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硕士学位论文文献综述及开题报告课题名称底水油藏水平井ICD完井动态预测数学模型低渗透油藏压裂水平井流入动态数学模型研究学号2013212163姓名王博学院石油工程学院学科专业油气田开发工程指导教师吴晓东（教授）完成时间：2015年3月6日目录第一部分文献综述.......................................3前言....................................................31.水平井见水情况预测及完井控水技术应用现状调研..........31.1国内外水平井见水情况预测方法.......................41.2国内外水平井控水技术应用现状.....................18第二部分开题报告......................................221.研究的目的和意义....................................222.研究内容............................................223.技术路线............................................234.研究的难点技术创新点.................................244.1主要技术难点......................................244.2创新点...........................................245.时间安排............................................25参考文献...............................................25中国石油大学（北京）2013级硕士研究生文献综述及开题报告3第一部分文献综述前言随着钻完井技术的发展，水平井开发底水油藏具有很大的优势，但随着开采的进行，暴露的问题也日益严重。主要表现在沿水平段底水脊进不均匀，见水后产量下降快，找堵水作业困难等[1]。因此，如何有效控制底水油藏开采过程中的底水脊进是油藏工作者必须要考虑的问题。水平井控水的基本思路就是调整产液剖面和分层控制，实践证明，对于水平井而言，ICD完井技术是最好的选择之一。流入控制阀（inflowcontroldevices）主要是抑制流经高速层段的流量而生成更大的压降，提高流动阻力较大的井眼层段的流速，从而消除趾跟效应和渗透率非均质型引起的非均匀流动剖面。最终实现油水界面均衡推进，最终达到提高采收率的目的[2]。截止目前，世界范围内已有上千口井成功应用ICD完井技术，取得了很好的效果，而国内该项技术还处于初步阶段。对于已经成型的商业软件都不能很好的同时描述油藏和井筒的流动，因此研究ICD结构及过ICD压降计算模型，建立底水油藏-ICD完井-水平井筒油水两相一体化耦合数学模型，进而编制ICD完井动态预测软件，以此来优化ICD完井参数具有十分重要的意义。1.水平井见水情况预测及完井控水技术应用现状调研水平井和多分支井是目前油气藏优先考虑的高效开采技术之一，在底水油藏、裂缝油藏、低渗透油藏、稠油油藏等领域得到了广泛的应用。水平井具有生产压差小的优点，但是对于底水油气藏来讲，当井筒内流动压降达到与生产压差相比达到一定程度时，使得底水易于向水平井跟部锥进，导致水平井局部提早见水；同时，由于沿水平井筒渗透率的变化，尤其是在高度非均质和高度裂缝型的油气藏中，会引起过早见水。中国石油大学（北京）2013级硕士研究生文献综述及开题报告4图1.1水平井入流剖面示意图正是由于沿水平井筒供液不均衡，随着开发的进行，水平井见水后含水迅速上升，一旦见水后治理起来困难，从完井的角度，如何控制含水上升是提高水平井单井生产效果的关键[3]。