水驅(qū)氣藏滲流及其應用課程講義

1、水驅(qū)氣藏滲流及其應用水驅(qū)氣藏滲流及其應用 現(xiàn)代油氣藏滲流力學現(xiàn)代油氣藏滲流力學地質(zhì)特征地質(zhì)特征滲流實驗機理滲流實驗機理滲流模型滲流模型滲流模型求解方法滲流模型求解方法水驅(qū)氣藏壓力特征水驅(qū)氣藏壓力特征水驅(qū)氣藏生產(chǎn)特征水驅(qū)氣藏生產(chǎn)特征地質(zhì)特征地質(zhì)特征 水驅(qū)氣藏根據(jù)氣藏中的氣水關系可以將其劃水驅(qū)氣藏根據(jù)氣藏中的氣水關系可以將其劃分為邊水氣藏和底水氣藏，水驅(qū)氣藏地質(zhì)特征即分為邊水氣藏和底水氣藏，水驅(qū)氣藏地質(zhì)特征即是邊水氣藏地質(zhì)特征和底水氣藏地質(zhì)特征。是邊水氣藏地質(zhì)特征和底水氣藏地質(zhì)特征。圖圖1 底水氣藏與邊水氣藏地質(zhì)構(gòu)造圖底水氣藏與邊水氣藏地質(zhì)構(gòu)造圖滲流實驗原理滲流實驗原理（1 1）實驗原理）實驗原理

2、 測定巖心水測定巖心水- -氣兩相相對滲透率氣兩相相對滲透率數(shù)據(jù)時，在實驗過程中不考慮毛細管數(shù)據(jù)時，在實驗過程中不考慮毛細管壓力和氣休膨脹的影響，驅(qū)替過程為壓力和氣休膨脹的影響，驅(qū)替過程為一等溫過程，水驅(qū)在均質(zhì)巖心中的流一等溫過程，水驅(qū)在均質(zhì)巖心中的流動符合達西定律：動符合達西定律：LpvKwww/LpvKggg/（1）（2）滲流實驗原理滲流實驗原理根據(jù)物質(zhì)平衡原理，導出連續(xù)性方程：根據(jù)物質(zhì)平衡原理，導出連續(xù)性方程： 水相：水相：氣相：氣相：tSLQAww1tSLQAww1（3）（4）（3）（）（4）得出水氣兩相的總流量）得出水氣兩相的總流量 ，gwQQtQ)(（1）（）（2）得出分流量方程：

3、）得出分流量方程：wggwwKKf11（5）滲流實驗原理滲流實驗原理gwwggKKf11（6）因此，水相流量為因此，水相流量為：)(tQfQww氣相流量為氣相流量為：)(tQfQgg連續(xù)性方程推導出巖心水相和氣相的飽和度：連續(xù)性方程推導出巖心水相和氣相的飽和度：ufSSgwwwgSS1（8）（7）滲流實驗原理滲流實驗原理 對氣量進行一定的校正，經(jīng)過校正后的對氣量進行一定的校正，經(jīng)過校正后的水驅(qū)氣相對滲透率和飽和度的計算公式為：水驅(qū)氣相對滲透率和飽和度的計算公式為：TpAKWLKwrwwgfrwrgRKKpwVSGS滲流實驗原理滲流實驗原理 圖圖2 非穩(wěn)態(tài)法水驅(qū)氣相對滲透率實驗裝置圖非穩(wěn)態(tài)法水驅(qū)

4、氣相對滲透率實驗裝置圖 水驅(qū)氣前，在模擬地層壓力下對巖心飽和氣，然后將水壓升高至設計的壓力，水驅(qū)氣前，在模擬地層壓力下對巖心飽和氣，然后將水壓升高至設計的壓力，緩慢降低回壓達到設計的驅(qū)替壓差，同時打開計時裝置，水驅(qū)氣開始。在驅(qū)替過程緩慢降低回壓達到設計的驅(qū)替壓差，同時打開計時裝置，水驅(qū)氣開始。在驅(qū)替過程中準確記錄累積氣量、累積水量和累積時間。整個驅(qū)替過程中保持圍壓和驅(qū)替壓差中準確記錄累積氣量、累積水量和累積時間。整個驅(qū)替過程中保持圍壓和驅(qū)替壓差不變，一直驅(qū)到巖心中不出氣為止。并測定出殘余氣下的水相滲透率，用稱重法確不變，一直驅(qū)到巖心中不出氣為止。并測定出殘余氣下的水相滲透率，用稱重法確定殘余氣

