侧钻井渗流数学物理模型及解的应用

评价侧钻井对油层的伤害研究是油田需要解决的一项课题.从渗流流态讲,侧钻井是水平井渗流的一种近似,因此不能沿用裸眼井复合油藏试井模型.笔者从侧钻井完井方法入手,建立侧钻井对砂岩储层伤害的不稳定渗流数学物理模型,采用比差分法和有限元法更节时、省力的边界元数值方法求解.然后合理组合相关参数团、绘制标准图版,从而计算出侧钻井引起的表皮系数和污染半径评价大修侧钻井对储层的伤害.     

低渗透岩芯实弹射孔实验研究

针对低渗透露头岩芯进行了实弹射孔实验,对射孔孔眼穿透深度、孔眼周围渗透率变化情况进行了分析。结果表明:孔眼周围的渗透率变化规律和常规地层不同,沿孔眼轴线方向,渗透率呈单调下降趋势,孔眼末端的渗透率接近于原始值;在沿孔眼径向方向,渗透率也呈下降趋势,压实带特征不明显,且压实带部位的渗透率仍明显大于岩石原始渗透率;低渗透岩石射孔孔眼穿透深度明显比常规储层中小。由于常规射孔技术对低渗透储层的改造深度有限,应大规模推广采用复合射孔等新技术以改善射孔效果。     

气井防水锁防粘土膨胀射孔液研究与应用

通过分析盆5、滴西14等多个气藏的储层物性、岩性、敏感性等储层资料,开展了水锁伤害和结垢堵塞伤害评价研究。发现新疆气田气藏敏感性强,气藏粘土膨胀伤害、水锁伤害和结垢堵塞伤害较为严重。针对储层伤害的特点,本文研制了粘土防膨剂、共聚物防垢剂、咪唑啉类缓蚀剂,优选了高效防水锁剂和无固相加重剂等,开发了满足新疆气藏气井射孔作业储层保护需要的防水锁防粘土膨胀射孔液,同时根据不同气田射孔作业的需要,确定了射孔液的配方调整方法。结果显示,现场应用效果良好,测试表皮系数比邻井降低了20%~50%,有效解决了射孔作业储层污染的问题。该射孔液具有防水锁伤害、防粘土膨胀伤害的功能,同时具有密度可调、性能稳定等特点,对气藏储层伤害小,在新疆气田致密气藏、水敏气藏的气井射孔作业中具有良好的推广应用价值。     

射孔完井有限元模型的建立及网格划分

介绍了射孔完井中二维和三维有限元热流模型的建立及网格划分的基本方法,用热流场模拟射孔完井渗流场,用同一种导热率材料来模拟井筒和孔眼,该材料导热率相对于地层模型导热率为无限大时,能模拟整个射孔完井渗流场。该二维和三维模型,能研究射孔深度、有无钻井污染和压实带情况下,孔眼内流体流速、压实带外边界渗流速度、渗流压力场、全井产量及产能比。并用APDL程序语言编写了二维和三维模型及网格划分的通用程序,为射孔完井优化设计及产能预测提供了实用的有限元网格模型,同时也为这方面的研究提供了简捷的方法。     

两种新的不稳定渗流点源函数

对两类有直线型补给边界的一维不稳定渗流问题进行了研究 ,给出了直线型补给边界的定义和表达式。应用积分变换方法解析求解两类一维有源和补给边界的不稳定渗流问题 ,得到两种新的不稳定渗流点源函数 ,该函数可直接用于构造试井分析的数学模型。以改进的矩形油藏试井分析数学模型为例 ,说明了新点源函数的应用方法和表现特征。分析和计算结果表明 ,渗透系数θ反映了补给边界相对渗透能力 ,而传统的定压、封闭边界是直线型补给边界的极限形式 ,渗透系数取给定值时的压力诊断曲线位于定压和封闭边界两种情形之间。     

基于正交实验法射孔参数优化设计数值模拟

射孔完井对油井产能的主要影响因素为孔眼密度、孔眼直径、孔眼深度和孔眼相位,基于油井产能最优对射孔参数进行优化设计是提高射孔井产能的关键技术之一。本文基于射孔井产能的半解析模型,应用有限元分析法对射孔井的产能进行数值模拟研究,并应用正交实验法对数值模拟结果进行分析。结果表明：随着孔深的增加,产率比增加,且在孔深较小时斜率较大,当穿孔深度超过钻井污染带深度时,曲线出现拐点,斜率变小、变平。随着孔径的增大,产率比增大,在实际射孔过程中,考虑到套管强度的问题,孔径应在保证套管强度的情况下尽可能取最大值。当孔密增大时,产率比随之增大,且随孔密的增大,其产率比上升趋势减弱。相位角增大时,产率比减小,相位角从60°变到90°时,产能有较大的提高,相位角在90°和180°之间变化时产能变化不大。通过比较极差值R来判断各个因素的主次关系。本文可为射孔参数的优选提供指导。     

