水平井渗流理论及产能评价方法研究

论文摘要

近些年,水平井技术己经在石油工业得到了迅速发展,日益普及整个石油工业。水平井技术在薄层油藏、天然裂缝油藏、断块油藏、存在气锥和水锥问题的油藏、存在底水锥进的气藏中得到了广泛的应用。另外,水平井在开采重油、水驱以及其它提高采收率措施中也正在发挥越来越重要的作用。目前在水平井渗流理论及产能计算方面,还有许多复杂的问题需要进行深入研究。本文以水平井和对称多分支水平井为研究对象,从油气藏的储层特征和水平井的渗流过程出发,综合运用油气藏地质、油气藏渗流理论、点源函数、Green函数、保角变换、偏微分方程及计算数学等多学科知识,研究出适合于描述水平井渗流与产能计算的理论与方法,主要取得了以下成果:（1）在源函数基本理论研究的基础上,对水平井不稳定渗流理论以及压力响应特征进行了研究,对比研究了水平井线源模型以及杆源模型之间的差异,分析了各种因素对水平井压力动态曲线的影响;针对存在断层情况下的水平井,通过模型求解及绘制样板曲线,研究了水平井与断层之间的距离及夹角对压力动态的影响;针对对称多分支水平井,研究了分支数、无因次总井筒长度以及分支干扰对水平井压力动态的影响。（2）对无限导流以及有限导流条件下水平井的流量分布特征进行了研究。在无限导流条件下,当水平平面内不存在断层时,流量分布趋于稳定后呈对称“U”型分布;当水平井与断层之间存在夹角时,流量趋于稳定后呈不对称“U”型分布;对于对称多分支水平井,由于发生了分支间的干扰,流量趋于稳定后呈不对称“U”型分布乃至单调分布,分支越多,干扰越严重;在有限导流条件下,水平井流量分布出现不对称“U”型分布特征,且跟端的井筒流入大于趾端的井筒流入,这是由于跟端的井筒压力最低,生产压差最大,因而井筒流入流量最多。（3）综合分析了Borisov,Joshi,Giger,Renard-Dupuy水平井产能方程之间的异同。推导出了上下封闭边界中无限大油藏水平井的三维稳态产能解析公式,针对Joshi公式中垂直方向渗流阻力分母上少π的问题,偏心距的处理问题以及简化的二维渗流场与三维渗流场之间的差异问题进行了研究,并提出相应的改进方法。（4）建立和求解了包含水平气井井身结构参数、近井区高速非达西渗流条件下气体紊流因素以及启动压力梯度效应的水平气井渗流模型,推导出了描述水平气井产能的二项式产能方程。对水平气井和直井的产能进行了对比,定量研究了启动压力梯度以及非达西渗流对水平气井产能的影响。研究结果对于水平气井产能分析的现场应用具有重要的指导意义。（5）在前人研究的基础上,研究了水平井通用的拟稳态产能方程并对各种影响因素进行了分析。该方程不但以统一的形式描述了均一流量以及均一压力条件下水平井的产能,而且也以统一的形式描述了裂缝以及水平井的产能,同时也统一并扩展了经典的水平井拟稳态产能Babu-Odeh公式以及Kuchuk公式。以此为基础,从复杂的机理出发,推导出了不同于Genliang Guo的裂缝油藏水平井的产能计算公式。结合油藏地质特征,可以研究裂缝长度、裂缝密度以及裂缝方位对裂缝性油藏水平井产能的影响规律。（6）在对水平井产能理论研究的基础之上,结合伊朗Mis油田实例进行了研究。现场应用结果表明,本文所改进和完善的的公式具有较高的准确性,可以加以推广应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究的目的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 水平井渗流理论方面
• 1.3.2 水平井产能评价方面
• 1.4 本文的研究目标、技术路线及主要工作
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 完成的主要工作
• 1.5 创新点
