西南石油学院
博士学位论文
水驱气藏渗流原理及试井分析理论研究
姓名：李晓平
申请学位级别：博士
专业：油气田开发工程
指导教师：赵必荣
19990501
摘要
本文主要以单井作为研究对象，系统地研究了边水气藏中水驱气渗流的基本理论。取得了以下成果：．
?研究了非活塞式水驱气渗流的基本理论。获得了某一饱和度在任意时刻的位置方程，饱和度移动速度方程，前缘饱和度及相应位嚣的方程，气水两相区平均含水饱和度方程。ｒ，?研究了直线平面及平面径向水驱气稳定渗流的基本理论。皎得了含气区和含水区的压力、渗流速度、井产量、压力梯度、分界面运动规律的表达式，在此基础上获得了气井的见水时问公式。卜一７．?首次研究了水驱强度对气井压力动态和试井分析的影响。冰驱强度及气水流度比的大小会不同程度地影响气井的压力动态，压力动态表现为纯井筒储存、径向流及拟稳定流（或压力及压力导数曲线下掉）的特征。扩“?首次研究了考虑井筒储存和表皮效应影响的气水同产井试井分析理论。胙出了不同含水率的典型曲线，并指出压力导数水平线的值为（１－Ｌ），２，提出了试井分析方法。｝～’’
?首次研究了考虑井筒储存和表皮效应影响的边水气藏水驱气渗流的不稳定试井分析理论。舴出了不同影响因素下的试井分析典型曲线，分析了渗流特征，提出了试井分析方法。》一‘，?首次研究了气水同产井的稳态及瞬态产能分析分析理论。ｆ获得了二项式产能分析方程，提出了产能分析方法，．作出了实例井的流入动态关系曲线。！
?研究了单井产量递减分析理论。Ｈ乍出了单井产量递减典型曲线，分析了影响单井产量递减的因素。ｒ～
?在上述不稳定渗流理论及试井分析方法研究的基础上，提出了边水气藏水驱早期识别的新方法。
本文的部分研究内容分别是“九五”部级课题“老区挖潜及提高采收率技术研究”、“井筒积液规律及排液方法研究”的部分研究内容。
水驱压力渗流篷诧
试井并祈
关键词
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产能夯崭
气水办井
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Ａｂｓｔｒａｃｔ
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Ｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｆｗａｔｅｒ??ｄｒｉｖｅＴｈｅｏｒｙｏｆｓｅｅｐａｇｅｆｌｏｗＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆｗａｔｅｒ??ｄｒｉｖｅＧａｓ－?ｗａｔｅｒｃｏ－－ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｅｌｌＰｒｅｓｓｕｒｅｂｅｈａｖｉｏｒＷｅｌｌｔｅｓｔａｎａｌｙｓｉｓ
ＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓＧａｓｗｅｌｌ
１．绪论１．绪论
１．１立论依据及研究的目的和意义
天然气作为～种对于环境污染相对小的能源，越来越受到全世界的青睐，
从环境保护和优化能源结构的角度来看，二十一世纪将是天然气的世纪。从七十年代初到九十年代中的二十年间，世界能源消费增长了３８％，而其中６５％是靠天然气来实现的，据估计到２０１０年，天然气在世界油气一次能源消费结构中的比例将从由１９７０年的１７．７％上升到２４．３％。我国实行油气并举的石油天然气开发战略，必将有利于并加速天然气工业的发展，因此，加快天然气的勘探和开发有助于适应我国国民经济对天然气日益增长的需要“］。
