水平井射孔完井技术.ppt

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1、陈陈 德德 春春Tel:0546-7807360;13963389196E_mail: 中国石油大学（华东）石油工程学院中国石油大学（华东）石油工程学院20082008年年9 9月月水平井尾管完井、变密度射孔完井水平井尾管完井、变密度射孔完井和分段射孔完井技术研究和分段射孔完井技术研究 1汇汇 报报 提提 纲纲1.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究2.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究3.3.水平井变密度射孔优化设计模型水平井变密度射孔优化设计模型 4.4.水平井分段射孔完井技术水平井分段射孔完井技术2近年来，水平井大多是油气

2、水三相共同生产。近年来，水平井大多是油气水三相共同生产。研究水平井油气水三相流入动态关系对水平井开发油田的油藏研究水平井油气水三相流入动态关系对水平井开发油田的油藏 工程研究和采油工艺技术分析与设计具有重要的作用。工程研究和采油工艺技术分析与设计具有重要的作用。基于基于PetrobrasPetrobras关于垂直井油气水三相流入动态研究思想，用修正关于垂直井油气水三相流入动态研究思想，用修正的的ChengCheng方法描述其中的油相方法描述其中的油相IPRIPR，建立水平井油气水三相流入动，建立水平井油气水三相流入动态的计算模型。态的计算模型。1.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三

3、相流入动态研究（1 1）水平井产油（液）指数计算法）水平井产油（液）指数计算法（2 2）基于油藏数值模拟计算分析的溶解气驱油藏水平井流入）基于油藏数值模拟计算分析的溶解气驱油藏水平井流入 动态计算方法动态计算方法目前研究水平井流入动态的方法目前研究水平井流入动态的方法 ：基于均质、等厚、顶部和底部均为不渗基于均质、等厚、顶部和底部均为不渗透隔层、一口与顶底面平行的水平井、单透隔层、一口与顶底面平行的水平井、单相流体稳定渗流状态的产能计算模型。相流体稳定渗流状态的产能计算模型。基于对油藏数值模拟计算结果回归所得到基于对油藏数值模拟计算结果回归所得到的溶解气驱油藏水平井产能计算模型。的溶解气驱油藏

4、水平井产能计算模型。31.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.11.1计算模型的建立计算模型的建立 基于基于PetrobrasPetrobras研究思路，建立了水平井油气水三相流入动态曲线：研究思路，建立了水平井油气水三相流入动态曲线：A A为假设该井含水率为假设该井含水率为为0 0时油井时油井IPRIPR曲线，曲线，称油气称油气IPRIPR曲线曲线 B B为假设该井含水率为假设该井含水率为为100%100%时油井时油井IPRIPR曲曲线，线，称水称水IPRIPR曲线曲线曲线曲线C C为该井实际含为该井实际含水率时油井水率时油井IPRIPR曲线，曲线，称为油气水三相

5、称为油气水三相IPRIPR曲线曲线41.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.11.1计算模型的建立计算模型的建立 水水IPRIPR曲线用达西定律来描述；油气曲线用达西定律来描述；油气IPRIPR曲线分曲线分2 2段描述：当段描述：当井底流压（文中的井底流压指水平井筒跟端处流压）大于等井底流压（文中的井底流压指水平井筒跟端处流压）大于等于饱和压力时用达西定律来描述；当井底流压小于饱和压力于饱和压力时用达西定律来描述；当井底流压小于饱和压力时用修正的时用修正的chengcheng方法来描述。方法来描述。水平井油气水三相流入动态曲线的实质是按含水率取油气水平井油气水三相流

6、入动态曲线的实质是按含水率取油气IPRIPR曲线和水曲线和水IPRIPR曲线的加权平均值。计算中可按产量加权平曲线的加权平均值。计算中可按产量加权平均，也可按流压加权平均。均，也可按流压加权平均。51.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.1.11.1.1水平井采液指数的计算模型水平井采液指数的计算模型（1 1）当井底流压大于饱和压力时，水平井的采液指数为：）当井底流压大于饱和压力时，水平井的采液指数为：（2 2）当井底流压大于油气）当井底流压大于油气IPRIPR极限产量所对应的油气水三相极限产量所对应的油气水三相IPRIPR上压力上压力,且井底流压小于饱和压力时，水

