試油配套技術(shù)

江漢石油學(xué)院石油工程系

試油配套技術(shù)系統(tǒng)研究張公社一.試油配套技術(shù)系統(tǒng)研究內(nèi)容

二.研究報告

三.技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用情況

四.幾點(diǎn)認(rèn)識

目錄

試油配套技術(shù)

系統(tǒng)研究內(nèi)容一、概況

試油配套技術(shù)優(yōu)化研究是江漢石油學(xué)院與大港油田分公司油田開發(fā)事業(yè)部合作研究的科研項(xiàng)目。其目的在于降低產(chǎn)能建設(shè)成本。通過大港油田應(yīng)用獲得了好的效果。

(1)鉆井液侵入深度模擬計算

(2)射孔參數(shù)優(yōu)化研究；

(3)不同射孔條件下產(chǎn)能比預(yù)測；

(4)試油管柱設(shè)計；

(5)非自噴井測試方法與工藝研究；

(6)非自噴井壓力資料解釋、完井評價和產(chǎn)能預(yù)測；

(7)根據(jù)產(chǎn)能預(yù)測，優(yōu)化舉升工藝設(shè)計。

二、系統(tǒng)研究內(nèi)容

試油配套技術(shù)系統(tǒng)研究報告

一、前言

二、試油設(shè)計

（一）鉆井液侵入油層深度數(shù)值模擬計算；

（二）射孔優(yōu)化設(shè)計；

1、射孔參數(shù)敏感性分析

2、射孔參數(shù)優(yōu)選

3、射孔負(fù)壓值和降液面深度的確定

（三）試油管柱優(yōu)化設(shè)計

1、直/斜井管柱受力分析計算

2、試油管柱優(yōu)化設(shè)計

三、非自噴井完井評價

（一）段塞流試井解釋數(shù)學(xué)模型

（二）段塞流解釋的反卷積法

（三）修正最大產(chǎn)量Horner法

四、油井產(chǎn)能預(yù)測

（一）確定產(chǎn)液指數(shù)和油井最大產(chǎn)能

（二）不穩(wěn)態(tài)條件下的油井產(chǎn)量預(yù)測

（三）穩(wěn)態(tài)和擬穩(wěn)態(tài)條件下的油井產(chǎn)量預(yù)測

五、斜/直井有桿泵抽油設(shè)計（一）直/斜井抽油桿柱動力學(xué)分析（二）斜井抽油桿柱設(shè)計

（三）扶正器合理配置間距設(shè)計試油是認(rèn)識油層的重要手段,可以為油、氣田的開發(fā)與開采提供科學(xué)依據(jù)。

目前國內(nèi)各油田對于開發(fā)井大多采用常規(guī)簡化試油方法，但存在以下問題：

1、試油設(shè)計前缺少對鉆井污染深度的有效預(yù)測；

2、試油作為產(chǎn)能建設(shè)系統(tǒng)工程中重要環(huán)節(jié)，按系統(tǒng)工程考慮和優(yōu)化的力度不足；

3、試油測試資料不能滿足非自噴井完井評價的需要；

4、試油結(jié)果沒有為舉升設(shè)計提供科學(xué)的產(chǎn)能預(yù)測參數(shù)。

一、

前言

針對以上試油和舉升中存在的問題，我們進(jìn)行了試油配套技術(shù)系統(tǒng)研究。已完成了有關(guān)試油設(shè)計的優(yōu)化、完井評價、產(chǎn)能預(yù)測和有桿抽油設(shè)計（直、斜、水平井）等研究。在完成理論研究和建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，編制了“完井評價、產(chǎn)能預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計軟件系統(tǒng)”，通過50余口井的現(xiàn)場應(yīng)用，基本滿足油田生產(chǎn)要求，說明所研究的方法是理論正確可行的，適合于油田產(chǎn)能建設(shè)關(guān)于試油與舉升的設(shè)計要求，特別是用數(shù)值模擬計算方法預(yù)測近井眼地帶傷害深度和完井評價及產(chǎn)能預(yù)測方面填補(bǔ)了以往的空白。二、試油設(shè)計

