采油工程第1章

1、 采油工程采油工程教材：采油工程教材：采油工程 -李颖川等编李颖川等编Petroleum Production SystemsPetroleum Production Systems -M J.Economides -M J.Economides主讲主讲: : 郭建春、邓燕郭建春、邓燕学生：石油工程学生：石油工程0404联系方法：联系方法：DD绪 论 采油工程采油工程：为采出地下原油，采用的各项工：为采出地下原油，采用的各项工程技术措施的总称。程技术措施的总称。处于中心地位。处于中心地位。 任务任务：根据油田开发要求，科学地设计、控：根据油田开发要求，科学地设计、控制和管理生产井和注入井；采取

2、工艺技术措制和管理生产井和注入井；采取工艺技术措施，以提高油井产量和原油采收率、合理开施，以提高油井产量和原油采收率、合理开发油藏。发油藏。维持油井的高产稳产。维持油井的高产稳产。 目的目的：生产石油、收回投资、获利。：生产石油、收回投资、获利。 与钻井、完井工程、油藏工程和地面集输工与钻井、完井工程、油藏工程和地面集输工程紧密相关、交叉渗透。程紧密相关、交叉渗透。 特点特点：综合性、实践性、工艺性强。：综合性、实践性、工艺性强。本课程：n解决的问题：怎样把地下的原油拿出来。解决的问题：怎样把地下的原油拿出来。n目的：培养石油工程专业人才。目的：培养石油工程专业人才。n特点：系统性不强特点：系

3、统性不强, ,理论不成熟理论不成熟, ,内容多内容多, ,时间紧时间紧研究对象研究对象： 1、地层向井筒的流动、地层向井筒的流动 2、井底向井口的流动、井底向井口的流动 3、地面管线的流动、地面管线的流动4、自喷井的嘴流、自喷井的嘴流主要内容n自喷采油：利用天然能量开采。自喷采油：利用天然能量开采。n气举采油气举采油n有杆泵采油有杆泵采油n无杆泵采油无杆泵采油n注水注水n水力压裂水力压裂n酸化酸化（人工补充能量）（降低阻力） 连续气举 气 举 间歇气举 常规有杆泵 人工举升 利用抽油杆传递能量 (机械采油) 地面驱动螺杆泵 泵 电动潜油离心泵 利用电缆传递电能 举 电动潜油螺杆泵 水力活塞泵

4、利用液体传递能量 射流泵 涡轮泵n注水：利用液体携带、补充能量。注水：利用液体携带、补充能量。n水力压裂（水力压裂（hydraulic fracturinghydraulic fracturing） 是用压裂液使地层破裂形成裂缝。并在是用压裂液使地层破裂形成裂缝。并在缝内填以支撑剂。填砂裂缝的高渗透能力起缝内填以支撑剂。填砂裂缝的高渗透能力起到油井增产的作用。到油井增产的作用。 n酸化（酸化（acidizingacidizing） 是向油井挤入专门配制的酸液，依靠其是向油井挤入专门配制的酸液，依靠其化学溶蚀作用以解除油层污染和提高近井地化学溶蚀作用以解除油层污染和提高近井地带油层渗透率。带油层

5、渗透率。 压裂酸化（简称酸压，用于碳酸盐层）压裂酸化（简称酸压，用于碳酸盐层） 基质酸化（用于碳酸盐和砂岩地层）基质酸化（用于碳酸盐和砂岩地层）n1 1）油层）油层多孔介质；多孔介质；n2 2）完井）完井井眼结构发生改变的近井地带井眼结构发生改变的近井地带( (钻井、固井、完井和增产措施作业所致钻井、固井、完井和增产措施作业所致) )；n3 3）举升管柱）举升管柱垂直、倾斜或弯曲油管、垂直、倾斜或弯曲油管、套管或油、套管环形空间（井下油嘴和井套管或油、套管环形空间（井下油嘴和井下安全阀）；下安全阀）；n4 4）人工举升装置）人工举升装置用于补充人工能量的用于补充人工能量的深井泵或气举阀等；深井

6、泵或气举阀等；采油生产系统：采油生产系统：sepeppp总压降可分解为以下部分：总压降可分解为以下部分：地面管线油嘴油管柱完井段油层ppppppn5 5）井口阻件）井口阻件地面用于控制油井产量的地面用于控制油井产量的 油嘴、节流装置；油嘴、节流装置；n6 6）地面集油管线）地面集油管线水平、倾斜或起伏管水平、倾斜或起伏管 线；线；n7 7）计量站油气分离器。）计量站油气分离器。 油井系统总压降为：油井系统总压降为：第一章第一章 油井基本流动规律油井基本流动规律第一节第一节 油井流入动态油井流入动态一、单相原油流入动态一、单相原油流入动态1 1、垂直井单相油流、垂直井单相油流（1 1）定压边界的