7、平井的采液指数为且井底流压小于饱和压力时，水平井的采液指数为:61.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.1.11.1.1水平井采液指数的计算模型水平井采液指数的计算模型（3 3）当井底流压小于油气）当井底流压小于油气IPRIPR极限产量所对应的油气水三极限产量所对应的油气水三相相IPRIPR上压力时，水平井的采液指数为：上压力时，水平井的采液指数为：所以，对某一水平井而言，已知饱和压力、油藏平均压力、所以，对某一水平井而言，已知饱和压力、油藏平均压力、油井含水率和一个测试点的油井产液量及其对应的井底流压，油井含水率和一个测试点的油井产液量及其对应的井底流压，利用上述

8、计算模型可以计算该井的采液指数。利用上述计算模型可以计算该井的采液指数。71.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.1.2 1.1.2 水平井油气水三相流入动态计算模型水平井油气水三相流入动态计算模型 水平井油气水三相流入动态反映了油井产液量与井底流水平井油气水三相流入动态反映了油井产液量与井底流压的关系，可根据不同的井底流压计算对应的产液量或根压的关系，可根据不同的井底流压计算对应的产液量或根据不同产液量的计算对应的井底流压，从而绘制水平井的据不同产液量的计算对应的井底流压，从而绘制水平井的油气水三相流入动态曲线。本文建立了根据不同井底流压油气水三相流入动态曲线。本

9、文建立了根据不同井底流压计算对应产液量的水平井油气水三相流入动态计算模型。计算对应产液量的水平井油气水三相流入动态计算模型。通过该计算模型的变换，也可建立根据不同产液量计算对通过该计算模型的变换，也可建立根据不同产液量计算对应井底流压的水平井油气水三相流入动态计算模型。应井底流压的水平井油气水三相流入动态计算模型。81.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.1.2 1.1.2 水平井油气水三相流入动态计算模型水平井油气水三相流入动态计算模型（1 1）当井底流压大于饱和压力时，水平井的产液量为：）当井底流压大于饱和压力时，水平井的产液量为：（2 2）当井底流压大于油气）

10、当井底流压大于油气IPRIPR极限产量所对应的油气水三极限产量所对应的油气水三相相IPRIPR上压力，且井底流压小于饱和压力时，水平井的产液上压力，且井底流压小于饱和压力时，水平井的产液量为：量为：91.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.1.2 1.1.2 水平井油气水三相流入动态计算模型水平井油气水三相流入动态计算模型（3 3）当井底流压小于油气）当井底流压小于油气IPRIPR极限产量所对应的油气水三极限产量所对应的油气水三相相IPRIPR上压力时，水平井的产液量为：上压力时，水平井的产液量为：式中：式中：101.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相

11、流入动态研究1.2 1.2 计算分析计算分析1.2.1 1.2.1 已知数据已知数据 已已知知油油藏藏压压力力为为4 41 1.5 5MMP Pa a，饱饱和和压压力力为为3 30 0MMP Pa a，油油层层厚厚度度为为2 25 5m m，供供给给半半径径为为2 25 50 0m m，井井筒筒半半径径为为0 0.0 06 62 2m m，渗渗透透率率为为1 16 65 51 10 0-3 3 m m2 2，水水平平井井筒筒长长度度为为4 45 50 0m m，原原油油密密度度为为8 84 40 0k kg g/m m3 3，原原油油粘粘度度为为1 10 00 00 0m mP Pa a.s

12、s，原原油油体体积积系系数数为为1 1.2 2，生生产产气气油油比比为为1 10 00 0m m3 3/m m3 3，天天然然气气相相对对密密度度为为0 0.8 8，含含水水为为5 50 0%，测测试试点点的的 压压 力力 为为2 2 5 5 MM P P a a，测测 试试 点点 的的 流流 量量 为为3 3 7 7 m m3 3/d d。111.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.2.2 1.2.2 水平井筒变质量流动阻力的影响水平井筒变质量流动阻力的影响 由于沿水平井筒各射孔处均有流体从油层流入井筒，由于沿水平井筒各射孔处均有流体从油层流入井筒，从水平井指端到

13、跟端，井筒内质量流量不断增加，因而，从水平井指端到跟端，井筒内质量流量不断增加，因而，水平井筒内流体的流动为变质量多相管流。流体从油藏流水平井筒内流体的流动为变质量多相管流。流体从油藏流入井筒再流向水平井跟端的过程中存在流动压力降，影响入井筒再流向水平井跟端的过程中存在流动压力降，影响着水平井筒各射孔处的流量和水平井流入动态关系。着水平井筒各射孔处的流量和水平井流入动态关系。为研究水平井井筒变质量流动阻力对油气水三相为研究水平井井筒变质量流动阻力对油气水三相IPRIPR的的影响，本文采用广泛应用的影响，本文采用广泛应用的BeggsBeggs-Brill-Brill方法计算水平井筒方法计算水平井

