罗万静：考虑水平井摩擦阻力损失的产能指数模型

来源：中国地质大学

相对于直井，水平井增大了井筒与油藏的接触面积，显著提高油气井单井产量，被广泛应用于常规和非常规油气的开发中。通常的观点认为，水平井越长，其产量越大，因此在地质和工程条件允许的条件下，应该尽可能采用长水平井开发油气藏。但从国内外一些实际生产井的产量统计情况看，个别极长的水平井并未显著提高单井产量，其产量增幅带来的利润与投资的增幅不成正比。因此，探究引起水平井产量变化背后的深层次流体流动机理，对于指导水平井合理配产、优选水平井合理长度具有重要的意义。

针对上述科学问题，我校“化石能源勘探理论与开发技术”求真研究群体罗万静副教授及其合作者以长水平井筒摩擦阻力损失为突破口，借助渗流力学、流体力学相关理论，建立了新的流体流动数学模型，系统分析了影响水平井产能的关键因素。研究取得的新认识如下：

1、引入一个新的无量纲定义，通过该无量纲定义建立起水平井管流与裂缝渗流之间的关系，将水平井的复杂三维管流转化为简单裂缝二维渗流，极大地简化了计算，提高了计算速度。基于此模型，可以将变导流裂缝渗流模型（Luo and Tang，2015）应用于考虑水平井筒摩擦阻力损失的产能计算模型中。

2、水平井产能受水平井静态参数（水平井导流能力、水平井长度）和生产动态参数（水平井产量）的共同影响。当水平井产量较小，流体在井筒中的流动为层流，水平井长度越长，此时，产能指数越大。如果持续增大水平井产量，流体在井筒中的流动转为紊流后，摩擦阻力的影响不可忽略，产能指数曲线会出现一个拐点。超过此拐点，水平井长度越大，产能指数越小。因此，实际生产中，存在一个极限水平井长度与极限水平井产量之间的匹配关系（图1和图2）。

3、通过大量模拟，建立了不同参数组合下的最优水平井长度优化图版。该图版考虑了水平井产量、水平井长度、井筒半径等多个参数的综合影响。图版分为完全穿透区和部分穿透区：对于低渗透油藏，其参数的组合将掉入完全穿透区，表明水平井长度越长越好；对于高渗透油藏，其参数组合将掉入部分穿透区，其合理的长度与水平井的配产相关，水平井配产越高，合理长度越短（图3和图4）。

该研究揭示了考虑井筒摩擦阻力损失下的长水平井流体流动机理，明确了引起水平井产能变化的主控因素。其研究成果对于指导水平井长度优选、合理产量有重要的参考意义。

图1  不同穿透比和雷诺数下的水平井产能指数（C_hD×L_D=10⁶）

图2  层流（N_Ret =10³） 和紊流（N_Ret =10⁶）条件下不同井筒粗糙度对水平井产能指数的影响（C_hD×L_D=10⁶）

图3  水平井参数优选典型图版

图4  高渗透和低渗透油藏参数优化实例

上述研究成果发表在石油工程国际权威刊物《SPE Journal》上：Luo, W. *, Tang, C., and Feng, Y. A Semianalytical Model for Horizontal-Well Productivity With Pressure Drop Along the Wellbore. SPE Journal, 2018.23（5）：1603-1614. [IF2017=2.55]

全文链接：https://doi.org/10.2118/189973-PA

附件20190401143803258651.pdf (1.1513414MB)