《采油工程学》课程授课教案（完整讲稿，共十章，华北理工大学；杜敬国）

14LLLLLE3.8μm;12MPaI12210k全井5. 4μm, 10MPaE8INMN1. 2μm;14PaIq,n"/d(a)(b)图1一13多层油藏油井流入动态对于层间差异较大的水驱油藏，采用多层合采时将会出现高渗层全部水淹（全部产水），而低渗层仍然产油的情况。其油并流入动态及含水的变化将与油、水层的压力及采油和产水指数有关。表1一3为某井的测试数据，由此绘制的IPR曲线及含水变化曲线如图1一14（a）所示。表1-3某含水井测试数据产油量qo产水量qw含水fw流压pwf产液量qLm3/dm3/dm3/d%MPa72213.51568.23712.3181951.411.029.52352.543.8由油层的IPR曲线b及水层的IPR曲线c与纵坐标交点，可求得该井油层和水层生产时的静压分别为14.3和18MPa。由总液量IPR曲线a与纵坐标的交点，可交得该并完井时的静压为15.3MPa，图中的AB虚线为在并底流压高于油层压力时水层向油层的转渗动态。井底流压降低到油层静压（14.3MPa）之前，油层不出油，水层产出的一部分水转渗入油层，油井含水为100%。当流压低于油层静压后油层开始出油，油井含水率随之降低，采油指数和产水指数的相对大小只影响含水降低的幅度。在此情况下，放大压差提高产液量，不仅可以增加产油量，而且可以降低含水率。当油层压力高于水层压力时（pso>psw），则出现完全相反的情况，如图1-14（b）所示。油井的含水率将随流压降低而上升，其上升幅度除与油、水层间的压力差异有关外，还与采油指数和产水指数的相对大小有关。对于这种情况，放大压差虽可以提高产油量，但会导致含水率上升。根据上述方法，对于简单情况下的多层油藏含水并，可以用合层测试得到的IPR曲线分析油、水层的情况及其变化规律。而对于多层见水，且水淹程度差异较大的复杂情况，虽然也可以用上述方法绘制油、水和总的IPR曲线及其含水变化曲线，但它所说明的主要是全并的综合情况，或者只能定性说明出油层及出水层的情况。要确切掌握各层的流入动态，需要进行分层测试

图 1－13 多层油藏油井流入动态 对于层间差异较大的水驱油藏，采用多层合采时将会出现高渗层全部水淹 （全部产水），而低渗层仍然产油的情况。其油井流入动态及含水的变化将与 油、水层的压力及采油和产水指数有关。表 1－3 为某井的测试数据，由此绘 制的 IPR 曲线及含水变化曲线如图 1－14（a）所示。 表 1-3 某含水井测试数据 流压 pwf MPa 产油量 q0 m3 /d 产水量 qw m3 /d 产液量 qL m3 /d 含水 fw % 13.5 12.3 11.0 7 18 29.5 15 19 23 22 37 52.5 68.2 51.4 43.8 由油层的 IPR 曲线 b 及水层的 IPR 曲线 c 与纵坐标交点，可求得该井油 层和水层生产时的静压分别为 14.3 和 18MPa。由总液量 IPR 曲线 a 与纵坐标 的交点，可交得该井完井时的静压为 15.3MPa，图中的 AB 虚线为在井底流压 高于油层压力时水层向油层的转渗动态。 井底流压降低到油层静压（14.3MPa）之前，油层不出油，水层产出的一 部分水转渗入油层，油井含水为 100%。当流压低于油层静压后油层开始出油， 油井含水率随之降低，采油指数和产水指数的相对大小只影响含水降低的幅 度。在此情况下，放大压差提高产液量，不仅可以增加产油量，而且可以降低 含水率。 当油层压力高于水层压力时（pso>psw），则出现完全相反的情况，如图 1-14 （b）所示。油井的含水率将随流压降低而上升，其上升幅度除与油、水层间 的压力差异有关外，还与采油指数和产水指数的相对大小有关。对于这种情况， 放大压差虽可以提高产油量，但会导致含水率上升。 根据上述方法，对于简单情况下的多层油藏含水井，可以用合层测试得到 的 IPR 曲线分析油、水层的情况及其变化规律。而对于多层见水，且水淹程 度差异较大的复杂情况，虽然也可以用上述方法绘制油、水和总的 IPR 曲线 及其含水变化曲线，但它所说明的主要是全井的综合情况，或者只能定性说明 出油层及出水层的情况。要确切掌握各层的流入动态，需要进行分层测试

