水平井井筒流态分析方法

第１３卷第３１期２０１３年ｌ１月　ｌ６７１—１８１５（２０１３）３１—９１９６—０６　科学技术与工程　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖ０Ｌ　１３　Ｎｏ．３１　ＮＯＶ．２０１３　⑥２０１３　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．　

井筒压降对水平井注采系统的影响研究　

李　勇　’　刘慧卿　刘永革　

（中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室　，北京１０２０００；中石化胜利油田分公司海洋采油厂　，青岛３５００００）　

摘要根据质量守恒方程和动量定理，建立了具有管外环空并考虑井筒压降的水平井模型。根据油水两相渗流理论，建立　了储层模型并根据耦合条件对水平井模型进行了耦合并求解。以胜利油田某区块地质参数为依据建立了水平井一注一采时　的油藏模型，对跟端对跟端以及跟端对趾端两种水平井排布方式分别进行了模拟。模拟结果表明，跟端一跟端排布时随着生产　的进行产液剖面越来越不均衡；而跟端一趾端排布时产液剖面存在自动均衡现象，有助于提高原油采收率。　关键词管外环空　井筒压降　水平井　一注一采　数学模型　数值模拟　中图法分类号ＴＥ３５７．１３；　文献标志码Ａ　

水平井相比于直井具有泄油面积大、生产压差　

小、采液指数高及无水采油期长的特点，因此水平　井被越来越多地应用于油气田的开发作业中¨　Ｊ。　

早期的研究均将水平井看作具有无限导流能力，即　

井筒内压力均衡分布。随着水平井长度的增加，流　

量线性增加。但实际上水平井生产时，井壁摩阻以　

及井筒人流流量造成的堆积效应会相应产生摩擦　

压降和加速度压降。当水平段较短且流量较小时，　

两种压降与生产压差相比较小，因此可将水平井模　

型简化为无限导流模型；但当水平井段较长或是流　

量较大时，两种压降之和与生产压差相比不可忽　

略，无限导流模型与实际生产情况相差甚远，不再　

适用　，　。　Ｄｉｋｋｅｎ＿６　首先研究了水平井筒内压降对生产动　

态的影响，随后有大量学者提出了考虑井筒压降的　

第３５卷第１期　２０１４年１月　石　油　学　报　ＡＣＴＡ　ＰＥＴＲＯＬＥＩ　ＳＩＮＩＣＡ　Ｖｏ１．３５　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．　２０１４　

文章编号：０２５３—２６９７（２０１４）０１—０９３—０６　ＤＯＩ：１０．７６２３／ｓｙｘｂ２Ｏ１４０１０１Ｏ　

水平井井筒变质量流动压降计算新模型　

乐　平　陈小凡　付　玉　刘　峰　

（西南石油大学油气藏地质及开发国家重点实验室　四川成都６１０５００）　

摘要：为了使水平井变质量流压降模型更具合理性和准确性，更有效地分析油井产能和生产动态，通过回顾和分析以往关于水平井　筒压降模型的计算理论与方法，利用现有实验数据回归分析建立了一种新的射孔完井压降计算回归模型，该模型能够实现射孔完　井孔密、相位角连续变化时综合摩擦系数的求取和井筒压降的计算。通过实例对比分析可以看出，该模型和目前常见模型的计算　精度较为接近、计算结果较为合理。该模型的提出可以为进一步改进油藏渗流与井筒流动耦合模型的理论研究提供参考。　关键词：水平井；变质量流；井筒压降；摩擦系数；回归方法　中图分类号：ＴＥ３５５．６　文献标识码：Ａ　

Ａ　ｎｅｗ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｒｏｐ　ｏｆ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　

ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌｓ　

Ｙｕｅ　Ｐｉｎｇ　Ｃｈｅｎ　Ｘｉａｏｆａｎ　Ｆｕ　Ｙｕ　Ｌｉｕ　Ｆｅｎｇ　

（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏｉｌ＆Ｇａｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１０５００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｌｌｂｏｒｅ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｗｏ　ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ，ｄｅｐｅｎ—　ｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ　ｏｒ　ａｂｓｅｎｃｅ　ｏｆ　ｉｎｆｌｏｗ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｗｅｌｌｂｏｒｅ　ｗａｌ１．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｌａｙ　ａ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｍｏｄｅｌｓ　ｆｏｒ　ｒｅｓｅｒ—　ｖｏｉｒ　ｓｅｅｐａｇｅ　ｗｉｔｈ　ｗｅｌｌｂｏｒｅ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌｓ，ｍｕｌｔｉ—ｓｔａｇｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｅｄ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌｓ　ａｎｄ　ｂｒａｎｃｈｅｄ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌｓ．　Ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｒｏｐ　ｍｏｄｅｌ　ｐｒｏｆｏｕｎｄｌｙ　ｃａｎ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｅｌｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅｖｉｅｗ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｖｉｏｕｓ　ｍｏｄｅｌｓ，ｗｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａ　ｎｅｗ　ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｐａｂｌｅ　ｏｆ　ｃａｌ—　ｃｕｌａｔｉｎｇ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｒｏｐ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｅａｓｅｌｅｓｓ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｏｏｔｉｎｇ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｈａｓｉｎｇ　ｄｅｇｒｅｅ　ｉｎ　ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ　ｃｏｍｐｌｅ—　ｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｒｅｖｉｏｕｓ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｏｎｅ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｍｏｄｅｌ　ｓｅ—　ｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｍｏｄｅｌｓ　ｏｆ　ｗｅｌｌｂｏｒｅ　ｆｌｏｗ　ｗｉｔｈ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｓｅｅｐａｇｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌ；ｖａｒｉａｂｌｅ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ；ｗｅｌｌｂｏｒｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｒｏｐ；ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ；ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　

