西南石油采油工程ppt课件采油工程第1章.ppt

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1、绪 论,采油工程：为采出地下原油，采用的各项工程技术措施的总称。处于中心地位。任务：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；采取工艺技术措施，以提高油井产量和原油采收率、合理开发油藏。维持油井的高产稳产。目的：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程紧密相关、交叉渗透。特点：综合性、实践性、工艺性强。,本课程：,解决的问题：怎样把地下的原油拿出来。目的：培养石油工程专业人才。特点：系统性不强,理论不成熟,内容多,时间紧,研究对象：1、地层向井筒的流动 2、井底向井口的流动 3、地面管线的流动,4、自喷井的嘴流,主要内容,自喷采油：利用天然能量开采。气举

2、采油有杆泵采油无杆泵采油注水水力压裂酸化,（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 利用液体传递能量 射流泵 涡轮泵,注水：利用液体携带、补充能量。水力压裂（hydraulic fracturing）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到油井增产的作用。酸化（acidizing）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带油层渗透率。压裂酸化（简称酸压，用于碳酸盐层）基质酸化

3、（用于碳酸盐和砂岩地层）,1）油层多孔介质；2）完井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)；3）举升管柱垂直、倾斜或弯曲油管、套管或油、套管环形空间（井下油嘴和井下安全阀）；4）人工举升装置用于补充人工能量的深井泵或气举阀等；,采油生产系统：,总压降可分解为以下部分：,5）井口阻件地面用于控制油井产量的 油嘴、节流装置；6）地面集油管线水平、倾斜或起伏管 线；7）计量站油气分离器。油井系统总压降为：,第一章 油井基本流动规律第一节 油井流入动态一、单相原油流入动态1、垂直井单相油流（1）定压边界的稳定流产量公式,C 单位换算系数，P2表1-1,(1-1),根据达西定律

4、，定压边界圆形油层中心一口垂直井的稳态流动产量公式:,(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式,参见:DAKE:Fundamentals of Reservoir Engineering,对于圆形封闭地层中心一口井的拟稳态流动其产量:,(1-1a),(3)非圆边界的产量公式,A泄流面积；Cx值见P3 图12,2、采油指数及入井动态,（1-3a）,（1-3）,例：A井 100吨/天 B井 80吨/天 A井 110吨/天 B井 120吨/天如果 Pwf，则P，qA，qB 若 qB qA，则B井产能大。,(1)采油指数,（1-4）,采油指数: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

5、,用以衡量油井的生产能力。,(1-4a),产液指数,如果油井既产油,又产水：,(1-4b),比采油指数：单位油层厚度上的采油指数。,(2)影响采油指数的因素,qo=Jo(Pe-Pwf),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。,（3）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)。,入井动态关系曲线（

6、IPR 曲线）建立 Pwfq 坐标，变换q=J(Pr-Pwf)式：Pwf=Pr-q/J当 q=0 时，Pwf=Pr当 q=Pr.J 时，Pwf=0由此两点得曲线:tg=Pr.J/Pr=J(1-2b),曲线的特征,1.夹角的正切就是采油指数,夹角越大,采油指数越大,生产能力越强;反之,夹角越小,J越小,生产能力越弱。曲线很直观地反映油井的产能。2.当井底压力为Pe时,生产压差为零,油井产量为零.即:产量为零的点,所对应的压力即地层压力。3.当井底压力为零时,生产压差最大,所对应的产量是极限最大产量。,1.利用地层参数计算若干个q与Pwf的对应值作图,得IPR曲线。2.利用稳定试井法测定改变生产条

7、件,待产量稳定后(5%/天),测定井底流压。改变35次,得q与Pwf对应的35个点。在Pwfq坐标系中作出曲线。,(4)确定入井动态曲线,（5）IPR曲线的应用 1.分析油井的潜能；通过曲线可得到 J,Pe,qmax 2.制定油井的工艺方案；3.分析措施效果。,（6）高速非线性渗流时,油井产量与生产压差间的关系为：（1-5）,式中：,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，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

8、地层，a=1.906107、b=1.201；非胶结砾石充填地层，a=1.08106、b=0.55,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。,3.水平井单相油流（1）水平井的流动形成,3,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L1.8 reh,2、入井动态曲线随地层压力的变化,在不同的开采时期，地层中含气饱和度不同，采油指数不同

9、，IPR曲线不是平行后退。,溶解气驱，不同时期IPR曲线不平行,弹性驱IPR曲线平行后退,对于拟稳态流动，油井产量的一般表达式为,（1-10）,在不同条件下，IPR曲线不同，但无因次IPR曲线基本重合，可近似地用一条无因次IPR曲线来代替。,4、Vogel方程 描述无因次IPR曲线的方程叫Vogel方程,利用这一方程可较容易地获得油井的IPR曲线。,（1-11）,（1-11a）,解：（1）求：q0max,例1-1 已知：=14MPa，Pwf=11MPa，q0=30 m3/d。绘制IPR曲线。,（2）预测不同流压下的产量,由,取不同的流压值，可算得不同的产油量。,由此可作出IPR曲线.,已知地层

