2015参考-开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告

题 目： 油藏水力压裂井不稳定试井

模型研究

学生姓名 教学院系 专业年级 指导教师 单 位

学 号 ****学院 石油工程 级

职 称 ****大学

1.设计（论文）选题的目的、意义及国内外研究现状 1.1设计（论文）选题的目的、意义 油井生产中大部分压力降都产生在近井地带，为了提高油井产量，有必要改善井筒表皮效应，提高近井地带地层渗透率。实践表明，人工水力压裂对此最为有效。水力压裂过程是通过对目的储层泵注高粘度前置液，以高压形成裂缝并延伸，而后泵注混有支撑剂的携砂液，携砂液可以继续延展裂缝，同时携带支撑剂深入裂缝，最后使压裂液破胶降解为低粘度流体流向井底反排而出，在地层中留下一条高导流能力的通道，以利于油气从远井地层流向井底。压裂在油气田勘探开发中成为有效的技术措施,是因为它从以下几方面提高了油气层的生产能力: 改变近井筒地带油气的渗流方式，沟通油气储集区，解除近井地带的污染，最终影响油气单井产量和采收率。 试井是油气藏动态描述、动态监测的重要手段之一，已成为油气勘探开发工作中的一个重要组成部分。它是一种以油气渗流力学理论为基础，以各种测试仪表为手段，通过对油井、气井或水井生产动态的测试来研究测试井的各种特性参数和油层、气层、水层的生产能力，以及油层、气层、水层之间，井与井之间联通关系的方法。通过试井分析，一方面可以提供如油气井产能、油气藏的原始地层压力、地层渗透率、储层类型、测试井的完井效果、井底污染情况、油气层改造措施的效果、单井的控制储量、测试井附近的油气层边界和井间联通情况等参数及动态特性；另一方面，可以监测油气藏压力、产量等动态参数的变化，为调整方案提供科学依据。 试井分析作为了解和控制油藏信息的一种手段，在压裂井的优化和评价中起到了重要的作用。现代试井技术相对于常规试井技术来说具有更好的实用性，通过对压裂井进行现代试井分析可以了解地层流体的流态，确定裂缝半长、储层渗透率以及井筒存储系数、表皮系数等参数,这些参数对于评价压裂成功与否以及压裂后的增产效果非常重要。 裂缝一般垂直于最小应力方向展开，有水平裂缝和垂直裂缝之分，也有无限导流、有限导流和均匀流之区别。虽然水力压裂可能产生各种各样的裂缝，但是研究表明：在深度超过700m的地层中，压裂产生的裂缝基本上都是垂直裂缝。因此，建立垂直裂缝井不稳定试井模型并求出模型的解，最终根据求解结果计算出典型曲线，并从渗流机理上分析油藏、油井参数对曲线特征的影响具有重要的理论和现实意义，本文即将对这一过程进行分析和研究。 第 1 页

1.2 国内外研究现状 国内外对垂直裂缝井都有不少研究,有关垂直裂缝井的研究始于二十世纪五十年代，但国内的研究相对国外来说起步较晚。本文在阅读文献、资料调研的基础上对具有代表性的垂直裂缝井试井的研究工作进行了简要的回顾。 1958年，Dyes等人[1]应用电模拟实验来研究人工垂直裂缝对油井产能和压力恢复分析的影响，他们认为在确定地层原始压力和渗透率时必须考虑垂直裂缝的影响。 1961年，Prats.等人[2]研究了均质油藏中心一条垂直裂缝的压力不稳定动态，建立了一个较为理想化的模型，假设裂缝为无限导流裂缝且支撑缝高等于储层厚度。 1963年，Scott [3]利用热流量分析方法研究了油藏中心一条垂直裂缝的不稳定压力动态，计算出无因次压力与无因次时间的典型曲线，再根据曲线斜率求出不同的油藏、油井参数。 19年，Russell和Truitt等[4]研究了无限导流垂直裂缝井的压力不稳定动态，并提出试井早期呈线性流，晚期呈径向流，即裂缝附近的流动为线性流，远的地方为径向流，并在此基础上进行了试井模型研究，建立了数学模型并求得模型的解析解。他们发现当裂缝长度过长时，计算得到的kh值将大于真实值，因此，要想得到正确的kh值,需要对产能测试的结果进行校正,他们当时推荐应用Muskat方法校正。 1972年，Raghavan，Cady和Ramey[5]发表了一篇研究垂直裂缝试井方法的文章,文中以压力恢复试井方法为基础，绘制了典型曲线，并讨论了曲线的特点，给出了地层解释的方法。文中应用MDH方法,Muskat法校正以及典型曲线拟合法来求取地层参数。 1974年和1975年, Ramey，Raghavan和Gringarten分析了裂缝油藏的压力动态，联合发表了两篇有关无限导流垂直裂缝井试井的文章[6] [7]。文中绘制了较为实用的无限导流垂直裂缝的典型曲线，并讨论了曲线特征，给出了曲线的应用。应用结果表明一些实测资料与典型曲线拟合不好，后来经过研究发现无限导流垂直裂缝模型较为理想，在大型水利压裂中往往不会出现导流能力无限大的裂缝，而是出现具有一定的渗透率的裂缝，这种裂缝后来被解释为有限导流垂直裂缝。 1977年，Cinco-Ley和Samaniego[8]研究了井筒储存和表皮效应对垂直裂缝井试井的影响。他们认为在早期由于裂缝表皮的影响,使得无因次压力和无因次时间的双对数曲线呈水平状,不同的裂缝表皮效应值使得曲线间第 2 页