7、稳定流产量公式）定压边界的稳定流产量公式C 单位换算系数，单位换算系数，P2表表1-1Pe=常数Pw )21(ln)(00SrrBPPhckqwewfroo ( 1-1 )对溶解气驱油藏对溶解气驱油藏, ,可由试井得可由试井得 , ,取代取代P Pe：PrPr 根据达西定律，定压边界圆形油层中心一口垂直井根据达西定律，定压边界圆形油层中心一口垂直井的稳态流动产量公式的稳态流动产量公式 :(2)(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式封闭边界拟稳态条件下的产量公式参见参见: : DAKE : Fundamentals of Reservoir EngineeringP eCPw 对于圆形封闭地层中心

8、一口井的对于圆形封闭地层中心一口井的拟稳态流动其产量拟稳态流动其产量 :S43rrlnB)pp(hCKqwe00wfr0o(1-1a)(3) (3) 非圆边界的产量公式非圆边界的产量公式A泄流面积；泄流面积；Cx值见值见P3 图图12 )(ln)(weo0SrrBPPhckqoowfe 2、 采油指数及入井动态)21(ln)(00SrrBPPckqwewfroo)21(ln)(SrrBPPhckqweoowfeoo)43(ln)(00SrrBPPckqwewfroo 可简化成：qo=Jo ( Pe -Pwf ) (1-2a) 或 qo=Jo ( - Pwf ) (1-2) 其中：PrPr)S2

9、1rr(lnBhCKJwe000o（1-3a）（1-3）)S43rr(lnBhCKJwe000o例：例： A井井 100吨吨/天天 B井井 80吨吨/天天 A井井 110吨吨/天天 B井井 120吨吨/天天如果如果 P Pwf wf ，则，则 P P ， q qA A ，q qB B 若若 q qB B q qA A ，则，则B B井产能大。井产能大。Pq 衡量产能: 采油指数(1) (1) 采油指数采油指数wfr00ppqJ（1-4）1P2P 采油指数采油指数: :油井日产量与生产压差的比值。油井日产量与生产压差的比值。 它表示单位生产压差下油井的日产量它表示单位生产压差下油井的日产量, ,

10、用以衡量油井的生产能力。用以衡量油井的生产能力。 则则wfrwoLPPqqJ ( 1-4a )产液指数产液指数如果油井既产油如果油井既产油, ,又产水又产水：)(/wfrSPPhqhJJ( 1-4b )比采油指数比采油指数：单位油层厚度上的采油指数：单位油层厚度上的采油指数。(2)(2)影响采油指数的因素影响采油指数的因素SrrBhckPPqJweooowfeoolnwwwooowewfeLLBkBkSrrchPPqJlnqo=Jo ( Pe -Pwf ) 采油指数反映了地层参数，反过来说，采油指数反映了地层参数，反过来说，地层参数影响采油指数。地层参数影响采油指数。（3 3） 入井动态关系曲

11、线入井动态关系曲线 入井动态关系 根据(1-2)式：qo =Jo(Pr-Pwf) 一般，在一定时期内： J=C（单相渗流）， Pr=C (1-2)式可写成 q = f (Pwf) 产量与井底流压的关系叫入井动态关系(IPR) Inflow Performance Relationship 描绘q=f(Pwf)的曲线叫入井动态关系曲线(IPR 曲线)。 PwfqPrJP*qPwf(4) (4) 确定入井动态曲线确定入井动态曲线2oowfrBqAqppS43rrlnhK2BAwe000wrhBB22204式中 A二项式层流系数,Pa/（m3/s）； B二项式紊流系数，Pa/（m3/s）2 原油密度

12、，kg/m3； 紊流速度系数，m-1。紊流速度系数，m-1。它表征岩石孔隙度结构对流体紊流的影响。由于岩石结构的复杂性，用经验公式估计： （1-6）式中 K地层渗透率， ；胶结地层，a= 1.906107 、b=1.201；非胶结砾石充填地层，a=1.08106 、b=0.55 bK/a2m 在系统试井时，如果在单相流动条件下出现非达西渗流，则可用图解法求得（1-5）中的系数A和B值。改变式（1-5）得： （1-5a） 与q0呈线性关系，其直线的斜率为B，截距为A。0/ )(qppwfr00BqAqppwfr3a（1-7） 油层渗透率各向异性系数，油层渗透率各向异性系数， （1-8）Kh、Kv

