水平井变孔密分段射孔井简压降计算模型

射孔是水平井完井的主要方武，由于流体在水平井筒内的流动为变质量流，在水平井筒内必然因流体的流动而引起压力损失，主要包括摩擦压力损失、加速压力损失以及混合压力损失。以渗流理论和流体力学相关知识为基础，考虑地层流体和井筒流体的相互耦合作用以及现场的实际需要，提出了变孔密分段射孔的概念，推导出了水平井变孔密分段射孔的井筒压降模型，并分析了孔眼密度变化对水平井井筒压降的影响，为水平井新型完井方式的井筒压降计算提供了理论依据。     

水平井筒射孔完井变质量流动压降规律

影响水平井产能和向井入流剖面的因素很多,水平井筒沿程压降是其中一个重要因素。结合水平井筒生产实际,在大庆多相流试验环道基础上,设计了壁面注入系统和变质量流动试验段,针对射孔水平井筒变质量流动规律进行了单相和两相变质量流动试验研究。结果表明,单相水平井筒沿程压降随注入比变化,并且存在临界注入比,当注入比超过临界注入比时,压降随着注入比增加显著。进一步的数值模拟研究揭示了其中的原因:当超过临界注入比后,射孔孔眼下游出现流动分离,混合压降开始起作用,从而引起压降的显著增加。油水两相变质量流动除了受注入比影响外,还受到含水率变化的影响,在高流量条件下,40%含水率时压降最高,流型为分散流型;低流量下,压降随含水率变化不大,流型为分层流型。该研究结果对完井设计有一定指导意义。     

水平井变孔密分段射孔井筒压降计算模型

射孔是水平井完井的主要方式,由于流体在水平井筒内的流动为变质量流,在水平井筒内必然因流体的流动而引起压力损失,主要包括摩擦压力损失、加速压力损失以及混合压力损失.以渗流理论和流体力学相关知识为基础,考虑地层流体和井筒流体的相互耦合作用以及现场的实际需要,提出了变孔密分段射孔的概念,推导出了水平井变孔密分段射孔的井筒压降模型,并分析了孔眼密度变化对水平井井筒压降的影响,为水平井新型完井方式的井筒压降计算提供了理论依据.     

全尺寸射孔完井水平井筒流动压降实验

采用外径139.7 mm的壁面打孔套管模拟射孔完井水平井筒,通过模拟实验研究射孔参数及壁面注入比对各种压降的影响规律。实验结果表明:①随着射孔密度、射孔孔径、射孔相位的增大,壁面摩擦压降和总压降均增大,混合压降减小。②射孔套管出口主流雷诺数相同时,随着壁面注入比的增大,总压降和混合压降均增大。壁面注入比小于临界值(本研究条件下为0.05%～0.10%)时,混合压降小于零;壁面注入比大于临界值时,混合压降大于零。壁面注入比小于0.10%时,加速度压降可以忽略;壁面注入比大于0.10%时,加速度压降随壁面注入比的增大而显著增加。③随着壁面注入比的增大,壁面摩擦压降占总压降的比例逐渐减小,加速度压降占总压降的比例逐渐增大。壁面注入比小于1.00%时,混合压降占总压降的比例随壁面注入比的增大而增大;壁面注入比大于1.00%时,混合压降占总压降的比例基本保持不变。     

水平井变密度射孔技术研究

射孔是水平井完井的主要方式之一,由于流体在水平井筒内的流动为变质量流,在水平井筒内必然因流体的流动而引起压力损失,主要包括摩擦压力损失、加速压力损失以及混合压力损失。以渗流理论和流体力学相关知识为基础,考虑地层流体和井筒流体的相互耦合作用以及现场的实际需要,对水平井变密度射孔技术进行了研究,推导出以椭圆形泄油面积结合矩形泄油面积为基础的水平井变孔密射孔的油藏渗流模型、井壁入流模型及井筒压降模型,并分析了孔眼密度变化对水平井产量及井筒压降的影响。该研究为油田现场应用水平井变密度射孔完井提供了理论依据。     

