特低滲透油藏驅(qū)替及開采特征的影響因素

1、特低滲透油藏驅(qū)替及開采特征的影響因素王文環(huán)(中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京100083摘要:應(yīng)用非達西滲流理論和非線性彈性滲流理論,分析了影響特低滲透油藏驅(qū)替及開采特征的主要因素。研究結(jié)果表明,啟動壓力梯度和毛細管壓力是影響特低滲透油藏驅(qū)替特征的主要因素;而影響特低滲透油藏開采特征的主要因素是儲層的彈塑性,即儲層的壓力敏感性。在特低滲透油藏的開發(fā)中應(yīng)適當(dāng)縮小注采井距提高驅(qū)替壓力梯度,采取整體壓裂措施減小啟動壓力梯度,通過氣驅(qū)或活性水驅(qū)油減小毛細管壓力,及時補充地層能量以減少壓力敏感性對儲層的傷害。關(guān)鍵詞:特低滲透砂巖油藏;非達西滲流理論;非線性彈性滲流理論;驅(qū)替特征;開采特征;啟動壓力梯度中

2、圖分類號:TE348文獻標識碼:A 文章編號:1009-9603(200606-0073-03截至2005年底,中國石化已探明砂巖特低滲透石油地質(zhì)儲量為4.8269108t,動用儲量僅為2.1251108t,開發(fā)效果較差,具有很大的開發(fā)潛力。但在開發(fā)技術(shù)上局限于實際開采特征的研究,理論研究尚不夠深入。因此,應(yīng)用滲流理論,研究影響特低滲透油藏驅(qū)替及開采特征的主要因素,揭示制約其開發(fā)效果的內(nèi)在規(guī)律,為特低滲透油藏有效開發(fā)技術(shù)政策的研究提供理論依據(jù)和方向指導(dǎo)。1非達西滲流理論與驅(qū)替特征影響因素在特低滲透介質(zhì)中,多孔介質(zhì)孔隙系統(tǒng)的孔道很微細,固液界面上分子力的作用非常顯著。由于固體與液體的界面作用,在

3、油層巖石孔隙的內(nèi)表面,存在原油的邊界層。在邊界層內(nèi),原油的組成和性質(zhì)與體相原油的差別很大,存在組分的有序變化以及結(jié)構(gòu)粘度和屈服值。邊界層的厚度與原油本身的性質(zhì)、孔道大小及驅(qū)替壓力梯度有關(guān)。固液界面上分子力的作用將阻礙流體的運動,使?jié)B流規(guī)律發(fā)生明顯的變化,即出現(xiàn)了啟動壓力梯度。當(dāng)驅(qū)替壓力梯度低于其啟動壓力梯度時,流體不能流動;當(dāng)驅(qū)替壓力梯度達到啟動壓力梯度以后,流體開始流動,但屬于低速非線性流動;當(dāng)驅(qū)替壓力梯度達到某一臨界壓力梯度后,流體開始呈線性流動特征1-4。因此,特低滲透油藏的驅(qū)替和開采特征不同于中高滲透油藏的達西滲流特征5,將呈現(xiàn)非達西滲流特征。驅(qū)替特征影響因素的研究思路是應(yīng)用非達西滲流

4、理論,在建立非達西滲流數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過求解不同條件下水驅(qū)前緣含水飽和度和驅(qū)替相壓力分布,分析影響特低滲透油藏驅(qū)替效果的主要因素。1.1模型的建立模型的基本假設(shè)包括:流體為不可壓縮且不互溶的非混相一維流動;水為潤濕相,被驅(qū)原油為非潤濕相;水的流動為達西流動,油的流動符合修正的達西定律;流體流動符合連續(xù)性方程?；谶@些假設(shè),由修正的達西公式及連續(xù)性方程,可得油水兩相滲流的水相壓力分布偏微分方程和考慮毛細管壓力的兩相驅(qū)替前緣含水飽和度分布偏微分方程6-7。水相壓力分布方程為99x 9p w 9x +99x o 9p c 9x +q v =0(1=o +w =kK ro o +kK r w w

