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1、陳德春石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院2009年2月水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型1水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型摘要：水平井應(yīng)用越來(lái)越廣泛，針對(duì)水平井應(yīng)用過(guò)程中容易出現(xiàn)底水脊進(jìn)、射孔成本過(guò)高、易損害套管等問(wèn)題，基于射孔完井水平井生產(chǎn)流體流動(dòng)壓降分析，研究了油藏流體滲流模型、射孔孔眼流體流動(dòng)模型和井筒流體流動(dòng)壓力梯度模型以及流動(dòng)耦合模型，建立了水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。研究結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化水平井變密度射孔密度分布，可有效地調(diào)節(jié)水平井生產(chǎn)流體流入剖面，防止底水脊進(jìn)；變密度射孔可減少射孔的密度，降低射孔成本及其對(duì)套管的
2、損害程度；初始孔密、原油粘度以及是否射穿污染帶等影響變密度射孔孔密分布；初始孔密較大時(shí)，射孔密度的變化較大；原油粘度較大時(shí)，射孔密度的變化較??；已射穿污染帶時(shí)射孔密度的變化大于未射穿污染帶時(shí)射孔密度的變化。同時(shí)，初始孔密和原油粘度對(duì)井底流壓和孔眼壓降也有較大的影響。研究為水平井變密度射孔完井提供了設(shè)計(jì)理論和計(jì)算模型。21引言由于水平井筒中壓降的存在，導(dǎo)致水平井跟端生產(chǎn)壓降大于趾端生產(chǎn)壓降，容易造成井筒跟端附近過(guò)早見(jiàn)水(氣)，影響油氣田采收率。國(guó)內(nèi)外研究表明，調(diào)整沿井筒軸向的射孔孔眼密度能夠改善水平井流入剖面，有效
3、減緩底水脊進(jìn)。但均沒(méi)有完整和系統(tǒng)地考慮油藏流體滲流、流體通過(guò)孔眼的流動(dòng)和水平生產(chǎn)井段流體流動(dòng)之間的耦合，對(duì)水平井生產(chǎn)設(shè)計(jì)直接指導(dǎo)性差。筆者基于射孔完井水平井生產(chǎn)流體流動(dòng)壓降分析，研究油藏流體滲流模型、射孔孔眼流體流動(dòng)模型和井筒流體流動(dòng)壓力梯度模型以及流動(dòng)耦合模型，建立水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，并分析了多種因素對(duì)水平井變密度射孔密度分布和水平井生產(chǎn)狀況的影響，為水平井變密度射孔完井提供了設(shè)計(jì)理論和計(jì)算模型。32水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立假設(shè)無(wú)限大油藏中有一口水平井，供液邊界壓力恒定，圖1和圖2分別為水平
4、井生產(chǎn)流體流動(dòng)模型示意圖和流動(dòng)壓降示意圖。圖1水平井生產(chǎn)流體流動(dòng)模型示意圖圖2生產(chǎn)流體流動(dòng)壓降示意圖42.1生產(chǎn)流體流動(dòng)壓降分析流體由A點(diǎn)流到相應(yīng)的水平井筒xi處的壓降為：則：流體由B點(diǎn)流到水平井筒xi處的壓降等于流體由B點(diǎn)流到對(duì)應(yīng)的水平井筒xj處的壓降與流體從xj處流到xi處的經(jīng)過(guò)水平井筒流動(dòng)壓降之和，即：2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立52.2油藏流體滲流模型根據(jù)水平井生產(chǎn)中油藏流體的滲流特征，分為2種不同滲流區(qū)域流體滲流特征研究油藏流體滲流模型（如圖2所示），其中區(qū)域1為水平生產(chǎn)井段兩邊的滲流區(qū)域，區(qū)域
5、2為水平生產(chǎn)井段兩端的滲流區(qū)域。圖2生產(chǎn)流體流動(dòng)壓降示意圖2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立62.2油藏流體滲流模型(1)區(qū)域1中油藏流體滲流模型根據(jù)Karcher等人的研究：2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立72.2油藏流體滲流模型(2)區(qū)域2中油藏流體滲流模型在水平生產(chǎn)井段的趾端和跟端單元段上，流體由油藏流到井筒的壓降為：2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立82.2油藏流體滲流模型則在水平井筒趾端和跟端：由式(1)、式(2)和式(3)得到：2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立(2)區(qū)域2中油藏流體滲流模型
6、92.3孔眼流體流動(dòng)模型流體通過(guò)射孔孔眼的流動(dòng)通常采用Forchheimer方程來(lái)表示：一個(gè)孔眼的體積流速為：所以：積分后處理為：2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立102.4油藏滲流與孔眼流體流動(dòng)的耦合模型(1)網(wǎng)格的劃分如圖3所示，將水平井筒由趾端到跟端劃分為n個(gè)網(wǎng)格。圖3水平井筒網(wǎng)格劃分示意圖2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立112.4油藏滲流與孔眼流體流動(dòng)的耦合模型(2)第1網(wǎng)格和第i網(wǎng)格的計(jì)算模型2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立122.4油藏滲流與孔眼流體流動(dòng)的耦合模型(3)第i網(wǎng)格計(jì)算模型(i=
7、2，3，……，n-1)2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立132.5井筒流體流動(dòng)壓力梯度模型流體在水平井筒中流動(dòng)的壓降主要由摩擦壓降、加速度壓降和孔眼流入的流體與水平井筒中的流動(dòng)流體混合引起的混合壓降組成。流體在水平井筒中流動(dòng)的總壓降為：2水平井變密度射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立14計(jì)算與分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，分析中未射穿污染帶時(shí)孔深為0.3m，已射穿污染帶時(shí)孔深0.5m。表1水平井變密度射孔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3計(jì)算與分析153.1均勻射孔與變密度射孔對(duì)比圖5均勻射孔與變密度射孔孔密對(duì)比曲線圖5為均勻射孔與變密度射孔的孔密對(duì)比曲
8、線?？梢钥闯觯?2)在419m的水平井筒中，均勻射孔需要射8380個(gè)孔眼，但在變密度射孔后，在未射穿污染帶的情況下，只需要射8101個(gè)孔眼，在已射穿污染帶的情況下，只需要射7889個(gè)孔眼。(1)在未射穿污染帶的情況下，當(dāng)水平井產(chǎn)量為6408m3/d時(shí)，均勻射孔保持20孔/m不變進(jìn)行射孔，而變密度射孔時(shí)孔密從最初的20孔/m降到了17.7孔/m；在已射穿污染帶的情況下，當(dāng)水
