水平管内积液特性的实验及理论预测模型

为保证水平井的高产优势,需准确预测水平井的积液排出条件及积液覆盖井壁范围。以空气和水为两相介质,利用矩形横截面管,对水平管积液特性进行了可视化两相流实验,获得了水平管内气相流动参数与管内积液间的关系,以及积液工况下气液两相界面剪切因子的大小。实验结果表明：水平管内积液稳定存在对应于一较大的管内气速范围,在该气速范围内,积液在管内的滞留长度或积液覆盖范围随气速的增大而减小;积液工况下水平管内界面剪切因子随管内气相雷诺数的增大略有升高,但变化不明显。同时,也对水平管积液特性的理论预测模型进行研究。基于积液液面倾斜机理分析和两相流动受力分析,建立了水平管积液特性理论预测模型的基础方程;进而通过包络原理使模型封闭,结合由实验结果获得的界面剪切因子及壁面剪切因子关联式,提出了能够用于工程应用的水平管积液特性理论预测模型。该模型的预测结果与实验结果相符良好,即可用于预测水平井积液排出的条件,也可用于判断井内积液覆盖井壁的范围。     

气藏压裂水平井产能预测新方法

根据流体力学理论和动量定理，结合气体的性质和实际气体的状态方程，建立了气藏压裂水平井地层渗流和水平井筒管流耦合的计算模型，并给出了模型的求解方法。运用该模型对长庆油田低渗气藏进行了实际计算，同时分析了井筒半径、水平段长度、裂缝条数以及管壁粗糙度等参数对井筒压力损失和压裂水平气井产能的影响。计算结果表明，水平井筒内的压力损失对压裂水平井的生产动态有一定的影响；水平井内每条压裂缝的产量并不相等，端部裂缝的产气量高于中部裂缝的产气量；水平井筒内的压力呈不均匀分布，从指端到根端压力逐渐降低。     

羽状水平井欠平衡钻井环空流动特性研究

羽状水平井欠平衡钻井技术是近几年来国内外煤层气开发中普遍采用的一项减少储层伤害、提高低渗储层煤层气采收率的新技术。针对该技术的技术特征,建立了物理模型和数学模型,结合现场井例分析了井筒环空内各流动特性参数的变化规律。结果表明:井底压力随泥浆排量的增加单调递增,同一泥浆排量条件下,环空注气量越大,井底压力值越低;羽状井自注气点至井口的井筒环空内,水平段由于静液压力占主导,空隙率、混相流体流速增长幅度较小,混相流体密度少许降低,压降损失也较少;竖直井筒环空内空隙率及混相流体流速自井底沿井筒向上初始缓慢增大,当环空压力降低到一定程度后,由于气液滑脱效应,而急剧增大,环空内混相流体密度变化规律与之相反,环空压力自井底沿井筒向上呈线性减小。     

气藏压裂水平井产能预测新方法

根据流体力学理论和动量定理 ,结合气体的性质和实际气体的状态方程 ,建立了气藏压裂水平井地层渗流和水平井筒管流耦合的计算模型 ,并给出了模型的求解方法。运用该模型对长庆油田低渗气藏进行了实际计算 ,同时分析了井筒半径、水平段长度、裂缝条数以及管壁粗糙度等参数对井筒压力损失和压裂水平气井产能的影响。计算结果表明 ,水平井筒内的压力损失对压裂水平气井的生产动态有一定的影响 ;水平井内每条压裂缝的产量并不相等 ,端部裂缝的产气量高于中部裂缝的产气量 ;水平井筒内的压力呈不均匀分布 ,从指端到根端压力逐渐降低     

分段压裂水平井的温度分布预测模型

温度预测模型是实现基于分布式温度测试(DTS)解释产出剖面的基础,但定量预测低渗气藏压裂水平井温度剖面仍是一个难题。为此,建立了一套考虑多种微热效应的低渗气藏压裂水平井耦合温度预测模型,模拟了一口低渗气藏压裂水平井的温度剖面,分析了温度剖面特征,并采用正交试验分析法评价了压裂水平井温度剖面对不同因素的敏感性。研究结果表明：①压裂水平井温度剖面呈现出不规则的“锯齿状”,任一“锯齿”都对应着一条有效人工裂缝;②各级裂缝处的井筒温降基本上与裂缝半长呈正相关关系;③从趾端到跟端,各级裂缝位置处的井筒温降与裂缝半长的比值(△T/xf) 依次递减;④压裂水平井温度剖面对各因素的敏感性依次为：裂缝半长>产量>地层渗透率>井筒半径>地层孔隙度>裂缝导流能力>水平倾角。该研究成果为实现基于DTS解释压裂水平井产出剖面提供了模型基础和理论支撑,对于压裂水平井改造效果评价和出水位置定量诊断具有重要意义。     