5、(2式中:x 為距離點源的位置,c m;為油相和水相流度之和,m 2/(mPa s ;p w 為井底壓力,MPa;o 為油的流度,m 2/(mPa s ;p c 為毛細管壓力,MPa;q v 為油和水總流量,c m 3/s;w 為水的流度,m 2/(mPa s ;k 為巖石滲透率,10-3m 2;K ro 和K r w收稿日期2006-09-14;改回日期2006-11-01。作者簡介:王文環(huán),女,高級工程師,1991年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東石油地質(zhì)專業(yè),2000年和2004年分別獲該校油氣田開發(fā)工程專業(yè)碩士和博士學(xué)位,現(xiàn)從事油田開發(fā)研究工作。聯(lián)系電話:(01051616598,E -mail:

6、wenhuanpep ris .com 。油氣地質(zhì)與采收率2006年11月PET ROLEUM GE OLOGY AND RECOVERY EFF I C I ENCY 第13卷第6期分別為油和水的相對滲透率;o 和w 分別為油和水的粘度,mPa s 。考慮毛細管壓力的兩相驅(qū)替前緣含水飽和度分布方程為9S w 9t +q (t A d f w d S w 9S w 9x +99x o f w d p c d S w 9S w 9x=0(3f w =w o +w(4式中:為孔隙度;S w 為水相飽和度;t 為某一時刻,s;q (t 為體積流量,c m 3/s;A 為過水?dāng)嗝婷娣e,c m 2;f

7、w 為含水率。式(1和式(3均為非線性方程,分別采用I M 2PES 8-9進行差分數(shù)值計算,通過隱式求解壓力,顯式求解飽和度。1.2計算結(jié)果分析啟動壓力梯度由計算結(jié)果可見(圖1,圖2,啟動壓力梯度的存在造成了見水前緣平均含水飽和度的降低和驅(qū)替相壓力的升高, 驅(qū)替效果變差。因為隨著啟動壓力梯度的增加,原油的表觀粘度增大 ,水竄現(xiàn)象加劇;同時造成油水兩相區(qū)內(nèi)滲流阻力增加,注入壓力升高。即在特低滲透油藏的實際開發(fā)過程中,啟動壓力梯度的存在造成油井見水早,含水上升快;注水井注入壓力高,注水困難。圖1啟動壓力梯度對前緣含水飽和度分布的影響圖2啟動壓力梯度對驅(qū)替相壓力分布的影響毛細管壓力毛細管壓力的存在

8、將導(dǎo)致見水前緣含水飽和度降低,含水飽和度前緣超前,水淹區(qū)內(nèi)的含水飽和度趨于均勻;同樣亦造成驅(qū)替相壓力的 增加(圖3,圖4 。即在特低滲透油藏的實際開發(fā)過程中,毛細管壓力的存在將造成油井見水早,注水井注入壓力高。因此,啟動壓力梯度和毛細管壓力是影響特低滲透油藏驅(qū)替效果的主要因素,是特低滲透油田難以開發(fā)的主要原因之一。圖3毛細管壓力對前緣含水飽和度分布的影響圖4毛細管壓力對驅(qū)替相壓力分布的影響2非線性彈性滲流理論與開采特征影響因素油氣儲層是典型的多孔介質(zhì),由于巖石顆粒分選差異較大,多孔介質(zhì)內(nèi)部的孔隙空間形狀極其復(fù)雜。當(dāng)儲層壓力發(fā)生變化時,巖石所產(chǎn)生的變形將對流體和儲存空間產(chǎn)生很大的影響,進一步影響

9、到多孔介質(zhì)的滲流特征。在彈性驅(qū)動的假設(shè)下,儲層的彈性性質(zhì)在壓力下降及壓力恢復(fù)后都將保持不變。但實際上,室內(nèi)試驗和礦場生產(chǎn)動態(tài)都表明,油氣儲層隨著地層壓力的變化具有明顯的不可逆性或部分不可逆性,即儲層具有彈塑性特征10-11。某些巖石在地層壓力明顯變化時僅發(fā)生彈性變形,流體在此類巖石中的滲流符合彈性滲流理論。而某些巖石在負荷變化后,不能完全恢復(fù)本身的原始性質(zhì),發(fā)生彈塑性變形,流體在此類巖石中的滲流符合非線性彈性滲流理論12,非線性彈性滲流是彈塑性滲流中的一種特殊情況。特低滲透油藏開采特征影響因素研究的思路是:應(yīng)用非線性彈性滲流理論,在建立非線性彈性滲流數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,求解地層壓力的分布,研究影

