水平井完井压力评价理论与应用研究

论文摘要

随着低渗油藏不断发现,复杂井型技术被广泛用于石油勘探开发之中,例如过去的三十年快速发展水平井技术。不同于垂直井,水平井不同完井类型的压力评价理论要复杂的多,针对水平井射孔完井和砾石充填完井两种,本文从以下几个方面对此进行了研究。1、线源解。水平井射孔完井后,地层中的流体在多孔介质中的流动符合达西定律,本文将射孔后地层和井筒之间的流动通道考虑成线源,根据格林函数和乘积原理用源汇法推导出线源的瞬态压力乘积解,主要研究了螺旋射孔格式下相位角为90°射孔完井地层中的流动情况,得到各点的压力变化和任意时刻的压力分布,采用的方法是首先把孔眼分为Ⅰ类和Ⅱ类,根据两类孔眼形成流动通道的不同,得到在多种边界条件下的两类孔眼的线源解。2、并行计算。水平井的长度一般103米量级,因而沿着井筒的孔眼数则有101量级,虽然每个孔眼对油藏都有“扰动”,但是孔眼与孔眼之间没有通讯,是相互独立的,而且对于油藏中的各点来说,孔眼的影响体现在地层压力的变化,这种特点适合采用并行计算,对于这么多孔眼的计算也只能采用并行计算技术,本文采用结构化网格技术实现了在大型并行机群（KD-50-Ⅰ）计算水平井射孔后的地层压力变化和分布,以及速度的变化和分布。3、算法优化。为了提高并行计算的效率,在不影响计算准确度的情况下,变化网格划分方法,实现算法的优化。采用的方法在对数空间下对油藏区域进行网格划分,然后在实空间下进行了迭代,同样在时间维度上也可以用这种方法进行划分,依据是油藏中距离井筒远的地方,孔眼流动对地层的影响很小,同时随着时间的增加,油藏中的流动趋于稳定,也没有必要在时间上进行相同的迭代,这样就大大减少了循环的次数,优化了算法。4、径向流和产能预测。本文根据地层中速度的分布情况,定义径向流的区域,认为在该区域可以用理想的裸眼完井模型计算底地压力分布和变化,在径向流区域和射孔影响区域的交界面存在着压差认为是由水平井射孔引起的附加压降也就是表皮因子,因而可以准确地预测油气井射孔完井的油气产能,同时利用现代的录井技术,根据本文的模型可以实时预测油气产能。5、砾石充填完井。本文的最后,提出水平井砾石充填完井方式的压力计算思路,将油藏划分为三个区域:径向流区、射孔区和砾石充填区,分别给出各流动区的计算模型原理,在边界条件上耦合三种区域的流动,达到地层中流体流动的连续。通过上述理论推导和数值计算模拟,我们研究了水平井射孔完井后地层中液体流动的特点,提出了水平井砾石充填完井计算的物理数学模型,为实现对地层的数值模拟计算提供了思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 完井工程的意义引言
• 1.2 水平井完井类型介绍
• 1.2.1 裸眼完井
• 1.2.2 割缝衬管完井
• 1.2.3 射孔完井方式
• 1.2.4 砾石充填完井方式
• 1.2.5 管外封隔器完井方式
• 1.3 压力评价理论的发展概况及研究现状
• 1.3.1 国外研究进展
• 1.3.2 国内研究进展
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 水平井射孔完井压力评价理论
• 2.1 引言
• 2.2 数学物理模型
• 2.2.1 模型建立的底层条件
• 2.2.2 连续性方程
• 2.2.3 达西定律
• 2.2.4 状态方程
• 2.2.5 单相流渗流力学方程
• 2.2.6 定解条件
• 2.3 点源（汇）解
• 2.4 NewMan乘积原理
• 2.5 线源解
• 2.6 格林函数
• 2.7 水平井
• 2.8 水平井流动期分析
• 2.9 水平井的线源解
• 2.10 水平井射孔完井压力评价
• 2.11 计算实例
• 2.12 本章小结
• 第三章 水平井射孔完井的并行计算
• 3.1 序言
• 3.2 并行计算
• 3.2.1 并行计算简介
• 3.2.2 MPI
• 3.2.3 KD-50-I
• 3.2.4 KD-50-I主要技术指标和参数
• 3.3 水平井射孔完井并行计算实验
• 3.3.1 实验准备
• 3.3.2 实验内容
• 3.4 数据处理
• 3.4.1 串行计算结果
• 3.4.2 并行算法性能
• 3.4.3 数据结果
• 3.5 算法优化
• 3.6 本章小结
• 第四章 表皮模型
• 4.1 序言
• 4.2 垂直井的表皮因子
• 4.2.1 全射开垂直井表皮
• 4.2.2 垂直裂缝井表皮
• 4.3 射孔参数对产率比的影响
• 4.3.1 孔深影响
• 4.3.2 孔密影响
• 4.3.3 相位角的影响
• 4.3.4 压实程度的影响
• 4.3.5 不同时间下的孔深影响
• 4.3.6 不同时间下相的位角影响
• 4.3.7 不同时间下的孔密影响
• 4.4 垂直井射孔完井的表皮模型
• 4.4.1 平面流表皮
• 4.4.2 井筒表皮
• 4.4.3 垂直流表皮
• 4.4.4 压实表皮
• 4.4.5 损害表皮
• 4.4.6 各向异性影响
• 4.5 水平井射孔完井的表皮
• 4.5.1 平面流表皮
• 4.5.2 井筒表皮
• 4.5.3 三维流动表皮
• 4.6 本章小结
• 第五章 水平井射孔完井产能评价
• 5.1 序言
• 5.2 井筒存储
• 5.3 产能模型
• 5.4 水平井油井射孔完井产能评价
• 5.5 气体渗流方程
• 5.6 水平井气井射孔完井产能评价
• 5.7 利用录井数据预测油气产能
• 5.7.1 计算模型和解
• 5.7.2 直井的不稳定IPR曲线
• 5.7.3 水平井
• 5.7.4 计算实例
• 5.8 本章小结
• 第六章 水平井砾石充填完井压力评价理论
• 6.1 序言
• 6.2 砾石充填区压力计算
• 6.2.1 数学物理模型
• 6.2.2 有限元方程
• 6.2.3 有限元方程求解
• 6.2.4 渗流区域网格划分
• 6.2.5 有限元方程组求解
• 6.2.6 砾石充填区不稳定渗流
• 6.3 不稳定渗流射孔区模型及其求解
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 创新
• 7.3 展望
• 参考文献
• 附录1 无量纲量的定义
• 附录2 一类孔眼的解析表达式
• 附录3: 攻博期间发表的论文和完成的项目
• 致谢