型：PwfPb,單相滲流（水驅(qū)）單相滲流（水驅(qū)）曲線型：曲線型：PRPb,兩兩相流，溶相流，溶解氣驅(qū)解氣驅(qū)復(fù)合型：復(fù)合型： PwfPb 1) )

5、 1(maxFEqqoo圖 2 - 7 H a r r i s o n無 因 次 I P R曲 線 ( F E 1 )wfrwfrppFEooppppFEeqqrwf2 . 02 . 1)792. 1 (1max) 1max() 1max(/FEoooFEoqqqq HarrisonHarrison方法可用來計(jì)算高流動效率井的方法可用來計(jì)算高流動效率井的IPRIPR曲線和預(yù)測低流壓下的產(chǎn)量。其計(jì)算步驟曲線和預(yù)測低流壓下的產(chǎn)量。其計(jì)算步驟如下：如下：a.計(jì)算FE=1時的qomax 先求先求pwf/pr，然后查圖然后查圖1-7中對應(yīng)的中對應(yīng)的FE曲線上的相應(yīng)曲線上的相應(yīng)值值 qo/qomax(FE

6、=1)，則則1max1maxFEooFEooqqqqb.計(jì)算不同流壓下的產(chǎn)量c.根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制IPR曲線d.求FE對應(yīng)的最大產(chǎn)量，即pwf=0時的產(chǎn)量1maxmax1maxmaxFEoFEoFEoFEoqqqq 2pCpBAq (二)斜井和水平井的IPR曲線1990年，Cheng對溶解氣驅(qū)油藏中斜井和水平井進(jìn)行了數(shù)值模擬，并用回歸的方法得到了類似Vogel方程的不同井斜角井的IPR回歸方程：p=pwf/pr； q=qo/qomax ；A、B、C為取決于井斜角的系數(shù)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：使用簡單，僅需一組測點(diǎn)，便可得使用簡單，僅需一組測點(diǎn)，便可得IPR曲線曲線缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：方程沒有歸一化，方程沒有歸一化，

7、00maxorwfoowfqppqqp時，；時，19891989年，年，BendakhliaBendakhlia等用兩種三維三相黑油等用兩種三維三相黑油模擬器研究了多種情況下溶解氣驅(qū)油藏中水平模擬器研究了多種情況下溶解氣驅(qū)油藏中水平井的流入動態(tài)關(guān)系。得到了不同條件下井的流入動態(tài)關(guān)系。得到了不同條件下IPRIPR曲曲線。線。 圖1-8 擬合的IPR曲線與實(shí)際曲線的對比 _擬合的IPR曲線,實(shí)際曲線曲線表明：早期的IPR曲線近似于直線,隨著采出程度增加,曲度增加,接近衰竭時曲度稍有減小。nrwfrwfooppvppvqq2max11Bendakhlia建議用以下公式來擬合IPR曲線圖： 圖1-9

8、參數(shù)v、n與采出程度之間的關(guān)系 IPR曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用油井流入動態(tài)反映了油藏向該井供油的能力。 根據(jù)測試資料確根據(jù)測試資料確定定IPR曲線。曲線。 根據(jù)根據(jù)IPR曲線確曲線確定流壓和產(chǎn)量的定流壓和產(chǎn)量的對應(yīng)關(guān)系。對應(yīng)關(guān)系。prqomaxdpBKrrkhqrwfppooroweo43ln2三、prpbpwf時的流入動態(tài)（1）基本公式 當(dāng)油藏壓力高于飽和壓力，而流動壓力低于飽和壓力時，油藏中將同時存在單相和兩相流動，擬穩(wěn)態(tài)條件下產(chǎn)量的一般計(jì)算表達(dá)式為:需要分需要分段積分段積分圖1-11 組合型IPR曲線（2）實(shí)用計(jì)算方法)( wfroppJq 當(dāng)Pwfpb時，由于油藏中全部為單相液體流動流入動

9、態(tài)公式為： (1)(brbppJq流壓等于飽和壓力時的產(chǎn)量為：)( 8 . 02 . 01 2bwfbwfcboppppqqq當(dāng)Pwfpb后，油藏中出現(xiàn)兩相流動流入動態(tài)公式為： (2)20.21.6wfoccwfbbpdqqqdppp owfdqJdp 0.21.6wfccbbpqJqpp 在 點(diǎn)，兩個導(dǎo)數(shù)相等，即：1.8bcJpq wfbpp即： 對(1)和(2)式求導(dǎo)得：8 . 1bcJpq )( 8 . 0)( 2 . 01 8 . 12bwfbwfbbropppppppqJ采油指數(shù)：)1(8.1brbppq將 代入得：1.8(1)bcrbqqpp/()brbJqpp（3）考慮流動效率組