186—全井Pa6—油层16-JB一水层Powl14122H21010203040506070q.m/d30o8020三60F10040%1040304020506070q.m/d（b）水层静压<油层静压(a)水层静压>油层静压图1-14油水两层合采IPR及其含水率变化四、完井方式对油井流入动态的影响裸眼完井所产生的附加渗流阻力可用视表皮系数S'公式（1-7）综合表示。对于裸眼完井应注意采取保护性措施钻开油层（如采用快速钻进和优质泥浆等），尽可能减少入并流体对油层的伤害。这里仅对射孔和射孔-砾石充填两种完井方式及其压降动态作一概述。1.射孔完井段压降射孔的目的是在套管上穿孔，使井眼与地层连通。最常用的方法是聚能射孔弹射孔。射孔完井方式能有效的封隔含水夹层、易塌夹层和底水；能完全封隔和选择性射开不同压力、不同物性的油层，避免层间干扰：具备实施分层开采和选择性增产措施的条件。射孔完井单孔结构如图1-15所示。套管水泥环井眼KpPufs压实环pVKLp图1-15射孔孔眼结构5若仅考虑射孔压实伤害而忽略其它因素，基于非线性渗流方程（1-5）积分得到射孔完井段压降二项式（通过畅通射孔孔眼压降）：Ap= Pus-Pwr= Apq。+ B,q.(1-32)其中1.84μ。B。InlA,=L,K,Nh,'p(1-33)0.339×10-17β,Bp。(1_1B, =-L,N'h,rp(1-34)式中Pws，Pwf一油层岩面流压，井底流压，MPa；一油井产量，m3/d；qo-

四、完井方式对油井流入动态的影响 裸眼完井所产生的附加渗流阻力可用视表皮系数 S 公式（1-7）综合表示。 对于裸眼完井应注意采取保护性措施钻开油层（如采用快速钻进和优质泥浆 等），尽可能减少入井流体对油层的伤害。这里仅对射孔和射孔-砾石充填两种 完井方式及其压降动态作一概述。 1. 射孔完井段压降 射孔的目的是在套管上穿孔，使井眼与地层连通。最常用的方法是聚能射 孔弹射孔。射孔完井方式能有效的封隔含水夹层、易塌夹层和底水；能完全封 隔和选择性射开不同压力、不同物性的油层，避免层间干扰；具备实施分层开 采和选择性增产措施的条件。射孔完井单孔结构如图 1-15 所示。 图 1-15 射孔孔眼结构 若仅考虑射孔压实伤害而忽略其它因素，基于非线性渗流方程（1-5）积 分得到射孔完井段压降二项式（通过畅通射孔孔眼压降）： 2 p = pwfs − pwf = Ap qo + Bp qo (1-32) 其中         = p c p p p o o p r r L K Nh B A ln 1.84 （1-33）         −  = − p p p c p o o p L N h r r B B 0.339 10 1 1 2 2 2 17 2   (1-34) 式中 pwfs，pwf——油层岩面流压，井底流压，MPa； q0——油井产量，m3 /d；

