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稠油油藏的分支水平井产能研究,孙宝江,时凤霞,针对稠油油藏多孔介质中的非牛顿渗流特点,运用保角变换方法和镜像反映理论研究了分支水平井的稳定渗流特性,推导出了具有启动压
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稠油油藏的分支水平井产能研究
1
孙宝江,时凤霞,李昊,王志远
中国石油大学(华东),山东东营(257061)
E-mail:sunbj1128@126.com
摘 要:针对稠油油藏多孔介质中的非牛顿渗流特点,运用保角变换方法和镜像反映理论研
究了分支水平井的稳定渗流特性,推导出了具有启动压力梯度的稠油油藏宾汉型流体的分支
水平井产能公式,并对影响分支水平井产能的因素进行了简要分析。该产能公可用于实际稠
油油藏分支水平井的产能预测。
关键词:稠油,宾汉流体,分支水平井,产能
1. 前言
目前我国已经在开采的许多油藏为稠油油藏,且地质储量丰富,但是这些油藏单井产量
低,开发难度大,多数属边际油藏。分支水平井是近年来逐步发展起来的一种有效的开发边
际油藏的新型钻井技术,特别是海上油田的开发,更是表现出很大的优势,极大地提高稠油
油藏的采出程度和经济效益。
很多学者对水平井和分支水平井的渗流和产能公式进行了研究
[1-3]
。但是这些公式大都
是基于牛顿流体;王明等
[4]
利用数值模拟方法对幂律流体的分支水平井产能模型进行了研
究。稠油的流动
[5,6]
具有明显的非牛顿特性,并且在油田开采过程中存在启动压力梯度,因
此,对于稠油藏的产能计算来说,不能用常规的稀油藏产能公式来代替,否则在计算上会产
生很大误差。邢义良、郎兆新等
[7]
在研究稠油流变性时曾指出,对每一种稠油,存在一个临
界温度T
c
,当T > T
c
时,表现为牛顿流体;当T < T
c
时,表现为非牛顿流体,其流变模式可用
Bingham本构关系表示。因此,本文暂以非牛顿流体的Bingham模式为基础来推导分支水平
井的产能公式。
Bingham 流体的本构方程:
dr
du
µττ
+=
0
(1)
运动方程:
⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
<=
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
−
∂
∂
−=
>−
∂
∂
−=
−
∂
∂
−=
时
时
λ
λ
µ
λλ
µ
λ
µ
gradPv
z
Pk
v
gradP
y
Pk
v
x
Pk
v
z
y
x
0
)(
)(
)(
ϖ
(2)
连续性方程:
0=
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
z
v
y
v
x
v
z
y
x
(3)
其中,
λ
——启动压力梯度。
将(2)式代入(3)式得:
0
2
2
2
2
2
2
=
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
z
P
y
P
x
P
(4)
1
本课题得到教育部博士点基金深水钻井井控水力参数计算理论(项目编号:20060425502)的资助。
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由式(4)可知,压力满足拉普拉斯方程,因此推导过程中可以使用保角变换方法。根
据分支井的流动特性
[8]
,本文的推导是应用拟三维的求解思想,将 x-y-z 坐标系里的三维渗
流问题转变为两个二维问题,求解:x-y 平面的平面渗流问题,多分支水平井可近似看作缝
高等于油层厚度的裂缝井,假设供给边界压力为 P
e
,裂缝处的压力为
'
w
P ;y-z 平面的局部
渗流问题,可看作求解由裂缝向井底流动时的裂缝内阻力问题,井底流压为 P
w
。
2 产能公式的推导
2.1 模型假设条件
基本物理假设:
(1)油藏为各向同性的孔隙介质,油层厚度处处相等;(2)油藏的流体为单相;(3)
分支水平井的水平段长度相等,夹角也相等;(4)水平段的井筒半径相对泄油半径很小;
(5)井筒位于油层中部位置;(6)稳态流动,不考虑地层的污染。
2.2 x-y 平面上裂缝井的保角变换
图 1 为保角变换方法。图中,L 为分支水平井的单个分支的水平段长度,m;n 为分支
井的分支数;W 为保角变换后的复平面;z 为保角变换前的复平面。为简便起见,先给出 1/n
个渗流区域的变换。运用保角变换将幅角为
n
π
2
的一个分支映射为 W 平面上的单位圆(如
图 1),保角变换公式
[9]
为:
1212
2
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
n
n
n
L
z
L
z
L
z
W (5)
图 1 保角变换示意图
根据平面径向流的运动方程
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−==
λ
µ
dr
dPk
A
q
v
1
(6)
式中:
v ——径向流的渗流速度;
1
q ——从供油边界到假想裂缝的某一分支的流量;
A ——W 平面上的供油面积, RhA
π
2
=
;
R
——W 平面上的半径;
h ——储层厚度;
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