差距很大,但随时间的延长,曲线间的差距变小,曲线逐渐接近于表皮系数为零的情况。这说明对于长时间的试井来说,裂缝表皮效应的影响逐渐消失,甚至可以忽略不计,但对于短时间的试井来说,表皮效应的影响不容忽略。对于井筒储集效应的影响研究结果表明,对低导流能力的垂直裂缝来说,井筒储集的影响很小,但对于高导流能力垂直裂缝来说,特别是无限导流裂缝，井筒储集的影响是很严重的。 1978年，Cinco-Ley和Samaniego联合发表了有限导流垂直裂缝井瞬态压力行为的文章[9]，文中首次提出了双线性流的概念。并指出有限导流垂直裂缝井的流动状态应分为四个阶段：即早期不稳定裂缝线性流、地层裂缝双线性流、地层线性流和拟径向流四个阶段，并给出了用于描述每个阶段相应的数学模型和常规试井方法及现代试井方法。 1981年，Cinco-Ley等人[10]发表了压裂井的瞬时压力分析的文章，文中给出了具有井筒存储和裂缝表皮效应情况下有限导流垂直裂缝的导数图版及其应用。 1986年, Lee Sheng-Tai等人[11]发表了一篇有关有限导流垂直裂缝井瞬时动态的文章,文中提出了一个近似的三线性流动模型，给出了其解析解，该模型考虑了定压和定产的情形并考虑了表皮系数、井筒存储和裂缝存储的影响。 1991年，Azari和Wooden等人[12]给出了有限导流垂直裂缝井在定压和定产两种条件下的解析解。这个解包含了裂缝到地层的水力扩散，裂缝上的线性表皮效应，井筒储存和裂缝储存，压力的相分离以及裂缝与地层的高度比，并绘制了定压降情形下的典型曲线，此曲线给出了有限导流垂直裂缝井不稳定试井中所有可能的流动阶段。流动阶段划分如下：裂缝线性流，地层裂缝双线性流，裂缝基质之间的线性流，拟径向流和拟稳态流。 1993年，Tiab[13]用无因次压力、无因次压力导数和无因次时间的双对数曲线研究了各种油藏条件下不稳定试井的典型曲线的直接应用，而不进行曲线的拟合。在此方法下研究了均匀流量垂直裂缝和无限导流垂直裂缝两种情况。对于均匀流量垂直裂缝，根据无因次压力导数曲线将渗流分为三个流动阶段：直线斜率为0.5的早期线性流，可计算得裂缝半长；直线斜率为0的无限边界拟径向流，可计算得渗透率和表皮系数；直线斜率为1的拟稳态流，可计算得泄油面积和形状因子。对于无限导流垂直裂缝，根据无因次压力导数曲线得出第四种流动形态，称为双径向流，这种流动形态介于早期线性流阶段和无限边界拟径向流阶段之间，其直线斜率为0.36，在没有线性流动时双径向流可用于计算裂缝半长，在非径向流情况第 3 页