定向井压裂射孔方位优化及应用研究

低渗储层采用定向井水力压裂是油气田增储上产和降本增效的重要措施和手段。射孔是压裂前打开储层的首要工序，射孔质量好坏直接影响定向井产能的发挥程度。为了降低储层起裂压力、减少砂堵风险，需要进行定向井压裂射孔方位优化。考虑原地应力、套管水泥环诱导应力、射孔孔眼诱导应力、井筒注液诱导应力和流体渗流诱导应力综合叠加，基于张性破坏准则，建立了基于最低裂缝起裂压力（FIP）的定向井压裂射孔方位优化模型；并进一步通过室内物理模拟，验证了模型的可靠性与合理性。模拟结果表明，FIP在360°射孔方位内周期性变化，存在两个最小和最大FIP点，并且随着井筒方位角的增加而增加，最小FIP逐渐增加，最大FIP逐渐减小；不同井斜角和方位角的最小FIP对应的射孔方向相差较大，斜井的最佳射孔方向应同时考虑井斜角和方位角的综合影响；水平主应力差和施工排量等因素对确定最佳射孔方位影响不大；并且在SXM气田X井进行了现场应用，优化的最佳射孔方向角为20°和205°，其对应的最小起裂压力为45.5 MPa。从而降低施工难度，为低渗储层射孔方位优化技术提供借鉴。     

基于有限元的南缘高泉试验水平井稳定性评价

南缘高泉背斜清水河组储层具有三高一深（即高温、高压、高产和超深）特征,国内尚无成熟完井案例可循。为优选合适的完井方式,针对目标区试验水平井分别建立了预孔筛管完井、套管射孔完井的井筒和地层的稳定性模型,对其全生命周期井壁稳定性开展了数值模拟研究。结果表明,当井筒沿着最小水平主应力方向时,孔眼应力集中在平行于最小水平主应力方向最大,在垂直于最小水平主应力方向最小,井筒的破坏会从外壁孔眼处开始;筛管和套管只会产生部分塑性变形,变形量小于5%,发生挤毁可能性不大,但生产后期筛管完井地层必定会发生坍塌,固井后的射孔地层相对比较稳定,从井壁稳定性出发对目标区此类三高一深特征水平井可优先推荐采用射孔进行完井。     

基于最优穿深分析的射孔参数优化设计新方法

射孔完井作为主要的完井方式之一，对套管井沟通储层、解除近井带污染、释放产能尤为重要，射孔参数的合理设计是保障射孔作业效果的关键所在。现有射孔参数设计方法主要通过表皮计算开展射孔参数敏感性分析，依据曲线形态、分布密集程度及变化趋势进行参数设计。由于射孔表皮计算模型未有效考虑射孔孔道流动摩阻的影响，无法准确刻画射孔穿深和产能之间关系，依据表皮分析的参数敏感性结果无法确定最优射孔穿深。从流体力学角度出发，将射孔孔道等效为微观意义上的水平井，建立油藏与射孔孔眼流动耦合数学模型，充分考虑射孔孔道流动摩阻的影响，结合Dikken优化原则，研究建立了最优射孔穿深确定方法，形成基于最优穿深分析的射孔参数设计新方法。实例分析表明，该方法可为最优射孔穿深的设计提供理论依据。     

页岩夹煤层弱面水平井段定面射孔优化分析

在水平井压裂施工过程中,射孔参数的优化是降低储层破裂压力,提高油田经济效益最直接有效的方法。在地下储层中,弱面的存在增强了储层的非均质性,同时改变了射孔时的起裂压力。应用单一弱面强度理论,结合射孔完井下单孔眼最大主应力公式,推导出含弱面水平井段单孔眼最大主应力与弱面倾角的关系。并使用有限元分析软件ABAQUS,对9组不同角度弱面倾角水平井段进行定面射孔模拟分析,得到弱面倾角对孔眼最大主应力和最佳射孔密度的影响规律,对理论模型结果进行验证。结果表明:孔眼处最大主应力受弱面倾角控制,当弱面倾角βφ/2+45°时,孔眼处最大主应力随弱面倾角增大而减小,此时最佳射孔密度选用13孔/m;当弱面倾角βφ/2+45°时,随弱面倾角增大,孔眼处最大主应力先减小后增大,最佳射孔密度选用16孔/m;当弱面倾角β=φ/2+45°时,井筒将会沿着弱面发生破裂。对于含弱面水平井段的射孔提出优化方案,最大限度地降低地层破裂压力,该方法对实际生产具有一定的理论指导意义。     

