采油工程1.

采油工程教材：采油工程—李颖川主编主讲:李洪建副教授绪论•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：地层向井筒的流动井底向井口的流动地面管线的流动主要内容自喷采油：利用天然能量开采。气举采油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（hydraulicfracturing）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（用于碳酸盐和砂岩地层）生产系统：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；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1-1Pe=常数Pw)21(ln)(00SrrBPPhCKqwewfroo(1-1)对溶解气驱油藏,可由试井得,取代Pe：Pr(2)封闭边界拟稳态条件下的产量公式S)21rr(lnB)Ph(PqweoowfeooCKS)43rr(lnB)PPh(qwe00wfrooCK(1-1a)参见:DAKE:FundamentalsofReservoirEngineeringPeCPw(3)非圆边界的产量公式A—泄流面积；Cx值见P3图1—2)21(ln)(00SrrBPPCKqwewfroo)21(ln)(SrrBPPhCKqweoowfeoo)43(ln)(00SrrBPPCKqwewfroo)(ln)(weo0SrrBPPhCKqoowfe2、采油指数及流入动态可简化成：qo=Jo(Pe-Pwf)(1-2a)或qo=Jo(-Pwf)(1-2)其中：Pr)S21rr(lnBhCKJwe000o（1-3a）（1-3）)S43rr(lnBhCKJwe000o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。Pq衡量产能:采油指数(1)采油指数wfr00ppqJ（1-4）(1-4a)产液指数采油指数: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,用以衡量油井的生产能力。如果油井既产油,又产水：)(/wfrSPPhqhJJ(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SrrBhCKPPqJweooowfeoolnlnqo=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）流入动态关系曲线①流入动态关系根据(1-2a)式：qo=Jo(Pe-Pwf)一般，在一定时期内：J=C（单相渗流），Pe=C(1-2a)式可写成q=f(Pwf)产量与井底流压的关系叫流入动态关系(IPR)——InflowPerformanceRelationship描绘q=f(Pwf)的曲线叫流入动态关系曲线(IPR曲线)。②流入动态关系曲线（IPR曲线）建立Pwf～q坐标，变换q=J(Pe-Pwf)式：Pwf=Pe-q/J当q=0时，Pwf=Pe当q=Pe.J时，Pwf=0由此两点得曲线:tg=Pe.J/Pe=J(1-2b)PwfqPe•JP③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件,待产量稳定后(5%/天),测定井底流压。改变3—5次,得q与Pwf对应的3—5个点。在Pwf—q坐标系中作出曲线。***qPwf(4)确定流入动态曲线（5）IPR曲线的应用1.分析油井的潜能；通过曲线可得到J,Pe,qmax2.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：2oowfrBqAqppS43rrlnhK2BAwe000（1-5）式中A—二项式层流系数,Pa/（m3/s）；B—二项式紊流系数，Pa/（m3/s）2bK/a式中K—地层渗透率，；胶结地层，a=1.906×107、b=1.201；非胶结砾石充填地层，a=1.08×106、b=0.552mρ—原油密度，kg/m3；β—紊流速度系数，m-1。它表征岩石孔隙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）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/)(qppwfr00BqAqppwfr3.水平井单相油流（1）水平井的流动示意图3（1-7）——油层渗透率各向异性系数，（1-8）Kh、Kv——油层水平、垂向方向的渗透率；a——长度为L的水平井所形成的椭球形泄流区域的长半轴；（2）水平井的采油指数SrhlnLh/L/Laaln)B/(hCKJwhh2222200vhKK/42/25.05.02LrLaeh(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Lβh且L1.8reh/ArehqPwf由式1-3因为:Ko=f(Pwf)J≠Cq=f(Pwf)(－Pwf）这时IPR曲线为一外凸的曲线)S21rr(lnBhCKJwe000o二、油气两相渗流的流入动态1、流入动态曲线随井底压力的变化Pr2、流入动态曲线随地层压力的变化随着原油不断采出，Pe,Sg,Ko在不同的开采时期，地层中含气饱和度不同，采油指数不同，IPR曲线不是平行后退。Pwfq溶解气驱，不同时期IPR曲线不平行Pwfq弹性驱IPR曲线平行后退3、无因次IPR曲线无因次坐标系：横坐标：不同流压下的产量与最大产量比值纵坐标：流压与地层压力的比值，无因次。当qo=0Pwf=Pwf/=1当Pwf=0qo=qomaxqo/qomax=1PrPrrwfpPooroweodpBKS43rrlnCKhq对于拟稳态流动，油井产量的一般表达式为（1-10）q/qomax10Pwf/Pr1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。2rwfrwfmaxoopp8.0pp2.01qq（1-11）2max8.02.01rwfrwfooppppqq（1-11a）dmPPPPqqrwfrwfo/3.11613118.013112.01/308.0/2.01/3220max解：（1）求：q0max例1-1已知：=13MPa，Pwf=11MPa，q0=30m3/d。绘制IPR曲线。Pr（2）预测不同流压下的产量oPPPPPPqqwfwfrwfrwfoo22max138.013/2.013.116)(8.02.01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(FlowingEfficiency)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井底流压；——非完善井表皮附加压力降。0,油井不完善;0,油井超完善。wfpwfpskpskpskpwfrskwfrwfrwfrpppppppppFE（1-12）完善井S=0或FE=1；增产措施成功后的超完善井S0或FE1；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）(2)Standing方程适用范围：0.5FE1.52rwfrwf1FEmaxoopp8.0pp2.01qq（1-15）图1-8Standing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：wfp1maxFEoqmaxoq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1maxFEoq=143.25m3/d例1-2已知：=13MPa，Pwf=11MPa，q0=30m3/d。,FE=0.8,作IPR曲线。解：(1)计算与Pwf对应的P'wf及P'wf=-(-Pwf)FE=13-(13-11)0.8=11.4MPaPrPrPr1maxFEoq(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：P'wf=-(-Pwf)FEPrPr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：FE1，这时可能qoqomax而Vogel方程的范围是qo/qomax1；Standing方程的适用范围是：0.5FE1.5，超出范围后出错。例1-3已知：=13MPa，Pwf=11MPa，q0=30m3/d,FE=2,作IPR曲线。解：(1)计算无因次压力PrPwf/=11/13=0.8462Pr(6)作出:qo-Pwf的曲线由=61.22m3/d和(qo/)i求出各qoi1maxFEoq1maxFEoq由P10图1—9,查FE=2.0