5、飽和度，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)按上述計算方法求出水相、氣相的相對滲透率。定殘余氣飽和度，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)按上述計算方法求出水相、氣相的相對滲透率。水驅(qū)氣藏滲流模型及求解水驅(qū)氣藏滲流模型及求解（1）邊）邊水氣藏滲流模型水氣藏滲流模型及求解及求解 由李曉平等建立的邊水氣藏滲流模型如下圖所示：由李曉平等建立的邊水氣藏滲流模型如下圖所示：邊水驅(qū)氣藏存在兩個滲流區(qū)域邊水驅(qū)氣藏存在兩個滲流區(qū)域,井底附近的一個區(qū)域井底附近的一個區(qū)域(即即內(nèi)區(qū)內(nèi)區(qū))為不穩(wěn)定表皮效應引起的滲流區(qū)為不穩(wěn)定表皮效應引起的滲流區(qū)(氣區(qū)氣區(qū)),另一個區(qū)另一個區(qū)域域(即外區(qū)即外區(qū))是半徑為是半徑為re的有界封閉滲流區(qū)的有界封閉滲流區(qū)(水區(qū)水區(qū))

6、。圖圖3 邊水氣藏滲流模型邊水氣藏滲流模型水驅(qū)氣藏滲流模型及求解水驅(qū)氣藏滲流模型及求解)/(1111212DeDeDDeDeDDeDeDCtPCrPrrP)/(1122222DeDeDDeDeDDeDeDCtPCrPrrP邊水氣藏滲流數(shù)學模型：邊水氣藏滲流數(shù)學模型：水驅(qū)氣藏滲流模型及求解水驅(qū)氣藏滲流模型及求解 內(nèi)外邊界條件：內(nèi)外邊界條件：0)0 ,()0 ,(21DeDDeDrPrP11DerDwDPP1)/(1DerDeDDeDewDrPCtddPDeDearDeDDeDrPrP211),(),(21DeDeDDeDeDtaPtaP0),(2DeDtP水驅(qū)氣藏滲流模型及求解水驅(qū)氣藏滲流模型及

7、求解 由拉普拉斯變換得由拉普拉斯變換得拉普拉斯空間中的無拉普拉斯空間中的無因次井底壓力（內(nèi)區(qū)壓力）因次井底壓力（內(nèi)區(qū)壓力）：DeDeDeDeDewDCsKMCsIMCsKMCsIMCssP/102011211外區(qū)無因次壓力外區(qū)無因次壓力： SrKSNNPDeD03432水驅(qū)氣藏滲流模型及求解水驅(qū)氣藏滲流模型及求解（2）底）底水氣藏滲流模型水氣藏滲流模型及求解及求解 裂縫型底水氣藏的水侵多表現(xiàn)為邊底水復合侵入的方式，裂縫型底水氣藏的水侵多表現(xiàn)為邊底水復合侵入的方式，研究對象均是外邊界封閉的氣藏研究對象均是外邊界封閉的氣藏,故可將其簡化為一種底水模故可將其簡化為一種底水模型來研究氣水界面處壓力動態(tài)