10、压力，只需一个点的生产数据就可作出IPR，否则要4至5个实测点的生产数据才能作IPR曲线，或已知两个稳定生产点的数据，可作出IPR曲线。利用Vogel方程作IPR曲线误差早期5%，晚期20%，且绝对误差较小。,5、不完善井的Vogel方程（1）流动效率：FE(Flowing Efficiency)表示实际油井的完善程度。定义为油井在同一产量下理想完善情况的生产压差与实际生产压差之比。即：FE=理想压降/实际压降,理想完善情况的井底流压；同一产量下实际非完善井的底流压；非完善井表皮附加压力降。0,油井不完善;0,油井超完善。,（1-12）,完善井S=0或 FE=1；增产措施成功后的超完善井S1；

11、油层受伤害的不完善的井 S0或FE1。,(1-13),对于拟稳态流动，流动效率与表皮系数可近似表示为：,（1-14）,(2)Standing方程,适用范围：0.5FE1.5,（1-15）,图1-8 Standing无因次IPR曲线,(1-16),式中：,应用Vogel方程时，用 取代;取代Pwf则：,图为按上述方程绘制的无因次IPR曲线，其横坐标中的 是FE=1时的最大产量。即：理想最大产量,=105.48m3/d,(2)预测不同流压下该井的产量,求FE=0.8时不同 对应的，,得：,然后由下式求相应的产量,由此可作出IPR曲线,6、增产措施IPR曲线 措施后：FE1，这时可能qoqomaxV

12、ogel方程的范围是qo/qomax1；Standing方程的适用范围是：0.5FE1.5；Harrison无因次IPR曲线：1.0FE2.5,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,(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,由 qomax=61.22m3/d 和(qoi/qomax)i求出各qo,(6)作出:qo-Pwf的曲线,(1-

13、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,7、单相流与两相流的组合(PrPbPwf),(1-17),当Pwf=Pb时，油井的产量用qb来表示,曲线段从横轴的qb开始，相当于曲线平移了 qb的距离。运用坐标平移方程可写出曲线方程为：,在Pwf=Pb处，两段曲线光滑连接，即曲线的导数相等。,对直线段:,对曲线段:,在Pwf=Pb点，两式相等，整理得：,得出三个公式：,应用：只要知道一个点的生产数据，就可求出IPR方程。,（测试点位于直线段）,（测试点位于曲线段）,解(1)计算J

14、o及qb,(2)计算qV及qomax,(3)计算pwf=15及7 MPa时的产量 pwf=15 pb，用式（1-17）计算产量：,pwf=7pb，用式（1-19）计算产量：,(4)不同流压下的产量如下：,(5)绘制IPR曲线如图1-10所示。,8、Fetkorish经验公式,用指数式描述溶解气驱油藏油井的IPR曲线,（1-23）,确定c和n值至少需要两个系统试井的测试点数据（qo及pwf）。,将式（1-23）与式（1-24）相除，得指数式无因次IPR方程：,（1-24）,（1-25）,令pwf=0，最大产油量为：,9.溶解气驱油藏斜井的流入动态,(1-26),10.溶解气驱油藏水平井的流入动态

15、,(1-27),三、含水及多层油藏油井流入动态,1.油气水三相渗流油井流入动态,三、含水及多层油藏油井流入动态,1.油气水三相渗流油井流入动态Petrobras根据油流Vogel方程和已知采液指数，导出油气水三相渗流时的IPR曲线（如图1-12）及流压和采液指数计算公式:,（1-28）,（1-29）,（1-30）,Pwf=,（1-31）,(0qLqb),(qb qLqomax),(qomax qLqLmax),qb原油饱和压力下的产液量；qomax流压为零时的最大产油量；qLmax流压为零时的最大产液量；,qL产液量；fw含水率；JL采液指数。,测试时，如果,如果 时,式中：,多层油藏油井流入

16、动态,2.多层油藏油井流入动态,（1）各层的压力差异 成藏过程中，产生的原始地层压力差异 由于K的差异，引起产出量的差异，导致地层亏空不同，最后地层压力不同。,（2）用封隔器分隔后多层合采的入井动态 在流压开始低于14MPa后，只有层工作；当流压降低到12MPa和10MPa后，层和层陆续出油，总的IPR曲线是分层IPR曲线的迭加。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。,3.具有含水夹层的入井动态(1)水来源 a.同层水：油和水来自同一地层，两相混合渗流进入井底。b.夹层水：油水来自不同的地层各自单相渗流 进入井底。(2)水层特性 a.高压水层：水层的