射孔完井水平井加速度压降与混合压降模型

射孔完井是水平井完井的主要方式之一。由于流体在水平井筒中的流动为变质量流动,在水平井筒内必然存在因流体的流动而引起的压力损失。基于气液两相的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程,得到了射孔完井水平井加速度压降和混合压降的计算方法。分析认为,摩擦压降虽然在水平井筒总压降中起主要作用,但加速度压降和混合压降的影响同样需要考虑。该研究为水平井筒变质量流动压降分析提供了理论依据和计算模型。     

射孔完井储层压降模型及规律研究

现有射孔完井的产能预测解析模型未考虑射孔参数与储层条件的适配性,且很少将数值模拟与射孔参数敏感性研究相结合,存在一定局限性。为此,采用ANSYS-Fluent对射孔完井近井地带多孔介质渗流-自由管流耦合压降模型进行求解。研究不同储层条件下,射孔参数、各向异性参数及裂缝参数对压力场/渗流场的影响规律。研究结果表明：当孔深增大时,井筒低压区增大,导致近井附近压降显著地降低,当相位角为0°、180°时,井筒附近压降最大,各向异性和裂缝开度增大,都会使井筒压降增大;针对裂缝性储层,建议使用高孔密(≥36孔/m)射孔参数完井;推荐射孔相位角为45°或135°。所得结论可为射孔完井中射孔参数的合理确定及优化提供理论参考。     

射孔完井水平井产能预测数值模拟研究

根据油藏内流体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型,建立了油藏-水平井筒流动的耦合模型,模型中考虑了油层各向异性、重力及毛管力的影响,采用全隐式方法对模型进行求解.运用该模型对影响水平井产量的射孔参数进行分析,结果表明水平井射孔段长度、射孔密度、射孔深度和射孔孔眼直径都是影响水平井产能的重要因素.增大射孔段长度、射孔深度、射孔密度和射孔孔眼直径都可以明显提高水平井的产能.水平井射孔时应穿透钻井污染带,否则对水平井的产能会造成很大影响.     

射孔完井水平井产能预测数值模拟研究

根据油藏内流体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型,建立了油藏一水平井筒流动的耦合模型,模型中考虑了油层各向异性、重力及毛管力的影响,采用全隐式方法对模型进行求解。运用该模型对影响水平井产量的射孔参数进行分析,结果表明水平井射孔段长度、射孔密度、射孔深度和射孔孔眼直径都是影响水平井产能的重要因素。增大射孔段长度、射孔深度、射孔密度和射孔孔眼直径都可以明显增加水平井的产能。水平井射孔时应穿透钻井污染带,否则对水平井的产能会造成很大影响。     

水平井变密度射孔优化设计模型

针对水平井应用过程中容易出现底水脊进、射孔成本过高、射孔易损害套管等问题,基于射孔完井水平井生产流体流动压降分析,研究了油藏流体渗流模型、射孔孔眼流体流动模型、井筒流体流动压力梯度模型以及流动耦合模型,建立了水平井变密度射孔优化设计模型。研究结果表明,通过优化水平井变密度射孔密度分布,可有效地调节水平井生产流体流入剖面,防止底水脊进;变密度射孔可减少射孔的数量,降低射孔成本及射孔对套管的损害程度;初始孔密、原油黏度以及是否射穿污染带等影响变密度射孔孔密分布;初始孔密较大时,射孔密度的变化较大;原油黏度较大时,射孔密度的变化较小;已射穿污染带时射孔密度的变化大于未射穿污染带时射孔密度的变化。同时,初始孔密和原油黏度对井底流压和孔眼压降也有较大的影响。图5参14     

