PROSPER 培訓手冊

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1、IPM—PROSPER培訓手冊 INTEGRATED PRODUCTION MODELLING PROSPER 北京陽光杰科科技有限公司  目 錄 1. 概況 1 2. 模型建立 1 2.1選項 2 2.2 PVT數(shù)據(jù) 5 2.3 EQIPMENT數(shù)據(jù) 9 2.4 IPR數(shù)據(jù) 13 3. 模型與測試數(shù)據(jù)的擬合 15 3.1 VLP擬合 15 3.2 IPR擬合 22 4. 運行計算 25 4.1 系統(tǒng)分析 25 4.2 梯度剖面 30 4.3 為模擬器生產VLP曲線 31

2、PROSPER 模塊功能簡介 PROSPER模塊是井筒模擬、設計、優(yōu)化模塊。它在傳統(tǒng)舉升設計的基礎上，強化了實際數(shù)據(jù)與理論模型的耦合，確保了舉升設計的可靠性。PROSPER支持多種人工舉升和自噴舉升設計： l PVT模型優(yōu)選和校正 l 豐富的油氣藏IPR模型 l 多分支井和分段射孔井IPR計算模擬 l 射孔和完井表皮分解計算 l 井筒工況模擬和診斷分析 l 井筒沖蝕計算 l 氣井最小攜液計算 l 多變量敏感性功能，預測設計方案的穩(wěn)定性 1. 概況 這是一個展示PROSPER基本功能的例子，主要內容有： l 油井模型建立和數(shù)據(jù)輸入 l PVT公式與實驗數(shù)據(jù)的擬合

3、l 多相流公式與測試數(shù)據(jù)的擬合 l 用IPR擬合確定油藏壓力 l 敏感性分析 l 井筒壓力分布計算 l 為GAP或油藏模擬器輸出舉升數(shù)據(jù) PROSPER文件類型 類型 名稱 備注 *.OUT 輸出數(shù)據(jù) 包含所有計算結果。當打開或保存輸出文件，軟件自動打開/生成同名的PVT、SIN、ANL文件。 *.PVT PVT數(shù)據(jù) 包含井流體數(shù)據(jù)、PVT擬合數(shù)據(jù)和在PVT菜單下輸入的PVT表格。 *.SIN 輸入數(shù)據(jù) 包含Options菜單中的選項，System菜單中輸入的井IPR和設備數(shù)據(jù)。 *.ANL 分析數(shù)據(jù) 包含Analysis菜單中所選擇計算類型的分析和敏感

4、性輸入數(shù)據(jù)。GAP用.ANL文件批量計算井舉升曲線。 2. 模型建立 在開始>>所有程序>>Petroleum Experts IPM 8.1中啟動PROSPER后，點擊File>>New，新建一個PROSPER文件。這時PROSPER主界面被分成6個部分： l Options Summary l PVT Data l Equipment Data l IPR Data l Calculation Summary l 軟件版本及許可信息 前四個選項是輸入數(shù)據(jù)選項，第五個包括所有計算和設計功能。每個選項都可以通過在PROSPER主界面雙擊直接進入，或者主菜單（按照工作流程從

5、左到右、由上至下的順序排布）也可以進入這些選項。 2.1選項 點擊菜單Options>>Options或者雙擊主界面Options Data區(qū)域，彈出System Summary（系統(tǒng)概況）菜單，定義井的基本特性如流體類型、完井類型、舉升方法等。 流體描述 井 流體 油和水* 流動類型 油管流動* 干氣和濕氣 環(huán)空流動 反凝析 油管和環(huán)空流動 方法 黑油* 井類型 生產井* 狀態(tài)方程 注入井 分離器 單級* 人工舉升 無（自噴）* 雙級 氣舉 多級 電潛泵 乳化 無* 水力驅動井下泵 乳化+泵粘度修