(一)鉆井液侵入深度數(shù)值模擬計算

(二)射孔參數(shù)優(yōu)選

(三)試油管柱設(shè)計(一)鉆井液侵入深度數(shù)值模擬計算鉆井液濃度隨徑向距離變化的數(shù)學(xué)模型是采用初始條件內(nèi)邊界條件外邊界條件對流-擴(kuò)散方程美國的Civen計算模型進(jìn)行計算的(1)模型中考慮了以下因素:1)地層特性:滲透率、孔隙度、孔喉直徑;2)泥漿特性：固相含量、失水量、泥漿粘度、泥漿密度；3)鉆井工藝參數(shù):泥漿浸泡時間、液柱壓差；4)油層保護(hù)特殊措施:泥漿屏蔽技術(shù)。圖3官86-16井泥漿侵入深度曲線圖3是官86-16井泥漿侵入深度曲線，由該圖可知，泥漿侵入最大半徑1.5m，有效污染半徑0.71m，污染程度31%。本結(jié)果與北京石油勘探院的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比,誤差6%.(二)射孔參數(shù)優(yōu)選

1.射孔參數(shù)優(yōu)選射孔參數(shù)選擇主要是對射孔槍、射孔彈、孔密和相位的選擇。(1)優(yōu)選目標(biāo)：使油井產(chǎn)能比最大，對套管和油層的損害最小。(2)優(yōu)選方法：首先對可能的射孔完井方案用有限元方法進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測，然后對各個方案在滿足目標(biāo)和約束條件的情況下做優(yōu)化評價，從中找出最優(yōu)射孔參數(shù)。

2、射孔參數(shù)敏感性分析

1)射孔參數(shù)優(yōu)選的基礎(chǔ)------不同射孔參數(shù)下產(chǎn)能比預(yù)測的數(shù)學(xué)模型及有限元求解方法

(1)數(shù)學(xué)模型

(1)射孔孔眼滲流過程是不穩(wěn)定滲流過程，用不穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行描述。圖一（2）有限元求解方法（3）產(chǎn)能比計算解此線性代數(shù)方程，可求得壓力場。(2)(3)(4)(5)(6)2)不同射孔參數(shù)對產(chǎn)能比的影響射孔參數(shù)主要包括射孔深度、孔眼密度、孔眼直徑和孔眼相位。當(dāng)射孔孔眼未穿過鉆井污染帶時，油井的產(chǎn)能隨孔深的增加而增加，當(dāng)射孔孔眼穿透鉆井污染帶時，孔深達(dá)到某一值時，再增大孔深，產(chǎn)能不會有太大的增加，如圖4所示。

圖4孔深對產(chǎn)能比影響曲線圖4孔深對產(chǎn)能比的影響曲線

圖5孔密對產(chǎn)能比影響曲線

圖6孔徑對產(chǎn)能比影響曲線通過對射孔參數(shù)孔深、孔密和孔徑進(jìn)行敏感性分析，當(dāng)孔深、孔密和孔徑分別變化10%時，其產(chǎn)能比的變化見下表1從上表中可以看出：孔深對產(chǎn)能比影響最大，其次是孔密、孔徑；射孔彈穿透污染帶后各參數(shù)的影響比未穿透污染帶大。在其它射孔條件相同的情況下，90°是最好的射孔相位。

產(chǎn)能比變化率(%)未穿透污染帶穿透污染帶孔深13.7916.46孔密7.498.48孔徑4.394.44表1射孔參數(shù)敏感性分析結(jié)果表3)射孔壓實(shí)厚度及其程度的確定

①壓實(shí)厚度CZH:一般為10～17mm。如果根據(jù)孔徑來確定CZH值時，其公式為：

CZH=3+0.7dp(mm)，其中dp為孔徑；CZH的單位為mm。

②壓實(shí)程度CZC，不同槍型下的取值為：YD127槍，CZC取28%；YD102槍，CZC取23.5%；YD89槍，CZC取18.5%；YD73槍，CZC取15.3%。

1)．合理射孔負(fù)壓值的選擇原則：（1）高于最小負(fù)壓；（2）不超過最大負(fù)壓；（3）在保證地層不出砂和套管強(qiáng)度允許的條件下，應(yīng)盡量選擇較大的負(fù)壓值。3、射孔負(fù)壓差值的確定2)．確定射孔最小負(fù)壓差經(jīng)驗(yàn)方法（1）W．T．Bell（美國）經(jīng)驗(yàn)方法

表2W.T.Bell射孔負(fù)壓設(shè)計經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則滲透率（10-3μm2）負(fù)壓Δp范圍（MPa）油層氣層K>1001.4～3.56.9～13.810<K≤1006.9～13.813.8～34.5K≤10>13.8>34.5油層滲透率高時不太適用

（3）Tariq方法Tariq通過對射孔后負(fù)壓作用下不穩(wěn)定滲流的有限元計算分析，建立了確定油井射孔最小負(fù)壓差的相關(guān)式：

(偏小)（2）美國巖心公司經(jīng)驗(yàn)方法美國巖心公司給出了選擇油井射孔負(fù)壓的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：(普遍偏小)（4）美國Conoco公司計算方法（常用）美國Conoco公司根據(jù)90口井的經(jīng)驗(yàn)獲得了如下經(jīng)驗(yàn)公式

