硕士本科学位论文文献综述及开题报告王博Word文档格式.docx
《硕士本科学位论文文献综述及开题报告王博Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硕士本科学位论文文献综述及开题报告王博Word文档格式.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.2国内外水平井控水技术应用现状18
第二部分开题报告22
1.研究的目的和意义22
2.研究内容22
3.技术路线23
4.研究的难点技术创新点24
4.1主要技术难点24
4.2创新点24
5.时间安排25
参考文献25
第一部分文献综述
前言
随着钻完井技术的发展，水平井开发底水油藏具有很大的优势，但随着开采的进行，暴露的问题也日益严重。
主要表现在沿水平段底水脊进不均匀，见水后产量下降快，找堵水作业困难等[1]。
因此，如何有效控制底水油藏开采过程中的底水脊进是油藏工作者必须要考虑的问题。
水平井控水的基本思路就是调整产液剖面和分层控制，实践证明，对于水平井而言，ICD完井技术是最好的选择之一。
流入控制阀（inflowcontroldevices）主要是抑制流经高速层段的流量而生成更大的压降，提高流动阻力较大的井眼层段的流速，从而消除趾跟效应和渗透率非均质型引起的非均匀流动剖面。
最终实现油水界面均衡推进，最终达到提高采收率的目的[2]。
截止目前，世界范围内已有上千口井成功应用ICD完井技术，取得了很好的效果，而国内该项技术还处于初步阶段。
对于已经成型的商业软件都不能很好的同时描述油藏和井筒的流动，因此研究ICD结构及过ICD压降计算模型，建立底水油藏-ICD完井-水平井筒油水两相一体化耦合数学模型，进而编制ICD完井动态预测软件，以此来优化ICD完井参数具有十分重要的意义。
1.水平井见水情况预测及完井控水技术应用现状调研
水平井和多分支井是目前油气藏优先考虑的高效开采技术之一，在底水油藏、裂缝油藏、低渗透油藏、稠油油藏等领域得到了广泛的应用。
水平井具有生产压差小的优点，但是对于底水油气藏来讲，当井筒内流动压降达到与生产压差相比达到一定程度时，使得底水易于向水平井跟部锥进，导致水平井局部提早见水；
同时，由于沿水平井筒渗透率的变化，尤其是在高度非均质和高度裂缝型的油气藏中，会引起过早见水。
图1.1水平井入流剖面示意图
正是由于沿水平井筒供液不均衡，随着开发的进行，水平井见水后含水迅速上升，一旦见水后治理起来困难，从完井的角度，如何控制含水上升是提高水平井单井生产效果的关键[3]。
开采底水油藏，不可避免的要出现底水锥进/脊进。
对于该难题的认识至少已有100年的历史，底水油藏的开发不断向控水和堵水技术研究提出新的课题，而底水锥进/脊进研究工作的进展又进一步促进底水油藏的高效开发。
油田生产实际表明，分段完井在牺牲一定程度的水平井产能情况下，不仅可以降低完井成本，而且可对出水层段进行有效的控制，从而起到延缓和控制底水的作用。
国内外的学者都对底水脊进和分段完井进行了较为深入的研究。
但是目前国内外学者大多以产能为目标函数对分段完井进行研究，以累积无水产油量为目标函数，对水平井分段完井的分段数、打开程度以及盲管段位置和长度的优化方案研究甚少。
在非均质地层，对水平井分段完井的底水脊进形态、底水突破时间和水脊高度的研究相对来说则更少，下面从水平井见水情况预测方法和水平井控水技术现状方面阐述完井控水技术应用与发展状况。
1.1国内外水平井见水情况预测方法
底水油藏具有底水与油层接触面积大的特点，可以有效地补充开发所损失的地层能量，对油藏开发是有利的。
但另一方面，底水的存在使油井易于出水，大大降低了累积无水采油量和采收率，增加了油田开发风险。
因此，要高效开发底水油藏，就需要对底水锥进机理和底水突破规律进行研究，找出极易出水的层段，从而为水平井合理分段提供依据。