在我国已勘探和开发的气田中，多数都是不同程度的有水气藏，而又也边水气藏和底水气藏为主，随着气田开发过程的不断进行，天然气的不断采出，
气藏压力的不断下降，将导致边水或底水侵入气区，从而形成地层中的气水两相流动，气水两相流动属于多相渗流的范畴，水驱气藏开发的中后期出现气水两相渗流则是普遍现象，这在世界水驱气藏以及我国水驱气藏的开发中得到证实，例如。我国四川等气田各气藏都存在不同程度的水驱以及开发中后期部分产水或大量产水。
水驱气藏中出现的气水两相流和气井产水现象，必然使气藏采收率降低，
国内外研究表明ｎ１纯气藏即弹性气驱气藏的采收率在８０—９５％之间，而水驱气藏的栗收率在４０～６０％之间，显然水驱气藏的采收率远低于气驱气藏的采收率，
必然导致开发水驱气藏的经济效益低下，就开发的角度而言，由于水驱气藏中存在气水两相渗流使气体的渗流阻力增大，水的侵入实际上是对气藏的一种伤害，导致在水驱前沿的后面剩余大量的天然气，而形成封闭气，其结果必然严重影晌气藏的产量和最终采收率。
实际上，对于水驱气藏而言，水是一种驱替能量，合理科学地利用这种天然能量对于提高水驱气藏的采收率，延长无水开采期，延缓单井见水时间，提高开发与开采效益是积极有利的，反之就会危害气藏和气井的正常生产，过旱地导致气井见水及水淹，从而不利于水驱气藏开发与开采整体效益的提高。目
１．绪论
前，水驱气藏开发水平不高的～个重要原因是对水驱气机理的认识不足，总体上看，国内外在有水气藏开发领域研究方面，更侧重于气井出水以后的开采工艺方法研究，而对地层中气水渗流机理和气水两相渗流力学理论研究不足。众所周知，渗流力学理论是油气田开发工程领域的基础理论，研究气水两相渗流力学理论有助于认识气水两相渗流特征，从而为数值模拟、试井分析、气藏工程方法研究及开发对策制定提供科学理论基础，因此研究水驱气藏渗流力学理论对于气水同产井试井分析理论、分析方法研究，对于气水同产井产能分析理论、分析方法研究，对于认识气藏和气井动态及开采工艺方法研究（例如排水采气方法研究）都具有重要的理论和实际意义。
具体地讲，研究水驱气藏渗流理论及试井分析理论和分析方法具有以下重要意义：
１．１．１水驱气基本理论研究为实验室研究水驱气机理及数值模拟提供理论基础水驱油基本理论的研究已经趋于成熟口］，由于水、气物性差性较大，水驱气的过程实际上是高粘度流体驱替低粘度流体的过程，这一过程与水驱油过程有较大的区别，故不能将水驱油基本理论完全照搬而应用于水驱气机理的研究上。研究水驱气的前沿驱替理论，压力、渗流速度及产量变化规律，气水出水后的含水率变化，分界面运动规律等对于认识水驱气机理，建立气水两相渗流理论有着重要意义，同时为水驱气藏的数值模拟及开发与开采方法研究提供重要的理论基础。
１．１．２水驱气渗流理论研究为水驱气藏的早期识别提供一种新的手段有水气藏不一定是水驱气藏，水驱气藏必须具有三个条件：（１）存在相当充足的水体；（２）水体区域与储气区域应具备较好的连通性；（３）水体区域内部必须具有良好的渗透能力。在气藏开发与开采的过程中，气田开发工作者总结出多种识别水驱气藏的方法，最直接和直观的方法就是气井产水，且产水量随生产时间的延续而不断增大，此外，人们从物质平衡原理出发还研究出三种识别方法，即传统的视地层压力法、水侵体积系数法及视地质储量法［ｎ］，值得注意的是这三种方法都要求气藏有一段较长时间的生产历史，这不利于早期识别水驱气藏和及早制定开发对策。利用水驱气藏渗流理论的研究成果，从一个全
１．绪论