10、合型IPR曲線計(jì)算方法直線段方程：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曲線段方

11、程：a點(diǎn)連續(xù)的條件是左導(dǎo)數(shù)=右導(dǎo)數(shù)，即：()FEjbrbqJpp其中，1.0wfbwfbwfFEwfwfwfppppdpdqdqJFEdpdpdp 2 0.21.6wfcwfbbpdqFEqFEdppp1.02() 0.21.6bFErrbcwfbbpppp FEdqFEqFEdppp左導(dǎo)數(shù)：右導(dǎo)數(shù)：1.02()0.21.6FErrbcbbppp FEJqpp1.0()0.2 1.6FEbcrrbbJpqppp FEp1.0()FErbqJpp1.021 0.2() 0.8() ()0.2 1.6wfwfFEbrrbbbbpppJppp FEppp則所以：()brrbpppp FE1.01.0

12、max()1.8FEFEbrbJPqJpp2max0()1 0.2()0.8() wfwfwfFEjFEjrbcbbpppqJppqpp1.0FEjFEJFE J0wfp(0)(1)wfrrrpppFEFE p其中其中當(dāng)時，有A-油相IPR曲線B-水相IPR曲線 C-油氣水三相綜合IPR曲線四、油氣水三相IPR 曲線Petrobras提出了計(jì)算三相流動IPR曲線的方法綜合IPR曲線的實(shí)質(zhì):是按含水率取純油IPR曲線和水IPR曲線的加權(quán)平均值。 圖1-12 油氣水三相IPR 曲線(一) 采液指數(shù)計(jì)算(由測試點(diǎn)確定曲線)已知 pr、pb和一個測試點(diǎn)(1) bwfpp)test()test()tes

13、t(wfrtlppqJ(2) bwfpp)test(2)test()test(maxoil8 . 02 . 01bwfbwfbobppppqqqq)test(waterwfrlppJqoilwater(test)1 (qfqfqwwt 圖1-12 油氣水三相IPR 曲線pwf(test)、qt(test) 產(chǎn)量按含水率加權(quán)平均：產(chǎn)量按含水率加權(quán)平均： )(8.1)1()test()test(wfrwbbrwtlppfApppfqJ2)test()test(8.02.01bwfbwfppppA (二) 某一產(chǎn)量qt下的流壓pwf計(jì)算(1)btqq 0ltrwfJqpp)water()oil()1

14、(wfwwfwwfpfpfpbobtbwfqqqqppmax)oil(80811125.0ltrwfJqpp)water()(80811)1 (125. 0maxbobtbwltrwwfqqqqpfJqpfpmaxotbqqq(2)流壓按含水率加權(quán)平均：流壓按含水率加權(quán)平均：lwqqtwfJfdqdpot98max因?yàn)椋簂wotlorwwfJfqqJqpfp) 98)()(maxmax所以：綜合IPR曲線的斜率可近似為常數(shù)maxmaxttoqqq(3) 圖1-12 油氣水三相IPR 曲線五、多層油藏油井流入動態(tài)（1）多油層油井流入動態(tài)圖1-13 多層油藏油井流入動態(tài)流壓低于流壓低于1414MP

15、aMPa后后，只有，只有第三個層第三個層工工作；流壓降低到作；流壓降低到1212MPaMPa和和1010MPaMPa后，后，則則I I層和層和IIII層陸續(xù)層陸續(xù)出油。出油?？偟目偟腎PRIPR曲曲線則是線則是分層的迭加分層的迭加。其特點(diǎn)是：隨著。其特點(diǎn)是：隨著流壓的降低，由于流壓的降低，由于參加工作的小層數(shù)參加工作的小層數(shù)增多，產(chǎn)量將大幅增多，產(chǎn)量將大幅度增加，采油指數(shù)度增加，采油指數(shù)也隨之增大。也隨之增大。（2）含水油井流入動態(tài)圖1-14 含水油井流入動態(tài)與含水變化 ( )soswPP 圖1-15 含水油井流入動態(tài)曲線 ( )swsoPP (1) 油井流入動態(tài)的物理意義;(2) 油井流入動

16、態(tài)研究主要有三種途徑： 基于Vogel、standing、 Harrison 、 Fetkovich、Petrobras等各種方法。 建立不同類型油藏和井底條件的滲流模型。 利用單井流入動態(tài)的油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)。(3) 油井流入動態(tài)是采油工程各項(xiàng)技術(shù)措施設(shè)計(jì)、分析與評價的依據(jù)。小小 結(jié)結(jié)第二節(jié) 井筒氣液兩相流動采油設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工況分析、油氣集采油設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工況分析、油氣集輸設(shè)計(jì)等都離不開輸設(shè)計(jì)等都離不開氣液兩相流氣液兩相流的理論與計(jì)的理論與計(jì)算方法算方法油氣是深埋于地下的流體礦藏，隨壓力的降油氣是深埋于地下的流體礦藏，隨壓力的降低，溶解氣將不斷從原油中逸出，因此，井低，溶解氣將不斷從原