6、正 螺桿泵 水合物 不警示* 連續(xù)油管氣舉 警示 稀釋液注入 水粘度 應用缺省公式* 射流泵 應用壓力修正公式 FRAMO多相泵 粘度模型 牛頓流體* 有桿抽油泵 非牛頓流體 完井 水蒸汽 不計算* 類型 套管* 計算凝結水蒸汽 裸眼 計算類型 礫石充填 是 預測 只預測壓力 否* 壓力和溫度（陸上） 油藏 壓力和溫度（海上）* 流入類型 單井筒* 模型 粗略近似* 多分支 熱焓平衡 氣錐 是 改進近似 否* 范圍 整個系統(tǒng)* 僅管線 輸出 顯示計算數(shù)據(jù)* 隱藏計算數(shù)據(jù)

7、 注：帶*是本例的選項。 點擊Done保存退出該窗口。這時PROSPER主界面根據(jù)設置的井信息，其它選項顯示相應的待輸入信息。如下圖： 2.2 PVT數(shù)據(jù) 準確的預測油藏、井筒和地面管線內壓力、溫度變化的前提條件之一是建立準確的PVT模型。當有實驗室PVT數(shù)據(jù)時，PROSPER用非線性回歸法修正PVT公式，同時優(yōu)選與數(shù)據(jù)點擬合最佳的公式，這樣能夠使建立的PVT模型更精確。下面介紹怎樣建立PVT模型和模型與實驗室PVT數(shù)據(jù)的擬合。 （1）輸入黑油模型數(shù)據(jù) 黑油模型需要的參數(shù)如下： 參數(shù) 值 溶解氣油比 820scf/STB 油重度 34API 氣比重

8、0.833 水礦化度 150000ppm %H2S 0 %CO2 0 %N2 0 點擊菜單PVT>>Input Data，在彈出PVT對話框中輸入黑油PVT模型。 Solution GOR（原始溶解氣油比）是原始泡點壓力下油中溶解的氣體數(shù)量。如果井也產出自由氣，不包括在其中。 （2）輸入PVT擬合數(shù)據(jù) 在PVT對話框中點擊Match Data，輸入實驗室測量的PVT閃蒸分離（接觸分離）數(shù)據(jù)。同時可輸入50組不同溫度下閃蒸數(shù)據(jù)結果。 參數(shù) 值 溫度 210 deg F 飽和壓力 3256psig 氣油比 820scf/STB 油體積系數(shù) 1.491

9、RB/STB 油粘度 0.435cP 本例中只簡單輸入泡點壓力下的數(shù)據(jù)。每個表格可以輸入15個壓力值，其中必須包括飽和壓力處的PVT值。 點擊Done保存返回至PVT對話框。 （3）用輸入的PVT數(shù)據(jù)擬合PVT黑油模型，然后選擇最佳公式。 在PVT對話框中選擇Matching： 點擊Match All，即選擇左角所有的參數(shù)運行回歸計算。此時PROSPER執(zhí)行非線性回歸，用一個乘數(shù)（Parameter 1）和一個移位（Parameter 2）修正每個公式能夠最佳的擬合實驗數(shù)據(jù)。擬合完成后點擊確定。 點擊Parameters查看計算的擬合參數(shù)。 各個表列出對于每個公式

10、和所有PVT屬性的擬合參數(shù)值。油體積系數(shù)有4個擬合參數(shù)，小于泡點壓力用Parameter 1和Parameter 2，大于泡點壓力用Parameter 3和Parameter 4。 為了擬合實驗數(shù)據(jù)公式需要修正的越少越好。Parameter 1越接近于1越好，Parameter 2越接近于0越好。標準偏差表示擬合過程的收斂程度，趨近于0最好?？瞻妆硎緲藴势钪禐?。 經過分析，Pb、GOR和FVF選擇Standing公式，Oil viscosity選取Beggs et al公式。 點擊Done保存退出。 Regression對話框上點擊Plot，可以查看實驗數(shù)據(jù)點和公式計算的PVT圖。

11、 回到PVT對話框中，檢查是否已經選取Standing和Beggs et al兩公式。 可以注意到擬合PVT模型后，對話框上出現(xiàn)一個閃爍的綠條PVT is MATCHED。 2.3 EQIPMENT數(shù)據(jù) 輸入井斜、地面設備、井下設備、地溫梯度等信息。點擊菜單System>>Equipment（Tubing etc）進入設備數(shù)據(jù)對話框。 可以分別選擇要輸入的數(shù)據(jù)項，也可以先點擊All按鈕選上所有的選項，再點擊Edit按鈕設置從井斜數(shù)據(jù)開始自動顯示輸入對話框，這樣操作更方便快捷。 按對話框上顯示項的順序，首先輸入的是從井口到井底的井斜數(shù)據(jù)。井底數(shù)據(jù)要求至少是到達射孔