气藏水平井连续携液理论与实验

在气藏水平井中随着生产管柱倾斜角度的变化,井筒内液体的重力作用会发生改变,从而引起气液两相流型的变化。以产气为主的气井井筒内液体主要以液膜、液滴的形式出现,由此出现了液滴模型与液膜模型两种解释积液的理论。从这两种携液理论出发,考虑生产管柱倾斜角度的影响,对倾斜管内液滴、液膜进行受力分析,推导出了随管柱倾斜角度变化的连续携液临界流速的计算式,使之适用于水平井连续携液临界流量的计算。设计制作了水平气井连续携液实验装置并进行了实验研究,观测气藏水平井中气水两相运动与流型变化情况并测试其临界携液气量,结果表明,气藏水平井中水平井段的液体以液膜携带为主,但直井段中越接近井口,越以液滴携带为主,液滴模型也能适用于计算气藏水平井的连续携液临界流速。     

井筒压降对水平井注采系统的影响研究

根据质量守恒方程和动量定理,建立了具有管外环空并考虑井筒压降的水平井模型。根据油水两相渗流理论,建立了储层模型并根据耦合条件对水平井模型进行了耦合并求解,以胜利油田某区块地质参数为依据建立了水平井一注一采时的油藏模型,对跟端对跟端以及跟端对趾端两种水平井排布方式分别进行了模拟,模拟结果表明,跟端-跟端排布时随着生产的进行产液剖面越来越不均衡,而跟端-趾端排布时产液剖面存在自动均衡现象,有助于提高原油采收率。     

低渗气藏压裂水平井渗流与井筒管流耦合模型

目前国内外压裂水平井已成为开发低渗透油气藏的重要手段,正确预测压裂水平井的产能对水平井的开发方案设计、地层及裂缝参数等敏感性分析具有重要的指导意义。应用复位势理论和势的叠加原理,考虑气体在地层中渗流和井筒内管流的耦合,根据流体力学理论和动量定理,结合气体的性质和实际气体的状态方程,建立低渗透气藏压裂水平井地层渗流与水平井筒管流耦合的渗流模型及其求解方法。结合长庆低渗气藏实际进行对比计算,结果表明：（1）水平井筒内的压力损失对压裂水平气井的生产动态有一定的影响;（2）井筒内的压力呈不均匀分布;（3）每条裂缝的产量并不相等。在此基础上还分析了井筒半径、水平段长度、裂缝条数以及管壁粗糙度等参数对井筒压力损失和压裂水平气井产能的影响,得出一些有用的结论。     

水平气井井筒气液两相流型预测

准确判断产水水平气井井筒流型是预测其井筒压降、合理制定排水采气方案的关键。水平井沿流向井斜角从90 °到0连续变化,目前尚无描述水平井两相流动的统一流型图,只能分别采用描述水平管、倾斜管和垂直管的3个流型图来分段处理,各流型图实验条件差异大;且产水气井日产水量极小,气液比极高,易超出工程常用气液两相管流流型图的坐标值范围,导致其预测结果误差大。为此研制了水平段-倾斜段-垂直段的水平井空气-水两相流动模拟实验装置,考虑产水气井特高气液比的特点开展了7组管斜角641组水平井气水两相管流流型实验,归纳水平气井的5种流型及其典型特征。引用Duns&Ros定义的无因次气液速度准数,增加管斜角为X轴,绘制了描述水平气井气液两相管流的三维流型图,给出了BP神经网络模型预测水平气井井筒流型的方法。川西气田20口水平气井测压数据验证表明,该流型图预测正确率达90%。     

低渗气藏水平井不同完井方式产能预测研究

根据气藏内气体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型,建立了气藏-水平井筒流体流动的耦合模型,该模型充分考虑了气藏内的各向异性和气体的非达西流动.利用拟压力采用非稳态方法求解气藏水平井的产能模型,预测了裸眼完井、射孔完井和压裂完井的水平井气井产能,分析了影响产能的因素,并将其与直井压裂的产能进行了对比.     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上 ,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响 ,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法 .计算结果表明 :水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降 ;入流量越大 ,压降越大 ;管径越大 ,压降越小 ;要计算整个水平段压力分布 ,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法     

大产液量水平气井不同气举方式气液两相流研究

连续气举是产水量大的水平气井重要排采措施,针对现场正举和反举的特点,为揭示气田开发过程中反举条件下油管和正举条件下油套环空内的气液两相流流动规律,分别用水和空气在套管内径为127.3 mm、油管外径为73 mm的油套环空和内径为60 mm的油管内进行了井筒气液两相管流模拟实验,对低压积液气井气举时井筒流动规律进行了研究分析,分析了井筒中气相和液相的体积流量、注气方式等因素对井筒压降和持液率的影响。结果表明：在相同气、液流量条件下,反举时的持液率比正举持液率小;不同气举方式下的井筒压降随注气量的增加呈不同的变化趋势,反举时的井筒压降比同工况下正举的压降大,对于产液量较大且有一定地层能量的气井,推荐采用反举方式进行气井排水采气。     

低渗透油藏垂直井未来流入动态的预测

针对低渗油藏存在启动压力梯度,动态预测非常困难的问题。推导了具有启动压力梯度的溶解气驱油藏未来流入动态预测关系式,分析得出油井的采油指数和流压之间存在线性关系,且不同     

