水驅(qū)氣藏滲流及其應(yīng)用課程講義

1、水驅(qū)氣藏滲流及其應(yīng)用水驅(qū)氣藏滲流及其應(yīng)用 現(xiàn)代油氣藏滲流力學(xué)現(xiàn)代油氣藏滲流力學(xué)地質(zhì)特征地質(zhì)特征滲流實(shí)驗(yàn)機(jī)理滲流實(shí)驗(yàn)機(jī)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(guān)系可以將其劃水驅(qū)氣藏根據(jù)氣藏中的氣水關(guān)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(shí)驗(yàn)原理滲流實(shí)驗(yàn)原理（1 1）實(shí)驗(yàn)原理）實(shí)驗(yàn)原理

2、 測定巖心水測定巖心水- -氣兩相相對(duì)滲透率氣兩相相對(duì)滲透率數(shù)據(jù)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中不考慮毛細(xì)管數(shù)據(jù)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中不考慮毛細(xì)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(dòng)符合達(dá)西定律：動(dòng)符合達(dá)西定律：LpvKwww/LpvKggg/（1）（2）滲流實(shí)驗(yàn)原理滲流實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)物質(zhì)平衡原理，導(dǎo)出連續(xù)性方程：根據(jù)物質(zhì)平衡原理，導(dǎo)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(shí)驗(yàn)原理滲流實(shí)驗(yàn)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(dǎo)出巖心水相和氣相的飽和度：連續(xù)性方程推導(dǎo)出巖心水相和氣相的飽和度：ufSSgwwwgSS1（8）（7）滲流實(shí)驗(yàn)原理滲流實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)氣量進(jìn)行一定的校正，經(jīng)過校正后的對(duì)氣量進(jìn)行一定的校正，經(jīng)過校正后的水驅(qū)氣相對(duì)滲透率和飽和度的計(jì)算公式為：水驅(qū)氣相對(duì)滲透率和飽和度的計(jì)算公式為：TpAKWLKwrwwgfrwrgRKKpwVSGS滲流實(shí)驗(yàn)原理滲流實(shí)驗(yàn)原理 圖圖2 非穩(wěn)態(tài)法水驅(qū)氣相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)裝置圖非穩(wěn)態(tài)法水驅(qū)

4、氣相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)裝置圖 水驅(qū)氣前，在模擬地層壓力下對(duì)巖心飽和氣，然后將水壓升高至設(shè)計(jì)的壓力，水驅(qū)氣前，在模擬地層壓力下對(duì)巖心飽和氣，然后將水壓升高至設(shè)計(jì)的壓力，緩慢降低回壓達(dá)到設(shè)計(jì)的驅(qū)替壓差，同時(shí)打開計(jì)時(shí)裝置，水驅(qū)氣開始。在驅(qū)替過程緩慢降低回壓達(dá)到設(shè)計(jì)的驅(qū)替壓差，同時(shí)打開計(jì)時(shí)裝置，水驅(qū)氣開始。在驅(qū)替過程中準(zhǔn)確記錄累積氣量、累積水量和累積時(shí)間。整個(gè)驅(qū)替過程中保持圍壓和驅(qū)替壓差中準(zhǔn)確記錄累積氣量、累積水量和累積時(shí)間。整個(gè)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(jì)算方法求出水相、氣相的相對(duì)滲透率。定殘余氣飽和度，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)按上述計(jì)算方法求出水相、氣相的相對(duì)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(gè)滲流區(qū)域邊水驅(qū)氣藏存在兩個(gè)滲流區(qū)域,井底附近的一個(gè)區(qū)域井底附近的一個(gè)區(qū)域(即即內(nèi)區(qū)內(nèi)區(qū))為不穩(wěn)定表皮效應(yīng)引起的滲流區(qū)為不穩(wěn)定表皮效應(yīng)引起的滲流區(qū)(氣區(qū)氣區(qū)),另一個(gè)區(qū)另一個(gè)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(xué)模型：邊水氣藏滲流數(shù)學(xué)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(fù)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(fù)合侵入的方式，研究對(duì)象均是外邊界封閉的氣藏研究對(duì)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(dòng)態(tài)