新的角度，寻找一种识别方法，而不需要气藏有较长的生产历史是本文研究的一个新的尝试，对于更早地识别水驱特征、水驱程度的强弱，对于充分利用并的动态资料，花费晟少的投入，提高开发与开采的效益具有重要的现实和理论意义。
１．１．３基于气水两相渗流理论的气水同产井试井分析是认识气水两相地层动态特征的重要手段和方法
目前的试井分析理论和分析方法是建立在纯气体渗流理论基础之上的［４］，
这种分析理论和分析方法无法解释气水同产井的试井资料，即使用纯气并试井分析方法去解释气水同产井的试井资料，其解释结果也是不可靠的。国内外目前仅对油水两相、油气两相的试井分析方法进行了研究，且都是常规的半对数分析方法，对于气水同产井的试井分析理论和分析方法尚无报道，针对这一现状和目前存在的气水同产井试井资料无法解释的现象，有必要研究气水同产井的试井分析理论及分析方法，为认识气水两相地层的动态特征提供重要手段和方法。
１．１．４气水同产井产能分析研究为气藏工程、采气工程研究及气水同产井配产提供科学依据
气井的产能是气井合理配产及制定合理工作制度的重要参数，气水同产井的产能也不例外，而纯气井的产能分析方法是以稳定渗流或不稳定渗流为基础建立起来的，这些产能分析方法已经完善且得到广泛应用，对于气水同产井的产能分析不能导用纯气井产能分析理论。针对气水同产井的产能，利用气水两相稳定和不稳定渗流理论研究出气水同产井的产能分析理论及分析方法，对于气永同产并配产、制定合理工作制度、排水采气工艺方法研究都具有重要的现实意义。
１．２国内外研究现状
１．２．１气水两相渗流力学理论研究现状
油气层渗流力学作为流体力学的一个分支，随着油气田开发理论的发展
１．绪论
已日臻完善，形成了独自一体的学科，多相流渗流力学是油气层渗流力学的迸一步发展和延伸。总的来看，在多相渗流力学问题研究中，大多集中在油水两相、油气两相或油气水三相的渗流力学以及应用研究上，而对气水两相渗流理论的研究则相对薄弱。就多相渗流力学研究方法而言主要归结为：（１）实验研究方法：（２）现代数学及计算机技术用于研究多相渗流理论以及应用。１．２．１，１气水两相渗流实验渗流力学研究现状
在水驱气机理研究方面，原苏联学者作了大量的研究工作。葛传鼎等凸３研究了孔隙介质中水驱气的机理，主要研究水驱气采收率及残余气饱和度变化规律，其结果表明低驱动速度范围内气的采收率随着驱动速度提高丽迅速上升，经过最高值后又稍微降低，主要是由于驱动速度提高而减小了死气区范围，因此气体采收率得以提高，在超过速度的合理值后孔隙介质的非均质性就开始表现出来，残余气的饱和度除与原始含气饱和度有关外，还与驱替条件以及地层本身特性（例如毛细管传导直径等）有关系。
乐长荣肺３提出了要研究气水界面的移动规律，首先要认识和掌握水驱气的机理。文中阐明，水驱气过程大体上分为两个阶段，在第一个阶段，地层压力下降时，破坏了毛细管压力的平衡状态，在毛细管渗吸作用下，水驱替岩块孔隙中的天然气，该过程主要取决于地层压力（其中包括裂缝、孔隙中的压力）的下降和毛细管力的作用，对于裂缝孔隙介质，当水还没有完全包围岩块，气体被驱替至尚未水淹的裂缝中时，发生顺向毛细管渗吸，当孔隙岩块被水包围，气体被驱替至已被水淹的裂缝时。则产生逆向毛细管渗吸，在驱替过程中，含气饱和度的大小是这一过程和各带界面的函数，含气饱和度主要取决于水的运动速度和压力梯度，当含气饱和度从原始的含气饱和度降到临界饱和度时，在ｌ｝缶界饱和度下，水只里毛细管渗吸状态。在第二阶段，依靠水动力作用，水驱替裂缝中的天然气，其饱和度由临界饱和度变为残余气饱和度。上述过程连续进行，使得气水界丽不断向前推进。残余气饱和度大小取决于孔隙度、渗透率、孑Ｌ隙通道平均半径，毛细管压力对形成残余气饱和度和孔隙介质中的相分布起决定性作用。随地层压力下降，气水界面不断收缩，水不可能将孔隙介质中的气全部驱出，在水驱前沿的后面残留一定数量的封闭气，封闭气饱和度的大小取决于压力下降的速度，压降速度越大，封闭气饱和度越高，即当气水界面移