14、筒多相管流的压力降。对不同井筒流量和流体粘度条件下的多相管流的压力降。对不同井筒流量和流体粘度条件下的水平井筒流动压降进行了计算分析，计算结果见下页表。水平井筒流动压降进行了计算分析，计算结果见下页表。121.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.2.2 1.2.2 水平井筒变质量流动阻力的影响水平井筒变质量流动阻力的影响井筒流井筒流量量（m m3 3/d/d）井筒总压降井筒总压降(MPaMPa)流体粘度为流体粘度为10 10 mPa.smPa.s流体粘度为流体粘度为1000 1000 mPa.smPa.s10106.486.481010-5-52.692.69101

15、0-4-450501.011.011010-3-34.084.081010-3-31001003.313.311010-3-31.311.311010-2-25005005.315.311010-2-20.200.20100010000.180.180.650.65300030001.221.224.024.02500050002.902.908.808.80131.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.2.3 1.2.3 与水平井产油（液）指数计算法的对比与水平井产油（液）指数计算法的对比5 5种计算方法的计算结果对比种计算方法的计算结果对比 141.1.水平井油气

16、水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.2.4 1.2.4 与与ChengCheng方法的计算对比方法的计算对比本文模型与本文模型与JoshiJoshi方法和方法和ChengCheng方法的计算结果对比方法的计算结果对比151.1.水平井油气水三相流入动态研究水平井油气水三相流入动态研究1.3 1.3 小结小结 （1 1）基于）基于PetrobrasPetrobras关于垂直井油气水三相流入动态的研究思想，建关于垂直井油气水三相流入动态的研究思想，建立了水平井油气水三相流入动态的计算模型，可用于水平井生产油气水立了水平井油气水三相流入动态的计算模型，可用于水平井生产油气水三相流体时的

17、产能预测和举升工艺设计。三相流体时的产能预测和举升工艺设计。（2 2）计算结果表明，目前常用水平井产油（液）指数计算的）计算结果表明，目前常用水平井产油（液）指数计算的BorisovBorisov方法、方法、GigerGiger方法、方法、JoshiJoshi方法、方法、RenardRenard方法以及溶解气驱油藏水平井流方法以及溶解气驱油藏水平井流入动态计算的入动态计算的ChengCheng方法的计算结果与本模型的计算结果存在较大差异，方法的计算结果与本模型的计算结果存在较大差异，因此建议采用本模型计算含水水平井流入动态关系。因此建议采用本模型计算含水水平井流入动态关系。（3 3）分析认为，

18、低产、低流体粘度的水平井流入动态计算中可以忽）分析认为，低产、低流体粘度的水平井流入动态计算中可以忽略水平井筒变质量流动阻力的影响。略水平井筒变质量流动阻力的影响。16 水平井生产过程中，要维持水平生产井段中流体的流动，其趾部水平井生产过程中，要维持水平生产井段中流体的流动，其趾部(水平生产井段始端水平生产井段始端)与跟部与跟部(水平生产井段末端水平生产井段末端)之间必然存在压力差。之间必然存在压力差。水平生产井段中压力差的存在势必引起油藏渗流过程中压降分布不均匀，水平生产井段中压力差的存在势必引起油藏渗流过程中压降分布不均匀，其结果是趾部对油井生产的贡献较小，在跟部却极易导致过早见水其结果是

19、趾部对油井生产的贡献较小，在跟部却极易导致过早见水(气气)，极大地降低原油产量和油藏最终采收率。，极大地降低原油产量和油藏最终采收率。为了减缓水平生产井段压降对油井生产的负面影响，许多学者提出为了减缓水平生产井段压降对油井生产的负面影响，许多学者提出了不同的解决方法，如变密度射孔、采用尾管完井或使用可远程控制的了不同的解决方法，如变密度射孔、采用尾管完井或使用可远程控制的井下流入控制阀等。井下流入控制阀等。本文研究了尾管长度、尾管直径以及产量对水平生产井段压降的影本文研究了尾管长度、尾管直径以及产量对水平生产井段压降的影响规律，得出了一些有益的结论，为以后的深入研究打下坚实的基础。响规律，得出