13、油层水平、垂向方向的渗透率；油层水平、垂向方向的渗透率； 长度为长度为L的水平井所形成的椭球形泄流的水平井所形成的椭球形泄流区域的长半轴；区域的长半轴；SrhlnLh/L/Laaln)B/(hCKJwhh2222200vhKK /42/25. 05 . 02LrLaeh(1-9)L水平井水平段长度(简称井长）；S水平井表皮系数；reh水平井的泄流半径 A水平井控制泄油面积，m2。式（1-7）中的泄流区域几何参数（如图1-3右图）要求满足以下条件 Lh 且L0,0,油井不完善油井不完善; 0,; 0,油井超完善。油井超完善。wfpwfpskpskpskpwfrskwfrwfrwfrppppppp

14、ppFE（1-12）完善井S=0或 FE=1；增产措施成功后的超完善井S1；油层受伤害的不完善的井 S0或FE1。ShCKBqpppoOoowfwfsk(1-13) 对于拟稳态流动，流动效率与表皮系数可近似表示为：S75. 0)r /rln(75. 0)r /rln(FEwewe（1-14） (适用范围：0.5FE1.52rwfrwf1FEmaxoopp8 . 0pp2 . 01qq （1-15）图1-8 Standing无因次IPR曲线FE)pp(ppwfrrwf(1-16)式中：应用Vogel方程时，用 取代 ; 取代Pwf则：wfp1maxFEoqmaxoq 图为按上述方程绘制的无因次I

15、PR曲线，其横坐标中的 是FE=1时的最大产量。即：1maxFEoqPrPrPr2 2r rw wf fr rw wf fo o1 1F FE Eo om ma ax xP PP P0 0. .8 8P PP P0 0. .2 21 1q qq q2 21 1F FE Eo om ma ax x1 14 41 11 1. .6 60 0. .8 81 14 41 11 1. .6 60 0. .2 21 13 30 0q qbrPP Pwf 13 11 9 7 5 3 1 0 Pwf 13.2 11.6 10 8.7 6.8 5.2 3.6 2.8 qo 10.55 30.00 47.40 6

16、2.44 75.30 86.04 94.48 97.89 2 2r rw wf fr rw wf f1 1F FE Eo om ma ax xo oP PP P0 0. .8 8P PP P0 0. .2 21 1q qq q (2) 预测不同流压下该井的产量求FE=0.8时不同 对应的 ，wfpwfp先根据：Pwf= -( -Pwf)FEPrPr得：然后由下式求相应的产量由此可作出IPR曲线 措施后：FE1，这时可能qoqomaxVogelVogel方程方程的范围是qo/qomax1；StandingStanding方程方程的适用范围是：0.5FE1.5；HarrisonHarrison无因

17、次无因次IPRIPR曲线曲线： 1.0FE2.5 已知： =13MPa， Pwf=11MPa，q0=30 m3/d, FE=2,作IPR曲线。解：(1)计算无因次压力PrPwf/ =11/13=0.8462Pr由P9图19,查FE=2.0曲线得:(qo/qomax)=0.49由 qomax=61.22m3/d 和(qoi/qomax)i求出各qo(6)作出:qo-Pwf的曲线maxmax.oooioiqqqq(1-18)(2)qomax=30/0.49=61.22 m3/d (3)假设若干个井底压力Pwfi,计算若干个(4)查不同 下对应的(qoi/qomax)i(5)根据Pwf/ PrPwf

18、/ Pr由 qomax=61.22m3/d 和(qoi/qomax)i求出各qo(6)作出:qo-Pwf的曲线maxmax.oooioiqqqq(1-18)(2)qomax=30/0.49=61.22 m3/d (3)假设若干个井底压力Pwfi,计算若干个(4)查不同 下对应的(qoi/qomax)i(5)根据Pwf/ PrPwf/ Pr 2 2b bw wf fb bw wf fv vP PP P0 0. .8 8P PP P0 0. .2 21 1q qq q(1)(1)当当P PwfwfPPb b, ,单相渗流，单相渗流，IPRIPR曲线为直线曲线为直线, , J= C , q J= C