动速度过高时（例如大幅度降低压力），前沿后面可流动气还来不及进入地层的含气区，就被水圈闭形成大量的封闭气，压降速度低，气水界面移动速度慢，可以获得较高的采收率，研究表明压降速度并非越低越好，越低会使气水过渡带拉得很长，发挥不了水驱气作用，反而使得封闭气饱和度变大，因此，苏联学者玛塔克什提出“临界速度”概念，在此速度下气水界面呈均匀推进，低于此速度会使高渗透性层的过渡带拉长，而低渗透层出现迟后现象，大于此Ｉ｜缶界速度时，会产生水的超前推进，水沿高渗透层或裂缝发育带窜进，形成饱和度很高的封闭气区。
Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ等盯３利用ＣＭＳ８００自动岩芯测量系统（非稳态的Ｋ１ｉｎｋｅｎｂｅｒｇ渗透仪），实验研究了在不流动和可流动水饱和度情形下，非达西流动系数与孔隙度、渗透率以及含水饱和度的关系，实验用了２４块岩芯，其渗透率范围为０．００１９７ｍｄ’１２３０ｍｄ，岩芯围压从１０００ｐｓｉ到５０００ｐｓｉ，研究表明水饱和度对非达西流动系数有影响，同时获得三种不同形式的非达西流动系数的经验表达式。
Ｒｅｉｄ等［８３研究了在存在气水系统的多孔介质中高速气体流动效应，研究表明，可流动或不可动液体使得有效渗透率降低而非达西流动系数增加，可流动的液体对有效渗透率和非达西流动系统的影响程度要高于不可流动液体的影响程度，但定量确定其影响程度较为困难。
核磁共振成像技术已用于研究油气藏中的各种渗流力学问题口］。１．２．１．２气水两相渗流计算渗流力学研究现状
随着现代数学及计算机技术的发展，油气层计算渗流力学也取得飞速发展，计算渗流力学又可分为数值计算和解析计算两大类，油气藏渗流的数值计算，在国内外的石油行业中被称为“油气藏数值模拟”，并视为一种技术，油气藏数值模拟技术在各种类型油气藏的开发中得到广泛应用，它为油田开发方案优选，产量和地层压力动态预报，地下剩余油分布和采收率预测，经济效益预测及整个油气田开发的重大问题决策，提供了一个有严格科学依据的现代模拟计算技术。自８０年代以来，对油气藏模拟模型进行差分离散和线性亿过程，先后采用了半隐式方法、Ｉｍｐｅｓ方法、ＩＭＰＩＭＳ方法、全隐式方法以及自适应隐式方法。线性代数方程组求解方法有直接法和迭代法，直接法包括高斯消去法、
１．绪论
主元消去法、Ｄ４法、带状矩阵压缩排列消元法，迭代法包括交替方向隐式法、超松驰法、强隐式法、不完全Ｌｕ分解的预处理共轭梯度法以及正交极小化方法。在网格技术方面有局部网格加密技术、多边形网格技术、井附近杂交网格技术、井中心技术、角点技术以及非正常联系技术等，这些研究进展使油气藏渗流模拟网格技术向逼真性、精确性大大前进一步。在软件方面，前后处理程序与主程序一体化的组合软件系统，模块化、集成化技术的应用，同时将勘探开发各学科（如地震、测井、油藏描述、生产系统分析、三维可视化图象等软件）横向地综合于一个系统中［９］’［１“。