8、表征。對(duì)具有底水的裂縫型氣型來研究氣水界面處壓力動(dòng)態(tài)表征。對(duì)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(xué)模型：底水氣藏滲流數(shù)學(xué)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(dǎo)數(shù)典型曲線表示。到的無因次壓力和壓力導(dǎo)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(dòng)態(tài)特征典型曲線外邊界封閉的邊水驅(qū)地層壓力動(dòng)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(dòng)態(tài)特征典型曲線外邊界封閉的邊水驅(qū)地層壓力動(dòng)態(tài)特征典型

10、曲線 從壓力導(dǎo)數(shù)曲線可以看出：純井筒儲(chǔ)存階段，表現(xiàn)為單位斜率的直線；從壓力導(dǎo)數(shù)曲線可以看出：純井筒儲(chǔ)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(dòng)階段，表現(xiàn)單位斜率直線；水區(qū)的徑向流動(dòng)階段，表現(xiàn)為斜率是零的直線段，動(dòng)階段，表現(xiàn)單位斜率直線；水區(qū)的徑向流動(dòng)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(dāng)儲(chǔ)層物性分布較均勻，儲(chǔ)層為視均質(zhì)或網(wǎng)狀微細(xì)裂縫儲(chǔ)層時(shí)，水侵方式多當(dāng)儲(chǔ)層物性分布較均勻，儲(chǔ)層為視均質(zhì)或網(wǎng)狀微細(xì)裂縫儲(chǔ)層時(shí)，水侵方式多為邊水延產(chǎn)層推進(jìn)（舌進(jìn)侵入）；此時(shí)，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(jìn)（舌進(jìn)侵入）；此時(shí)，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(duì)氣藏或氣井危害較小。當(dāng)?shù)貙訛闊o水采氣期一般較長，產(chǎn)水情況可控性較好，對(duì)氣藏或氣

12、井危害較小。當(dāng)?shù)貙訛榱芽p控制滲流通道的儲(chǔ)層時(shí)，發(fā)生水侵的方式多為竄進(jìn)侵入。此時(shí)，氣井無水采裂縫控制滲流通道的儲(chǔ)層時(shí)，發(fā)生水侵的方式多為竄進(jìn)侵入。此時(shí)，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(duì)氣藏氣井有很大的危害，嚴(yán)重影響了氣藏的采收率、產(chǎn)量和開采效益。制，對(duì)氣藏氣井有很大的危害，嚴(yán)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(diǎn)出水特點(diǎn)典型代表典型代表舌進(jìn)侵入舌進(jìn)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(jìn)侵入竄進(jìn)侵入裂縫控制滲裂縫控制滲流通道儲(chǔ)層流通道儲(chǔ)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(diǎn)特點(diǎn)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(dāng)儲(chǔ)層物性分布較均勻，儲(chǔ)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(dāng)儲(chǔ)層物性分布較均勻，儲(chǔ)層為視均質(zhì)或網(wǎng)狀微細(xì)裂縫儲(chǔ)層時(shí)，多發(fā)生氣水

14、錐進(jìn)現(xiàn)象。當(dāng)?shù)貙訛榱芽p控制滲流通道的儲(chǔ)層時(shí)，發(fā)生水侵的微細(xì)裂縫儲(chǔ)層時(shí)，多發(fā)生氣水錐進(jìn)現(xiàn)象。當(dāng)?shù)貙訛榱芽p控制滲流通道的儲(chǔ)層時(shí)，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(huì)產(chǎn)生許多危害。裂縫水竄會(huì)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(huì)產(chǎn)生許多危害。裂縫水竄會(huì)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(jìn)行排水采氣，以及對(duì)地層水進(jìn)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(jìn)行排水采氣，以及對(duì)地層水進(jìn)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(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1余進(jìn)余進(jìn).水驅(qū)氣藏滲流機(jī)理及模擬理論與方法研究水驅(qū)氣藏滲流機(jī)理及模擬理論與方法研究.西南石油大學(xué)博士論西南石油大學(xué)博士論 文文.2005,1-22熊鈺熊鈺.裂縫型底水氣藏水侵動(dòng)態(tài)分析方法裂縫型