开采底水油藏，不可避免的要出现底水锥进/脊进。对于该难题的认识至少已有100年的历史，底水油藏的开发不断向控水和堵水技术研究提出新的课题，而底水锥进/脊进研究工作的进展又进一步促进底水油藏的高效开发。油田生产实际表明，分段完井在牺牲一定程度的水平井产能情况下，不仅可以降低完井成本，而且可对出水层段进行有效的控制，从而起到延缓和控制底水的作用。国内外的学者都对底水脊进和分段完井进行了较为深入的研究。但是目前国内外学者大多以产能为目标函数对分段完井进行研究，以累积无水产油量为目标函数，对水平井分段完井的分段数、打开程度以及盲管段位置和长度的优化方案研究甚少。在非均质地层，对水平井分段完井的底水脊进形态、底水突破时间和水脊高度的研究相对来说则更少，下面从水平井见水情况预测方法和水平井控水技术现状方面阐述完井控水技术应用与发展状况。1.1国内外水平井见水情况预测方法底水油藏具有底水与油层接触面积大的特点，可以有效地补充开发所损失的中国石油大学（北京）2013级硕士研究生文献综述及开题报告5地层能量，对油藏开发是有利的。但另一方面，底水的存在使油井易于出水，大大降低了累积无水采油量和采收率，增加了油田开发风险。因此，要高效开发底水油藏，就需要对底水锥进机理和底水突破规律进行研究，找出极易出水的层段，从而为水平井合理分段提供依据。基于油藏渗流与井筒管流耦合的水平井分段完井产能、底水突破时间和水脊高度预测，是水平井分段完井优化设计、累积无水产油量预测的关键技术，它的计算精度直接影响到水平井分段完井设计的合理性、累积无水产油量预测的准确性[4]。为了适应水平井技术的发展和应用，有必要对水平井的渗流机理进行系统的研究，建立和完善一套基础的水平井分段完井优化设计理论。图1.2水平井分段完井结构示意图水平井的地下渗流机理和产能预测以及底水脊进动态是进行变盲筛比分段完井优化设计的基本理论，其核心问题是水平井分段后的压力分布、井筒压力损失、基于油藏与井筒耦合的水平井分段完井产能预测、底水突破时间和水脊高度预测、分段数和打开程度优化以及盲管段位置和盲管长度优化。传统的利用解析公式模型进行分段完井优化的方法有许多不足：一是传统的解析公式或恒生产指数的计算方法都难以准确预测其产能，且不能预测水驱前沿剖面，这给水平井分段完井分段控水优化带来较大困难。水平井分段完井产能预测应基于油藏渗流与井筒管流的耦合，这才能提高预测的准确性；二是己有的水平井筒压力损失按普通水平圆管流进行计算，没有考虑筒壁面流入的混合干扰等复杂因素的影响；三是传统的突破高度以定产量下沿水平井筒流率分布为基础进行计算，没有考虑实际生产中底水脊进与水平井产能之间的相互影响；四是基于水平井产能为目标函数对分段数和打开程度进行优化，而没有采用累积无水采油量为目标函数。五是对于非均质油藏，根据调研，目前没有发现有关盲管段位置和长度优化的理论研究。为了实现水平井分段完井中国石油大学（北京）2013级硕士研究生文献综述及开题报告6的合理优化，需要建立一套新的理论计算方法。1.1.1国内外研究现状1.1.1.1底水油藏脊进机理调研国外对底水油藏底水锥进/脊进问题进行了大量理论研究，主要研究了临界产量、底水突破时间和底水油藏流入动态。1935年Muskat和Wykcoff对底水油藏的底水锥进问题进行了系统地研究。文中假设油水界面相对稳态且受力平衡，忽略了水锥对油藏压力分布的影响。若要使水质点稳定在井底以下某一高度处不再向上运动，则必须使水质点向下运动的力大于或等于向上运动的力。他们基于该水锥稳定条件，根据压降算出临界产量，从而建立了底水锥进的基础理论（即Muskat理论）。1954年Meyer和Gader基于Darcy定律和连续性方程导出了临界产量的计算公式。他们认为水锥的形成是油的径向流动引起井筒周围产生压降的结果。1985年Wheatly首次基于水锥形状建立了油相势函数。他利用线源和点源相结合的理论，对垂直井的临界产量和油水锥进剖面形态进行了研究，并提出了相应的计算新方法。