20、了一些有益的结论，为以后的深入研究打下坚实的基础。2.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究172.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.12.1尾管完井水平井筒压降计算模型的建立尾管完井水平井筒压降计算模型的建立图图2-1 2-1 尾管完井水平井筒流动示意图尾管完井水平井筒流动示意图 182.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.12.1尾管完井水平井筒压降计算模型的建立尾管完井水平井筒压降计算模型的建立 在水平生产井段中下入尾管，由于井被分隔成两个部分，在计算水在水平生

21、产井段中下入尾管，由于井被分隔成两个部分，在计算水平生产井段中的压力分布时将井筒分为两部分，即无尾管部分和有尾管平生产井段中的压力分布时将井筒分为两部分，即无尾管部分和有尾管部分，分别计算其压力分布。用部分，分别计算其压力分布。用 表示环空和井筒中的压力：表示环空和井筒中的压力：x x表示距跟部的距离。定义表示距跟部的距离。定义 为无穷远处的压力为无穷远处的压力P PR R与井筒某处压与井筒某处压力力 之差，即：之差，即：192.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.12.1尾管完井水平井筒压降计算模型的建立尾管完井水平井筒压降计算模型的建立则井筒某处

22、的流入量则井筒某处的流入量 为：为：为每米采液指数为每米采液指数 计算微元段的长度计算微元段的长度 在尾管末端处，流量和压力满足连续性条件，即：在尾管末端处，流量和压力满足连续性条件，即：202.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.12.1尾管完井水平井筒压降计算模型的建立尾管完井水平井筒压降计算模型的建立射孔水平井水平段压降计算模型采用射孔水平井水平段压降计算模型采用SuSu的计算模型。的计算模型。SuSu等人把水平井水等人把水平井水平段压降分为四部分：平段压降分为四部分：管壁摩擦管壁摩擦造成的压降造成的压降加速度造成的压降加速度造成的压降 孔眼粗

23、糙度孔眼粗糙度造成的压降造成的压降 径向流入的流体和主流径向流入的流体和主流混合产生的压降混合产生的压降 212.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2 2.2 算例分析算例分析2.2.1 2.2.1 基本参数基本参数 矩形油藏中心一口水平井，井筒长度为矩形油藏中心一口水平井，井筒长度为20002000m，地层渗透率为，地层渗透率为0.293 0.293 m2，油藏供给压力为，油藏供给压力为2323MPa，每米采液指数为，每米采液指数为24.2268 24.2268(m3/d)/MPa/m，套管内径为套管内径为162.6162.6mm，尾管内径为，尾

24、管内径为101.6101.6mm，尾管外径为，尾管外径为114.3114.3mm，套，套管和尾管管壁粗糙度均为管和尾管管壁粗糙度均为0.58670.5867mm，地下原油粘度为，地下原油粘度为0.50.5mPa.s，地下，地下原油密度为原油密度为860860kg/m3，孔眼直径为，孔眼直径为1212mm，射孔密度为，射孔密度为1616孔孔/m，产液量，产液量为为30003000m3/d。222.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.2 2.2.2 尾管长度影响尾管长度影响图图2-2 2-2 不同尾管长度情况下的水平生产井段跟部流入动态曲线不同尾管长

25、度情况下的水平生产井段跟部流入动态曲线232.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.2 2.2.2 尾管长度影响尾管长度影响图图2-22-2不同尾管长度情况下的水平生产井段压力分布曲线不同尾管长度情况下的水平生产井段压力分布曲线242.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.2 2.2.2 尾管长度影响尾管长度影响图图2-4 2-4 尾管长度与无因次数曲线尾管长度与无因次数曲线 从图从图2-42-4可可以看出，对于以看出，对于一定长度的水一定长度的水平生产井段，平生产井段，存在一个最佳存在一个最佳的尾管长

26、度。的尾管长度。252.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.3 2.2.3 尾管直径影响尾管直径影响 取水平井筒长度为取水平井筒长度为20002000m、尾管长度为、尾管长度为700700m、产液量为、产液量为30003000m3/d，其他参数保持不变，研究了不同尾管直径，其他参数保持不变，研究了不同尾管直径（8989mm、101.6101.6mm、114.3114.3mm、127127mm和和139.79139.79mm）对压降分布的影响，结果如图对压降分布的影响，结果如图2-52-5图图2-72-7所示。所示。262.2.尾管完井水平生产井段