(10)(11)(12)式中：——油層的最小負(fù)壓，MPa；——?dú)鈱拥淖钚∝?fù)壓，Mpa；K——產(chǎn)層滲透率，。3)．確定射孔最大負(fù)壓差方法（1）滲流速度評判有限元法為了防止油層出砂或不造成地層微粒運(yùn)移損害，油井在采用負(fù)壓射孔后，地層流體流動速率應(yīng)低于油層速敏時的臨界流速。（2）井壁巖石堅固程度準(zhǔn)則判斷方法由井底巖石的穩(wěn)定性準(zhǔn)則，可以確定射孔最大負(fù)壓差值。根據(jù)前蘇聯(lián)學(xué)者M(jìn).O.阿什拉菲揚(yáng)等人的研究，當(dāng)油井生產(chǎn)時，井底井壁巖石強(qiáng)度條件應(yīng)滿足下列準(zhǔn)則:

（3）油氣層相鄰泥巖聲波時差法Colle根據(jù)他在委內(nèi)瑞拉海灣地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，提出一種計算最大負(fù)壓的方法。按聲波時差計算最大負(fù)壓差的公式為：4）最佳負(fù)壓的選擇方法

一般情況下，，此時，若無出砂史，則

若有出砂史，則

在某些時候也有可能出現(xiàn)，這種情況下

(14)(15)(16)3、非等參數(shù)射孔工藝多油層射孔時，考慮油層的非均質(zhì)性，可以采用不同孔密和不同孔深，達(dá)到調(diào)整采油/注水剖面。

（三）、試油管柱設(shè)計(一)直/斜井管柱受力分析1．軸向拉力及計算（1）軸向拉力(a)管柱本身自重產(chǎn)生的軸向拉力(b)井眼彎曲產(chǎn)生的附加拉力(c)沖擊載荷和摩擦載荷(2)軸向拉力計算

Ti——計算段下端軸向力（管柱浮重+彎曲力+沖擊載荷或摩擦力）；2．外擠壓力試油管柱所承受的外擠壓力主要來自管外液柱壓力，可用以下公式計算

上式表明，井底管柱段受到外擠壓力最大，愈往上愈小，井口外擠壓力為零。3．內(nèi)壓力管柱內(nèi)壓力的來源主要是地層流體壓力，以及特殊作業(yè)時所施加的壓力。（30）（1）首先設(shè)計最下一級管柱（2）初選管徑、鋼級和壁厚（3）校核該級管柱是否滿足強(qiáng)度要求，并選擇絲扣類型（平式或外加厚型）。（4）重復(fù)步驟1、2、3設(shè)計上級管柱直至設(shè)計完成。

（二）試油管柱設(shè)計步驟：三、非自噴井完井評價1、段塞流試井解釋數(shù)學(xué)模型2、段塞流解釋的反卷積法3、修正最大產(chǎn)量Horner法1、段塞流試井解釋數(shù)學(xué)模型的建立試井中，把井筒靜液柱壓力小于地層壓力下的地層流體滲流稱為段塞流。根據(jù)段塞流特點(diǎn)，考慮表皮效應(yīng)，不考慮慣性和摩擦，在無限大地層，試井前各點(diǎn)壓力均為Pi（原始地層壓力），開井瞬時，井底壓力為Po（初始流動壓力），其段塞流過程可用如下數(shù)學(xué)模型表示：2、段塞流解釋的反卷積法

反卷積法是利用Duhamel原理得到的段塞流壓力解釋方法：

作

～lnt曲線，將得斜率為m的直線段。由該斜率m可求得地層流動系數(shù)地層壓力計算方法

假設(shè)在段塞流期，井底壓力隨時間變化可用指數(shù)多項(xiàng)式表示：

式中，A、B、C為常數(shù)。由上式知，只要知道三個時間點(diǎn)下的壓力就可以近似的計算地層壓力：

（33）（34）2、段塞流解釋的反卷積法

3、修正最大產(chǎn)量Horner法

由疊加原理可得到段塞流壓力解釋的最大產(chǎn)量Horner法：該方法考慮了續(xù)流。作Pw～曲線，將得斜率為m的直線段。由該直線段的斜率m可求得地層流動系數(shù)，進(jìn)而求得表皮因子和地層壓力。

