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(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院,北京100083摘要:應(yīng)用非達(dá)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(dòng)壓力梯度和毛細(xì)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(chǔ)層的彈塑性,即儲(chǔ)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(dòng)壓力梯度,通過(guò)氣驅(qū)或活性水驅(qū)油減小毛細(xì)管壓力,及時(shí)補(bǔ)充地層能量以減少壓力敏感性對(duì)儲(chǔ)層的傷害。關(guān)鍵詞:特低滲透砂巖油藏;非達(dá)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(dòng)壓力梯度中

2、圖分類號(hào):TE348文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-9603(200606-0073-03截至2005年底,中國(guó)石化已探明砂巖特低滲透石油地質(zhì)儲(chǔ)量為4.8269×108t,動(dòng)用儲(chǔ)量?jī)H為2.1251×108t,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(shí)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(dá)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(xì),固液界面上分子力的作用非常顯著。由于

3、固體與液體的界面作用,在油層巖石孔隙的內(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(yùn)動(dòng),使?jié)B流規(guī)律發(fā)生明顯的變化,即出現(xiàn)了啟動(dòng)壓力梯度。當(dāng)驅(qū)替壓力梯度低于其啟動(dòng)壓力梯度時(shí),流體不能流動(dòng);當(dāng)驅(qū)替壓力梯度達(dá)到啟動(dòng)壓力梯度以后,流體開始流動(dòng),但屬于低速非線性流動(dòng);當(dāng)驅(qū)替壓力梯度達(dá)到某一臨界壓力梯度后,流體開始呈線性流動(dòng)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(dá)西滲流特征5,將呈現(xiàn)非達(dá)西滲流特征。驅(qū)替特征影響因素的

4、研究思路是應(yīng)用非達(dá)西滲流理論,在建立非達(dá)西滲流數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)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(dòng);水為潤(rùn)濕相,被驅(qū)原油為非潤(rùn)濕相;水的流動(dòng)為達(dá)西流動(dòng),油的流動(dòng)符合修正的達(dá)西定律;流體流動(dòng)符合連續(xù)性方程?；谶@些假設(shè),由修正的達(dá)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(xì)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

5、o +kK r w w (2式中:x 為距離點(diǎn)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(xì)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(jiǎn)介:王文環(huán),女,高級(jí)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:(01051616

6、598,E -mail: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(duì)滲透率;o 和w 分別為油和水的粘度,mPa s ?？紤]毛細(xì)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(shí)刻,s;q (t 為體積流量,c m 3/

7、s;A 為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,c m 2;f 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(jìn)行差分?jǐn)?shù)值計(jì)算,通過(guò)隱式求解壓力,顯式求解飽和度。1.2計(jì)算結(jié)果分析啟動(dòng)壓力梯度由計(jì)算結(jié)果可見(圖1,圖2,啟動(dòng)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?yàn)殡S著啟動(dòng)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(shí)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(shí)際開發(fā)過(guò)程中,啟動(dòng)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(dòng)壓力梯度對(duì)前緣含水飽和度分布的影響圖2啟動(dòng)壓力梯度對(duì)驅(qū)替相

8、壓力分布的影響毛細(xì)管壓力毛細(xì)管壓力的存在將導(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(shí)際開發(fā)過(guò)程中,毛細(xì)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(dòng)壓力梯度和毛細(xì)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(xì)管壓力對(duì)前緣含水飽和度分布的影響圖4毛細(xì)管壓力對(duì)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(chǔ)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(chǔ)層壓力發(fā)生變化時(shí),巖石所產(chǎn)生的變形將對(duì)

9、流體和儲(chǔ)存空間產(chǎn)生很大的影響,進(jìn)一步影響到多孔介質(zhì)的滲流特征。在彈性驅(qū)動(dòng)的假設(shè)下,儲(chǔ)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(shí)際上,室內(nèi)試驗(yàn)和礦場(chǎng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)都表明,油氣儲(chǔ)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(chǔ)層具有彈塑性特征10-11。某些巖石在地層壓力明顯變化時(shí)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(fù)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)

10、模型的基礎(chǔ)上,求解地層壓力的分布,研究影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 0<00(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

11、;<0為原始地層壓力下的孔隙度;0為地層原油粘度,mPa s;為滲透率綜合變化系數(shù),MPa -1。對(duì)式(5進(jìn)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(jì)算不同地層滲透率變化系數(shù)對(duì)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(yàn)證明儲(chǔ)層的滲透率越小,壓力敏感性越強(qiáng),即地層滲透率變化系數(shù)就越大。因此,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中,其儲(chǔ)層壓力敏感性更強(qiáng),即滲透率變化系數(shù)更大,產(chǎn)量遞減會(huì)更快 。圖5不同

12、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(shí),變形越嚴(yán)重的油藏產(chǎn)量越低;而當(dāng)產(chǎn)量一定時(shí),變形越嚴(yán)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(rèn)識(shí)啟動(dòng)壓力梯度和毛細(xì)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(dòng)壓力梯度以及降低毛細(xì)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(dòng)壓力梯度,通過(guò)氣驅(qū)或活性水驅(qū)油可減小毛細(xì)管壓力。因

13、此,合理井距確定、整體壓裂設(shè)計(jì)及合理開發(fā)方式優(yōu)選是特低滲透油藏開發(fā)技術(shù)政策研究的重點(diǎn)內(nèi)容。在特低滲透油藏中,由于油藏彈塑性更強(qiáng),隨著地層壓力的下降,對(duì)油層滲透率傷害更強(qiáng),將導(dǎo)致產(chǎn)量快速遞減,該過(guò)程的不可逆性也將嚴(yán)重影響開發(fā)效果。因此,在開發(fā)過(guò)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(shí)機(jī)是特低滲透油藏開發(fā)技術(shù)政策研究的另一重點(diǎn)內(nèi)容。參考文獻(xiàn):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(jī)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

14、非達(dá)西低速滲流問(wèn)題J .石油勘探與開發(fā),1985,12(1:56-67.4鄧英爾,閆慶來(lái),馬寶歧.界面分子力作用與滲透率的關(guān)系及其對(duì)滲流的影響J .石油勘探與開發(fā),1998,25(2:46-49.5何秋軒,阮敏,王志偉.低滲透油藏注水開發(fā)的生產(chǎn)特征及影響因素J .油氣地質(zhì)與采收率,2002,9(2:6-9.6葛家理.現(xiàn)代油藏滲流力學(xué)原理(上、下冊(cè)M .北京:石油工業(yè)出版社,2003:1-7.7張建國(guó),雷光倫,張艷玉.油氣田滲流力學(xué)M .東營(yíng):石油大學(xué)出版社,1998:139-171.8韓大匡,陳欣雷,閆存章.油藏?cái)?shù)值模擬基礎(chǔ)M .北京:石油工業(yè)出版社,1993:149-215.9李允.油藏模擬M .東營(yíng):石油大學(xué)出版社,1999:76-105.10劉建軍,劉先貴.有