8、表征。對具有底水的裂縫型氣型來研究氣水界面處壓力動態(tài)表征。對具有底水的裂縫型氣藏可簡化為由含氣區(qū)和含水區(qū)構(gòu)成藏可簡化為由含氣區(qū)和含水區(qū)構(gòu)成,其底水驅(qū)模型如下圖所示：其底水驅(qū)模型如下圖所示：圖圖3 裂縫型底水氣藏底水驅(qū)滲流模型示意圖裂縫型底水氣藏底水驅(qū)滲流模型示意圖水驅(qū)氣藏滲流模型及求解水驅(qū)氣藏滲流模型及求解底水氣藏滲流數(shù)學模型：底水氣藏滲流數(shù)學模型：rpzpKKrprrpHV112222初始和邊界條件為：初始和邊界條件為：0), 0(, 0zrpt0,rprra0, 0rpr0, 0zpzaRVwsaRarrrKqrrrzphz0 ,282, 0,2水驅(qū)氣藏滲流模型及求解水驅(qū)氣藏滲流模型及求解

9、 在拉普拉斯空間在拉普拉斯空間,由定水侵速度在氣水由定水侵速度在氣水界面處產(chǎn)生的壓力降為界面處產(chǎn)生的壓力降為:12211),(1)()(nnxxxssqcsqcsp水驅(qū)氣藏壓力特征水驅(qū)氣藏壓力特征 水驅(qū)氣藏壓力特征可以由滲流模型求解得水驅(qū)氣藏壓力特征可以由滲流模型求解得到的無因次壓力和壓力導數(shù)典型曲線表示。到的無因次壓力和壓力導數(shù)典型曲線表示。(1)邊水驅(qū)氣藏壓力特征邊水驅(qū)氣藏壓力特征圖圖5 外邊界封閉的邊水驅(qū)地層壓力動態(tài)特征典型曲線外邊界封閉的邊水驅(qū)地層壓力動態(tài)特征典型曲線水驅(qū)氣藏壓力特征水驅(qū)氣藏壓力特征圖圖6 外邊界封閉的邊水驅(qū)地層壓力動態(tài)特征典型曲線外邊界封閉的邊水驅(qū)地層壓力動態(tài)特征典型

10、曲線 從壓力導數(shù)曲線可以看出：純井筒儲存階段，表現(xiàn)為單位斜率的直線；從壓力導數(shù)曲線可以看出：純井筒儲存階段，表現(xiàn)為單位斜率的直線；氣區(qū)的徑向流階段，表現(xiàn)為斜率是零其值為氣區(qū)的徑向流階段，表現(xiàn)為斜率是零其值為0.5的水平直線；氣區(qū)的擬穩(wěn)定流的水平直線；氣區(qū)的擬穩(wěn)定流動階段，表現(xiàn)單位斜率直線；水區(qū)的徑向流動階段，表現(xiàn)為斜率是零的直線段，動階段，表現(xiàn)單位斜率直線；水區(qū)的徑向流動階段，表現(xiàn)為斜率是零的直線段，其值為氣水流度比的一半；總系統(tǒng)擬穩(wěn)定流階段，表現(xiàn)為單位斜率直線。其值為氣水流度比的一半；總系統(tǒng)擬穩(wěn)定流階段，表現(xiàn)為單位斜率直線。(2)底底水驅(qū)氣藏壓力特征水驅(qū)氣藏壓力特征（未調(diào)研到）（未調(diào)研到）水

11、驅(qū)氣藏生產(chǎn)特征水驅(qū)氣藏生產(chǎn)特征（1）邊水氣藏生產(chǎn)特征邊水氣藏生產(chǎn)特征 當儲層物性分布較均勻，儲層為視均質(zhì)或網(wǎng)狀微細裂縫儲層時，水侵方式多當儲層物性分布較均勻，儲層為視均質(zhì)或網(wǎng)狀微細裂縫儲層時，水侵方式多為邊水延產(chǎn)層推進（舌進侵入）；此時，通過試井解釋可以發(fā)現(xiàn)，其綜合滲透率為邊水延產(chǎn)層推進（舌進侵入）；此時，通過試井解釋可以發(fā)現(xiàn)，其綜合滲透率與基質(zhì)滲透率的比值較小，一般在與基質(zhì)滲透率的比值較小，一般在510倍以下，可以推測井區(qū)附近無斷層，氣井倍以下，可以推測井區(qū)附近無斷層，氣井無水采氣期一般較長，產(chǎn)水情況可控性較好，對氣藏或氣井危害較小。當?shù)貙訛闊o水采氣期一般較長，產(chǎn)水情況可控性較好，對氣藏或氣