Ap射孔层流系数，MPa.d/m3；Bp-射孔紊流系数，MPa.d2/m%；原油粘度，mPa.s;μoBo—原油体积系数，m/m。Lp孔眼长度，m；孔眼压实环渗透率，10-3um2；KpN—射孔密度，m"；hp—射孔段厚度，m;rp,ro—孔眼半径，孔眼压实环半径，m;po——原油密度，kg/m3;βp—射孔压实环紊流速度系数，ml。可用经验公式估计：β,=7.64×10l°-1.2(1-35)利用上式计算 Ap、Bp时，re、rp、Lp、Kp等参数难以确定。这些参数应由射孔公司提供，如无法获得试验资料，可按Mcleod（1983)的下述建议确定。I。=r,+0.0127对于在泥浆压井条件下射孔：Kp/KR=Kc/K对于在盐水压井条件下射孔：K/Ka=Kc/K式中KR、Ka—分别为未污染、受污染的油层渗透率，10-3um2；Kc/K一射孔压实环渗透率与射孔前岩心渗透率的比值。通常由射孔公司试验提供，也可参考表1-4。表1-4压实环渗透率比值射孔工作液压力条件Kc/K正压差高固相泥浆0.01~0.03低固相泥浆正压差0.02~0.04正压差非过滤盐水0.04~0.06过滤盐水正压差0.08~0.16过滤盐水负压差0.15~0.25负压差千净射孔压井液0.30~0.50负压差1.00理想射孔压井液为了获得理想的射孔效果实现高产，除了需要合理选择射孔方法、射孔压差和射孔液以外，还需要进行射孔参数（孔密、孔深、孔径、布孔相位角等）的优化设计。2.射孔-砾石充填完井段压降许多非胶结砂岩若不严格限产，会伴随地层流体出砂。地层出砂会导致许产问题，包括井设备和地面管线的冲蚀，在井内沉积形成砂堵。严重出砂会造底塌损坏套管。砾石充填是目前常用的防砂完井方法。将大于平均地层砂粒子（称为砾石）充填在油层与筛管或割缝衬管之间，挡住大部分地层砂，只让颗粒通过并产出。射孔-砾石充填完井的并底结构如图1-16所示。油流先进入炮眼，再经过砾石充填带进入井筒筛管内。对于高渗透胶结疏松地层，射孔孔围压实带仍具有较高的渗透性，在射孔孔眼中因充填砾石则增加了渗流阻力。串联叠加原理，射孔-砾石充填完井段压降可用以下二项式估计

Ap——射孔层流系数，MPa.d/m3； Bp——射孔紊流系数，MPa.d2 /m6； μo——原油粘度，mPa.s； BO——原油体积系数，m3 / m3。 Lp——孔眼长度，m； Kp——孔眼压实环渗透率，10-3m2； N——射孔密度，m-1； hp——射孔段厚度，m； rp ,rc——孔眼半径，孔眼压实环半径， m； ρ0——原油密度，kg/m3； p——射孔压实环紊流速度系数，m-1。 可用经验公式估计： 10 1.2 7.64 10 −  p =  Kp (1-35) 利用上式计算 Ap、Bp 时，rc、rp、Lp、Kp 等参数难以确定。这些参数应由 射孔公司提供，如无法获得试验资料，可按 Mcleod (1983)的下述建议确定。 r c = r p + 0.0127 对于在泥浆压井条件下射孔： KP / KR = KC / K 对于在盐水压井条件下射孔： KP / Kd = KC / K 式中 KR、Kd——分别为未污染、受污染的油层渗透率，10-3μm2； Kc /K——射孔压实环渗透率与射孔前岩心渗透率的比值。通常由射 孔公司试验提供，也可参考表 1-4。 表 1-4 压实环渗透率比值 射孔工作液 压力条件 KC/K 高固相泥浆 正压差 0.01~0.03 低固相泥浆 正压差 0.02~0.04 非过滤盐水 正压差 0.04~0.06 过滤盐水 正压差 0.08~0.16 过滤盐水 负压差 0.15~0.25 干净射孔压井液 理想射孔压井液 负压差 负压差 0.30~0.50 1.00 为了获得理想的射孔效果实现高产，除了需要合理选择射孔方法、射孔压 差和射孔液以外，还需要进行射孔参数（孔密、孔深、孔径、布孔相位角等） 的优化设计。 2. 射孔-砾石充填完井段压降 许多非胶结砂岩若不严格限产，会伴随地层流体出砂。地层出砂会导致许多生 产问题，包括井设备和地面管线的冲蚀，在井内沉积形成砂堵。严重出砂会造成井 底坍塌损坏套管。砾石充填是目前常用的防砂完井方法。将大于平均地层砂粒的砂 子（称为砾石）充填在油层与筛管或割缝衬管之间，挡住大部分地层砂，只让较细 颗粒通过并产出。射孔-砾石充填完井的井底结构如图 1-16 所示。油流先进入射孔 炮眼，再经过砾石充填带进入井筒筛管内。对于高渗透胶结疏松地层，射孔孔眼周 围压实带仍具有较高的渗透性，在射孔孔眼中因充填砾石则增加了渗流阻力。根据 串联叠加原理，射孔-砾石充填完井段压降可用以下二项式估计