基于油藏渗流与井筒管流耦合的水平井分段完井产能、底水突破时间和水脊高度预测，是水平井分段完井优化设计、累积无水产油量预测的关键技术，它的计算精度直接影响到水平井分段完井设计的合理性、累积无水产油量预测的准确性[4]。
为了适应水平井技术的发展和应用，有必要对水平井的渗流机理进行系统的研究，建立和完善一套基础的水平井分段完井优化设计理论。
图1.2水平井分段完井结构示意图
水平井的地下渗流机理和产能预测以及底水脊进动态是进行变盲筛比分段完井优化设计的基本理论，其核心问题是水平井分段后的压力分布、井筒压力损失、基于油藏与井筒耦合的水平井分段完井产能预测、底水突破时间和水脊高度预测、分段数和打开程度优化以及盲管段位置和盲管长度优化。
传统的利用解析公式模型进行分段完井优化的方法有许多不足：
一是传统的解析公式或恒生产指数的计算方法都难以准确预测其产能，且不能预测水驱前沿剖面，这给水平井分段完井分段控水优化带来较大困难。
水平井分段完井产能预测应基于油藏渗流与井筒管流的耦合，这才能提高预测的准确性；
二是己有的水平井筒压力损失按普通水平圆管流进行计算，没有考虑筒壁面流入的混合干扰等复杂因素的影响；
三是传统的突破高度以定产量下沿水平井筒流率分布为基础进行计算，没有考虑实际生产中底水脊进与水平井产能之间的相互影响；
四是基于水平井产能为目标函数对分段数和打开程度进行优化，而没有采用累积无水采油量为目标函数。
五是对于非均质油藏，根据调研，目前没有发现有关盲管段位置和长度优化的理论研究。
为了实现水平井分段完井的合理优化，需要建立一套新的理论计算方法。
1.1.1国内外研究现状
1.1.1.1底水油藏脊进机理调研
国外对底水油藏底水锥进/脊进问题进行了大量理论研究，主要研究了临界产量、底水突破时间和底水油藏流入动态。
1935年Muskat和Wykcoff对底水油藏的底水锥进问题进行了系统地研究。
文中假设油水界面相对稳态且受力平衡，忽略了水锥对油藏压力分布的影响。
若要使水质点稳定在井底以下某一高度处不再向上运动，则必须使水质点向下运动的力大于或等于向上运动的力。
他们基于该水锥稳定条件，根据压降算出临界产量，从而建立了底水锥进的基础理论（即Muskat理论）。
1954年Meyer和Gader基于Darcy定律和连续性方程导出了临界产量的计算公式。
他们认为水锥的形成是油的径向流动引起井筒周围产生压降的结果。
1985年Wheatly首次基于水锥形状建立了油相势函数。
他利用线源和点源相结合的理论，对垂直井的临界产量和油水锥进剖面形态进行了研究，并提出了相应的计算新方法。
1990年ErdalOzkan和RajagopalRaghavan利用势的叠加原理、Newman积分法和Laplace变换得出了不同时期（瞬时流和稳定流）和不同边界条件下（封闭边界和定压边界）水平井的底水脊进规律，以驱油效率为指标讨论了底水突破之前的底水油藏水平井流入动态。
研究表明：
①底水油藏的水平井流入动态有自己独特的特征。
基于边水油藏的一些假设获得的动态预测并不适用于底水油藏；
②底水油藏水平井前期的流入动态和上下封闭油藏一致，后期，受到底水恒压边界的影响，油藏稳定渗流占主导；
③对于底水油藏，无水采油量随着水平井长度的增加而增加，无水采油量也随着水平井筒距最初的油水界面的距离的增加而增加；
④在水平井网中，单口井的无水采油量将随着井距的增加而增加。
一旦该井的有效供油面积达到临界值时，再增加井距将对水平井产能不会产生影响。
然而，随着井数的增加，单口井的无水采油量将会持续地降低。
1990年ErdalOzkan和RajagopalRaghavan用势的叠加原理通过引入无因次参数（例如无因次水平井长度和无因次泄油半径等）建立了预测水平井底水脊进动态和底水突破时间的近似解析模型。
在更详细的数值模拟之前，根据他们的研究成果，可以快速确定底水突破时间。