基于分相能量守恒研究产水气井携液能力

为研究产水气井井筒中的携液流动规律,正确预测气井产液量,指导排水采气方案设计与实施和构建井筒/油藏耦合模型,采用分相能量守恒方程建立一套专门用于计算气井携液能力计算的管流模型,并设计一套灵活的求解方法,能够在已知两端压力和气相流量的前提下对产液量进行直接求解。经与实测管流资料进行对比计算发现,在计算大产气量的两相管流时,所用模型的计算精度高于经典的多相管流模型。使用该模型对气井携液能力进行敏感性分析,表明产液气井存在携液能力最强的产气量点,在制定气井生产方案或进行排水采气优化设计等工作时应当给予充分的注意。     

不同凝析气井米无阻流量预测方法

凝析气藏开发过程中,气井的绝对无阻流量会随着地层压力的降低而降低。当地层压力降至露点压力以下时,凝析气体的组成将会发生变化,不仅导致凝析气的黏度、密度和偏差系数发生变化,同时凝析油的析出也会降低储层的气相渗透率。考虑凝析气藏的相态变化对凝析气高压物性、气相相对渗透率的影响,以及不同气井间产气厚度、井点渗透率、泄气半径等参数的差异性,基于二项式气井产能方程的系数变化,建立了不同凝析气井在不同地层压力下的米无阻流量预测方法。应用实例表明,与不考虑相态变化影响的预测方法对比,该方法得到的米无阻流量更接近实际产能试井结果;而且考虑相态变化影响时得到的不同地层压力下的气井米无阻流量偏低。同时绘制出了不同渗透率条件下气井米无阻流量与地层压力的关系图版。     

低渗气藏水平井二项式产能方程修正

低渗气藏普遍存在启动压力梯度和应力敏感现象,而目前低渗气藏水平井二项式产能方程却未完全考虑这两个因素的影响,导致计算出的无阻流量出现较大偏差,单井合理产能认识不准。从低渗气藏渗流理论出发,在 Forchheimer 渗流方程中引入启动压力梯度和应力敏感系数,推导了含启动压力梯度和应力敏感的低渗气藏水平井产能修正方程。以川西某气藏岩芯实验数据和某水平井试井资料为基础,在考虑启动压力梯度时,采用修正方程计算出的无阻流量较常规二项式产能方程降低了9.44%;而在考虑应力敏感时,其无阻流量降低了35.08%;同时考虑两个因素影响时,无阻流量更是降低了43.41%;计算结果表明,运用修正后的方程计算的无阻流量与常规方法计算结果存在一定的差异性,建议使用修正的方法进行无阻流量计算与产能预测。     

水平气液两相变质量分层流动模型

由于水平井筒和常规水平管道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变机理及压降计算方法 ,对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展 .根据气液两相界面波的迅速成长机理 ,考虑了管壁入流或出流的影响 ,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流向非分层流流型转变的判别方法 .并对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,考虑管壁存在入流或出流对于分层流流型压降的影响 ,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流流型的压降计算方法 .     

具有大裂缝的气井水锥问题的数值模拟

当具有大裂缝的底水气田的气井生产时,经常发生底水突然通过大裂缝串入井孔而影响天然气生产。显然,借助数值模拟方法以了解地下气、水流的动态变化对于提高采收率甚为重要。但是对有大裂缝的气田,普通数值方法结果无效,必须另辟途径。通过讨论大裂缝三维水锥问题的数值模拟,认定大裂缝的主渗透率方向在大裂缝曲线切向上,借助张量变换理论和有限体积法,导出了描述有大裂缝的三维气井水锥的离散方程。实算表明了这种方法比通常方法更能反映气井水窜真实过程。     

页岩气藏压裂水平井产能特征研究

页岩气具有独特的储层特性与流动特征,其数值模拟方法与常规油气藏有很大差异。基于多重介质模型建立及基质离散模拟吸附气和游离气的瞬变流动方法,对储层进行体积压裂改造,实现了体积压裂模型的构建;在此基础上结合X井的生产数据对吸附类型、基质离散程度、裂缝-基质耦合系数、基质渗透率以及裂缝渗透率等因素对产能的影响进行了分析。结果表明,吸附类型、裂缝-基质传导率、油藏具有天然裂缝和基质裂缝渗透率以及压裂增产区域裂缝渗透率可以影响页岩气的生产年限、递减率以及裂缝导流能力,这对页岩气藏水平井进行压裂优化设计具有一定的指导作用。     

致密气藏多级压裂水平井生产动态机理分析

为准确预测致密气藏多级压裂水平井在非线性渗流和复杂裂缝下的生产动态特征,通过双重连续介质-离散裂缝耦合模型对原始致密储层和水力压裂裂缝系统流动特征进行刻画并构建综合渗流数学模型,采用非结构三维四面体网格和控制体积-有限元方法建立全隐式数值模型,并通过修正Peaceman方法建立复杂压裂水平井数值井模型,从而获得准确的数值解。开展含水饱和度、应力敏感系数、压裂裂缝压开程度和空间非对称分布等关键参数对X致密气藏某区块压裂水平井生产动态的影响因素分析。研究表明,该模拟方法能准确预测致密气藏压裂水平井生产动态特征,为致密气藏的高效开发提供理论支撑和计算工具。