使水平井注入／采油剖面均匀的新IOR技术.docx

1、使水平井注入/采油剖面均匀的新IOR技术摘要：沿着水平井筒流量的不均匀分布导致驱替过程中水/气锥进、水/气早期突破。对于注入井来说，沿着水平井筒的注入流量剖面造成波及效率低并且未波及到的油层面积大。在本项研究工作中，提出了在防砂和不防砂情况下改变沿着整个水平井筒的流量分布，以便调整沿着水平井筒的流量。不均勾的流量剖面是沿着衬管或防砂装置上的间隔不均匀割缝或孔眼造成的。建立了用于水平井内和周围流动的解析模型，沿着这些水平井筒衬管或防砂装置上有间隔不均匀割缝或孔眼。该模型把井内和该井周围油层内的流动联系起来了。该解析模型提供了适用于沿着注入/采油水平井筒衬管或筛管的割缝/孔眼的显示方程式。本文讨论

2、了在防砂或不防砂情况下用该模型设计水平注入/采油井的情况。在巴西陆上和海上一些油田成功地应用了这一技术，在这些油田水平采油井中下了特殊钻孔或割缝的衬管。目的是使沿着水平采油井或注入井筒的流量均匀，以便延缓气和水锥进并且提高波及效率。用解析模型计算了变化的割缝/孔眼密度，并且在一些井中采用了这一计算选择方案。一、引言Petrobras用水平井开发巴西陆上和海上的许多油田，这些水平井钻入油层的水平井段长度为20007000英尺。通常在非胶结砂岩中完成的井中安装防砂系统（一般采用裸眼砾石充填完井方式）。在低渗透碳酸盐岩中，常常在井中下钻孔的衬管，并且对井进行酸化，以便以经济的产量进行开采。许多作者发

3、表了有关沿着水平井筒压降及其对流量的影响的技术文。图1示出了沿着水平井筒的典型流量分布。根据文献，水平井跟部附近的流量远远高于趾部附近的流量。因为沿着水平井筒出现了压降，所以出现了这种情况，造成水平井跟部压降较大。图2示出了裸眼砾石充填水平井压力剖面的例子。在附录A中讨论了简化术学模型。尽管如此，在需要进行酸化作业的情况下，还是需要沿着水平井筒的均匀流量剖面，目的不但是为了附录A附录A1控制方程紊流中动量平衡经验方程是：玄=堡.=324垣dxDD，式中水力阻力系数是雷诺数的函数:x.pvD£0.0791(Al)(A2)平均/中“注入井.油藏”压降和通过平均/中钻孔孔眼的流量之间的另一

4、个相互关系是：_0.81团心-CW式中编=2n(A3)(A4)通过试验得到了适用于带有均匀孔眼分布的管子的方程（A-3）。假定相互关系（方程（A.3）对于具有无限小长度Ax的任何管段都适用.在这种情况下，能够建立该井每个点x的压降和速率的关系:0.81pQ"(x)C沁(A-5)式中Ap是井筒压力和油藏压力之间的压差。值得提一下，方程（Al）和（A2）假定了对流速的二次压力损失相关性，这一流速对形成的紊流是有代表性的。井的体积守恒定律是：霎=-。必（x）N（x）（A-6）方程（A-l、A-2）、（A-5）和（A-6）组成了用于未知数p、Q和。顽（x）的3个常微分方程组。写出来自动量平衡

5、方程（A-l、A-2）的窜流量Q和通过钻孔孔眼（来自方程（A-5）的流量的表达式并且把这两种流量的表达式代入体积守恒定律（方程（A-6），得到了:Ds治V3.24fpdxdx虹-器5冲）(A-7)方程（A.6）是沿着井未知压力分布p（x）d的二阶常微分方程。模型（方程（A.7）的进一步改进是把因为岩石中的达西渗流造成的外井壁和油藏之间的Dupui压降包括进去了；该方程式与方程（B-6）相似.附录B1通过圆孔眼流出进入半空间假定了球面对称并且提出了有关球形“井”和“等高线”的边界条件.尸=3P=P*r=Rc：P=P*体积流量为：(B-1)Q=4/恤x"dr(B-2)分离常微分方程（Bl

6、）中的变量，得到：等高线半径大大地超过了井半径，（11）NRc）并且能够忽略括号中的第二项：(B-3)Qp1A；2_=85rw让我们写出来自球形流方程（B.3）和管子中流方程（Al、2）的流量的表达式:Q=Ap（B-4）A并且V3.24Vdx*使x=L时管子中的流量和孔隙介质中的流量相等，得到出口边界条件:D5dpV3.24Vdx*使x=L时管子中的流量和孔隙介质中的流量相等，得到出口边界条件:D5dp(B-5)3.24fpdx|_A4ndrwz、%(P-Pg)(B-6)附录C边界值问题/条件出口边界条件与给定注入量对应根据方程（A.l、A-2）得出:工(C-l)(C-l)3.24fpdxdp