①当无因次泄油半径大于2.3时，泄油半径对底水脊进动态的影响几乎可以忽略；
②对于高产井，可以忽略重力的影响；
③当无因次泄油半径大于3.3和无因次水平井长度大于2.3时，水平井底水脊进动态是与无因次参数
和
有关的函数；
④与直井相比，水平井可以有效延长底水突破时间[5]。
在1991年PaulPapatzacos和T.R.Herring等研究了带气顶或底水或同时有气顶和底水油藏水平井开发突破时间预测问题，并建立了半解析模型。
①同时有气顶和底水的油藏水平井突破时间预测方法同样适用于带单一气顶或底水的油藏，只要水平井在油藏中的位置靠近不渗透到顶部或底部；
②数值模拟的结果表明该模型更适用于低无因次流率油藏的突破时间预测。
但是文中根据底水边缘不断的推移来预测水平井底水突破时间的，并假设重力分布是均衡的。
他们假设在任何瞬间，底水是出于静态平衡的，而忽略了流动的影响。
1992年BoyunGu等利用势的叠加原理、保角变换和Laplace方程建立了一个解析模型，该模型可以确定稳定状态下气顶或底水脊进高度，计算水平井临界产量，并且以最大的水平井临界产量为目标函数可以对油藏中水平井的位置进行优化。
①底水脊进高度是水平井产量和油藏中水平井位置的函数；
②临界产量是根据处于稳定状态下的底水脊进形态来确定的。
临界产量也取决于油藏中水平井的位置。
当油藏中水平井筒距气顶或底水的距离占油层厚度70%左右时，临界产量获得最大值；
③当油藏中水平井位置不变时，临界产量与有效渗透率、油层厚度和流体密度差成正比，与原油粘度成反比。
2000年Recham运用Yang的方法，建立了三维径向直井模型和三维笛卡尔坐标水平井模型，对阿尔及利亚HassiR'
mel油田的几个矿场实例进行了数值模拟。
分析了影响水锥的各种流体和油藏参数：
密度差、流度比、垂向各向异性比、水平渗透率、产油量、油层厚度、射孔层段等，从而得到了计算临界产量和见水时间的关系式。
2000年SuwanUmnuayponwiwat和ErdalOzkan研究了在均质油藏中，水平井筒压降对水平井底水突破位置的影响。
他们把水平井分成三类来进行研究：
无限导流水平井、水平井筒压降损失很小的井（小到井筒压降可以忽略）、水平井筒压降损失很大的井。
①对于无限导流井或水平井筒压降损失很小的井，由于水平井筒两端的油流汇聚，降低了跟端和趾端向上的压力梯度，水锥上升减慢，因此油井在中部最先见水；
②对于水平井筒压降损失很大的井来说，水平井趾端流压和跟端流压差值越大，锥顶越更加靠近水平井的跟端，越靠近水平井跟端的地方越容易最先突破；
③当水平井筒压降对水平井流入动态的影响显著时，当超过一定长度再增加水平井长度将不会起到延缓底水的作用；
④对于有限导流水平井，底水脊进将对产量波动更加敏感。
稍微增加流率就有可能造成底水突然和过早突破。
但是文中没有研究非均质油藏水平井筒压降对水平井底水突破位置的影响。
由于非均质油藏水平井底水突破的位置受到井筒压降、垂直渗透率大小等因素共同作用的影响，使得预测底水突破的位置变得更加困难。
2010年AlirezaBahadori建立了计算突破时间和优化水平井在油藏中的位置的简易公式。
该公式是无因次流率和流体密度差比值的函数，并给出了函数表达式和相应的计算系数。
与复杂的数学计算方法相比，该方法使用中不需要油藏工程师有深厚的理论功底。
2012年S.Goodarzian等研究了Al1WaZ油田影响底水或气顶突破的岩石物性和流体物性，并给出了突破时间与临界产量之间的相关关系。
利用FORTRAN语言编制了模拟程序对产能和底水突破影响因素进行了敏感性分析。
①水平井比直井在产量方面有优越性主要取决于水平井长度、倾斜角、垂直渗透率、偏心距和径向渗透率；
②水平井生产时间和产量与底水在油藏中的渗流速度有关；
③水平井避水高度和避气高度对水平井临界产量影响很大，当避水高度从127ft增加到320ft时，临界产量就从34000barrel/d增加到210000barrel/d。