1990年ErdalOzkan和RajagopalRaghavan利用势的叠加原理、Newman积分法和Laplace变换得出了不同时期（瞬时流和稳定流）和不同边界条件下（封闭边界和定压边界）水平井的底水脊进规律，以驱油效率为指标讨论了底水突破之前的底水油藏水平井流入动态。研究表明：①底水油藏的水平井流入动态有自己独特的特征。基于边水油藏的一些假设获得的动态预测并不适用于底水油藏；②底水油藏水平井前期的流入动态和上下封闭油藏一致，后期，受到底水恒压边界的影响，油藏稳定渗流占主导；③对于底水油藏，无水采油量随着水平井长度的增加而增加，无水采油量也随着水平井筒距最初的油水界面的距离的增加而增加；④在水平井网中，单口井的无水采油量将随着井距的增加而增加。一旦该井的有效供油面积达到临界值时，再增加井距将对水平井产能不会产生影响。然而，随着井数的增加，单口井的无水采油量将会持续地降低。中国石油大学（北京）2013级硕士研究生文献综述及开题报告71990年ErdalOzkan和RajagopalRaghavan用势的叠加原理通过引入无因次参数（例如无因次水平井长度和无因次泄油半径等）建立了预测水平井底水脊进动态和底水突破时间的近似解析模型。在更详细的数值模拟之前，根据他们的研究成果，可以快速确定底水突破时间。研究表明：①当无因次泄油半径大于2.3时，泄油半径对底水脊进动态的影响几乎可以忽略；②对于高产井，可以忽略重力的影响；③当无因次泄油半径大于3.3和无因次水平井长度大于2.3时，水平井底水脊进动态是与无因次参数/2DDqL和wDz有关的函数；④与直井相比，水平井可以有效延长底水突破时间[5]。在1991年PaulPapatzacos和T.R.Herring等研究了带气顶或底水或同时有气顶和底水油藏水平井开发突破时间预测问题，并建立了半解析模型。研究表明：①同时有气顶和底水的油藏水平井突破时间预测方法同样适用于带单一气顶或底水的油藏，只要水平井在油藏中的位置靠近不渗透到顶部或底部；②数值模拟的结果表明该模型更适用于低无因次流率油藏的突破时间预测。但是文中根据底水边缘不断的推移来预测水平井底水突破时间的，并假设重力分布是均衡的。他们假设在任何瞬间，底水是出于静态平衡的，而忽略了流动的影响。1992年BoyunGu等利用势的叠加原理、保角变换和Laplace方程建立了一个解析模型，该模型可以确定稳定状态下气顶或底水脊进高度，计算水平井临界产量，并且以最大的水平井临界产量为目标函数可以对油藏中水平井的位置进行优化。研究表明：①底水脊进高度是水平井产量和油藏中水平井位置的函数；②临界产量是根据处于稳定状态下的底水脊进形态来确定的。临界产量也取决于油藏中水平井的位置。当油藏中水平井筒距气顶或底水的距离占油层厚度70%左右时，临界产量获得最大值；③当油藏中水平井位置不变时，临界产量与有效渗透率、油层厚度和流体密度差成正比，与原油粘度成反比。2000年Recham运用Yang的方法，建立了三维径向直井模型和三维笛卡尔坐标水平井模型，对阿尔及利亚HassiR'mel油田的几个矿场实例进行了数值模拟。分析了影响水锥的各种流体和油藏参数：密度差、流度比、垂向各向异性比、水平渗透率、产油量、油层厚度、射孔层段等，从而得到了计算临界产量和见水时间的关系式。2000年SuwanUmnuayponwiwat和ErdalOzkan研究了在均质油藏中，水平中国石油大学（北京）2013级硕士研究生文献综述及开题报告8井筒压降对水平井底水突破位置的影响。他们把水平井分成三类来进行研究：无限导流水平井、水平井筒压降损失很小的井（小到井筒压降可以忽略）、水平井筒压降损失很大的井。研究表明：①对于无限导流井或水平井筒压降损失很小的井，由于水平井筒两端的油流汇聚，降低了跟端和趾端向上的压力梯度，水锥上升减慢，因此油井在中部最先见水；②对于水平井筒压降损失很大的井来说，水平井趾端流压和跟端流压差值越大，锥顶越更加靠近水平井的跟端，越靠近水平井跟端的地方越容易最先