低滲非達西滲流特征

1、2021/3/141 低滲透儲層的低滲透儲層的 基本滲流特征基本滲流特征2021/3/142要點:1. 達西公式及其適用條件2. 低滲非達西滲流特征3. 低 滲 非 達 西 滲 流 機 理4. 低滲非達西滲流綜合判據(jù)5. 低滲非達西滲流的視滲透率6. 視滲透率分布對油田開發(fā)的影響7. 改善低滲透油田注水開發(fā)效果的途徑2021/3/143（一）達西公式及其適用條件2021/3/1441.1 達西公式gradPVAgradPKQ2021/3/1451.1 達西公式達西公式是描述單項牛頓流體通過多孔介質滲流規(guī)律的數(shù)學表達式反映線性滲流規(guī)律2021/3/1461.2 達西公式的適用條件滲流流體為單相牛

2、頓流體,服從牛頓內摩擦定律,應力與應變呈線性關系;多孔介質性質穩(wěn)定。滲流過程中孔隙結構保持不變,反映多孔介質滲流能力的滲透率值為一常數(shù);多孔介質性質和流體性質分別為滲流方程中的獨立參數(shù)。多孔介質和滲流流體之間的相互作用對流體流動的影響很小,可以忽略;多孔介質中流體以層流狀態(tài)流動。2021/3/1471.3 各種非達西滲流自然界和某些工程領域有許多滲流現(xiàn)象并不能滿足達西滲流的條件,因此存在各種非達西滲流現(xiàn)象,主要有以下幾種:非牛頓流體滲流非層流流態(tài)滲流變形多孔介質滲流非等溫滲流低滲多孔介質滲流2021/3/148（二）低滲非達西滲流特征2021/3/149 2.1 低滲非達西滲流的滲流條件v低滲

3、多孔介質孔隙孔道細小,流體與孔隙介質之間的作用力對流體流動的影響已不能忽略。v細小孔隙孔道,尤其是細小喉道存在明顯的啟動壓力梯度。v使?jié)B流規(guī)律不具備達西滲流所適用的滲流條件,呈現(xiàn)低滲非達西滲流特征。2021/3/1410非線性段擬線性段臨界壓力梯度擬啟動壓力梯度 2.2 低滲非達西滲流特征曲線2021/3/1411 2.2 低滲非達西滲流特征曲線非線性段 在低壓力梯度范圍內,滲流曲線呈非線性。隨壓力梯度的增大,滲流量增大。滲流量與壓力梯度呈指數(shù)關系,指數(shù)大于1。關系式如下:ngradPaQ12021/3/1412 2.2 低滲非達西滲流特征曲線擬線性段 在較高壓力梯度下,滲流曲線呈擬線性。擬線

4、性段的反向延長線不通過坐標原點,而與壓力梯度軸有一正值交點。擬線性段滲流量和壓力梯度的關系式如下:bgradPaQ22021/3/1413 2.2 低滲非達西滲流特征曲線臨界點 由非線性段過渡到擬線性段的點稱為臨界點C。 臨界點所對應的壓力梯度為臨界壓力梯度 滲透率越低臨界壓力梯度越大,非達西滲流特征越顯著。cgradP2021/3/1414 2.2 低滲非達西滲流特征曲線擬啟動壓力梯度 在非線性段上任一點作切線,切線都會與壓力梯度軸有一正值交點,稱為擬啟動壓力梯度 在非線性段隨壓力梯度的增大,擬啟動壓力梯度增大。 在擬線性段擬啟動壓力梯度為定值。bgradP2021/3/1415（三） 低

5、滲 非 達 西 滲 流 機 理啟動壓力梯度流動孔隙數(shù)附加滲流阻力2021/3/14163.1 啟動壓力梯度固液界面存在分子作用力,形成吸附滯留層。吸附滯留層的厚度約為0.1m。低滲多孔介質孔隙孔道細小,孔徑和吸附滯留層厚度在同一數(shù)量級,甚至更小。細小孔隙中,吸附滯留層對流體流動的影響不可忽略,存在啟動壓力梯度。2021/3/1417不同滲透率巖石樣品孔隙結構參數(shù)表（引自李道品）類別滲透率（10-3 m2）平均喉道半徑（m ）比表面積（m3/g）排驅壓力(MPa)對比層1004.4910.480.076中低滲透層100-501.7251.360.112一般低滲透層50-101.0513.230.

6、236特低滲透層10-10.11214.260.3752021/3/14183.2 流動孔隙數(shù)儲層中的孔隙系統(tǒng)是由無數(shù)孔徑大小不等的孔隙組成?？讖皆叫?啟動壓力越大。在非線性段,隨壓力梯度的增大,參與流動的孔隙數(shù)增多。達到臨界壓力梯度以后,流動孔隙數(shù)成為定值。2021/3/1419 3.3 附加滲流阻力擬啟動壓力梯度反映附加滲流阻力。在非線性段,隨流動孔隙數(shù)增多附加滲流阻力增大。在擬線性段,附加滲流阻力為定值。不管是非線性段還是擬線性段,附加滲流阻力的影響都存在。2021/3/1420（四）低滲非達西滲流的 綜合判據(jù)2021/3/14214.1 滲流狀態(tài)的影響因素v從中高達西滲流到低滲非達西滲