17、地层压力Pew高于油层的地层压力Peo。,当井底压力低于水层压力而高于油层压力时井只产水不产油，当井底压力低于油层压力之后，油水同产，且含水率下降。b.低压水层：水层的地层压力Pew 低于油层的地层压力 Peo。当井底压力低于油层压力而高于水层压力时只产油不产水，当井底压力低于水层压力之后，油井见水。随着产量增大，含水率上升。,a.高压水层,(3)入井动态：,含水率的变化 当Pwf Peo时，只产水，含水率100%；当Pwf Jw，Pwf继续下降，含水率可 50%。如果JoJw，则含水始终大于50%。,含水率的变化 当Pwf Pew时，只产油，含水率0%；当Pwf Jo，Pwf继续下降，含水率

18、可大于 50%。,(4)串流IPR曲线 关井时：PewPwPeo q=0 由于PewPeo 水流向油层 PwPeo 串流流量为：q=J（PeoP）,搬过来。它与水层IPR曲线的交点是流入流出相等点，这一点的压力就是关井井底压力，这一点的流量就是串流流量。,由于Pw Peo，故q为负值。油层IPR曲线的延长线反映这一特征，但习惯上q仍用正值,因而把延长线,在作油层和水层的IPR曲线时，可不进行分层测试，利用全井的IPR曲线和含水率曲线，可计算作出各分层的IPR曲线。,？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,射孔完井段压降仅考虑压实伤害，射孔段压降可简化

19、为二项式：,(1-32),其中:pwfs油层岩面流压，MPa；pwf 井底流压，MPa；q0油井产量，m3/d；,(1-34),式中:o原油粘度，mPas；BO原油体积系数，m3/m3；Lp孔眼长度，m；,（1-33）,Ap射孔层流系数，MPa/（m3/d）；Bp射孔紊流系数，MPa/(m3/d)2；,Kp孔眼压实环渗透率，10-3m2；N射孔密度，SPM（m-1）；hp射孔段厚度，m；rc孔眼压实环半径，m；rp孔眼半径，m；0原油密度，kg/m3；p射孔压实环紊流速度系数，m-1。可用经验公式估计：,(1-35),2.射孔-砾石充填完井段压降,射孔-砾石充填完井段压降可用二项式估计:,Ap

20、射孔层流系数(式1-33)；Bp射孔紊流系数(式1-34)；AG砾石充填带层流系数，MPa/(m3./d)；,(1-36),(1-37),(1-38),BG砾石充填带紊流系数，MPa/(m3/d)2；,L砾石充填带径向距离，m。KG砾石渗透率，10-3m2。Gurley建议根据砾石筛析所用筛网尺寸估计KG值，见表1-8。,G砾石充填带紊流速度系数，m-1。用下式估计：,(1-39),五、预测未来油井流入动态,指数式（1-23）中的指数n视为不变，只考虑系数c随油藏压力的线性变化：,(1-40),（1-41）,式中：下标F表示未来，P表示目前。未来油藏压力条件下的IPR曲线可表示为：,（1-23

21、）,1.Fetkovich方法,2.Vogel-Fetkovich组合方法,按Fetkovcich方法确定未来条件下的最大产量qomax，再由Vogel方程计算IPR曲线。由指数式(1-23)得：目前油藏压力条件下的最大产量为：,由(1-41)得:未来油藏压力条件下的最大产量为：,（1-42）,（1-43）,n=1时：,（1-44）,上式代入Vogel方程，预测未来地层压力的IPR方程为：,（1-45）,（1-43a）,相除得：,例1-5：看书！,小结1.产量公式；2.引入采油指数；3.介绍了入井动态关系及其应用；4.溶解气驱的IPR曲线,无因次IPR,Vogel方程；5.不完善井的Vogel

22、方程；6.增产措施IPR曲线;5.单相流与两相流的组合的IPR曲线；6.多层IPR，含水层的IPR曲线。,作业：1.已知：Pr=16.1 MPa，Pwf=9.8 MPa，qo=15.1 m3/d。试求：1）qomax 2）Pwf=4.9 MPa 时的qo 3）绘出完整的IPR曲线。,2.已知 Pwf（MPa）qo（m3/d）qw（m3/d）21.1 0 4.8 17.58 5.1 9.1 10.54 26.2 18 5.27 41.8 25 试绘制IPR曲线，并求：1）油、水层静压。2）油、水层平均采油、采水指数以及采液指数。,课堂测试：写出计算步骤：1、已知某井Pr=18MPa，Pb15MPa，S0，Pwf10MPa时的流量为50m3/d，计算并绘制IPR曲线。2、已知某井Pb=18MPa，Pr15MPa，Ef1，Pwf10MPa时的流量为50m3/d，计算并绘制IPR曲线。3、已知某井Pb=18MPa，Pr15MPa，Ef1.2，Pwf10MPa时的流量为50m3/d，计算并绘制IPR曲线。4、已知某井Pr=18MPa，Pb15MPa，Ef1，Pwf16MPa时的流量为50m3/d，计算并绘制IPR曲线。,