水平井产量公式的推导与对比_陈元千
第29卷第1期2008年2月
XINJIANGPETROLEUMGEOLOGY
新疆疆石石油油地地质质新
,No.1Vol.29年2008
Feb.2008
文章编号:1001-3873(2008)01-0068-03
水平井产量公式的推导与对比
陈元千
(中国石油石油勘探开发科学研究院,北京100083)
摘
要:水平井是提高油井产量的一个重要工具。目前,计算水平井产量常用的公式有:Borisov公式、Joshi公式、Giger
等人公式和Renard-Dupuy公式。基于Joshi和Giger对水平井产量公式的研究思路,利用面积等值的拟圆形驱动半径和产量等值的拟圆形生产坑道的物理概念,前者是把椭圆形的驱动边界转变为拟圆形驱动边界,后者是把水平井段的长度转变为拟圆形生产坑道,同时,利用水电相似原理的等值渗流阻力法,得到了一个新的计算水平井产量的公式。通过5个公式的对比和应用表明,该公式是实用和有效的。关键词:水平井;产量公式;推导;对比;应用中图分类号:TE313.8
文献标识码:A
1水平井产量公式的
推导
1.1水平井的渗流场分布
在图1上绘出了一口
钻入油层中央的水平井横向剖面图,油层的厚度为h,水平井段长度为L.同时,在图1上还标注了沿水平井井段的AA'水平面位置和
垂直于水平井BB'垂直剖面位置。
在水平井稳定生产的条件下,图2描述了水平井(xy)的渗流场分布;图3描述在图1的AA'水平剖面
了水平井在图1的BB'垂直剖面(x,z)的渗流场分布。由图2和图3可以看出,在稳定流的条件下,在水平井的椭圆形驱动面积内,流体在地层内的渗流场,由平面与垂向两部分连续的渗流场组成。
图3在水平井井段周围流向井底的渗流场图2在椭圆形驱动边界内流向水平井的渗流场
几何表示为
A=πab.
L的关系为
a=L/2+b.
将(2)式代入(1)式,得
(L/2)b-A/πb2+=0.
图1钻入油层中间的水平井横剖面
(1)
当在椭圆形驱动面积内存在水平井段时,a、b和
(2)(3)(4)(5)
由(3)式看出,这是一个一元二次方程式,其解为(.b=-(L/4)+!
再将(4)式代入(2)式,得
(.a=L/4+!
由图2表示的椭圆形驱动边界,驱动面积A与长轴半长a和短轴半长b之间的关系,根据平面解析
收稿日期:2007-05-21
作者简介:陈元千(1933-),男,河南兰考人,教授级高级工程师,油气田开发,(Tel)13651199107.
第29卷第1期陈元千:水平井产量公式的推导与对比
・69・
1.2水平井渗流阻力区的划分及渗流阻力表达式
根据上述对水平井渗流场的分布特征,可相应地划分出两个既不相同而又连续的渗流阻力区,即xy平面上的外部阻力区和xz垂面上的内部阻力区。为便于理论上的表达和推导,本文先作如下等值的简化处理。
(1)将椭圆形驱动边界,按面积等值的原则,简化为拟圆形驱动边界(图4),并表示为
的基本概念[1],在稳定流条件下,由拟圆形驱动边界(reh)到拟生产坑道外缘半径(rpce)之间(图4),受厚度
h控制的平面径向流的渗流阻力可写为
rBR1=μlneh.
pceh#
(10)
从拟圆形生产坑道外缘半径(rpce),到水平井生产井底半径(rw)之间(图5),围绕水平井段受L控制的垂向平面径向流的渗流阻力
(6)
reh=! .
hoBo
R2=μ.ln
wh底(rw)之间的总渗流阻力为
$
(11)
因此,从拟圆形驱动边界(reh),到水平井生产井
Rt=R1+R2.
将(10)式和(11)式代入(12)式得
(12)
rhBlneh+hlnRt=μ
wpceh1.3水平井产量公式的建立
&$.$’
(13)
在稳定流条件下,由达西定律和欧姆定律可以写出水平井的产量与生产压差和渗流阻力的关系式
图4拟圆形驱动边界和拟圆形生产坑道
qoh=Δp/Rt.
将(13)式代入(14)式,得
(14)
(2)利用产量等值的原则,将线性的水平井段
[1]
简化为拟圆形生产坑道(图4),其坑道中心的圆形半径为
qoh=
2πKhΔp.
ehpcewμoo(eha=L/4+! .