10、響特低滲透變形介質(zhì)油藏開采特征的主要因素。2.1數(shù)學(xué)模型的建立假定地層參數(shù)隨地層壓力呈指數(shù)變化12-13,且所有的形變都是完全可逆的,并且在虎克定律適用的范圍內(nèi),那么就可以得到非線性彈性滲流的泛定方程47油氣地質(zhì)與采收率2006年11月99t =n 92r 9x 2(5=e (p -p 0(6n =k 000(7式中:為關(guān)于壓力的函數(shù);n 為導(dǎo)壓系數(shù);r 為滲透率變化綜合系數(shù)與孔隙和流體綜合壓縮系數(shù)之比;為孔隙和流體綜合壓縮系數(shù),MPa -1;p 為目前地層壓力,MPa;p 0為原始地層壓力,MPa;k 0為原始地層壓力下的滲透率,10-3m 2;0為原始地層壓力下的孔隙度;0為地層原油粘度,

11、mPa s;為滲透率綜合變化系數(shù),MPa -1。對式(5進行有限差分求解7-8,從而求出地層壓力的分布。2.2結(jié)果分析內(nèi)邊界定產(chǎn)條件下的地層壓力分布在定產(chǎn)生產(chǎn)條件下,計算不同地層滲透率變化系數(shù)對應(yīng)的地層壓力分布,其結(jié)果是地層滲透率變化系數(shù)越大,地層壓力降低越急劇(圖5。試驗證明儲層的滲透率越小,壓力敏感性越強,即地層滲透率變化系數(shù)就越大。因此,在實際生產(chǎn)過程中,特低滲透油藏地層壓力下降快,造成產(chǎn)量遞減快。尤其在異常高壓特低滲透油藏中,由于孔隙壓力高,在降壓開采的過程中,其儲層壓力敏感性更強,即滲透率變化系數(shù)更大,產(chǎn)量遞減會更快 。圖5不同滲透率變化系數(shù)條件下地層壓力分布曲線內(nèi)邊界定產(chǎn)條件下的流

12、壓分布由井底流壓和產(chǎn)量關(guān)系可以看出:當(dāng)井底流壓一定時,變形越嚴重的油藏產(chǎn)量越低;而當(dāng)產(chǎn)量一定時,變形越嚴重的油藏井底流壓越低,即生產(chǎn)壓差越大(圖6,也就是彈塑性越大的油藏產(chǎn)能越低。油藏的彈塑性是影響特低滲透油藏的產(chǎn)能和產(chǎn)量遞減的主要因素 。圖6生產(chǎn)井指示曲線3結(jié)論與認識啟動壓力梯度和毛細管壓力的存在是特低滲透油田難以開發(fā)的主要原因之一。在特低滲透油藏的開發(fā)中,應(yīng)采取提高驅(qū)替壓力梯度或減小啟動壓力梯度以及降低毛細管壓力的措施。例如適當(dāng)縮小注采井距可提高驅(qū)替壓力梯度,采取整體壓裂措施可減小啟動壓力梯度,通過氣驅(qū)或活性水驅(qū)油可減小毛細管壓力。因此,合理井距確定、整體壓裂設(shè)計及合理開發(fā)方式優(yōu)選是特低滲

13、透油藏開發(fā)技術(shù)政策研究的重點內(nèi)容。在特低滲透油藏中,由于油藏彈塑性更強,隨著地層壓力的下降,對油層滲透率傷害更強,將導(dǎo)致產(chǎn)量快速遞減,該過程的不可逆性也將嚴重影響開發(fā)效果。因此,在開發(fā)過程中,尤其是異常高壓特低滲透油藏應(yīng)以保持地層壓力為前提,才能取得較好的開發(fā)效果,可見合理轉(zhuǎn)注時機是特低滲透油藏開發(fā)技術(shù)政策研究的另一重點內(nèi)容。參考文獻:1李道品.低滲透砂巖油田開發(fā)M .北京:石油工業(yè)出版社,1997:114-152.2黃延章.低滲透油層滲流機理M .北京:石油工業(yè)出版社,1987:30-101.3馮文光,葛家理.單一介質(zhì)、雙重介質(zhì)中非定常非達西低速滲流問題J .石油勘探與開發(fā),1985,12(

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