1.1.1.2底水油藏水平井见水机理调研
1991年P.A.Goode和D.J.Wilkinson首次提出了用于计算分段完井条件下水平井流入压力的解析公式。
他们基于二维水平井产量公式引入了无因次流压概念，计算稳定渗流条件下的渗流压降，并通过拟表皮因子考虑了井壁污染带对渗流压降的影响。
文中也给出了带气顶底水油藏的渗流压降计算方法。
结果表明，在大部分情况下，改变生产段长度对水平井产能影响比较小，特别是对于油层厚度小、供油面积大的油藏。
在给定的打开程度下，生产段分布的越多，水平井产能越大。
但是文中并没有考虑沿程流体流入对井筒内压降影响，没有实现油藏渗流与井筒管流的耦合[6]。
1992年Guo和Lee考虑了井筒射开程度对油井产能的影响，提出描述水锥物理过程的图解分析法，并给出最佳井筒射开程度的解析解来优化各向同性油层的临界产量。
Guo等人提出用于确定各向异性油藏中油水界面位置的解析解，并且指出油水界面位置是产油量与井筒位置的函数
1993年Kamal等人建立了不稳定流时，利用点源法和势的叠加原理建立了分段完井的解析模型。
该模型假设每个分段以一定的已知产量生产，在有生产测井数据时，能分析出分段完井的瞬时压力分布。
但本模型的流量分布是时间的函数，因此本模型并不能完全把握分段完井时流体流动的本质。
1994年TurhanYildiz和ErdolOzkan等人推导出了描述分段完井瞬时压力响应的拉普拉斯空间解法。
得出了不同时期，不同分段方式时的瞬时压力响应曲线。
1999年AlbertusRetnanto和MuhammadYamin基于已有的半解析模型，通过具体实例对分段完井的打开程度和分段数进行了敏感性分析。
结果表明，对于薄油层，在打开程度为40%和水平井筒分为5段的条件下，产能达到了全井段采用裸眼完井的90%。
当油层厚度增加到五倍时，在这相同条件下产能仍然达到了全井段采用裸眼完井的77%。
因此，在大多数情况下，虽然生产段长度减少了，但是与全井段生产相比对水平井的产能影响并不大。
并提出对于大部分油藏，采用分段完井时，对水平井段分成4段左右比较合理。
而且对打开程度的优化应考虑产能和完井成本两方面的因素[7]。
但是文中没有考虑底水油藏的情况，在不考虑底水的情况下对分段数做出优化意义是不大的。
文中采用的计算方法仍然没有考虑沿程流体流入对井筒内压降影响，没有实现油藏渗流与井筒管流的耦合。
2004年TurhanYildiz基于3维解析IPR模型研究了分段射孔完井对水平井产能的影响。
将分段射孔完井下油藏三维渗流问题分解成两个方面，一是流入水平井筒的三维瞬态渗流模型，二是考虑了流体向井筒附近射孔孔眼聚集的射孔综合表皮因子模型。
在给定射孔参数的情况下，应用该方法可以计算流率、拟稳定下的产能和累积产量。
通过具体实例对分段完井的打开程度和分段数进行了敏感性分析。
研究表明，打开程度是影响水平井分段射孔产能的最主要的参数。
其次是地层物性和射孔损害。
另外，文中也研究了在均质和非均质地层定向射孔对水平井产能的影响。
研究表明，在非均质地层准确地进行定向射孔可以显著地提高水平井产能。
但是文中没有考虑底水油藏的情况，并且文中采用的计算方法仍然没有考虑油藏渗流与井筒管流的耦合。
2005年R.Kalita和YJalali基于一种计算水平井筒完井剖面的数值方法，以最大累计产油量为目标函数对水平井筒完井剖面进行优化。
该方法使用有限差分法通过改变水平井筒完井剖面对水平井流入动态进行敏感性分析。
再通过对从有限差分法获得的敏感系数进行基于梯度的优化算法来获得最优化的水平井筒完井剖面。
通过具体实例对井筒附近的储层与水平井筒的连通程度、施工方案和储层基本物性进行了敏感性分析。
结果表明，一般而言，越是底水充足或气顶越大的油藏越需要进行分段完井，特别是对于要求高产和非均质地层。