7、=3.24疾2方程（Cl）是常微分方程（A7）的第二类条件.使x=L时管子中的流量和孔隙介质中的球形流量相等，得到了出口边界条件:。5dp3.24皿石-2(P-Pf)(C-2)方程（B.6）是常微分方程（A.7）的第三类边界条件.边界条件（方程（Al）和（A.2）决定了沿着井未知压力分布p（x）的常微分方程（A-7）的唯一和稳定解.附录D钻孔孔眼密度的计算我们想要确定每个井长度单位的恒定流量q的流态.华=-。奶（x）N（x）=q=const（D-l）ax尸用方程（D4）能够计算沿着考虑到边界条件（方程（Cl）井的窜流量分布:0x）=9-舛（D2）把方程（61）代入方程（A.l、A.2），得到压

8、力分布方程式：P（x）=Pl葺普（03-（0-疣（D.3）能够从外边界条件（方程（C-2）中找到常数pl.计算井出口处的压力梯度x=L:虫（X=£）=3.24左（Q了吐（D-4）dxD5(D-5)并且把以上方程代入方程（C2）,得到:47ikrw把常数Pl表达式（方程（A5）代入方程（D3）,得到了沿着井的最后压力分布方程式：Ax）=PfW一*）3-（Q-"）町（D"）通过把方程（A6）代入方程（A.5）找到了通过单个钻孔孔眼的注入量:5扇每5不"(D-7)最后得到了沿着井的钻孔孔眼分布:N(x)=2。次(x)略牌徜SEW)"0.9V/P(D-

9、8)金佩强编译自SPE99343延缓水和气锥进，而且还是为了在一次作业中对整个水平井段实施增产增注措施。图1沿着水平井筒的典型流量分布图2沿着裸眼砾石充填水平井筒的压力剖面近10年以来，研究出并且发表了消除水平井采油/注入剖面上的井筒摩擦效应的可供选择方法。Brekke和Lien提出用插入管改变从水平井段跟部到中部最大压降点的位置。Jansen介绍了一个数学解析模型以便描述沿着有两个中间流动进入点的水平井段的流动分布。图3衬管或筛管上孔眼的不均匀分布Hansen和Nederveen描述了用不注水泥固结的衬管完井和增产的技术,该衬管上预先钻的孔眼数量是有限的。通过限制孔眼的数量，获得了阻流器效应

10、并且获得了衬管内外之间的压降。沿着水平井筒的衬管上孔眼的不均匀分布（以大部分钻孔孔眼位于趾部附近的方式）（图3）补偿了沿着衬管的压降，提供了均匀流动剖面（图4）。（2）由于衬管上钻孔孔眼不均匀分布形成的均匀流量本文介绍了在巴西Campos盆地和Solimoes盆地油田使用带有钻孔孔眼衬管得到的结果，这些衬管上的孔眼是数量有限的并且是不均匀的。本文介绍了衬管设计和从化学示踪剂记录中观察到的流动剖面。还讨论了带有控制的流入钻孔孔眼分布的衬管对气油比的影响。二、模型描述1假设假定衬管内的流动是单相，等温和紊流的。可以认为单相假设是对多相流的合理近似，认为多相流是具有平均性质的均质流体相，沿着水平衬管

11、流动。像Dikken详细描述的那样，紊流假设在大部分实际情况中是有代表性的。为了把方程扩展应用到层流，必须重新定义摩擦系数（附录A到D）。2模型方程基本模型包括沿着衬管摩擦压力的方程（1）和跨越钻孔孔眼压降的方程(2):(1)(2)dp=2fpv20,0791"洌一CW压降是衬管中压力p（x）和油藏压力之间的差。推导出以下边界条件，假定在井后面存在球形流（附录C）:少dp4nkrwJ(3)(3)ar芯;（P-P*）3.24Fpdx_dQ/dx不变的条件代表沿着衬管的均匀流动剖面。因此，计算注入流量进入油藏情况下的衬管上钻孔孔眼分布N(x)(孔眼/米)的方程为(详见附录D):N(x)=

12、1q/(4)也件*a"0.91/P式中L是衬管长度，d是钻孔孔眼直径，P是密度，Qi是总注入量，q是每个长度单位的流量，Cd是流量系数。在附录A到D中能够找到详细推导过程。三、矿场应用1灰岩油藏中的带有钻孔孔眼的衬管(1)LI.18井：根据酸化数据校准模型通常对在低渗透碳酸盐岩中完成的水平井要进行酸化作业。在这种情况下，带有控制的钻孔孔眼分布的衬管允许在一次作业中对长水平井段实施增产措施，并且将保证在开采过程中获得均匀流动剖面。用带有控制的钻孔孔眼分布的衬管，在LI.18井进行了首次酸化作业。图5示出了沿着2050英尺(625米)衬管的钻孔孔眼分布。7OCeoo200V8eooSO&