井筒与油藏耦合条件下的水平井非稳态产能预测(Ⅰ)——数学模型

如何准确有效地预测水平井产能是进行油藏工程分析和采油工艺设计的重要基础,常规的稳态产能预测方法由于内在理论缺陷导致严重的误差。以不稳态渗流理论为基础,将水平井的油藏渗流与水平井井筒流动视为一个相互作用的整体,建立油藏与井筒耦合条件下的不稳态流动数学模型,在井筒流动模型中考虑流体磨阻、动量变化、井筒壁面流入的混合干扰等复杂因素,应用边界积分法建立井筒油藏耦合模型,可以与不同的油藏模型组合,从而为水平井的油藏工程研究、完井及采油工程设计提供更先进的手段。     

页岩气藏水力压裂渗吸机理数值模拟研究

针对页岩储层在水力压裂作业和生产中渗吸机理及作用规律不清的问题,开展了渗吸机理及其引起的地层伤害评估的研究。建立了考虑不同影响因素的页岩水力压裂渗吸数学模型,包括基质和裂缝流动,气体扩散和解吸,应力敏感效应和毛细管压力,然后,讨论了在压裂气藏和后续生产期间如何通过量化裂缝面表皮演变来评估由于渗吸机制导致的储层伤害现象。结果表明,（1）在试井以及生产阶段渗吸对储层特性有较大影响,极大的毛细管压力是导致渗吸现象和水力裂缝附近水封的主要原因;（2）对于实施了水力压裂增产措施的新井通过探测裂缝压力可以获得原始气体压力;（3）润湿相阻塞导致的储层伤害是影响致密气藏水力压裂井生产能力的主要来源之一。研究结果对于页岩气藏的渗流特性能够提供深刻的理解,尤其是为早期生产阶段降低由渗吸作用可能造成的储层伤害来优化生产提供理论依据。     

注水过程中储层深部污染的试井诊断及应用

注水开采原油是目前普遍采用的采油方式,它对保持油层压力,实现油田高产稳产、高效开发发挥着重要的作用。注水过程中由于注入水向地层推进,在储层内会发生物理的或化学的反应,从而导致储层中流体渗流阻力增加和渗透率下降,造成地层污染。通常,人们通过试井手段来进行储层污染评价,但仅限于井筒周围附近地带,试井得到的地层参数反映的也只是近井地带的性质。对于深部储层特性,特别是储层深部污染的诊断却没有深入的研究。从典型的实例出发,分析了储层深部污染在试井曲线上的反映,并定性分析了储层深部污染的原因,得出了用试井手段评价注水过程中对储层深部伤害的方法。实践证明,这种方法切实有效,能有效指导油田注水开发,改善油田注水开发效果。     

用不稳定测试资料确定均质气藏气井产能

以多产量下均质气藏不稳定压降方程通式为基础 ,提出了不稳定产能方程和全新的产能分析方法 .为了保证各产量段分析结果的一致性和可靠性 ,建立了均质气藏不稳定产能方程的最优化数学模型 .从测试的角度来说明该方法不需要关井恢复压力 ,产能分析结果受地层压力的精确程度影响较小 .对长庆气田实际资料的处理表明 ,运用该方法能有效地处理实际资料 ,提高测试资料的利用率 ;进行产能测试设计 ,可以显著地节省测试成本 ,提高气田经济效益     

多层断块油藏台阶水平井渗流模型研究

多层复杂断块油藏台阶式水平井开采的渗流机理和规律复杂。本文以非稳态流动数学模型为基础,建立了封闭油藏中一口穿过多个互不连通油藏的台阶式水平井与油藏耦合的渗流数学模型,并采用拉普拉斯变化、Stehfest反演以及共轭梯度法等方法进行求解,获取了不同时刻的压力分布结果和不同井段的产量分布结果。利用该模型与saphir软件计算结果进行对比,模型的可靠性强。利用该模型对某两层断块油藏进行了实例研究,在对油藏形状简化的基础上,利用两台阶水平井模型进行了模拟计算,能够准确计算出不同生产阶段的井底压力和井筒产量分布。为多层断块油藏采用台阶水平井开发的油藏工程研究和采油工程设计提供了理论依据。     