19、 , qo o=J=Jo o( -P( -Pwfwf) ) Pr(2)(2)当当P PwfwfPPb b, ,地层两相渗流，地层两相渗流，IPRIPR曲线可用曲线可用VogelVogel方程计算。方程计算。 用用P Pb b代替代替VogelVogel方程中的方程中的 , ,用用q qv v代替代替q qomaxomax因此因此, ,曲线段方程为：曲线段方程为： Pr(1-17) ( (1 1. .1 19 9) ) P PP P0 0. .8 8P PP P0 0. .2 21 1q qq q q qq qq q2 2b bw wf fb bw wf fv vb bb bo oowfoJdP

20、dq对直线段对直线段: : 1 1. .8 8P PJ Jq qb bo ov v2 2b bv vb bwfwfo oP PwfwfP Pq q1.61.6P Pv vq q0.20.2dPdPdqdq对曲线段对曲线段: :在在Pwf = Pb点，两式相等，整理得：点，两式相等，整理得： 得出三个公式：得出三个公式： Pw f pb，用式（1-17）计算产量：)/(39.28)1518(464. 93dmppJqwfroopwf=7pb，用式（1-19）计算产量：)d/m(46.921378 . 01372 . 0135.6832.47322bwfbwfVbopp8 . 0pp2 . 01q

21、qq(4) 不同流压下的产量如下：不同流压下的产量如下：pwf， MPa 15 13 11 9 7 5 3 0q0 ， m3/d 28.4 47.3 65.0 80.0 92.5 102.3 109.6 115.7(5) 绘制绘制IPR曲线如图曲线如图1-10所示。所示。 8 8、FetkorishFetkorish经验公式经验公式 用指数式描述溶解气驱油藏油井的用指数式描述溶解气驱油藏油井的IPRIPR曲线曲线 nwfroppcq)(22（1-231-23） 确定确定c c和和n n值至少需要两值至少需要两个系统试井的测试点数据个系统试井的测试点数据（q qo o及及p pwfwf）。）。q

22、Pwf 将式（将式（1-231-23）与式（）与式（1-241-24）相除，）相除，得指数式无因次得指数式无因次IPRIPR方程：方程：n2rmaxopcq（1-241-24）n2rwfmaxoopp1qq（1-251-25）令令p pwfwf=0=0，最大产油量为：，最大产油量为：9.溶解气驱油藏斜井的流入动态 2maxrwfrwfooppCppBAqq(1-26)10.10.溶解气驱油藏水平井的流入动态溶解气驱油藏水平井的流入动态nrwfrwfooppVppVqq2max)1 (1(1-27)1.1.油气水三相渗流油井流入动态油气水三相渗流油井流入动态PetrobrasPetrobras根

23、据油流根据油流VogelVogel方程和已知采液方程和已知采液指数，导出油气水三相渗流时的指数，导出油气水三相渗流时的IPRIPR曲线（如曲线（如图图1-121-12）及流压和采液指数计算公式）及流压和采液指数计算公式: :)pp(JqbrLb8 . 1/pJqqbLbmaxo（1-28）（1-29）（1-30）)89/()/(maxmaxmaxwLorwLoLfJqpfJqq1qqqq8081p)f1 (125. 0JqpfbmaxobLbwLLrwPwf=LLrJqp LmaxowLLrwJqq)f89(Jqpf（1-31）(0qLqb)(qb qLqomax)(qomax qLqLmax

24、)qb原油饱和压力下的产液量；原油饱和压力下的产液量；qomax流压为零时的最大产油量；流压为零时的最大产油量；qLmax流压为零时的最大产液量；流压为零时的最大产液量；qL产液量；产液量； fw含水率；含水率； JL采液指数。采液指数。 测试时，如果测试时，如果 bwftestppwftestrLtestLppqJ wftestrwbbrwLtestLppfApppfqJ 8 . 112bwftestbwftestpp8 . 0pp2 . 01A如果如果 时时 bwftestpp式中：5.4m2 10MPa1.2m2 14MPa123(a)3.8 m2 12MPa多层油藏油井流入动态多层油藏

25、油井流入动态q，m3/d(b)141210P ,MPa 在流压开始低于在流压开始低于14MPa14MPa后，只有后，只有层工作；层工作；当流压降低到当流压降低到12MPa12MPa和和10MPa10MPa后，后，层和层和层陆续层陆续出油，总的出油，总的IPRIPR曲线是分层曲线是分层IPRIPR曲线的迭加。曲线的迭加。 其特点是：随流压的降低，因做贡献的小层其特点是：随流压的降低，因做贡献的小层数增多，产量大幅度增加，采油指数也随之增大。数增多，产量大幅度增加，采油指数也随之增大。0%含水 10040q, m3 /dq, m3 /dabcBAa-全井全井b-油层油层c-水层水层0qPr水水Pr