13、#169;-<OC3OC2OC图5LI-18井钻孔孔眼分布为了以20桶/分流量进行酸化作业，对衬管进行了设计。模拟器估算的井底压力为3670磅/平方英寸。像在图6中能够看到的那样，在酸化作业过程中观测的井底压力为3500磅/平方英寸。模拟器估算值与矿场观测结.果吻合得很好。(2)BD.18井：从化学示踪剂数据中得到的采油剖面BD-18水平井是在低渗透碳酸盐岩储集岩中完井的，计划对该井进行酸化作业。水平井段长6600英尺(2200米),对控制的注入钻孔孔眼进行了设计，以便仅在一个泵送阶段完成整个作业。咒SfC0Timefminl方.图6LI-18井：酸化作业流量图在图5中示出了控制的钻孔孔

14、眼分布的标准设计，这一设计也适用于Campos盆地BDl8井。像在图7中观察到的那样，把衬管设计成，在6600英尺（2200米）长水平井段上分布465个钻孔孔眼。在沿着衬管的7个点注入了化学示踪剂，以便检验酸化作业后油藏中的流动剖面（见图8）。5DOYSO*0038300250200ISO1OOSO500lOOOISOO2000sooLmJ图7BD-18井衬管钻孔孔眼分布-CTrnc3-CTrac02CTiac03-W-CTrac04CTrac0tCTroc0eCTrac0-»-Tim*Aft«*9t,，offl«wB«ch两763541图8酸化作业后B

15、D-18井示踪剂浓度结果中外科技情报在示踪剂浓度图下面，示出了每种示踪剂的相对位置（从跟部到趾部）。通过定量分析，能够观测到在整个水平井段上都采出了示踪剂。2在防砂水平井中的应用（1）LUC-50和LUC.52井：分散割缝衬管的例子在巴西Solimoes盆地LUC-50和LUC-52井中首次采用了带有独立使用防砂装置的分散水平井完井方式。在这些井的水平井段（850英尺（260米）下了割缝衬管。设计的割缝数量和分布的估算流量为1200桶/日。图9示出了取自LUC油田的一些砂岩岩样的筛分分析结果。图9LUC油田砂岩岩样的标准筛分分析割缝的设计宽度为0.014英寸（0.35毫米），长度为100毫米。

16、制造商把中心管最大流动面积固定为4.5%,以便保持其机械强度。图10示出了沿着LUC.52井水平井段的割缝分布。S-A-S5IU0-2C二图10LUC-52井衬管的割缝分布LUC油田有一个带有大气顶的砂岩油藏。在LUC-50和LUC.52井采用控制的钻孔孔眼衬管的主要目的是避免提前采出气（因为油气在井跟部附近会聚）。LUC-50和LUC.52井的生产时间长得不足以把GOR与在同一层中完井的常规水平井进行很好的比较；但是，如果与等效采出原油体积进行比较,常规水平井的GOR比LUC-50和LUC.52井的高。只要沿着水平井的分散流量的优点之一是延缓气锥进，便能够预计到这一效果。在图11中示出了与该

17、油田平均GOR比较的LUC-50和LUC.52井的GOR数据。图11在采出原油体积相同的情况下，下入控制的钻孔孔眼衬管的井（LUC-50和LUC52井）和常规水平井（平均GOR）之间GOR的比较（2）MLS油田：采用带有控制的钻孔孔眼中心管的佛管的砾石充填完井实例研究在Campos盆地弱胶结砂岩中采用的标准完井方式包括采用优质或挠丝儒管。置入砾石的方法是所谓的“水充填”（“waterpack”），在该过程中以两个波阶段（叫做“alpha”和“beta”波）把支撑剂泵入井内。在Campos盆地试验的下一个流入控制方法是采用分散型防砂筛管的砾石充填。进行了初步研究，以便验证在“alpha”波期间，

18、以低于地层破裂压力泵入砾石的可行性。在图12中示出了用于MLS油田的标准中心管分散孔眼分布。图12用于MLS油田的防砂筛管中心管设计用SimGPH软件进行的计算模拟表明了用为MLS油田提出的分散中心管筛管进行砾石充填的可行性。在图13中示出了泵送压力模拟结果。能够注意到，在低于地层破裂压力下能够以5.5桶/分的流量泵送。图14示出了在“alpha”和“beta”波期间的井底压力动态。能够观察到，在“beta”波结束时压力升高，但是压力升高的幅度在操作限制值（地层破裂压力）以下。图13在MLS油田采用分散中心管筛管进行砾石填充情况下泵送压力模拟结果（来自SimGPH软件）图14在MLS油田采用分散中心管筛管进行砾石填充情况下泵送压力模拟结果，表明在“beta”波结束时压力升高（来自SimGPH软件）四、结论成功地应用控制的钻孔孔眼技术使沿着水平井筒流动均匀，以便以更有效的方式对油藏采取增产措施并且延缓开采过程中的水和气锥进。在对于巴西Campos盆地海上油田碳酸盐岩实施增产措施过程中使用分散钻孔孔眼衬管证明是有效的。酸化作业操作时间从48个小时（