螺旋射孔条件下地层破裂压力的数值模拟研究

水力压裂技术已经在低渗地层的石油天然气开采中得到广泛的应用,螺旋射孔是该技术中的常用措施,在此条件下地层的破裂压力是影响施工成功率和效果的重要因素之一.采用三维有限元方法对螺旋射孔条件下地层的破裂压力进行了研究,建立了套管完井(考虑水泥环及套管的存在)情况下井筒及地层的三维计算模型,首先计算和分析了定向射孔时不同的射孔密度和射孔方向角对地层的破裂压力的影响,与前人的实验结论进行了比较,在此基础上,进行了螺旋射孔条件下不同射孔方位角、相位角以及射孔密度对地层破裂压力的影响的研究,通过数值模拟的结果,给出了螺旋射孔对地层破裂压力的影响规律,可作为进一步研究螺旋射孔条件下的裂缝扩展规律的基础,同时对压裂设计和实际压裂施工中螺旋射孔参数的选取给出了具体的建议.     

各向异性低渗储层渗流特征分析

各向异性、启动压力梯度和应力敏感现象是低渗油藏最显著的特征。建立了同时考虑以上三因素的低速非达西渗流数学模型,考虑方程强烈的非线性,用近似的解法求出稳定渗流以及不稳定渗流方程的解;根据物质平衡原理,得到了定产量、变产量和定流压生产时动边界的运动规律、地层压力分布特征以及产量变化规律。结果表明,各向异性地层激动区边界以椭圆形式向外拓展,改变了井网合理井排距;启动压力梯度和应力敏感使油井产能降低,边界移动速度变慢,单井控制面积减小,增大了油藏的开采难度。     

考虑应力敏感和边界层效应的页岩油油藏渗流模型研究

由于页岩油储层孔隙结构复杂,原油渗流过程中存在明显的多尺度效应,而储层中存在应力敏感效应和边界层效应对原油渗流特征影响使得其流动机理更加复杂。基于毛细管模型,结合边界层和应力敏感理论,建立了页岩油储层渗流新模型并进行了验证。根据新模型分析了应力敏感效应、边界层效应对页岩油渗流特征的影响。研究结果表明：页岩油新渗流模型与渗流实验结果拟合性好,具有较高可靠性;边界层效应和应力敏感效应是影响潜江页岩油储层渗流特征的主要因素;对于含有微裂缝和溶蚀孔的页岩油储层,应力敏感效应是影响储层渗流特征的主控因素;随着压力的梯度的增加,影响渗流特征的因素由边界层和应力敏感效应的综合作用所决定。通过该研究,加深了影响页岩油油藏渗流特征相关因素的认识,为合理开发页岩油油藏提供了理论依据。     

考虑微裂缝的页岩气藏三重介质不稳定产量递减研究

据观测,用传统模型得到的页岩气生产数据要远低于现场数据。而为了达到拟合的目的,要人为修改缺乏物理依据支撑的储层参数。为了达到提高裂缝性页岩气藏产能模拟能力的目的,需要对页岩气的流动规律及产能进行研究。通过结合页岩气藏特征扩展双重介质模型的非稳态方程,在双重介质模型的基础上加入微裂缝作为沟通基质与人工裂缝网络的通道,并利用Langmuir等温吸附方程描述页岩气的吸附现象,建立了一个新的三重介质模型。分析了窜流系数、Langmuir体积和Langmuir压力对页岩气井不稳定产量的影响,对比了新模型与传统双重介质模型所预测的产量。     

大庆油田杏六区块东部聚合物驱试井分析

对大庆油田杏六区东部区块聚驱条件下含水率、产液量等动态参数的变化规律进行了综合评价.同时结合生产井实例对杏六区聚合物驱试井曲线的变化特征进行分析.结果表明:注聚合物后地层渗透率降低,渗流阻力增大,注采压差增大;各注聚试验区虽然注入压力有较大幅度的增加,而生产井流动压力却有不同程度的下降,含水率下降,产液量上升;根据试井解释时采用的油藏模型,可以判断在聚合物驱油过程中,油藏模型由均质油藏变化为复合油藏再变化为均质油藏,或由均质油藏变为均质加边界油藏再变化为均质油藏;为防止聚合物突破时间过快,可在聚合物驱油初期对地层进行适当调剖,避免油藏过早达到均质油藏阶段,这有利于提高中低渗透层的出油潜力,有效提高原油采收率.