12、層位頂部。 井斜可以從文件導入或通過Paste按鈕粘貼進表格。當輸入井斜數(shù)據(jù)，PROSPER自動計算累積偏移和井斜角。點擊Plot能夠顯示井斜軌跡。表格只能顯示20個數(shù)據(jù)點，要輸入的更多的數(shù)據(jù)點點擊Filter。Filter能夠從做多3000個點中篩選出20個點。 測深 feet 垂深 feet 0 0 4300 4273 4600 4528 4900 4800 11300 10350 11400 10430 完成井斜信息后，點擊Done保存后進入地面設備（Surface Equipment）對話框，可以輸入地面管線和油嘴等信息。 本例中沒有此

13、項數(shù)據(jù)，點擊Cancel退出進入井下設備（Downhole Equipment）對話框。在Type列中選擇相應設備如油管、套管、井下安全閥、節(jié)流閥等。只有流體經過的設備才輸入。要注意的是采油樹（Xmas tree）和井斜的基準面應當一致。關于井下設備的描述信息可以寫在Label列。 設備名稱 測深feet 內徑inch tubing 1000 3.958 SSSV 3 tubing 11000 3.958 casing 11400 6 點擊Done保存進入地溫梯度（Geothermal Gradient）對話框。輸入井中不同深度處流體流動溫度。如果

14、沒有流動溫度剖面測試數(shù)據(jù)，可以只輸入井口溫度和地層中部靜溫。地層溫度和井與地層之間的總導熱系數(shù)。 點擊Done進入平均熱容（Average Heat Capacities）對話框，輸入油、氣、水的熱容。 點擊Done取用默認值。 現(xiàn)在完成了井設備數(shù)據(jù)的輸入。 點擊設備輸入對話框Summary按鈕，可以查看設備圖。 點擊Draw Downhole瀏覽設備圖，可以查看有沒有輸入錯誤。點擊Main直接返回到PROSPER主界面。 2.4 IPR數(shù)據(jù) 建立IPR模型。PROSPER主界面點擊菜單System>>Inflow performance（或雙擊IPR D

15、ata區(qū)域），顯示IPR輸入對話框，選擇IPR模型和基本油藏參數(shù)。對話框的右上角有兩個按鈕：Select Model（模型選擇）和Input Data（模型參數(shù)輸入）。輸入的數(shù)據(jù)根據(jù)選擇的模型不同而不同。模型和參數(shù)輸入完成后按鈕的顏色由紅色變成綠色。 選擇Darcy模型和手工輸入表皮，輸入油藏壓力、油藏溫度、含水等相應參數(shù)。 參數(shù) 范圍 機械/幾何表皮 手工輸入表皮 油藏壓力 5000psig（平均油藏壓力） 油藏溫度 210 deg F 含水 0% 總GOR 820scf/STB 相對滲透率 No 點擊Input Data，輸入所選流入模型的油藏參數(shù)。

16、參數(shù) 范圍 油藏滲透率 50md 油藏厚度 200feet 泄油面積 500acres Dietz形狀因子 31.6（對于圓形泄油面積） 井筒半徑 0.354feet 輸入機械/幾何表皮。 點擊Caluculat顯示根據(jù)輸入數(shù)據(jù)計算IPR曲線，之后顯示計算的IPR曲線。 圖中的Formation PI是沒有考慮表皮的采液指數(shù)，AOF表示無阻流量。 目前為止完成了IPR的定義。建議IPR的參數(shù)發(fā)生變化后在一定要重新計算IPR。 3. 模型與測試數(shù)據(jù)的擬合 當有井測試數(shù)據(jù)時，PROSPER可以調整多相流公式與井底流壓和產量數(shù)據(jù)擬合。下面說明怎樣把上面建立的

