底水油藏水平井流入控制器优化设计研究

发布时间：2019-04-23 13:09

【摘要】：各大油田广泛应用的水平井(尤其是长生产段水平井)在开采过程中受到井筒管流跟-指效应和/或油藏非均质性影响,导致无法均衡排液,原油产量和采收率无法有效提高,如果油藏存在气顶和/或底水,则容易形成非均匀推进的气脊和/或水脊,并首先由水平井跟端或油藏高渗透带突破进入井筒,导致井筒气窜和/或水淹,进一步降低原油产量和采收率,甚至关井。到目前为止,上述问题在国内完井领域未得到有效解决。在充分调研基础上,引入国外已流行使用的流入控制器(Inflow Control Device,简称ICD)技术,详细阐述其工作原理、分类、工具结构和现场应用情况,选择节流喷嘴型流入控制器为研究内容,从理论上建立起一套完整的ICD筛管(集成了流入控制器的新型筛管)布置方案设计方法,为该项技术在国内推广应用并形成设计和制造的自主知识产权奠定基础。本文主体分为两大部分,即模型介绍部分和参数分析部分。在模型介绍部分,以底水油藏水平井为研究对象,以油藏数值模拟方法为数学求解手段,建立起同时包含油藏渗流、井筒管流和节流喷嘴射流的油水两相耦合模型,采用能准确反映油藏深部和近井筒区域渗流特征的混合网格,使用“简单迭代SEQ法”分别对常规完井和ICD完井方法(采用流入控制器技术的完井方法)下水平井生产动态进行求解；在参数分析部分,集中探讨了节流区段总长度、节流区段盲筛比、ICD筛管节流喷嘴公称直径和ECP封隔位置四种ICD筛管工作参数对水平井生产动态的影响,建立起ICD筛管布置方案优选原则,进而评选出最佳方案。本文主要创新点表述如下：(1)提出采用ICD筛管和盲管相结合的ICD完井管柱结构,将一根ICD筛管和若干根盲管装配形成一个节流区段,使得ICD筛管能够汇集更多的油藏产出流体,充分发挥节流喷嘴的节流能力。同时,在ICD完井管柱中使用盲管,降低了完井成本；(2)仿照油藏渗流传导率,提出具有类似物理含义的井筒管流拟传导率和节流喷嘴拟传导率,分别用于定量描述井筒管流动态和节流喷嘴节流特性。拟传导率使得井筒管流和节流喷嘴射流在数学上可以和油藏渗流写成统一的表达式,从而使得油藏渗流有限差分方程适用于整个混合网格系统,有效简化了耦合流动的计算；(3)提出“简单迭代SEQ法”求解模型,选择整个水平井生产段为控制体,建立以控制体质量守恒为判据的外循环,将SEQ法三大步骤作为当前时间步内简单迭代循环的循环体,从而改进了数据计算的收敛性和稳定性；(4)提出均质油藏和非均质油藏条件下调剖指标(亦称目标流率剖面)制定方法,从而给出ICD筛管布置方案的设计目标,在此基础上提出评价当前完井方法条件下水平井流率剖面与调剖指标偏差程度的流率剖面基尼系数；(5)建立起ICD筛管布置方案优选六项原则,按照重要性先后排序,以此指导最佳方案评选工作。经实例计算得到结论表述如下：(1)ICD完井方法显著改善了水平井流入剖面,相比常规完井方法,ICD完井方法使得油藏下部水脊前缘均衡推进,底水突破时间有效延长,无水累积采油量有效增加,并允许水平井在较大生产压差下生产；(2)均质油藏水平井指端下游一段井筒区段内井筒管流压降通常较小,可以布置常规筛管以进一步节省成本,但其调节效果不如全井段布置ICD筛管配合盲管的方案。模拟结果显示在水平井跟端制造的人工流动阻力,会促使底水在水平井指端位置加速上升,即优先由流动阻力较小的位置进入井筒,净生产压差剖面上的波动,引起了较明显的底水前缘非均匀上升现象,说明混合网格系统中压力和饱和度是相互影响的两个变量,且饱和度变化比压力更敏感；(3)均质油藏水平井单个节流区间内盲筛比越低,则调节效果越好,如果整个水平井完井管柱全部使用ICD筛管,则调节效果最好。然而全部使用ICD筛管的方案使得单根ICD筛管汇集的油藏产出液体较少,在调剖指标指导下设计出的节流喷嘴公称直径比较小,该方案在工具加工难度、工作可靠性和成本等方面不占优势；(4)变节流喷嘴公称直径的ICD完井管柱使得现场装配过程复杂,国外石油技术服务公司流行使用安装统一公称直径节流喷嘴的ICD完井管柱,其调节效果亦为明显,且实用性更强。实例计算表明,节流喷嘴公称直径越小,调节效果越好,然而节流喷嘴公称直径过小使得人工节流压降过高、工具加工难度大和工作可靠性低,应根据数值模拟结果优选适当尺寸；(5)非均质油藏水平井所处参数环境非常复杂,常规完井方法开发效果很差,相比均质油藏,非均质油藏水平井使用ICD完井方法更具必要性。值得注意的是,如果井筒某一位置沿井筒轴线方向两侧油藏区域渗透率差异较大,则应在该位置下入管外封隔器(ECP),防止形成环空流,影响ICD完井方法调节效果。
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【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE937

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