（36）完井評價實(shí)例井四、油井產(chǎn)能預(yù)測

1、應(yīng)用段塞流壓力資料確定油井產(chǎn)液指數(shù)和最大產(chǎn)能

2、不同流壓條件下油井產(chǎn)量預(yù)測1、應(yīng)用段塞流壓力資料確定油井產(chǎn)液指數(shù)和最大產(chǎn)能（含氣油井）

在兩相流條件下，產(chǎn)液指數(shù)：Standing考慮油藏中流體飽和度基本上是均勻的條件下，油井的以非常小的生產(chǎn)壓差生產(chǎn)時的產(chǎn)液指數(shù)被定義為極限產(chǎn)液指數(shù)。由上公式可以得到極限產(chǎn)液指數(shù)J*：

或者，用極限產(chǎn)液指數(shù)概念，有變形Vogel公式：其中，

在段塞流過程中，產(chǎn)液量與井底恢復(fù)壓差：積分得：

B—為積分常數(shù)。其中，由(9)式可知，在半對數(shù)坐標(biāo)（lg(y)～x）系下，不同時間的井底壓差函數(shù)與液面恢復(fù)時間t呈直線關(guān)系，由該直線的斜率A，則可以求得油井的極限產(chǎn)液指數(shù)，即

有了極限產(chǎn)液指數(shù)后，就可以求得油井最大產(chǎn)液量和在不同井底流壓下的產(chǎn)液量。1、應(yīng)用段塞流壓力資料確定油井產(chǎn)液指數(shù)和最大產(chǎn)能（單相液體流動）

對于非自噴井的單相流動，在半對數(shù)坐標(biāo)系下，不同時間的井底壓差與液面恢復(fù)時間呈直線關(guān)系，由該直線的斜率，則可以求得油井的生產(chǎn)指數(shù)，即

根據(jù)生產(chǎn)指數(shù)便可求得油井的最大產(chǎn)能2、不同流壓條件下油井產(chǎn)液量預(yù)測在穩(wěn)態(tài)或擬穩(wěn)態(tài)條件下，應(yīng)用油井流入動態(tài)關(guān)系（IPR）曲線，可以預(yù)測油井在不同流壓下生產(chǎn)時的產(chǎn)量。1.單相液體流動條件下，油井產(chǎn)量與井底流壓呈直線關(guān)系，即

計算產(chǎn)量時，上式中的生產(chǎn)指數(shù)J由液面恢復(fù)資料確定。2.兩相油藏中的生產(chǎn)，油井產(chǎn)量預(yù)測可應(yīng)用Vogel公式。如果地層壓力小于原油飽和壓力，則產(chǎn)量公式為：

如果地層壓力在飽和壓力以上，井底流壓低于飽和壓力，則產(chǎn)量公式為：

（42）（43）（44）產(chǎn)能預(yù)測實(shí)例

1、直/斜井抽油桿柱動力學(xué)分析

2、斜井抽油桿柱設(shè)計

3、扶正器合理配置間距設(shè)計

五、斜直井有桿泵抽油設(shè)計1、直/斜井抽油桿柱動力學(xué)分析

對于斜井，為了確定合理的工作參數(shù)，有必要對抽油桿柱動力學(xué)特性進(jìn)行分析，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和微分方程。將井筒中的抽油桿柱任意截取一微單元，其微單元之受力情況如下圖所示：

圖10抽油桿柱微元受力示意圖R（s）以上是任意一點(diǎn)抽油桿柱微單元各種力的計算式2、斜井抽油桿柱設(shè)計

抽油桿柱設(shè)計方法：（1）從最下一級桿柱開始設(shè)計，若在桿柱上某一點(diǎn)的應(yīng)力等于所給定的許用應(yīng)力時，便由此開始更換大一規(guī)格的抽油桿；（2）多級抽油桿設(shè)計采用變應(yīng)力系數(shù)法，即改進(jìn)的API法。3、扶正器合理配置間距設(shè)計（綜合評判法）為防止或減小抽油桿與油管的磨損，必須合理設(shè)計扶正器的間距。假設(shè)條件：

將每個扶正器簡化成一個鉸支座，相鄰兩扶正器之間的抽油桿柱簡化成簡支梁，其彎曲變形由兩部分組成：一是軸向力與橫向力分布所引起的抽油桿柱縱橫彎曲變形；二是井眼初彎曲所造成的抽油桿柱縱橫彎曲變形。將以上兩種變形疊加可求得兩扶正器中點(diǎn)的最大撓度由于“井斜角、方位角、全角、井斜變化率、方位變化率及井下摩擦阻力”各因素的重要程度并不是等