17、PROSPER模型與測試數(shù)據(jù)擬合。擬合過程包括兩個步驟： VLP擬合—為擬合井下壓力測試調整多相流公式。 IPR擬合—為VLP/IPR協(xié)調點與測試產量擬合調整IPR。 3.1 VLP擬合 VLP的擬合分為三步。 （1）輸入井測試數(shù)據(jù) 點擊Matching>>Matching>>VLP/IPR(Quality Check)，進入VLP/IPR擬合對話框。 THP [psig] THT [deg F] 含水 [%] 產液量 [STB/d] 測壓 深度 [ft] 測點 壓力 [psig] GOR [scf/STB] 自由GOR [scf/STB]

18、 油藏 壓力 [psig] 930 134 15 7200 11000 3940 820 0 5000 在表中可輸入井測試數(shù)據(jù)，如測試日期、測試注釋、油管頭壓力/溫度、含水、產液量、測壓深度、測點壓力、油藏壓力、氣油比。GOR是溶解氣油比，GOR Free是氣頂或注入氣突破的自由氣產量。測量的總GOR必須是GOR和GOR Free之和?？奢斎攵噙_1000個測試點。 （2）比較多相流公式和選擇最佳公式 在運行公式比較之前，需要調整溫度預測模型（本例中是粗略近似）來擬合測試中的溫度數(shù)據(jù)。按下對應行號按鈕就是選擇了要擬合的測試數(shù)據(jù)。 然后點擊Estimate U

19、 value按鈕。軟件將計算擬合井測試溫度的總導熱系數(shù)值，可以調整溫度預測模型，以擬合測試溫度數(shù)據(jù)（因為溫度影響PVT屬性）。 點擊確定，然后再點擊Done回到主屏幕。回到Equipment Data下地溫梯度對話框，修改總導熱系數(shù)值為剛才擬合的值7.98438 BTU/h/ft2/F。 現(xiàn)在可以進行多相管流公式比較了。 同上述操作一樣，選擇測試數(shù)據(jù)點，然后再選擇Correlation Comparison。軟件將再次顯示地溫梯度中輸入的U值，點擊確定后彈出管流公式比較對話框。 在對話框右側選擇要比較的公式。本例中選擇的公式有：Hagedorn Brown、Fanche

20、r Brown、Petroleum Experts 2、Petroleum Experts 4和Duns and Ros Modified。 Fancher Brown和Duns and Ros Modified兩個公式只適用于檢查測試數(shù)據(jù)質量。Fancher Brown公式不考慮滑脫效應，因此預測的井筒壓降偏低，代表壓力梯度的最低界限。相反地，如果是流型是段塞流，Duns and Ros Modified預測值表示壓力梯度的最高界限。如果測試數(shù)據(jù)是合理的，數(shù)據(jù)點應當分布在由這兩個公式做邊界的范圍內。如果不在范圍內，應當重新檢查數(shù)據(jù)。 接著點擊對話框上Calculate按鈕，彈出對話框后繼

21、續(xù)點擊Calculate，軟件將用選擇公式計算壓力剖面。 計算結束后，點擊Plot查看計算的壓力剖面。 根據(jù)圖形可以觀察以下兩點： l 井測試數(shù)據(jù)分布在Fancher-Brown和Duns and Ros Modified兩公式壓力線之間。這說明模型和測試數(shù)據(jù)較合理。 l 放大圖形（在圖形上拉一個方框選擇目標區(qū)域），注意到離測試點最近的壓力梯度線是Petroleum Experts 2。 所以，選擇公式Petroleum Experts 2作為擬合測試點的最佳公式。 （3）公式和測試數(shù)據(jù)擬合 完成最佳公式選擇后，可以調整公式使它能最佳擬合井下壓力測試數(shù)據(jù)。PROSPE

22、R用非線性回歸技術，為重力項（Parameter 1）和摩擦項（Parameter 2）添加乘數(shù)，修正多相流公式。 在VLP/IPR Matching界面上選擇Match VLP進行VLP擬合。 在顯示的Match對話框中選擇要擬合的公式（本例中是Petroleum Experts 2），然后點擊Match按鈕。軟件將回歸計算能夠精確擬合測試點的一組參數(shù)。 計算結束后，點擊Statistics查看回歸結果。如果數(shù)據(jù)一致，兩個參數(shù)應當接近1，允許誤差在10%內。如果誤差較大，應當重新檢查測試數(shù)據(jù)和模型。 完成公式擬合后，兩個擬合參數(shù)（P1和P2）將添加到公式名稱后，表示該公式