12、井危害較小。當?shù)貙訛榱芽p控制滲流通道的儲層時，發(fā)生水侵的方式多為竄進侵入。此時，氣井無水采裂縫控制滲流通道的儲層時，發(fā)生水侵的方式多為竄進侵入。此時，氣井無水采氣期一般都很短，氣井出水初期產(chǎn)水量上升迅猛，產(chǎn)水量較大，產(chǎn)水情況難以控氣期一般都很短，氣井出水初期產(chǎn)水量上升迅猛，產(chǎn)水量較大，產(chǎn)水情況難以控制，對氣藏氣井有很大的危害，嚴重影響了氣藏的采收率、產(chǎn)量和開采效益。制，對氣藏氣井有很大的危害，嚴重影響了氣藏的采收率、產(chǎn)量和開采效益。水侵方式水侵方式地層特征地層特征出水特點出水特點典型代表典型代表舌進侵入舌進侵入均質(zhì)網(wǎng)狀微均質(zhì)網(wǎng)狀微裂縫地層裂縫地層無水采氣期較長，產(chǎn)水無水采氣期較長，產(chǎn)水可控性好

13、可控性好中壩氣田雷三氣藏，龍頭中壩氣田雷三氣藏，龍頭吊鐘壩石炭系氣藏吊鐘壩石炭系氣藏竄進侵入竄進侵入裂縫控制滲裂縫控制滲流通道儲層流通道儲層無水采氣期短，出水初無水采氣期短，出水初期產(chǎn)水量上升快期產(chǎn)水量上升快中壩氣田須二氣藏，平落壩中壩氣田須二氣藏，平落壩氣田須二氣藏氣田須二氣藏表表1 邊水氣藏邊水氣藏不同水侵方式的不同水侵方式的生產(chǎn)生產(chǎn)特點特點水驅(qū)氣藏生產(chǎn)特征水驅(qū)氣藏生產(chǎn)特征（2）底）底水氣藏生產(chǎn)特征水氣藏生產(chǎn)特征 在底水氣藏中，其分類類似于邊水氣藏，當儲層物性分布較均勻，儲層為視均質(zhì)或網(wǎng)狀在底水氣藏中，其分類類似于邊水氣藏，當儲層物性分布較均勻，儲層為視均質(zhì)或網(wǎng)狀微細裂縫儲層時，多發(fā)生氣水

14、錐進現(xiàn)象。當?shù)貙訛榱芽p控制滲流通道的儲層時，發(fā)生水侵的微細裂縫儲層時，多發(fā)生氣水錐進現(xiàn)象。當?shù)貙訛榱芽p控制滲流通道的儲層時，發(fā)生水侵的方式多為氣井裂縫水竄。底水氣藏發(fā)生水侵以后，將會產(chǎn)生許多危害。裂縫水竄會使氣井產(chǎn)方式多為氣井裂縫水竄。底水氣藏發(fā)生水侵以后，將會產(chǎn)生許多危害。裂縫水竄會使氣井產(chǎn)水量增大，氣井和氣藏產(chǎn)量將快速下降；其次，由于氣藏被裂縫水竄所分隔，使得地層連通水量增大，氣井和氣藏產(chǎn)量將快速下降；其次，由于氣藏被裂縫水竄所分隔，使得地層連通性變差；并且由于發(fā)生了水侵，需要進行排水采氣，以及對地層水進行處理，這都將大大增性變差；并且由于發(fā)生了水侵，需要進行排水采氣，以及對地層水進行處理，這都將大大增加氣藏開采成本。加氣藏開采成本。參考文獻：參考文獻：1余進余進.水驅(qū)氣藏滲流機理及模擬理論與方法研究水驅(qū)氣藏滲流機理及模擬理論與方法研究.西南石油大學博士論西南石油大學博士論 文文.2005,1-22熊鈺熊鈺.裂縫型底水氣藏水侵動態(tài)分析方法裂縫型