在单井数值模拟研究方面，Ａｚｉｚ【Ｉ岫提出利用单井模拟来研究多相注入、生产和恢复等问题，可用有限差分法将油藏分为径向和垂向的网格进行模拟，ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ［１７１等人也进行了类似的讨论，Ｓｅｔｔａｒｉ等“劬使用点中心网格模拟了井筒周围存在两相或三相流动的锥进问题，同时还可以模拟生产井附近的毛管力末端效应，Ｔｈｉｍｂｌｅ等【Ｉ们提出的锥进模型，允许指定油产量或其它的约束条件，如最大油气比，产量项与井口控制方程一起稳式处理并和油藏方程同时求解，以后的研究多是在油气藏模拟模型差分离散和线性化处理（如半隐式、全隐式、自适应隐式）和线性代数方程组求解方法（如Ｄ４高斯解法、预处理共轭梯度法）等方面发展，使锥迸问题的模拟速度更快，精度更高，稳定性更好，与实际更接近。在模型研究方面，Ｅａｚｅｍｉ等乜町晟早提出将双重介质概念用于水锥研究，模拟计算分别使用裂缝和基岩的相渗曲线和毛管压力曲线。国内该方面的研究工作始于八十年代，相继发展的一些论文［２１］－ｃｚｓ］在双重介质模型的单井水锥研究方面取得了较大的进展。周宏波。阳等人研究了天然裂缝油气藏中的超双重介质模型并对水窜进行了数值模拟研究。
此外，在油气层渗流与井简流体流动力学的耦合模拟方面，近二十年来也在不断完善和发展，实际上是将井筒流体考虑为多相、多组分，考虑井筒滑脱以及流体问的传热传质效应，该研究方向发表了一系列的论文ｆ２“３“，胡勇口剐提出地层渗流和井简流动均为两相流的组合模型，模拟了单井的压力恢复动态。
在多相流渗流力学解析方法研究方面，通常是以单井作为研究对象，把压力动态和渗流特征作为研究目的，实际上这是一个正问题，具体的应用就是反
１．绪论
问题即多相流的试井分析问题，该方向的研究大多数都是将正问题和反问题结合起来，关于这方面的研究现状将在下面的部分予以阐述。
１．２．２气水两相渗流试井分析理论及分析方法研究现状
目前多相流试井分析通常采用：（１）将水量折算为油或气量，利用纯气井试井分析方法去分析多相流试井资料，（２）利用现有文献报道的多相流试井分析方法即常规半对数分析方法去分析多相流试井资料。而目前多相流试井分析理论和分析方法研究主要集中在三大方面上，一个方面是考虑油气藏径向连续情形，例如，径向渗透率不发生变化的情形，另～个方面是考虑油气藏径向不连续情形，例如，流体性质不连续的水驱油或水驱气情形，再一个方面是考虑井筒相分离的试井分析问题研究。
１．２．２．１径向连续情形
油、气、水三相渗流的微分方程由Ｍａｓｋａｔ【３６１在１９３６年率先提出，考虑油藏为均匀多孔介质，忽略重力、毛管力和岩石的弹性，流动服从达西定律，迄今为止，多相流试井分析理论及分析方法的研究都是基于Ｍａｓｋａｔ【３６３提出的多相渗流微分方程，目前已提出油气两相（例如溶解气驱油藏和凝析气藏）、油水两相及油气水三相流动的试井分析理论和分析方法，以Ｍａｓｋａｔ口印提出的渗流方程为基础，针对不同油藏流动类型，国内外学者提出了以下三大类试井分析方法：（１）压力方法，它是由Ｐｅｒｒｉｎｅ［３订基于经验观察首先提出，其实质是用总流度和总压缩系数代替单相渗流方程中相应的参数，然后用单相流的试井分析方法去分析多相流的试井资料，该方法得到Ｍａｒｔｉｎ等ｏ”的理论证明，
Ｍａｒｔｉｎ等口踟表明压力方法实际上是忽略了油藏中的压力和饱和度梯度，从理论上导出了这一方法的理论基础。由于其渗流方程与单相流情形相同，则可用常规的单相流试井分析方法去分析多相流试井资料，利用该方法可以获得单相渗透率、总流度及表皮因子，Ｒａｇｈａｖａｎ［３。１在评述压力方法时，提出了将气产量折算为液量求总流度的方法，同时提出可用ＭＢＨ方法求油藏平均压力及拟稳态产能。值得注意的是渗流数学模型内边界条件的建立有两种方法，一种方法是马修斯等“”提出的只考虑油相流动服从达西定律的内边界条件，Ａ卜ｋｂａｌｉｆａｂ“０１也应用了这一内边界条件对油水两相井进行试井分析研究，基于
１．绪论