23、已經被擬合，如Petroleum Experts 2 1.00 0.99。 現(xiàn)在完成了VLP的擬合過程。點擊Done|Done回到VLP/IPR Matching對話框。 當不只有一個測試數(shù)據(jù)可用于流動公式校正時，推薦使用下面的步驟保證模型預測的可靠性。 l 使用最少數(shù)量的測試點（或者只用一個）校正公式。 l 檢查校正模型預測其它測試點的情況。 3.2 IPR擬合 調整IPR使VLP和IPR的交點與井測試產量吻合。 在VLP/IPR Matching界面上點擊VLP/IPR按鈕。 在下面的對話框中選擇VLP擬合的公式后點擊Calculate按鈕。 PROSPER將用擬

24、合的VLP公式為擬合數(shù)據(jù)（井口壓力、產量、含水等）計算VLP曲線。計算的產量和井底流壓顯示在結果數(shù)據(jù)表中。 PROSPER用選擇的VLP公式計算流入節(jié)點深度處的流壓，用這個方法可以方便的修正從測壓深度換算到油層的流壓。如果需要，計算得到的流壓可以直接傳輸?shù)絍ogel IPR中。 點擊Plot按鈕查看計算結果和測試數(shù)據(jù)的比較。圖中右側列出的值中：measured data是根據(jù)測試壓力使用選擇公式外推計算得到，不是實測值；calculated data是VLP和IPR曲線的交點。本例中測試產量7200stb/day，VLP和IPR交點處7292.6stb/day。現(xiàn)在將調整IPR以能更好的擬

25、合測試點。 要調整的參數(shù)取決于采用的IPR模型。對于Darcy模型，用到的參數(shù)有滲透率、表皮系數(shù)或油藏壓力。本例中，假設井的PI不能修改，但是沒有近期的油藏壓力數(shù)據(jù)?？梢哉{整油藏壓力來擬合IPR。 在VLP/IPR Matching界面中把油藏壓力從5000psig修改至4982psig。 點擊VLP/IPR按鈕，再點擊Calculate用新油藏壓力值重新計算。 點擊Plot查看VLP/IPR的交點和測試數(shù)據(jù)點吻合。 關閉Plot圖，點擊IPR回到在IPR模型中更新油藏壓力值4982psig和含水15%。也可以調整其它不確定的IPR參數(shù)如油藏滲透率、油藏厚度、表皮系數(shù)

26、等。 到此為止，已經完成了井模型的建立。 4. 運行計算 本章介紹如何用井模型執(zhí)行各種計算。 Match（IPR+VLP）：計算井產量和運行敏感性分析。 Gradient Traverse：計算壓力、溫度、速度等參數(shù)沿井筒剖面和運行敏感性分析。 VLP：計算可以輸出到模擬器（GAP、REVEAL、MBAL和第三方數(shù)值模擬器）的舉升曲線。 4.1 系統(tǒng)分析 既然PVT、VLP、IPR已經與測量數(shù)據(jù)擬合，我們就可以用模型進行系統(tǒng)分析。定油藏和流動條件（井口壓力、含水、氣油比），根據(jù)節(jié)點分析方法確定井的特征。 （1）運行一個簡單的節(jié)點分析 選擇主菜單Calculation>>

27、System（Ipr+Vlp），開始節(jié)點運算。 本例中，給定下列流動條件： 第一個節(jié)點壓力（psig） 含水（%） GOR（scf/STB） 250 15 820 其它的選項： l 因為模型不包括地面管線，地面管流公式對本例沒有影響。 l 垂直多相流公式選擇Petroleum Experts 2（注意擬合參數(shù)已經顯示在名稱后面）。 l 選擇末端節(jié)點（即井底）作為求解點。 l 產量方法選用Automatic Linear（自動線性），將在0和AOF（無阻流量）間按線性插入20個值。 點擊Calculate。計算結束后對話框中顯示計算的IPR和VLP結果和求解點數(shù)據(jù)。