27、压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.3 2.2.3 尾管直径影响尾管直径影响图图2-5 2-5 不同尾管直径情况下的水平生产井段跟部流入动态曲线不同尾管直径情况下的水平生产井段跟部流入动态曲线 272.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.3 2.2.3 尾管直径影响尾管直径影响图图2-6 2-6 不同尾管直径情况下的水平生产井段压力分布曲线不同尾管直径情况下的水平生产井段压力分布曲线282.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.3 2.2.3 尾管直径影响尾管直径影响图图2-7

28、 2-7 尾管直径与无因次数曲线尾管直径与无因次数曲线 尾管尾管直径对水直径对水平井筒压平井筒压降分布有降分布有较大影响，较大影响，同样也存同样也存在一个合在一个合理的尾管理的尾管直径范围。直径范围。292.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.4 2.2.4 产量影响产量影响图图2-8 2-8 不同产量情况下的水平生产井段不同产量情况下的水平生产井段压力分布曲线压力分布曲线 产量产量产量产量mm3 3/d/dQ1Q120002000Q2Q225002500Q3Q330003000Q4Q435003500Q5Q540004000Q6Q6450045

29、00Q7Q750005000Q8Q855005500Q9Q960006000Q10Q1065006500Q11Q1170007000302.2.尾管完井水平生产井段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.2.4 2.2.4 产量影响产量影响图图2-9 2-9 产量与压力降系数曲线产量与压力降系数曲线 从图从图2-82-8和图和图2-92-9可以看出，在尾管性质一定的情况下，油井产量大可以看出，在尾管性质一定的情况下，油井产量大小也影响着水平生产井段压降的分布，也即存在一个合理的产量范围。小也影响着水平生产井段压降的分布，也即存在一个合理的产量范围。312.2.尾管完井水平生产井

30、段压降分布规律研究尾管完井水平生产井段压降分布规律研究2.3 2.3 小结小结 通过求解水平生产井段压降模型对尾管完井水平生产井段中的压降通过求解水平生产井段压降模型对尾管完井水平生产井段中的压降分布规律进行了研究，得到了水平井尾管完井的最佳尾管长度范围；进分布规律进行了研究，得到了水平井尾管完井的最佳尾管长度范围；进行了尾管直径和产量对压降分布影响的敏感性分析，结果表明存在一个行了尾管直径和产量对压降分布影响的敏感性分析，结果表明存在一个合理的尾管直径和产量范围。运用本文的研究结果可以在水平井尾管完合理的尾管直径和产量范围。运用本文的研究结果可以在水平井尾管完井中对尾管和产量进行优选，从而有

31、效地调整油藏渗流过程中的压降分井中对尾管和产量进行优选，从而有效地调整油藏渗流过程中的压降分布剖面、避免可能出现的过早见水布剖面、避免可能出现的过早见水(气气)现象以提高油藏的最终采收率，现象以提高油藏的最终采收率，对水平井生产具有重要的工程价值和指导意义。对水平井生产具有重要的工程价值和指导意义。323.水平井变密度射孔优化设计模型水平井变密度射孔优化设计模型 由于水平井筒中压降的存在，导致水平井跟端生产压降大于趾由于水平井筒中压降的存在，导致水平井跟端生产压降大于趾端生产压降，容易造成井筒跟端附近过早见水端生产压降，容易造成井筒跟端附近过早见水(气气)，影响油气田采，影响油气田采收率。国内

32、外研究表明，调整沿井筒轴向的射孔孔眼密度能够改善收率。国内外研究表明，调整沿井筒轴向的射孔孔眼密度能够改善水平井流入剖面，有效减缓底水脊进。但均没有完整和系统地考虑水平井流入剖面，有效减缓底水脊进。但均没有完整和系统地考虑油藏流体渗流、流体通过孔眼的流动和水平生产井段流体流动之间油藏流体渗流、流体通过孔眼的流动和水平生产井段流体流动之间的耦合，对水平井生产设计直接指导性差。的耦合，对水平井生产设计直接指导性差。笔者基于射孔完井水平井生产流体流动压降分析，研究油藏流笔者基于射孔完井水平井生产流体流动压降分析，研究油藏流体渗流模型、射孔孔眼流体流动模型和井筒流体流动压力梯度模型体渗流模型、射孔孔眼

33、流体流动模型和井筒流体流动压力梯度模型以及流动耦合模型，建立水平井变密度射孔优化设计模型，并分析以及流动耦合模型，建立水平井变密度射孔优化设计模型，并分析了多种因素对水平井变密度射孔密度分布和水平井生产状况的影响，了多种因素对水平井变密度射孔密度分布和水平井生产状况的影响，为水平井变密度射孔完井提供了设计理论和计算模型。为水平井变密度射孔完井提供了设计理论和计算模型。333.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 假设无限大油藏中有一口水平井，供液边界压力恒定，图假设无限大油藏中有一口水平井，供液边界压力恒定，图1和和图图2分别为水平井生产流体流动模型示意