水平井筒气液两相变质量流动流型转变的研究

井筒中的流动是管壁存在入流或出流的变质量流动。给定井筒气液流动条件,在应用机械模型预测我们感兴趣的参数之前,我们需要识别井筒中出现的流型。由于水平井筒和常规水平管中气液两相流动的相似和差别,可以预知常规水平管流的流型转换标准对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展。根据波的迅速成长机理,在Taitel和Dukler的研究基础上,得到水平井筒分层流向非分层流流型转变的判别方法;通过对分散气泡进行受力分析,得到水平井筒分散泡状流向间歇流流型转变的判别方法;基于Barner和Brauner的研究给出水平井筒环空雾状流向间歇流流型转变的判别方法。从而得到一种判别水平井筒气液两相变质量流动4种基本流型的新方法。     

水平井筒压降计算方法

阐述了单相流(层流和紊流)、气、液两相流及油、气、水三相流时水平开水手段压降的几种计算方法。用一个实例计算了水平段单相紊流时的压降,结果可知,在长的水平井中,水平段出现紊流时不能忽略压降。当水平段出现多相流时会有显著压降。     

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同常规的垂直井相对比，采用水平井开采能够大幅度增加油气井与油气藏的接触面积，改变油气藏中井筒附近区域的渗流方式，降低渗流阻力，进而可以利用较低的生产压差来实现更高的油气产量。因此对于稠油油气藏、大倾角多层油气藏、天然裂缝油气藏、薄油层油气藏、具有气顶或者底水的油气藏以及海上油气田的开采，水平井技术越来越受到人们的关注。在水平井开采中,井筒沿程有流体不断地流入，使得水平井筒中的流动成为一种沿流动方向质量流量逐渐增加的变质量流动。由于油气藏中复杂的地质条件以及水平井段的流动特点，还会出现油、气、水的多相流动，这就使得水平井段内的流动变得更加复杂。水平井筒变质量流动规律的研究是水平井产能预测、水平井水平段长度优选以及水平井完井设计优化等的基础。文章从物理模拟实验及数学模拟两个方面对水平井筒变质量流动规律的研究方法及原理分别进行了介绍，并阐述了该研究领域所取得的最新进展。     

水平井筒内压降对水平井向井流动态关系的影响

建立了考虑水平井筒内压降影响的水平井向井流动态关系模型,为油藏工程和采油工程预测水平井真实的向井流动态关系提供了必要的手段。通过实例计算,分析了水平井筒内压降对水平井向井流动态关系的影响。分析表明:当水平井筒内压降较大时,即使油层和整个水平井筒内全部为单相原油流动,水平井的IPR曲线也不再为一条直线,而是一条曲线。井筒内压力损失越大,单相液流IPR曲线的这种背离直线的现象越明显;对于有底水或气顶的油藏,应适当增加水平井筒直径,以降低水平井筒内压降,从而延缓底水或底气的锥进。     

水平井变质量管内流动损失的数值研究(二):多支管流动

本文是《水平井变质量管内流动损失的数值研究(一):单支孔流动》[1]的续文,研究多支管水平井筒中流动压降和摩阻。水平井筒中压降及壁面摩擦阻力的沿程变化对水平井的产量有很大影响,因此,掌握水平段的多支孔流动损失和压降规律,对优化水平井长度及开采工艺设计、准确预测水平井产油量至关重要。本文仍采用数值方法,在预测壁面单支管注入对管流压降及壁面摩擦阻力影响的基础上,研究了壁面多支管注入对管流压降及壁面摩擦阻力影响,给出压降系数与壁面注入速度及截面雷诺数的变化规律。     

油层中渗流与水平井筒内流动的耦合模型

针对几种常见油藏类型情况,导出了水平井生产时单相原油三维稳态流动的压力分布,并根据质量守恒原理及动量定理导出了水平井筒内压降计算新公式。它考虑了沿程流入对井筒内压降的影响。提出了把油层中的渗流与水平井筒内的流动耦合的数学模型及求解方法。实例计算表明:用此模型计算产能,精度高;井筒内压降对水平井生产动态有影响。当生产井段长度超过某一值后,产量不再随井长增加而增加;沿水平井筒长度方向各段单位长度的采油指数并不相等。     