压力方法Ａ卜ｋｈａｌｉｆａｈ［４”、Ｈａｔｚｉｇｎａｔｉｏｎ［４３１提出了利用多相流试井分析理论求相对渗透率曲线的方法，另一种方法是Ｃｈｕ等Ｈ们提出了考虑地层为完全或部分钻穿，具有水平和垂向渗透率不等情形下，油水两相压降及压力恢复的试井分析，其内边界考虑油水两相的影响，Ａ卜ｋｈａｌｉｆａｈＨ２１及Ｒａｇｈａｖａｎｔ３９３研究表明，压力方法仅适用于饱和度梯度较小的情形。（２）压力平方方法，Ａ１一ｋｈａｌｉｆａｈ［４０】Ｈ“，针对油气水三相流动，提出了压力平方试井分析方法，即将Ｍａｓｋａｔ［３印提出的渗流微分方程简化为具有压力平方形式的渗流微分方程，以此获得了压降及压力恢复试井分析方程，同时文中对挥发性油藏的试井分析进行了研究，指出了油水气相渗透率的求解方法，值得注意的是该方法要求油相渗透率与粘度和体积系数乘积之比与压力具有线性关系。８ｅｒｒａ［４印针对溶解气驱油藏的油气两相流动，提出了压力平方试井分析方法，李汝勇Ｈ力利用ＡＩ－ｋｈａｌｉｆａｈ［４０】“朝的方法实例分析了一口井的试井资料。（３）拟压力分析方法，以Ｒａｇｈａｖａｎ等【３们为代表，针对溶解气驱和凝析气藏提出了拟压力分析方法，定义了与Ａｌ—Ｈｕｓｓａｉｎｙ等［４８１对气藏定义的拟压力函数相类似的多相流拟压力函数。Ｓｅｒｒａ！删针对溶解气驱油藏，提出了压力恢复试井分析方法，Ｒａｇｈａｖａｎｆ６０Ｊ、Ｄｙｕｎｇ［５１】（６“、Ｊａｔｍｉｋｏ㈣针对凝析气藏提出了压力动态和试井分析方法，刘启国ｆ５们研究了凝析气井井筒流体热动力学理论以及凝析气井的现代试井分析方法，尹洪军等蛳］应用拟压力拟时间函数，提出了有界油藏具有变井储特征的油气水三相流动的试井分析方法。其基本渗流方程仍为Ｍａｓｋａｔ［３们提出的渗流方程，计秉玉［６印研究了油水两相径向稳定渗流条件下压力分布和产量计算公式，进行了实例分析，刘振宇（５７１利用拟压力函数的半对数分析方法对油气两相渗流试井解释方法进行了研究。值得注意的是，上述研究或分析都是基于油藏或凝析气藏中的多相流动，且试井分析方法多为常规的半对数分析方法，也就是说，油藏或凝析气藏中的多相流试井分析方法基本停留在常规的半对数分析方法这～水平上。
气水两相流动的试井分析理论和分析方法国内外研究较少。Ｍｏｈａｇｈｅｇｈ岫印提出了低压气藏中气水两相流动情况下，气井产量递减规律的分析方法，李晓平”蝴““’定义不同的拟压力函数分别研究了有水气藏地下渗流数学模型及气水同产井的常规试井分析方法。四川石油研究院［６”在气水两相流井试井分析方
面也进行了大量的研究工作，对数学模型以及数值试井理论方法研究等方面作出了有益的进展。
１．２．２．２径向不连续情形
多相流试井分析理论和分析方法研究的另一个重要方面是复合油气藏（即考虑油气藏渗透率或流体性质在径向上是不连续的）渗流理论及试井分析方法研究。复合油气藏适应的范围广，包括注水、蒸气驱、热采井、化学驱、水驱油气藏等，在复合油气藏试井分析方面发表的论文较多。Ｏｌａｒｅｗａｊｕ等旧１提出典型的两区复合油气藏渗流数学模型，分析讨论了影响弗压力动态的因素，他”鄙还作出了压力、压力导数典型曲线以及单井产能递减曲线，同时考虑井筒相分离影响，研究了影响典型曲线及产能递减曲线的因素，进行了实例分析。Ｓａｔｍａｎ［６印研究了复合天然裂缝性油藏的压力动态，地质模型为一层状模型，用常规半对数分析方法分析裂缝传导系数和基质储容能力对压力动态特征的影响。Ｋｈｓｈａｎ等ｆ６７’基于酸化和钻井流体损害，提出了三区复合裂缝油藏渗流的数学模型，该数学模型包括井筒储存和表皮效应的影响，同时获得了拉氏空间中每一区的压力分布表达式，研究了未损害带渗透率、损害带与未损害带宽度比、外区半径及窜流系数和弹性储容比对压力动态的影响。