34、图和流动压降示意图。分别为水平井生产流体流动模型示意图和流动压降示意图。图图1 水平井生产流体流动模型示意图水平井生产流体流动模型示意图图图2 生产流体流动压降示意图生产流体流动压降示意图343.1.1 生产流体流动压降分析生产流体流动压降分析流体由流体由A点流到相应的水平井筒点流到相应的水平井筒xi处的压降为：处的压降为：则则：流体由流体由B点流到水平井筒点流到水平井筒xi处的压降等于流体由处的压降等于流体由B点流到对应的水点流到对应的水平井筒平井筒xj处的压降与流体从处的压降与流体从xj处流到处流到xi处的经过水平井筒流动压降处的经过水平井筒流动压降之和，即：之和，即：3.13.1水平井变

35、密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 353.1.2 油藏流体渗流模型油藏流体渗流模型 根据水平井生产中油藏流体的渗流特征，分为根据水平井生产中油藏流体的渗流特征，分为2种不同渗流区种不同渗流区域流体渗流特征研究油藏流体渗流模型（如图域流体渗流特征研究油藏流体渗流模型（如图2所示），其中区域所示），其中区域1为水平生产井段两边的渗流区域，区域为水平生产井段两边的渗流区域，区域2为水平生产井段两端的为水平生产井段两端的渗流区域渗流区域。图图2 生产流体流动压降示意图生产流体流动压降示意图3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 36

36、3.1.2 油藏流体渗流模型油藏流体渗流模型(1)(1)区域区域1 1中油藏流体渗流模型中油藏流体渗流模型根据根据Karcher等人的研究：等人的研究：3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 373.1.2 油藏流体渗流模型油藏流体渗流模型(2)(2)区域区域2 2中油藏流体渗流模型中油藏流体渗流模型在水平生产井段的趾端和跟端单元段上，流体由油藏流到井筒在水平生产井段的趾端和跟端单元段上，流体由油藏流到井筒的压降为：的压降为：3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 383.1.2 油藏流体渗流模型油藏流体渗流模

37、型 则在水平井筒趾端和跟端：则在水平井筒趾端和跟端：由式由式(1)、式、式(2)和式和式(3)得到：得到：3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 (2)(2)区域区域2 2中油藏流体渗流模型中油藏流体渗流模型393.1.3 孔眼流体流动模型孔眼流体流动模型 流体通过射孔孔眼的流动通常采用流体通过射孔孔眼的流动通常采用Forchheimer方程来表示：方程来表示：一个孔眼的体积流速为：一个孔眼的体积流速为：所以：所以：积分后处理为：积分后处理为：3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 403.1.4 油藏渗流与孔

38、眼流体流动的耦合模型油藏渗流与孔眼流体流动的耦合模型(1)网格的划分网格的划分如图如图3所示，将水平井筒由趾端到跟端划分为所示，将水平井筒由趾端到跟端划分为n个网格。个网格。图图3 水平井筒网格划分示意图水平井筒网格划分示意图3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 413.1.4 油藏渗流与孔眼流体流动的耦合模型油藏渗流与孔眼流体流动的耦合模型(2)第第1网格和第网格和第i网格的计算模型网格的计算模型 3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 423.1.4 油藏渗流与孔眼流体流动的耦合模型油藏渗流与孔眼流体流动

39、的耦合模型(3)第第i网格计算模型网格计算模型(i=2，3，n-1)3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 433.1.5 井筒流体流动压力梯度模型井筒流体流动压力梯度模型 流体在水平井筒中流动的压降主要由摩擦压降、加速度压降和流体在水平井筒中流动的压降主要由摩擦压降、加速度压降和孔眼流入的流体与水平井筒中的流动流体混合引起的混合压降组成。孔眼流入的流体与水平井筒中的流动流体混合引起的混合压降组成。流体在水平井筒中流动的总压降为：流体在水平井筒中流动的总压降为：3.13.1水平井变密度射孔优化设计模型的建立水平井变密度射孔优化设计模型的建立 44 计算