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文章首先建立了不考虑井筒储存和发展效应影响的均质各向异性无限油（气）藏水平井三维不定常渗流的数学模型，同时利用社哈美原理建立了考虑井筒储存和表皮效应影响时该类水平井不定常渗流的数学模型。在获得数学模型解的基础上，利用数值积分和拉氏变换的数值反演方法分别作出了水平井的无因次压力及压力导数典型曲线。同时，较详细地推导出水平井早期和晚期流动抚因次压力表达式。分析表明，当不考虑井筒储存和表皮效应影响时，早期为垂直于井轴平面向内的径向流，晚期为水平面内的拟径向流。当考虑井筒储存影响时，早期表面为纯井筒储存效应影响，在无因次压力及压力导数与时间的双对数图上，为斜率是1的直线，晚期与筒储存的压力动态一致。从而为水平井试井分析打下了理论基础。     

考虑井筒储存和表皮效应的均质各向异性油（气）藏水平井的压力动态

文章首先建立了不考虑井筒储存和表皮效应影响的均质各向异性无限油（气）藏水平井三维不定常渗流的数学模型，同时利用杜哈美原理建立了考虑井筒储存和表皮效应影响时该类水平井不定常渗流的数学模型。在获得数学模型解的基础上，利用数值积分和拉氏变换的数值反演方法分别作出了水平井的无因次压力及压力导数典型曲线。同时，较详细地推导出水平井早期和晚期流动的无因次压力表达式。分析表明，当不考虑井筒储存和表皮效应影响时，早期为垂直于井轴平面内的径向流，晚期为水平面内的拟径向流。当考虑井筒储存影响时，早期表现为纯井筒储存效应影响，在无因次压力及压力导数与时间的双对数图上，为斜率是１的直线，晚期与不考虑井筒储存的压力动态一致。从而为水平井试井分析打下了理论基础。     

连续油管水平井压裂携砂液流动压降及敏感性

连续油管压裂过程中携沙压裂液流动摩阻压降是压裂设计的重要内容,也是现场压裂施工成功的关键。压裂过程中携砂压裂液流经螺旋管、非螺旋段(垂直段+水平段)、环空压裂段,预测压裂流动压降难度大,现场设计数据与实际出入较大。在前人研究的基础上,以大庆某外径60.3 mm、壁厚2.769 mm的连续油管压裂数据为例,对连续油管水平井压裂携砂液流动压降进行分析。结果表明:螺旋段是连续油管在整个压降系统中最敏感部分,且这种敏感性会随着排量的增大而增强;环空压裂段摩阻压降与排量、环空管径比正相关;整体上压降随岩屑体积分数的增加而增加,但在此过程中会出现短暂下降窗口。     

ARTIFICIAL NEURAL NETWORK MODEL FOR ACCURATE PREDICTION OF PRESSURE DROP IN HORIZONTAL AND NEAR-HORIZONTAL-MULTIPHASE FLOW

Accurate prediction of pressure drop for multiphase flow in horizontal and near horizontal pipes is needed for effective design of flow lines and piping networks. The increased application of horizontal wells further signified the need for accurate prediction of pressure drop. Several correlations and mechanistic models have been developed since 1950. In addition to the limitations on the applicability of all existing correlations, they all fails to provide the desired accuracy of pressure drop predictions. The recently developed mechanistic models provided some improvements in pressure drop prediction over the empirical correlations. However, there is still a need to further improve the accuracy of prediction for a more effective and economical design of wells and surface piping networks. This paper presents an Artificial Neural Network (ANN) model for prediction of pressure drop in horizontal and near-horizontal multiphase flow. The model was developed and tested using field data covering a wide range of variables. A total of 225 field data sets were used for training- and 113 sets data for cross-validation of the model. Another 112 sets of data were used to test the prediction accuracy of the model and compare its performance against existing correlations and mechanistic models. The results showed that the present model significantly outperforms all other methods and provides predictions with accuracy that has never been possible. A trend analysis was also conducted and showed that the present model provides the expected effects of the various physical parameters on pressure drop.