第三章 水平井环空携砂效果分析

在水平井钻井过程中，因钻具靠近下井壁，形成了偏心环空，随着钻

头破碎岩石的不断进行，岩屑逐渐积聚起来形成岩屑床。岩屑床的形成

就可能导致钻井中的高扭矩、高摩阻、粘卡以及泥包钻头等一系列不利

因素，这一切都与井眼的清洁状况有关。因此，水平井环空携岩效果的

好坏对水平井钻井起着关键的作用。

影响环空携岩的因素很多，如环空返速、钻井液类型、钻井液流变

性、钻井液密度、环空尺寸、钻具偏心度、钻具尺寸、钻速、转速、岩

屑尺寸、井眼倾角等。这些影响因素可分为可控因素与不可控因素，在

机泵条件给定的条件下，实际地面可控因素只有钻井液的流变性与环空

返速。因此，在水平井钻井过程中，对钻井液的流变性能和环空返速进

行探讨，对于减少复杂情况的发生，有效地提高水平井钻井速度，降低

钻井成本都有非常重要的意义。第1节 水平井作业中遇到的洗井问题

水平井技术是国家“八五”期间重点科技攻关项目，从现场施工情况来

看，在钻井过程中，因井眼不清洁而发生复杂情况也普遍存在，归纳起来主要有两条主要原因：实际环空返速小，满足不了携岩要求；

钻井液流变参数携岩能力差。

从直井段到斜井段至水平井段，岩屑在环空中运移规律表现出明显的

不同，基本上可用井斜角表示：即0°～30°，30°~60°，60°～90°。本文

依次称为第一洗井区，第二洗井区，第三洗井区。理论分析认为在三个

冼井区中，第一洗井区用层流携岩最佳。第三洗井区用紊流携岩最佳，

第二洗井区层紊流和均可。但对于现场实际情况，由于大斜度井段和水

平井段钻进时使用动力钻具，而动力钻具又受到大排量的限制，所以环

空很难达到紊流流态。大量文献资料表明：环空返速是影响环空携岩的

主要因素。因此，对一口水平井来讲关键是合理设计返速，也就是说要

合理地根据地质，钻具结构，钻井液流变性等一些特定条件控制好排

量，更好地解决携岩问题。对于第二洗井区，岩屑会下滑至井底，这一

现象国外称为“Boycott”效应，此效应的后果十分严重，轻则会起下钻遇

注水井洗井过程中流态分析

摘要 鉴于目前注水井出口排量难以计量，造成洗井水量控制存在盲目性的问题，本文利用了水利学的研究方法，通过对洗井过程中，油管内部的流态进行分析，推导出流量与沿程压力损失、冲刷能力间的内在关系，归纳总结出通过控制进口排量、压力调节洗井喷量的方法，使注水井的出口排量得以有效控制，最终洗井效果得以明显提高。

主题词 紊流 沿程压损 喷量 变流量 旋流板

洗井是水井常见的一项维护措施，随着新技术的不断推广，洗井工作逐渐走向正轨。近年来，洗井管线的丢失，特种车辆洗井逐渐占据主导地位，洗井工作难度明显增加，致使洗井周期不断延长。如何使珍贵的洗井水量，全面达到解除油层堵塞、清除油管内外污物，维持水井正常运行的目地，是一项十分紧迫、重要的研究课题。

一、现状：

1、洗井方式调查 胜采四矿共有水井208口，正常开井175口。其中有洗井流程井123口，可用管线车洗井10口，可用自循环洗井车洗井33口，其他方式8口。

2、洗井效果调查 由于按传统理论制定的注水井方案，存在较大偏差，致使洗井操作存在一定盲目性，洗井效果往往不尽人意。以2014.01-2014.6为例，6个月，全矿共发生维护洗井96井次，有效71井次，实际有效率为73.96%，有6次措施洗井后未恢复到正常的吸水能力、19次测调洗井未解决遇阻问题 ，因此说，洗井效果不甚理想。

二、洗井过程中的水力分析

鉴于用静力学，静液柱压力推导制订的洗井方案，误差较大，洗井效果差，今年7月份以来，我们引入了水力学动态研究方法，对洗井过程中的水流状态进行分析。由于油套环形空间内，油管接箍凸出，造成洗井水在下行过程中产生一系列旋涡，不能形成规则形式的运动，且没有实际意义，因此在分析过程中主要讨论油管内部的水流状况。

（一） 洗井中油管内部流态分析

1、 流型确定

2、 洗井过程中油管内沿程压力损失的分析

油管内有一定的锈蚀和结垢现象，但考虑到水的冲刷能力不足以改变锈蚀和