Ap=Pws-Pwf =(A,+A)q。+(B,+BG)q。(1-36)式中Ap，Bp—分别由式(1-33)、(1-34)表示的射孔层流、紊流系数；AG—砾石充填带层流系数，MPa.d/m3。3.68μ.B.LAG:KerNhp(1- 37)BG砾石充填带紊流系数，MPa.d2/m。1.36x10-17βcB。p。LBareN?h,(1-38)βG一砾石充填带紊流速度系数，m。可用下式估计βc= 4.82×107 0.55(1-39)L—砾石充填带径向距离，m。建议取从水泥环外边缘到井筒内筛管外径之间的距离。KG——砾石渗透率，10-3um2。Gurley建议根据砾石筛析所用筛网尺寸估计KG值，见表1一5。筛网尺寸，目(孔/in)KG, 10-3μm25.0×10510~202.5×10516~301.2×10520~404.0×10440~60表1-5筛网尺寸与KG数据五、预测未来油井流入动态在衰竭式开采油藏中，油井的产能随采出程度增大和油藏压力降低而衰减。正确地预测未来油井的IPR曲线对于预测油井的停喷条件和选择机械采油方式具有重要的实际意义。用于预测未来油井IPR曲线的方法很多，下面介绍两种比较简便实用的方法。1.Fetkovich方法指数式（1-23）中的指数n不变，而系数c考虑随油藏压力Pr线性变化。(PECp=Cp(Prp(1-40)式中下标F和P分别表示未来（Future）和目前（Present）的油藏条件。所以未来油藏压力PrF条件下的IPR曲线可表示为(P (P- P)qoF=CpP(Prp)(1-41)2.Vogel-Fetkovich组合方法其思路是先按Fetkovich方法确定未来条件下的最大产量qomax，然后按Vogel方程计算其IPR曲线。由指数式（1-23）和（1-41），目前和未来油藏压力条件下的最大产量分别为Qomxp=CpP2p(1-42)

2 wfs wf p G o p G qo p = p − p = (A + A )q + (B +B ) (1-36) 式中 Ap，Bp——分别由式(1-33)、(1-34)表示的射孔层流、紊流系数； AG——砾石充填带层流系数，MPa.d/m3。 G p p o o G K r Nh B L A 2 3.68 = (1- 37) BG——砾石充填带紊流系数，MPa.d2 /m6。 4 2 2 17 2 1.36 10 p p G o o G r N h B L B   −  = (1-38) G——砾石充填带紊流速度系数，m-1。可用下式估计 7 0.55 4.82 10 −  G =  KG (1-39) L——砾石充填带径向距离，m。建议取从水泥环外边缘到井筒内筛 管外径之间的距离。 KG——砾石渗透率，10-3m2。 Gurley 建议根据砾石筛析所用筛网尺寸估计 KG 值，见表 1－5。 筛网尺寸，目(孔/in) KG，10-3m2 10~20 5.0×105 16~30 2.5×105 20~40 1.2×105 40~60 4.0×104 表 1-5 筛网尺寸与 KG 数据 五、预测未来油井流入动态 在衰竭式开采油藏中，油井的产能随采出程度增大和油藏压力降低而衰 减。正确地预测未来油井的 IPR 曲线对于预测油井的停喷条件和选择机械采 油方式具有重要的实际意义。用于预测未来油井 IPR 曲线的方法很多，下面 介绍两种比较简便实用的方法。 1.Fetkovich 方法 指数式（1-23）中的指数 n 不变，而系数 c 考虑随油藏压力 r p 线性变化。         = rP rF F P p p c c (1-40) 式中下标 F 和 P 分别表示未来（Future）和目前（Present）的油藏条件。所以 未来油藏压力 rF p 条件下的 IPR 曲线可表示为 ( ) n rF wf rP rF oF P p p p p q c 2 2 −         = （1-41） 2. Vogel-Fetkovich 组合方法 其思路是先按 Fetkovich 方法确定未来条件下的最大产量 qomax，然后按 Vogel 方程计算其 IPR 曲线。由指数式（1- 23）和（1-41），目前和未来油藏压 力条件下的最大产量分别为 n o P P prP q c 2 max = （1-42）