40、与分析的基础数据见表计算与分析的基础数据见表1，分析中未射穿污染带时孔深为，分析中未射穿污染带时孔深为0.3m，已射穿污染带时孔深，已射穿污染带时孔深0.5m。表表1 水平井水平井变密度射孔基础数据变密度射孔基础数据3.2 3.2 计算与分析计算与分析 453.2.1 均匀射孔与变密度射孔对比均匀射孔与变密度射孔对比图图5 均匀射孔与变密度射孔孔密对比曲线均匀射孔与变密度射孔孔密对比曲线 图图5 5为均匀射孔与变密度射孔的孔密对为均匀射孔与变密度射孔的孔密对比曲线。比曲线。可以看出：可以看出：(2)(2)在在419m419m的水平井筒中，均匀射的水平井筒中，均匀射孔需要射孔需要射8380838

41、0个孔眼，但在变密度个孔眼，但在变密度射孔后，在未射穿污染带的情况下，射孔后，在未射穿污染带的情况下，只需要射只需要射81018101个孔眼，在已射穿污个孔眼，在已射穿污染带的情况下，只需要射染带的情况下，只需要射78897889个孔个孔眼。眼。(1)(1)在未射穿污染带的情况下，当在未射穿污染带的情况下，当水平井产量为水平井产量为6408m6408m3 3/d/d时，均匀射时，均匀射孔保持孔保持2020孔孔/m/m不变进行射孔，而变不变进行射孔，而变密度射孔时孔密从最初的密度射孔时孔密从最初的2020孔孔/m/m降降到了到了17.717.7孔孔/m/m；在已射穿污染带的；在已射穿污染带的情况

42、下，当水平井产量为情况下，当水平井产量为7243m7243m3 3/d/d时，均匀射孔保持时，均匀射孔保持2020孔孔/m/m不变进行不变进行射孔，而变密度射孔孔密从最初的射孔，而变密度射孔孔密从最初的2020孔孔/m/m降到了降到了16.116.1孔孔/m/m。3.2 3.2 计算与分析计算与分析 463.2.1 均匀射孔与变密度射孔对比均匀射孔与变密度射孔对比b.未射穿污染带未射穿污染带图图6 均匀射孔与变密度射孔的流入剖面关系曲线均匀射孔与变密度射孔的流入剖面关系曲线a.已射穿污染带已射穿污染带 不论已射穿污染带还是未射穿污染带，变密度射孔都可以保持不论已射穿污染带还是未射穿污染带，变密

43、度射孔都可以保持水平井筒单位长度上径向流入量保持不变，从而达到水平井生产剖水平井筒单位长度上径向流入量保持不变，从而达到水平井生产剖面均匀的目的，而均匀射孔，最终会导致在水平井井筒跟端的径向面均匀的目的，而均匀射孔，最终会导致在水平井井筒跟端的径向流入量大幅度增加，容易引起水平井井筒跟端过早见水。所以，变流入量大幅度增加，容易引起水平井井筒跟端过早见水。所以，变密度射孔可以在保持与均匀射孔产量相等的情况下节省射孔成本，密度射孔可以在保持与均匀射孔产量相等的情况下节省射孔成本，并改善流体入井流动剖面，防止底水脊进。并改善流体入井流动剖面，防止底水脊进。3.2 3.2 计算与分析计算与分析 473

44、.2.2 初始孔密对变密度射孔密度的影响初始孔密对变密度射孔密度的影响 b.初始孔密为初始孔密为20孔孔/m图图7 初始孔密对孔密分布的影响曲线初始孔密对孔密分布的影响曲线a.初始孔密为初始孔密为10孔孔/m(1)(1)在未射穿污染带的情况下，当水平井产量为在未射穿污染带的情况下，当水平井产量为6408m3/d6408m3/d时，分别取初始时，分别取初始孔密为孔密为2020孔孔/m/m和和1010孔孔/m/m，对其变密度射孔做了对比。初始孔密为，对其变密度射孔做了对比。初始孔密为2020孔孔/m/m的的射孔方式，孔密从最初的射孔方式，孔密从最初的2020孔孔/m/m降到了降到了17.717.7

45、孔孔/m/m；初始孔密为；初始孔密为1010孔孔/m/m的射的射孔方式，孔密从最初的孔方式，孔密从最初的1010孔孔/m/m降到了降到了9.59.5孔孔/m/m。(2)(2)在已射穿污染带的情况下，当水平井产量为在已射穿污染带的情况下，当水平井产量为7243m7243m3 3/d/d时，分别取初始时，分别取初始孔密为孔密为2020孔孔/m/m和和1010孔孔/m/m，孔密分别从最初的，孔密分别从最初的2020孔孔/m/m降到了降到了16.116.1孔孔/m/m和最初和最初的的1010孔孔/m/m降到了降到了9 9孔孔/m/m。所以，当初始孔密比较大时，孔密的变化也就越大。当初始孔密较小所以，当