28、對話框右側顯示求解點產量和流動壓力、溫度。 選擇Plot選項繪制VLP/IPR曲線。 （2）敏感性分析 為得到不同生產條件下井的工作特征，可以運行各種參數(shù)如WC、GOR、油藏壓力等的敏感性分析。 本例中將對含水、表皮和油管/管線直徑做敏感性分析，參數(shù)范圍如下： 參數(shù) 范圍 含水 0,40,80% 表皮系數(shù) 0,2,4 油管/管線直徑 3.958,4.892 點擊Cases按鈕，在彈出的對話框中，選擇每個組合框下參數(shù)，輸入上面列出的范圍。 點擊Done返回上一界面。軟件詢問油管尺寸敏感性分析的起始節(jié)點和終止節(jié)點。起始節(jié)點選Xmas（采油樹），終止節(jié)點選油管末端

29、（11,000ft處）。點擊Continue，然后選擇Calculate開始系統(tǒng)分析計算。 計算結束后，點擊Plot>>System Plot>>Plot All Cases查看敏感性參數(shù)范圍的VLP和IPR曲線圖。 點擊Finish返回系統(tǒng)計算界面。 在左下角Sensitivity Cases區(qū)域選擇敏感性參數(shù)組合后，右上部區(qū)域顯示對應的求解點結果，同時下部繪圖區(qū)域顯示IPR及VLP區(qū)縣交匯結果。 點擊Sensitivity Plot按鈕可以顯示改變敏感性參數(shù)時求解點結果的變化。假設要查看某一油管直徑的不同表皮下產液量和含水之間的關系，在Sensitivity Plo

30、t窗口中點擊Variables按鈕，然后在彈出的對話框中按下圖選擇： 點擊Done顯示敏感性圖形。圖中結果顯示，對于3.958″ID 油管，不同含水下可以通過減低表皮系數(shù)達到目標產量1100-1200STB/day。 4.2 梯度剖面 求解系統(tǒng)結果后，可以生成任一求解工作點下的梯度曲線，來確定井筒中的流動梯度和流動型態(tài)。在PROSPER中可以用兩種方法得到：在System Calculation區(qū)域單擊Sensitivity PvD按鈕或者選擇主菜單Calculation>>Gradient(Traverse)。 要生成任一工作產量/壓力求解點下梯度曲線，通過在系統(tǒng)求解對話框中

31、的Sensitivity Cases區(qū)域選擇不同case，來確定相應的生產條件，進而進行Gradient計算。 接著點擊Sensitivity PvD，再點擊Calculate計算相應條件下到求解點的沿井筒壓力梯度： 選擇Plot繪制梯度剖面： 點擊Main直接回到主界面。點擊主菜單File>>Save As設置保存文件名Oilwell.out。 4.3 為模擬器生產VLP曲線 點擊主菜單Calculation>>VLP(Tubing Curves)，為一口油井生成系列井口壓力、含水和氣油比VLP曲線。 界面中的頂部節(jié)點壓力、含水和氣油比可以取任意值，因為敏感性分析

32、將為一系列敏感性參數(shù)生成曲線，這個界面中的值將被后面輸入的敏感性值覆蓋。 如果井筒內安裝了固定井下壓力儀，可以輸入壓力儀器的下入深度。VLP計算將報告井下壓力和測壓深度。 繼續(xù)輸入如下敏感性參數(shù)： 參數(shù) 范圍 初始節(jié)點壓力 200，600，1000，3000psig 含水 0，40，80% 氣油比 400，820，2000scf/STB 繼續(xù)點擊Done和Calculate。 曲線計算結束后，可以繪制曲線和選擇Export Lift Curve輸出。曲線可以輸出成不同格式，適用于眾多模擬器。 為GAP或者MBAL（.TPD格式）輸出曲線，選擇Petroleum Experts GAP/MBAL，然后點擊Continue，輸入文件名將舉升曲線保存至.tpd文件。 注：為了保證生產VLP曲線的高質量推薦以下事項： l 輸入產量和敏感性參數(shù)的范圍竟可能寬些，涵蓋井所有可能遇到的工作條件。 l 用竟可能多些產量（最多20個）和敏感性參數(shù)值（最多10個）計算。 35