tat(1-43)由以上二式相除得lomax(1-43a)若取n=1，上式可简化为(P)qomxF=Qomx P(Prp)(1-44)将上式代入Vogel方程，预测未来地层压力条件下的IPR方程为(Pu)(P时)1-0.89or = Qomx F|1-0.2/(PrF)(PrF)(1-45)【例1-5】已知目前油藏压力Pr=pb=20.68MPa，当pwf为17.23MPa时qo为31.8m3/d。预测未来油藏压力P.为13.8MPa，Pwf为6.9MPa时的产量，并绘制目前和未来油藏压力条件的IPR曲线。解取n=1，采用Vogel-Fetkovich方法（1）求目前油藏压力prp=20.68MPa时的qomaxp12(Pwr )s(Paf(17.23)39opP_=1-0.2(17.23)-0.80.8=1-0.2(Prp）20.68(20.68）=0.278qomexP(Prp）31.8=114.4m2/dqomaxp=0.278则（2）求未来油藏压力P.r=13.8MPa时的qomaxFqomxF = qomxp (Pg/P.)=114.4×(13.8/20.68) = 33.99m2 /d（3）用Vogel方程求pwf=6.9MPa时qoFPwtD10.qoF=qomixFPrFPr6.96.9= 33.991-0.213.813.8=23.79m2/d（4）绘制目前和未来油藏压力条件下IPR曲线如图1-17所示

n rF rP rF o F P p p p q c 2 max         = （1-43） 由以上二式相除得 2 1 max max +         = n rP rF o F o P p p q q （1-43a） 若取 n=1，上式可简化为 3 max max         = rP rF o F o P p p q q （1-44） 将上式代入 Vogel 方程，预测未来地层压力条件下的 IPR 方程为                 −        = − 2 max 1 0.2 0.8 rF wf rF wf oF o F p p p p q q （1-45） 【例 1-5】已知目前油藏压力 pr = pb =20.68MPa，当 pwf 为 17.23MPa 时 qo 为 31.8m3 /d。预测未来油藏压力 pr 为 13.8MPa，pwf 为 6.9 MPa 时的产量，并 绘制目前和未来油藏压力条件的 IPR 曲线。 解 取 n=1，采用 Vogel-Fetkovich 方法 （1） 求目前油藏压力 prP=20.68MPa 时的 qomaxP 2 rP wf rP wf o max P oP p p 0.8 p p 1 0.2 q q         −        = − 2 20.68 17.23 0.8 20.68 17.23 1 0.2        −      = − =0.278 则 3 omax P 31.8 q 114.4m / d 0.278 = = （2） 求未来油藏压力 prF =13.8MPa 时的 q0maxF ( ) ( ) 3 3 3 omax F omax p rF rp q q p p 114.4 13.8 20.68 33.99m / d = =  = （3） 用 Vogel 方程求 pwf=6.9MPa 时 qoF                −      = −                 −        = − 2 2 max 13.8 6.9 0.8 13.8 6.9 33.99 1 0.2 1 0.2 0.8 rF wf rF wf oF o F p p p p q q 3 = 23.79m / d （4） 绘制目前和未来油藏压力条件下 IPR 曲线如图 1-17 所示