46、初始孔密比较大时，孔密的变化也就越大。当初始孔密较小时，孔密的变化也就越小。已射穿污染带时孔密的变化大于未射穿污染带时，孔密的变化也就越小。已射穿污染带时孔密的变化大于未射穿污染带时孔密的变化。时孔密的变化。3.2 3.2 计算与分析计算与分析 483.2.3 原油粘度对射孔密度的影响原油粘度对射孔密度的影响图图8 原油粘度对变密度射孔密度分布的影响曲线原油粘度对变密度射孔密度分布的影响曲线(1)在未射穿污染带的情况在未射穿污染带的情况下，当水平井产量为下，当水平井产量为6408m3/d时，原油粘度为时，原油粘度为6mPas时，孔密从最初的时，孔密从最初的20孔孔/m降到了降到了17.7孔孔/

47、m；原油；原油粘度为粘度为0.6mPas时，孔密从时，孔密从最初的最初的20孔孔/m降到了降到了9.2孔孔/m。(2)在已射穿污染带的情况在已射穿污染带的情况下，当水平井产量为下，当水平井产量为7243m3/d时，原油粘度为时，原油粘度为6mPas，孔密从最初的，孔密从最初的20孔孔/m降到了降到了16.1孔孔/m；原油粘；原油粘度为度为0.6mPas时，孔密从最时，孔密从最初的初的20孔孔/m降到了降到了6.5孔孔/m。所以，原油粘度对变密度射所以，原油粘度对变密度射孔密度分布的影响较大。孔密度分布的影响较大。3.2 3.2 计算与分析计算与分析 493.2.4 初始孔密对井底流压的影响初始

48、孔密对井底流压的影响 a.已射穿污染带已射穿污染带 b.未射穿污染带未射穿污染带 图图9 初始孔密对井底流压的影响初始孔密对井底流压的影响 不论未射穿污染带还是已射穿污染带，初始孔密越大，井底不论未射穿污染带还是已射穿污染带，初始孔密越大，井底流压越大；当初始孔密较小时，井底流压的增加幅度明显；当初流压越大；当初始孔密较小时，井底流压的增加幅度明显；当初始孔密较大时，井底流压的增加幅度逐渐平缓。始孔密较大时，井底流压的增加幅度逐渐平缓。3.2 3.2 计算与分析计算与分析 503.2.5 初始孔密对孔眼压降的影响初始孔密对孔眼压降的影响 b.原油粘度为原油粘度为1mPa.s图图10 初始孔密对

49、孔眼压降的影响初始孔密对孔眼压降的影响a.原油粘度为原油粘度为6mPa.s 不论未射穿污染带还是已射穿污染带，在不同的原油粘度不论未射穿污染带还是已射穿污染带，在不同的原油粘度(原油粘度分别原油粘度分别取为取为6mPa.s6mPa.s和和1mPa.s)1mPa.s)下，初始孔密越小，孔眼压降越大；初始孔密较小时，下，初始孔密越小，孔眼压降越大；初始孔密较小时，孔眼压降的减小幅度明显；当初始孔密较大时，孔眼压降的减小幅度逐渐平孔眼压降的减小幅度明显；当初始孔密较大时，孔眼压降的减小幅度逐渐平缓。未射穿污染带时孔眼压降的变化大于已射穿污染带时孔眼压降的变化。缓。未射穿污染带时孔眼压降的变化大于已射

50、穿污染带时孔眼压降的变化。原油粘度较大时，孔眼压降也就越大。原油粘度较大时，孔眼压降也就越大。3.2 3.2 计算与分析计算与分析 51(1)(1)基于射孔完井水平井生产流体流动压降分析，研究了油藏流基于射孔完井水平井生产流体流动压降分析，研究了油藏流体渗流模型、射孔孔眼流体流动模型和井筒流体流动压力梯度模体渗流模型、射孔孔眼流体流动模型和井筒流体流动压力梯度模型以及流动耦合模型，建立了水平井变密度射孔优化设计模型，型以及流动耦合模型，建立了水平井变密度射孔优化设计模型，通过优化水平井变密度射孔密度分布，可有效地调节水平井生产通过优化水平井变密度射孔密度分布，可有效地调节水平井生产流体流入剖面