[发明专利]基于表皮系数计算的高温高压油气直井射孔参数优化方法

说明书

技术领域

本发明属于油气藏开发工程管理技术领域，特别涉及到高温高压油气直井射孔参数优化模型构建，油气藏渗流稳态分析、油气直井表皮系数计算方法，数值模拟算法设计等。

背景技术

油气井射孔过程就是直接在井筒和储油层之间形成若干孔眼，油气流通过这些孔眼流入井筒而被采集。一方面，优质、清洁的孔眼能最大程度地提高油气井的产能；另一方面，射孔过程也会对储油气层造成极大的损害，甚至超过钻井的损害，从而使油气井产能降低。有些损害的油气井产能只是天然生产能力的20％-30％，甚至完全丧失产能。

油气井表皮系数是衡量井筒附近地层因钻井、射孔等受到损害而引起地层流体渗流阻力增大或者由于地层得到改善而使得地层渗流阻力减少的度量。它也是评价气层损害或改善程度的重要参数，在试井过程中，及时、准确的掌握表皮系数对试井分析有重要意义。

油气藏渗流稳态模型：

在建立模型前，先做如下基本假设：

(1)油气藏是均质各向异性。渗透率不随位置变化，在油气藏中视为常量；

(2)井筒中的流体为单相湍流；

(3)油气藏为半无界多孔介质；

(4)流体为恒温流动，与周围环境没有热量传递。

射孔视为长为l_perf，半径为r_perf的圆柱形，射孔间的垂直距离为h_perf。工程应用中，将整个射孔井段分割为连续的射孔单元，每个射孔单元中包含一个射孔孔眼。如图1所示，流体沿水平方向渗透半无界多孔介质进入射孔孔眼。

在油气藏中，完全渗透直井的稳态产能公式可描述为：

式中P_e为油气藏边界压强，P_w为井筒壁面压强，q为入流流量，H_p为垂直生产井段长度，r_e为油气井的排油半径和r_w为井筒半径。如果半径r_e远大于射孔孔眼长度l_perf和井眼间的垂直距离h_perf，油气藏边界流视为径向流动以及边界压力P_e均匀。

近井流动模型：近井的压降产生通常是由于地层损害，比如因钻井或完井损害而导致的渗透率减少。1953年，Van Everdingen提出了表皮系数的概念，并采用瞬态压力分析的方法，给出了井壁的压降模型：

式中P_wr表示井筒的压力。把压降公式(1)和(2)相加，可得用表皮系数表示的井筒压降公式：

产率比以及入流流体特性。在石油工程中，产率比常用于衡量射孔井产能的指标。参照Hagoort和Hawkins的定义，在径向、稳态流动假设下，产率比定义为射孔井产能与裸井产能的比值。可用下式表示：

表皮系数及其计算方法。Hawkins建立的油气井表皮系数表达式为：

由式(5)可见，对于损害井，井眼附件渗透率低于油气藏原始渗透率，表皮系数为正。对油气层的损害程度越严重，表皮系数就越高。射孔孔眼总表皮系数S_t由射孔表皮(S_p)，地层损害表皮(S_d)和射孔损害表皮(S_c)组成，可表示为

S_t＝S_p+S_d+S_c(6)

计算总表皮系数所涉及的相关变量如图2所示。

(1)射孔表皮S_p

式(6)中射孔表皮(S_p)表示流体流入射孔后在井筒汇集所产生的表皮系数，Karakas和Tariq提出了一种半分析求解射孔表皮系数的方法，即将射孔表皮系数分解成三个部分：平面流表皮系数S_H，垂直表皮系数S_V和井筒表皮系数S_wb。射孔表皮系数为：

S_p＝S_H+S_V+S_wb(7)

计算S_H，采用如下公式：

式中r'_w(θ)表示有效井筒半径，为射孔孔眼相位角θ函数，其表达式如下：

常数a_θ取决于射孔相位角，取值见表1。