26、油油Pr全全PC含水% 300q, m3 /d压力液水油0q, m3 /da-全井全井b-油层油层c-水层水层q, m3 /d压力abcBAa-全井全井b-油层油层c-水层水层0qP？思考：若产水指数大于采油指数，含水率如何变化？思考：若产水指数大于采油指数，含水率如何变化？四、完井方式对油井流入动态的影响四、完井方式对油井流入动态的影响 射孔完井段压降射孔完井段压降仅考虑压实伤害，射孔段压降可简化为二项式：仅考虑压实伤害，射孔段压降可简化为二项式： 2opopwfwfsqBqAppp(1-32)(1-32)其中其中: : p pwfswfs油层岩面流压，油层岩面流压，MPaMPa； p pw

27、fwf 井底流压，井底流压，MPaMPa； q q0 0油井产量，油井产量，m m3 3/d/d；cppppprrhNLBB1110339. 022202017 (1-34)式中式中: :o o原油粘度，原油粘度，mPamPas s； B BO O原油体积系数，原油体积系数，m m3 3/ m/ m3 3； L Lp p孔眼长度，孔眼长度，m m； pcpppprrNhKLBAln84. 100（1-331-33） A Ap p射孔层流系数，射孔层流系数，MPa/MPa/（m m3 3/d/d）；）； B Bp p射孔紊流系数，射孔紊流系数，MPa/(mMPa/(m3 3/d)/d)2 2；

28、K Kp p孔眼压实环渗透率，孔眼压实环渗透率，1010-3-3 m m2 2； N N射孔密度，射孔密度，SPMSPM（m m-1-1）；）；h hp p射孔段厚度，射孔段厚度，m m；r rc c孔眼压实环半径，孔眼压实环半径， m m； r rp p孔眼半径，孔眼半径，m m；0 0原油密度，原油密度，kg/mkg/m3 3； p p射孔压实环紊流速度系数，射孔压实环紊流速度系数，m m-1-1。可。可用经验公式估计：用经验公式估计： 2.1101064.7ppK(1-35)(1-35)2. 2. 射孔射孔- -砾石充填完井段压降砾石充填完井段压降射孔射孔- -砾石充填完井段压降可用二项

29、式估计砾石充填完井段压降可用二项式估计: : A Ap p射孔层流系数射孔层流系数( (式式1-33) 1-33) ；B Bp p射孔紊流系数射孔紊流系数( (式式1-34) 1-34) ；A AG G砾石充填带层流系数，砾石充填带层流系数，MPa/(mMPa/(m3.3./d)/d)；2oGpoGpwfwfsq)BB(q)AA(ppp(1-36)(1-36)p2pG00GNhrKLB68.3A(1-37)(1-37)2242171036.1ppooGGhNrLBB(1-38)(1-38)B BG G砾石充填带紊流系数，砾石充填带紊流系数，MPa/(mMPa/(m3 3/d)/d)2 2；L

30、L砾石充填带径向距离，砾石充填带径向距离，m m。K KG G砾石渗透率，砾石渗透率，1010-3-3 m m2 2。GurleyGurley建议根建议根据砾石筛析所用筛网尺寸估计据砾石筛析所用筛网尺寸估计K KG G值，见表值，见表1-81-8。 G G砾石充填带紊流速度系数，砾石充填带紊流速度系数，m m-1-1。用下式估计：用下式估计：55.071082.4GGK(1-39)(1-39)筛网尺寸，目筛网尺寸，目(孔孔/in) KG，10-3 m2 1020 5.0105 1630 2.5105 2040 1.2105 4060 4.0104五、预测未来油井流入动态五、预测未来油井流入动态

31、 指数式（指数式（1-231-23）中的指数）中的指数n n视为不变，只考虑系数视为不变，只考虑系数c c随油藏压力的线性变化：随油藏压力的线性变化：rPrFPFppcc(1-40)(1-40)nwfrFrPrFPoFppppcq22（1-41）式中：下标式中：下标F F表示未来，表示未来，P P表示目前。未来油藏压力条件表示目前。未来油藏压力条件下的下的IPRIPR曲线可表示为：曲线可表示为：nwfroppcq)(22（1-231-23）1. Fetkovich1. Fetkovich方法方法2. Vogel-Fetkovich2. Vogel-Fetkovich组合方法组合方法 按按FetkovcichFetkovcich方法确定未来条件下的最方法确定未来条件下的最大产量大产