7、流是個漸變過程。v兩種滲流狀態(tài)的判別標準并非是滲透率的單值函數(shù)。v它取決于多孔介質孔隙結構參數(shù)和流體性質參數(shù),主要有: 孔隙結構參數(shù):孔隙半徑、喉道半徑、孔喉比、配位數(shù)、孔隙迂回度、孔隙分布密度等。 流體性質參數(shù):流體粘度和密度。2021/3/14224.2 低滲非達西滲流的判別依據(jù)低滲非達西滲流特征判別依據(jù):擬啟動壓力梯度。擬啟動壓力梯度為0,即達西線性滲流; 擬啟動壓力梯度大于0,即為低滲非達西滲流。影響擬啟動壓力梯度的物理量主要有:滲透率(K)、孔隙半徑(R)、喉道半徑(r)、流體粘度()、流體密度()2021/3/14234.3 低滲非達西滲流的判別式通過各物理量的因次分析,可得如下判

8、別式: 的單位為帕,故稱壓力數(shù)。rRKN2N2021/3/14244.4 數(shù)據(jù)分析壓力數(shù)小于某一數(shù)值,擬啟動壓力梯度趨近于0,流動狀態(tài)表現(xiàn)為達西線性滲流。壓力數(shù)大于某一數(shù)值,擬啟動壓力梯度對滲流的影響不可忽略,表現(xiàn)為低滲非達西滲流特征。通過巖心實驗得到: 壓力數(shù)小于2時,呈現(xiàn)達西滲流特征; 壓力數(shù)大于5時,呈現(xiàn)非達西滲流特征; 壓力數(shù)在25之間,視為過渡區(qū)。2021/3/1425（五）低滲非達西滲流的 視滲透率2021/3/1426 5.1 滲透率的變化在非線性段,隨壓力梯度的增大,流動孔隙數(shù)增多,附加滲流阻力增大。但流動孔隙數(shù)增多起主導作用,滲透率呈上升趨勢。在擬線性段,流動孔隙數(shù)和附加滲流

9、阻力都為定值。但隨壓力梯度的的增大,附加滲流阻力的影響相對減小,滲透率仍呈上升趨勢。非線性段和擬線性段,隨壓力梯度的增大滲透率變化規(guī)律不相同。2021/3/1427 5.2 視滲透率如果仍以滲流量和壓力梯度的關系來定義儲層滲透率的話,則可用下式計算視滲透率: 此式與達西公式的不同點在于,適用于中高滲透性儲層的達西公式中,滲透率是定值。而在低滲非達西滲流的情況下,滲流量和壓力梯度關系式中的視滲透率是個變量,它隨壓力梯度的增大而增大。gradPAQKs.2021/3/1428 5.3 視滲透率曲線滲流曲線和視滲透率曲線0.000.010.010.020.020.030.030.040.040.05

10、00.10.20.30.4壓力梯度( M P a /cm)流量( m l/s)0.01.02.03.04.05.06.07.000.10.20.30.4壓力梯度( M P a /cm)視滲透率2021/3/1429 5.4 視滲透率定義啟動壓力梯度,流動孔隙數(shù),附加滲流阻力都和壓力梯度有關,又都影響儲層的滲流能力。壓力梯度的大小不僅直接影響滲流量的大小,而且影響儲層的滲透率。因此,在低滲透儲層中壓力梯度不同,滲透率也不同,滲透率是壓力梯度的函數(shù)。所以,把低滲透儲層中,隨壓力梯度的變化所引起的滲透率變化,稱為低滲透儲層的視滲透率。2021/3/14305.5 視滲透率變化特征視滲透率遠比氣測滲透

11、率低。視滲透率是變量,與壓力梯度直接有關。壓力梯度越低,視滲透率越低。大于臨界壓力梯度的情況下,視滲透率明顯較高。小于臨界壓力梯度時,視滲透率明顯較低。臨界壓力梯度前后,視滲透率變化規(guī)律不相同。2021/3/1431（六）視滲透率分布對 油田開發(fā)的影響2021/3/1432 6.1 低滲透儲層中的壓力分布注水開發(fā)過程中儲層壓力分布不均衡:注水井附近地層壓力高;注采井之間地層壓力較低;生產井附近地層壓力最低。2021/3/14336.2 低滲透儲層中的壓力梯度分布:注水井附近地層壓力降落大,壓力梯度大;注采井之間廣大地帶地層壓力較平穩(wěn),壓力梯度小;生產井附近地層壓力降落大,壓力梯度大。2021/

12、3/1434 6.3 低滲透儲層中地層壓力、壓力梯度、 視滲透率分布示意圖 水水 井井 油油 井井壓壓力力分分布布壓壓力力梯梯度度分分布布視視滲滲透透率率分分布布Dr1r2KS Cg r a d PC2021/3/1435 6.4 低滲透儲層中視滲透率分布:注水井附近地層壓力梯度大,視滲透率大,影響范圍稱為易流動半徑,但范圍小;注采井之間地層壓力梯度小,視滲透率小,影響范圍大,稱為不易流動帶,對注水開發(fā)造成極為不利的影響;生產井附近地層壓力梯度大,視滲透率大,也具有易流動半徑,同樣影響范圍小。2021/3/14366.5視滲透率分布對注水開發(fā)的影響注入水不易通過不易流動帶擴散到遠處地層,積聚在注水井附近地層,形成局部高壓區(qū)。使注水壓力升高,注水量減小。不易流動帶不能及時向生產井附近地層和生產井補充地層流體,在生產井附近地層形成局部低壓區(qū)。使生產井供液不足,產量遞減快,產能低。2021/3/143