下还可得到渗透率。 2008年，Chavez等人[14]研究了无限大层状油藏变有限导流能力和变表皮因子的垂直裂缝井的数学模型，并给出了考虑井筒储存在定压和定产两种条件下的解析解，其解适用于微可压缩流体，得出的曲线可以反映井附近及裂缝末端因导流能力和表皮因子变化而产生的影响。 2012年，Amin发表了油气藏水力压裂井非常规行为试井分析一文[15]，该论文主要采用3-D数值模拟分析了支撑剂压裂作业后的压裂井非常规流动特性。 二十世纪八十年代以后，国内学者对压裂井试井理论及方法研究作了大量工作，发表过不少讨论垂直裂缝井试井分析的文章。 1990年，刘慈群[16]提出了在双孔介质油藏中有限导流垂直裂缝井的非牛顿流体试井分析方法，给出了压力动态的近似计算公式。 1993年，刘曰武、刘慈群等[17][18]发表了无限导流垂直裂缝井的快速试井分析方法和考虑井筒存储和表皮效应的有限导流垂直裂缝井的试井分析方法的文章，利用椭圆流动模型和质量守恒方法，快速计算均质及双重介质油藏有限导流垂直裂缝井试井分析的典型曲线。首次给出了椭圆流动模型的数学模型及模型的近似解。 1995年，刘曰武、刘慈群等[19][20]又发表了垂直裂缝井试井分析中应考虑的诸多因素和垂直裂缝井的各类试井方法综述的文章。 2000年，宋付权、刘慈群[21]建立并求解了考虑启动压力梯度条件下的无限导流和有限导流垂直裂缝井渗流数学模型。对于无限导流情况，将地层中的流动看做椭圆流，在此基础上根据质量守恒定律研究了动边界与无因次时间的关系；对于有限导流情况，渗流由裂缝内的线性流和地层中的椭圆流组成。 2006年，刘香山[22]根据低渗透油藏的非达西渗流规律，在考虑启动压力梯度的影响下，分析了无限导流和有限导流垂直裂缝井的不定常流，获得了垂直裂缝井井底压力公式。 2007年，付春权等[23]根据低渗透油藏的非达西渗流规律，利用椭圆流动模型和质量守恒的方法，建立并求解了考虑启动压力梯度条件下的有限导流垂直裂缝井不稳定试井的数学模型，并给出了井底压力的数值解。 2011年，王旭东等[24]发表了无限导流垂直裂缝井试井分析研究的文章，文中建立了无限导流垂直裂缝井的物理模型并给出了试井曲线，将曲线划分为四个阶段：续流段、线性流段、过渡流段和拟径向流段，并依次分析了四个阶段的曲线特征。 第 4 页

2012年，王超等[25]发表了各向异性部分压开垂直裂缝压裂井试井模型研究的文章，文中通过对该模型的研究，可以确定在进行油藏动态分析时所需的参数，如地层渗透率、表皮系数、裂缝半长等。作者采用源函数法以及Newman乘积原理,得到了各向异性部分压开垂直裂缝井在Laplace空间内的压力分布式。再利用Stefest数值反演法将Laplace空间内的压力分布公式转换到真实空间，并绘制了考虑井筒储集和表皮的无因次压力和无因次压力导数与无因次时间的双对数曲线，并对曲线流动阶段进行了分析。研究结果进一步丰富和发展了试井分析理论。 2.主要研究内容 1) 进行均质油藏中压裂井的不稳定试井模型研究。根据压裂产生的裂缝的导流能力（裂缝宽度与裂缝渗透率的乘积），垂直裂缝可分为：无限导流垂直裂缝和有限导流垂直裂缝。因此均质油藏垂直裂缝井试井物理模型可分为两类：无限导流垂直裂缝井，以及有限导流垂直裂缝井。本文主要研究均质油藏在不同的边界条件（无限大、圆形封闭、圆形定压）下的无限导流垂直裂缝井的不稳定试井模型； 2) 了解中外学者对压裂直井的研究现状和研究成果； 3) 建立砂岩油藏中垂直裂缝井的不稳定试井模型（包括物理模型、数学模型），求出模型的解； 4) 根据求解结果计算出典型曲线，并进行渗流阶段的划分和参数敏感性分析。 3.拟采用的研究思路 3.1研究方法 1) 阅读相关的中外文献，资料调研、翻译外文文献，了解中外研究现状； 2) 建立均质油藏中无限导流垂直裂缝井试井物理模型，并绘制模型示意图，列出该模型的基本假设条件； 3) 以渗流力学为基础，建立均质油藏中在不同的边界条件（无限大、圆形封闭、圆形定压）下的无限导流垂直裂缝井不稳定试井数学模型，并引入无量纲量，将数学模型无量纲化； 4) 引入Laplace变化及贝塞尔函数求解出均质油藏垂直线汇数学模型的解； 5) 通过叠加原理，对垂直线汇模型的解沿裂缝长度段进行积分，得到均质油藏垂直裂缝模型的解； 第 5 页