(15)
将(6)式代入(5)式,得
rpc=L/C.(7)
(7)式中的C为将水平井的线性井段,转变为拟圆形生产坑道的转换常数。参考Borisov[2]和Joshi[3]的研究成果,C值可取为4.即L/4的长度作为拟圆形生产坑道中心的半径。由于生产坑道空间自身的圆形半径为h/2(图3),因此,圆形生产坑道的外缘半径应为
(16)(17)
由(16)式得
(.reh=!
将(8)式和(17)式代入(15)式,得
qoh=
rpce=L/4+h/2.(8)
2πKhΔp.{[]()}μBln+(h/L)lnh/2r! oow
(18)
由于h(L,故(1+2h/L)) 1,于是(18)式可以比较
(3)从拟生产坑道外缘半径(rpce),流向生产井底(rw)的流动,为在油层厚度h的空间高度上,垂直并围(图5),其半径为绕水平井段的平面径向流
准确地写为
(9)
rb=h/2.
qoh=
2πKhΔp(19).
({[]()()}μ+h/Llnh/2rwoBoln!
在(19)式中各物理量参数的单位,均为由SI制基
本单位表示。
2水平井产量公式的对比与应用
2.1产量公式的对比
包括本文公式(19)在内的5个水平井产量计算公
图5围绕水平井井段的垂向平面径向流
式,以SI制矿场实用单位,分别表示如下:
(1)本文公式
基于上述的简化处理研究,利用水电相似原理的达西定律和欧姆定律,以及等值渗流阻力和生产坑道
qoh=
0.543KhΔp,(20)
(]+{[! (h/L)ln(h/2rw)}μoBoln
・70・式中
(eha=L/4+! .
(2)Borisov(1964)公式[2]
p0.543KhΔqoh=.
[(eh)()(μw)]oo新疆石油地质2008年
(21)
式中
reh=! (3)Joshi(1988)公式[3]
0.543KhΔpqoh=,{[()]()()}μBlna+/L/2+h/Llnh/2r! oow
(22)
式中
eh0.5.(L/2)[0.5+! (23)a=
应当指出,这里的(23)式,是Joshi[3]在设定水平井
(L/2),等于椭圆形的焦距之半,即,L/2=段长度之半
(=574.20m.a=609.76/4+!
将已知的各项参数数值代入(20)式,得
0.543×100×18.29×3.447qoh=18.2918.294×574.20-10.9×1.2ln-1+ln=2919m3/d.
将已知的各项参数数值代入(21)式,得
100×18.29×3.4470.543×qoh=
+ln0.9×1.2ln
=3015m3/d.
将L和reh的数值代入(23)式,得
! $
! ,并与拟圆形驱动半径reh=! =! 联立
得到的结果。
(4)Giger-Resis-Jourdan(1984)公式[4]
qoh=
0.543KhΔp.
μln[(1+! eh)/(0.5L/reh)]+(h/L)ln(h/2πrw)}oBo{
(24)
式中的reh由(6)式计算。
(5)Renard-Dupuy(1991)公式[5]
0.543KhhΔpqoh=.(25)woo当2a/L≥1时,(25)式分母中的反双曲余弦函数
可表示为
1
(.(26)[(2a/L)+! cosh-(2a/L)=ln
将(26)式代入(25)式,得
0.543KhhΔpqoh=.
(+{[(2a/L)+! (h/L)ln(h/2πμrw)}oBoln
(27)
式中的a值,据文献[5,6]所示,由Joshi的公式即本文(23)式计算。
由上述5位作者的公式对比可以看出,(20)式、(21)式、(22)式、(24)式和(27)式,其分母中的第1项和第2项是不尽相同的,这是由于各公式的推导原理
(609.76/2)[0.5+! ]0.5a=
=456.02m.
再将该a值和其他已知的各项参数数值代入(22)式得
0.543×100×18.29×3.447qoh=
0.9×1.2ln456.02++18.29ln18.29
=2890m3/d.
将已知的各项参数数值代入(24)式,得
0.543×100×18.29×3.447qoh=
+18.29ln18.290.9×1.2ln1+=2695m3/d.
将已知的各项参数数值和由(23)式计算的a值(27)式,得代入
0.543×100×18.29×3.447q=
oh
456.02+0.9×1.2ln2×=2983m3/d.