17、油中逸出，因此，井筒中將不可避免地出現(xiàn)筒中將不可避免地出現(xiàn)油氣兩相流動油氣兩相流動；如果；如果油井含水，將出現(xiàn)油井含水，將出現(xiàn)油油-氣氣-水三相流動水三相流動,如果如果不考慮油水相界面，則應(yīng)用不考慮油水相界面，則應(yīng)用氣液兩相流氣液兩相流進(jìn)行進(jìn)行研究。研究。一、井筒氣液兩相流動的特性(一)氣液兩相流動與單相液流的比較流動型態(tài)（流動結(jié)構(gòu)、流型）： 流動過程中油、氣的分布狀態(tài)。流動過程中油、氣的分布狀態(tài)。(二)氣液混合物在垂直管中的流動結(jié)構(gòu)變化 純液流 當(dāng)井筒壓力大于飽和壓力時，當(dāng)井筒壓力大于飽和壓力時，天然氣溶解在原油中，產(chǎn)液呈單天然氣溶解在原油中，產(chǎn)液呈單相液流。相液流。影響流型的因素： 氣液體

18、積比、流速、氣液界面性質(zhì)等。氣液體積比、流速、氣液界面性質(zhì)等。圖圖1-17 1-17 油氣沿井筒噴出時的流型變化示意圖油氣沿井筒噴出時的流型變化示意圖純油流；純油流；泡流；泡流；段塞流；段塞流；環(huán)流；環(huán)流；霧流霧流泡流：泡流：井筒壓力稍低于飽和壓力時，井筒壓力稍低于飽和壓力時，溶解氣開始從油中分離出來，氣體都以小氣溶解氣開始從油中分離出來，氣體都以小氣泡分散在液相中。泡分散在液相中?；摤F(xiàn)象：滑脫現(xiàn)象： 混合流體流動過程中，由于流體間的密混合流體流動過程中，由于流體間的密度差異，引起的氣體（小密度流體）流速大度差異，引起的氣體（小密度流體）流速大于液體（大密度流體）流速的現(xiàn)象。于液體（大密度流

19、體）流速的現(xiàn)象。 如：油氣滑脫、氣液滑脫、油水滑脫等如：油氣滑脫、氣液滑脫、油水滑脫等特點(diǎn)特點(diǎn)：氣體是分散相，液體是連續(xù)相；氣體是分散相，液體是連續(xù)相； 氣體主要影響混合物密度，對摩擦阻力影響不大氣體主要影響混合物密度，對摩擦阻力影響不大 滑脫現(xiàn)象嚴(yán)重。滑脫現(xiàn)象嚴(yán)重。段塞流：當(dāng)混合物繼續(xù)向上流動，壓力逐漸當(dāng)混合物繼續(xù)向上流動，壓力逐漸降低，氣體不斷膨脹，小氣泡將合并成大氣泡，降低，氣體不斷膨脹，小氣泡將合并成大氣泡，直到能夠占據(jù)整個油管斷面時，井筒內(nèi)直到能夠占據(jù)整個油管斷面時，井筒內(nèi)將形成一段液一段氣的結(jié)構(gòu)。將形成一段液一段氣的結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：氣體呈分散相，液體呈連續(xù)相；氣體呈分散相，液體呈連續(xù)相； 一段氣一段液交替出現(xiàn)；一段氣一段液交替出現(xiàn)； 氣體膨脹能得到較好的利用；氣體膨脹能得到較好的利用； 滑脫損失變??；滑脫損失變??； 摩擦損失變大。摩擦損失變大。環(huán)流：油管中心是連續(xù)油管中心是連續(xù)的氣流而管壁為油環(huán)的流的氣流而管壁為油環(huán)的流動結(jié)構(gòu)。動結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：氣液兩相都是連續(xù)相；氣液兩相都是連續(xù)相；氣體舉油作用主要是靠摩擦攜帶；氣體舉油作用主要是靠摩擦攜帶； 摩擦損失變大。摩擦損失變大。霧流：氣體的體積流量增加到足氣體的體積流量增加到足夠大時，油管中內(nèi)流動的氣流芯子將夠大時，油管中內(nèi)流動的氣流芯子將變得很粗，沿管壁流動的油環(huán)變得很變得很粗，沿管壁流動的油環(huán)變得很薄，絕大部分油以小油滴