1.1.1.3水平井井筒水力学及其对水平井产能的影响机理调研
1989年Dikken率先提出分析模型来预测水平井筒中由于单项紊流造成的摩擦压降，利用井筒单元内的质量守恒方程把井筒流动和油藏渗流结合起来，得到了在单位长度生产指数下的井筒流动方程，模型方程中采用常规管流摩擦系数表达式，并对所建立方程进行了求解。
随后，Doan，FarouqAli和George等人也指出水平井井筒内压降的重要性，从此相继开展了水平井水平段流体流动规律的研究。
Dikken的模型存在两点不足：
①油藏中的稳定流和每单位井筒长度上的产液指数恒定的假设不具有代表性；
②所采用定质量流动的摩擦系数无法准确模拟水平井流动特性。
1992年ErdalOzkan等人用一个半解析模型研究了水平井中的压力降对井内流动的影响。
他先是运用连续性方程及动量方程分别建立水平井筒及井筒附近油藏内的数学模型，然后根据整个流动系统中油藏到水平井流体的流动的连续性，令水平井模型方程中水平井产量的
与油藏模型方程中的渗流流量
相等；
水平井模型方程中的井筒壁面压力
与油藏模型方程中的压力
相等得出无因次形式的耦合模型，通过对耦合模型的求解，得到不同井筒及地层参数对水平井内压力分布的影响。
1993年Landman在计算中除了考虑摩擦压降以外，还简单地考虑了加速压降。
1994年Su等人提出了一个较为全面的考虑射孔水平井水平段中流动特点的压降计算模型，其中包括管壁摩擦、加速损失、孔眼粗糙度及混合影响造成的压降。
但他们根据试验结果分析，得到由孔眼粗糙度造成的压降与由混合影响造成的压降有重叠现象，其机制有待于进一步深入研究。
1994年Novy采用了与Dikken非常相似的方式，所提出的对层流的解决方法是分析法，而对其它情形的如单相气体和液体的紊流，使用IMSLFortran提供的常规算法进行了数值计算。
Novy还讨论了水平井产能、水平段长度和水平段压降三者之间的关系，提出了一个通用判据。
1998年Penamatcha&
Aziz提出了一种解析三维油藏渗流模型和半解析井筒模型进行油藏与井筒耦合方法。
该模型能够快速的预测流压和流率剖面，但没有考虑近井筒岩石特性的变化。
1998年Homes等人提出了一个水平井的分段耦合模型，与上述模型不同的是将各段的摩擦压降认为是一个变量。
通过定义四个变量（总流量、气相摩阻、液相摩阻、压力）实现了各分段的全隐式求解。
能准确预测单相流动的流率剖面，该模型没有考虑多相流动滑脱效应和混合特性。
1999年Ozkan等人利用方程和相关性提出了另外一种半解析油藏井筒耦合模型。
对底水油藏中水平井的产能、压力分布和底水上升形态都做了系统的研究。
2001年RonaldoVicente等人在通过改进黑油模型对水平井的变质量流动特性进行了研究。
他们选择均匀流动模型对井筒内流进行模拟，在计算中假设井筒壁面的径向入流以射流的形式流入，并与井筒内流进行了充分的动量交换，以质量守恒方程和输运方程的形式给出了油藏流动模型。
井筒方程是以实际速度和相阻的形式给出的。
考虑到相间的质量传递，利用了单独的气相和油相的连续性方程得到了每相的质量守恒方程和混合动量方程。
对井筒内流的研究考虑了摩擦压降和加速度压降的影响。
最后运用广义的Newton-Raphson算法，求解得出了井筒内压力与产油量沿井筒的分布情况。
2003年Vincente等人提出了一种全隐式的三维数值油藏井筒耦合模型，该模型的简化了井筒压降计算，但详细的模型细节没有公布。
2005年OuyangL.B.等人提出了一种基于层流流型的井筒油藏耦合模型。
2007年Brekke等人提出了一种油藏模拟和井筒模拟耦合的模块化方法。
井筒模拟使用网格模拟能够满足水平井中可能出现的各种流态组合。
模型中采用流入动态关系思想实现井筒与油藏的耦合。
2010年AkimKabir等人在前人研究的基础上提出了三维井筒模拟和油藏模拟耦合方法。