! 18.2918.292×456.02
-1+ln*3结语
上述例题的计算结果表明,本文提供公式((20)式)的计算结果,与Borisov公式、Joshi公式、Giger等人公式和Renard等人公式的计算结果,除Giger等人结果略低外,其他的结果可以说是基本相同的。这也充分表明,本文提供方法的实用性和可靠性。至于谈到5种方法分母中的第2项ln(h/2rw)和ln(h/2πrw)的明显差异时,笔者认为,本文和Joshi[3]的结果是正确的。其原因在于,发生在水平井周围,垂直于水平井段的平面径向流,它的外部半径为rb=h/2,内部半径为rw(图5)。在Borisov公式分母中存在的ln(h/2πrw),由于作者于1964年以俄文完成的论文[2],后于1984年由Strauss译成英文,并经Joshi校对后成为未发表的内部文献资料,因而无法查寻。在Renard-Dupuy[6]公式中的ln(h/2π对于Giger[7]rw),是引用Giger[7]的成果。
和方法不同所致。
2.2产量公式的应用
由文献[6]的例题,计算水平井产量的有关参数数值为:A=48.583ha=485830m2;L=609.76m;h=18.29m;Kh=Kv=100×10-3μm2;Bo=1.20Rm3/STm3;μo=0.90mPa・s;pe=20.684MPa;pwf=10.342MPa;Δp=3.447MPa;rw=0.0915m,现利用上述5位作者的不同公式,
计算水平井的产量。
将A的数值代入(6)式,得
reh=! =393.25m.将A和L的数值代入(16)式,得
第29卷第1期陈元千:水平井产量公式的推导与对比
——水平井的井底半径,m(m);rw—
——外部渗流区的渗流阻力;R1—
——内部渗流区的渗流阻力;R2—
——总渗流阻力;Rt—
——地层压力,MPa(Pa);pe—
——井底流动压力,MPa(Pa);pwf—
——水平井产量,m3/d(m3/s);qoh—
——地层原油粘度,mPa・(Pa・μss);o—
——生产压差,MPa(Pa).Δp—
・71・
利用势流动函数和镜像反映方法推导的结果,是否正确也值得商榷,有兴趣的读者不妨查一下文献[7]的内容。
正如前述,Joshi[3]设定水平井段长度之半(L/2)等于椭圆形焦距之半,即L/2=! 的条件下,与其拟
圆形驱动半径reh=! 联立求解,得到了计算椭圆形长轴半长a的关系式,即本文中的(23)式。Joshi求a的关系式,其精度和可靠性,应该说不如本文推导的(16)式。
还应当指出,在水平井产量公式中的水平渗透率
参考文献:
[1][2]
陈元千.油气藏工程计算方法[M].北京:石油工业出版社,1990:138-151.
Kh,为矿场不稳定试井确定的有效渗透率,而不是岩
心分析的空气渗透率。
符号注释
(括号内的单位为SI制基本单位。本文(1)式—(19)式为(27)式为SI制矿场实用单位)SI制基本单位,(20)式—
——椭圆形驱动面积,m(m);A—
2
2
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2
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——椭圆形长轴和短轴半长,m(m);a,b—
3
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GigerFM,ResisLH,JourdanAP.Thereservoirengineering
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——油层厚度,m(m);h—
——水平渗透率,10μKh—m(m);
-3
2——垂直渗透率,10-3μKv—m(m2);
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[M].GulfTarekAhmed.Reservoirengineeringhandbook
[6][7]
——水平井的井段长度,m(m);L—
——拟圆形驱动半径,m(m);reh—
——拟生产坑道半径,m(m);rpc—
——拟生产坑道的外缘半径,m(m);rpce—
——围绕并垂直水平井段的平面径向流半径,m(m);rb—
PublishingCompany,Houston,Texas,2000:515-531.GigerFM.Lowpermeabilityreservoirdevelopmentusing
[A].SPE16406,1987.horizontalwells
DerivationandCorrelationofProductionRateFormulaforHorizontalWell
CHENYuan-qian
(ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChina,Beijing100083,China)
Abstract:Horizontalwellisanimportanttoolforenhancingproductivityofoilwells.Atpresent,theformulaethatarefrequentlyusedtocalculatehorizontalwellproductionrateincludeBorisov'sformula,Joshi'sformula,GigeretalformulaandRenard-Dupuy'sformula.BasedonthestudiesonhorizontalwellgivenbyJoshiandGiger,thispapermakesuseofthephysicalconceptionsofarealequivalentpseudo-circulardrainageradiusandproductionrateequivalentpseudo-circularproductionchannel.Theformertransformstheellipticdrainageboundaryintopseudo-circulardrainageboundary;thelattertransformsthelengthofhorizontalwellintervalintopseudo-circularproductionchannel.Moreover,usingequivalentflowresistancemethodofwaterelectricanalogyprinciple,anewformulaforcalculatinghorizontalwellproductionrateisobtainedinthispaper.Theactualapplicationandcorrelationofthesefiveformulaeindicatethatthenewformulaproposedhereispracticalandeffective.
KeyWords:horizontalwell;productionrateformula;derivation;correlation;comparison;application