• 第2章 水平井渗流理论及产能评价数学基础
• 2.1 实空间源函数基本理论
• 2.1.1 瞬时点源解
• 2.1.2 基本瞬时源函数
• 2.2 拉氏空间源函数基本理论
• 2.2.1 瞬时源函数基本解
• 2.2.2 线源模型基本解
• 2.3 保角变换基本理论
• 2.3.1 单叶映射
• 2.3.2 保角变形
• 2.3.3 保拉氏方程
• 2.3.4 保产量
• 第3章 水平井不稳定渗流理论研究
• 3.1 单支水平井渗流数学模型
• 3.1.1 基本模型的建立
• 3.1.2 模型的简化
• 3.1.3 杆源水平井压力特征分析
• 3.2 复杂条件下水平井渗流数学模型
• 3.2.1 存在断层的情况
• 3.2.2 对称多分支水平井的情况
• 3.3 水平井无限导流流量分布研究
• 3.3.1 无限导流流量分布计算模型
• 3.3.2 无限导流流量分布特征分析
• 3.4 水平井有限导流流量分布研究
• 3.4.1 井筒压降及流动模型
• 3.4.2 有限导流流量分布计算模型
• 第4章 水平井稳态产能评价研究
• 4.1 水平井稳态产能计算方法
• 4.1.1 经典公式回顾
• 4.1.2 水平井稳态产能公式的异同
• 4.1.3 水平井三维稳态产能公式的推导
• 4.1.4 Joshi公式存在的问题及改进方法
• 4.2 水平气井稳态产能计算方法
• 4.2.1 水平气井二项式产能方程推导
• 4.2.2 考虑启动压力梯度的水平气井二项式产能方程
• 4.2.3 影响因素分析
• 4.3 底水地层产能计算公式
• 4.3.1 底水或气顶地层产能计算公式
• 4.3.2 底水和气顶地层产能计算公式
• 4.4 多分支水平井稳态产能计算模型
• 4.4.1 稳态产能计算公式
• 4.4.2 计算结果分析
• 第5章 水平井拟稳态产能评价研究
• 5.1 拟稳态产能数学模型
• 5.1.1 水平井井筒流入剖面
• 5.1.2 均一流量下拟稳态产能数学模型及其解
• 5.1.3 均一压力下拟稳态产能数学模型及其解
• 5.2 经典产能公式回顾
• 5.2.1 Babu-Odeh方法
• 5.2.2 Kuchuk方法
• 5.2.3 Ecnomides方法
• 5.3 不同井筒条件下水平井的拟稳态产能方程
• 5.3.1 通用水平井拟稳态产能模型
• 5.3.2 以全高度裂缝为基础的水平井产能方程
• 5.3.3 以全长度水平井为基础的产能方程
• 5.3.4 表皮系数的考虑
• 5.3.5 参数敏感性分析
• 5.4 考虑井筒压降的产能计算模型
• 第6章 天然裂缝油藏水平井产能评价方法研究
• 6.1 垂直裂缝井产能计算方法
• 6.1.1 无限大地层垂直裂缝井稳态产能公式
• 6.1.2 矩形地层垂直裂缝井稳态产能公式
• 6.2 天然裂缝水平井产能计算方法
• 6.2.1 天然裂缝油藏水平井产能公式的推导
• 6.2.2 多因素影响下对产能公式的修正
• 6.2.3 基质与裂缝流量权重系数的确定
• 6.2.4 产能公式敏感性分析
• 第7章 伊朗MIS油田应用实例分析
• 7.1 MIS油田概况
• 7.1.1 区域地质简况
• 7.1.2 油田开发历程
• 7.2 储层特征
• 7.2.1 储层岩性
• 7.2.2 储层孔、洞类型及特征
• 7.2.3 裂缝类型及特征
• 7.3 水平井井位部署
• 7.3.1 水平井布井原则
• 7.3.2 布井主要地质依据
• 7.3.3 井位部署方案
• 7.4 H5、H7产能的计算
• 7.4.1 H7井产能
• 7.4.2 H5井产能
• 第8章 结论与建议
• 8.1 主要结论
• 8.2 建议
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间学术论文出版情况