通过迭代算法精确预测井筒流压剖面和井筒流率剖面，该算法能实现水平井完井的最优化[8]。
1.1.2国内研究现状
国内的学者随后也对底水油藏底水锥/脊进进行了研究，国内主要研究的是底水脊进的二维模型。
对于分段完井研究得较晚，近年来才开始对水平井分段完井的产能和井底压力分布进行研究。
而对于分段完井时底水上升规律的研究，国内还未见有人做过。
1.1.2.1底水油藏底水锥进/脊进机理研究
1993年刘慈群最先对水平井二维渗流水脊问题进行了研究，基于势理论，导出了底水和边水驱水平井极限产量公式，并做了相应的图版。
经过研究对比表明，基于现有的二维近似的水平井产量公式进行水平井产能评价在某些情况下是可行的，在某些情况下可能产生较大偏差。
1994年范子菲对底水油藏水平井临界产量及其变化规律进行了研究，从物质平衡原理出法，得出了水平井水脊的临界稳定条件，并给出了含油高度和含水高度随时间的变化关系，并用近似方法确定了波及系数。
文中给出了底水驱油藏水平井开发的临界产量公式，确定了临界产量与开采时间之间的变化规律。
1993年李传亮在考虑了油井表皮因子的情况下，对Dupuit临界产量计算公式进行了修正。
他提出了底水油藏中存在夹层时的＂隔板理论＂，推导出有隔板存在时的底水油藏临界产量（1993年）、见水时间（1997年）计算公式，并对底水油藏油井最佳打开程度以及利用矿场资料确定临界产量的方法进行了研究（1994年）。
1994年程林松基于镜像反映和势的叠加原理，研究了底水驱油藏水平井稳定渗流问题，推导了底水驱油藏水平井产能计算公式，得到了地层中任一点势分布、流场分布和渗流速度。
从而推导出了油井见水时间的计算公式。
最后，对水平井产能和见水时间的影响因素进行了敏感性分析。
1996年喻高明等利用数值模拟方法研究分析了采油速度、油层沉积韵律、夹层大小及位置、边底水能量、不同油水粘度比、井距、射开程度、毛管压力等对砂岩底水油藏开采效果的影响，同时对有夹层存在时，垂向、水平渗透率比值对底水上升速度及形态的影响进行了精细模拟研究，并且依据模拟结果提出相应的开发策略。
1997年窦宏恩给出了水平井临界产量的定义，认为临界产量为油水界面发生变形时的采油量。
通过对比分析，评价了几种国内外常用的临界产量计算公式的适用条件。
本文对Chaperon的临界产量计算公式进行了特别的分析，指出了该公式中存在的问题，通过对该公式进行修正，提出了一种适合水平井临界产量的广义预测公式。
1998年窦宏恩研究了水平井底水和气顶锥进机理，提出了延缓和消除水平井底水和气顶在开采工程中在油藏中脊进的理论，基于此提出了几种工艺方法。
他认为要控制水脊需要产生一个压力降，使其等于采油生产时井底产生相当于＂水脊＂高度的压头。
在油水界面附近施加一个可控流量，形成一定压差来平衡采油过程中造成的油水界面处的压降。
2002年程林松在前人研究的基础上建立了一个水平井开发底水油藏的简化物理模型，并在此模型基础上推导了一个简单易行的水平井开发底水油藏的见水后生产动态规律的预测方法。
2004年周代余以塔里木油田水平井为例，水平井水淹动态与水淹模式进行了研究，提出＂线状见水整体水淹＂、＂点状见水整体水淹＂、＂点状见水局部水淹＂三种水淹模式。
2005年周代余等人对底水油藏水平井临界产量预测方法进行了系统总结，对影响临界产量的因素进行敏感性分析，并对适用于底水油藏水平井临界产量进行预测方法提出了相应的建议和思路。
2007年王家禄等人根据二维物理模拟实验研究了对水脊变化动态、见水时间和采收率变化规律。
研究表明，水平井长度较短时，水脊形成速度快，而且水脊的两翼比较陡，油水界面变形较大。
随着水平段长度的增加，水脊形成速度越慢，水平井生产时见水时间推迟，提高了无水采油量和最终采收率，而且两翼逐渐变缓且对称分布。
当水平段长度不变时，提高实验压差，形成水脊时间缩短，水平井见水时间提前，而且水
升级会员 