6) 利用VB编程，通过Everdingen和Hurst给出的考虑表皮效应和井筒存储效应的公式对所求得的压力分布公式进行修正，再采用Stehfest数值反演将Laplace空间内的压力分布公式转换到真实空间，计算出无限导流垂直裂缝油藏在真实空间内的无因次井底压力和压力导数值； 7) 根据求解结果编程绘制出典型曲线，即无因次压力和无因次压力导数与无因次时间的双对数曲线，并从渗流机理上分析油藏、油井参数对曲线特征的影响。 3.2技术路线 阅读文献，资料调研 建立均质油藏无限导流垂直裂缝井物理模建立无限大边界条件下的试井数学模型 建立圆形封闭边界条件下的试井数学模型 建立圆形定压边界条件下的试井数学模型 模型求解，得到Laplace空间内的压力分布公式 对所求得的压力分布式进行考虑井筒存储和表皮的修正 采用Stehfest数值反演计算得到典型曲线 从渗流机理上分析油藏、油井参数对曲线特征的影响 图3-1 技术路线图 第 6 页

3.3可行性分析论证 3.3.1研究条件 1) 国内外与水力压裂井不稳定试井方面的相关文献资料较为丰富，为此项研究提供了充足的资料来源； 2) 指导老师长期从事渗流理论、试井分析、油藏工程方面的研究，可以为本文的研究内容提供必要的指导； 3) 本人对此项研究中涉及到的数学及试井等方面的基础知识进行过系统的学习，有一定的理论基础。 3.3.2可能存在的问题 1) 由于本科知识水平有限，研究的模型较为理想，可能与实际生产中的情况存在较大的差距； 2) 模型求解需要运用复杂的数学知识，可能会在求解过程中遇到较大的阻碍，造成求解工作不能按时按质的完成； 3) 由于计算机水平有限，可能造成计算出的典型曲线与理论曲线出现较大偏差。 4.设计（论文）的预期结果（成果） 1) 建立起砂岩油藏中无限导流垂直裂缝压裂井的不稳定试井模型； 2) 求出不稳定试井模型的解； 3) 计算出典型曲线，得出油藏、油井各参数对曲线形态的影响。 第 7 页

5.设计（论文）的工作进度安排 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 设计（论文）各阶段内容 文献调研，资料收集编写开题论证报告 开题答辩 建立起砂岩油藏中压裂井的渗流模型 模型求解（5月中旬中期检查） 计算典型曲线并分析油藏、油井参数对曲线形态的影响 撰写论文 整理并提交论文 准备答辩 论文答辩和成绩评定 起止日期 2013/3/26—4/8 2013/4/9—4/15 2013/4/16—5/6 2013/5/7—5/15 2013/5/16—5/27 2013/5/28—6/3 2013/6/4—6/7 2013/6/8—6/10 2013/6/11—6/15 参考文献 [1] Dyes, A.B., Kemp, C.E. and B.H. Candle. Effect of Fractures on Sweep Out Pattern Trans[J]. Petroleum Transactions, AIME, 1958, 213: 245-259. [2] Prats, M. Effect of Vertical Fractures on Reservoir Behavior- Incompressible Fluid Case[J]. SPE Journal, 1961, 1(2): 105-118. [3] Scott, J.O. The Effect of Vertical Fractures on Transient Pressure Behavior of Wells[J]. Journal of Petroleum Technology, 1963, 15(12): 1365-1369. [4] Russell, D.G. and Truitt, N.E. Transient Pressure Behavior in Vertically Fractured Reservoirs[J]. Journal of Petroleum Technology, 19, 16(10): 1159-1170. [5] Raghavan, R., Cady, G.V. and Ramey, H.J. Jr. Well Test Analysis For Vertically Fractured Wells[J]. Journal of Petroleum Technology, 1972, 24(8): 1014-1020. [6] Gringarten, A.C., Raghavan, R. and Ramey, H.J. Jr. Unsteady-State Pressure Distributions Created by a Well With a Single Infinite Conductivity Vertical Fracture[J]. SPE Journal, 1974, 14(4): 347-360. 第 8 页

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