许少松等旧１研究了井简附近地层存在高速非达西渗流的两区复合地层试井分析问题，由于高速非达西流动使数学模型非线性，文中采用有限差分方法求解，做出了高速非达西渗流影响的压力及压力导数图版，研究表明，有限差分法适用于井筒附近存在高速非达西渗流的各种模型，其解是稳定收敛的，复合地层压力导数线出现双台阶特征，高速非达西渗流试井分析不能用常规的半对数分析方法。刘义坤等删考虑井筒储存和表皮效应影响，提出了无限大均质两区复合油藏渗流的有效井径数学模型，研究了流度比、传导系数比以及内区半径对压力和压力导数典型曲线的影响，分析了一口实例注水井的压力降落试井资料。刘义坤等［７０】提出多重复合油藏试井分析的数学模型并获得了拉氏空间解，制作了理论典型曲线，指出该模型适用于注水、注气、注聚合物、井底具有污染及岩石性质有变化的油藏和井的试井资料分析。曾萍等…１研究了复合油藏中试井的半对数分析方法，指出了压降曲线在早、中、晚期的反应特征，用半对数分析导出了求复合区半径较大时远井区半径的计算公式。康柒虎
１．绪论
等口羽考虑三区复合模型，其中中阅区为饱和度变化区，研究了注水井水驱油两相试井解释方法。
有关边水驱气藏中压力不稳定分析和试井分析研究报道是Ｃｈｅｎ等ｎ”发表的论文，地质模型为一个三区的复合模型，在径向柱状坐标系中建立了渗流数学模型，并获得拉氏空间解，该模型未考虑井简储存影响，渗流特征表现为气区径向流、气区的拟稳态流、过渡流以及总系统的拟稳态流，分析了一口实例井的压力恢复资料，本文是水驱气藏渗流及试井研究方面唯一的一篇外文文献。
１．２，２．３考虑井筒相分离的试井分析方法研究现状
考虑井筒存在相分离的试井分析方法研究，国内外已有大量的文章报道【７４卜［８１１，这些文章的研究，都只考虑井简中的相分离，而没有考虑地层的多相流动。胡勇ｂ副考虑地层和井筒同为多相流动，提出了气水两相井井筒流动模型和双重介质渗流数学模型有机结合以描述气水两相不稳定流动特征，采用数值求解方法，最终成果用于解释气水井压力恢复资料。
１．２．３气水同产井产能分析研究现状
国内外在多相流井产能分析研究方面主要集中在油气两相井的产能分析上，并做了较多的研究工作。Ｆｅｔｋｏｖｉｃｈ瞅３提出了油气两相井的指数式产能方程，Ｖｏｇｅｌ［Ｂ３１根据溶解气驱油藏的数值模拟结果，建立了溶解气驱条件下油井的无因次ＩＰＲ曲线方程，即Ｖｏｇｅｌ产能方程，Ｃａｍａｃｈｏ—ｖ等嘲１定义了一个流动效率，改进了Ｆｅｔｋｏｖｉｃｈ［叫的产能方程，Ｋｌｉｎｓ等嘞１模拟了２１个溶解气驱油减的流入动态资料，得出了与此溶解气驱油藏性质相近的溶解气驱油藏中油气两相流井的产能方程，该方程具有与Ｖｏｇｅｌ阻却方程相似的形式，同时指出无因次压力与产油量和实际最大产油量之比的关系极大地依赖于泡点压力。陈元千啡１全面研究了油气两相的流入动态关系，指出了不同的流动效率代表井的不同完善程度，获得了无因次ＩＰＲ曲线方程的通式及线性求解方法，同时指出Ｖｏｇｅｌ㈣１方程实际上是流动效率为１的特例，从而进一步发展了Ｖｏｇｅｌ［８”方程。ＡｎｉｌＫｕｍａｒｍ７３研究了部分水驱油藏中的稳态产能方程，提出了水驱强度这一重要概念，在水驱油藏中，稳态产能与水驱强度密切相关。Ｆｒａｉｍ［８８】研究了溶
解气驱油藏中单井产能递减曲线，实际上就是定压情形下，在渗流数学模型研究基础上，获得无因次产能方程以研究单井产能递减规律。何志雄等呻３研究了凝析气井产能分析方法，赫思杰等呻１研究了凝析气井的流入流出动态，朱德武等呻”应用二项式产能方程研究了凝析气井流入动态，指出了影响二项式产能方程两个系数的因素有饱和度、相对渗透率等，罗山强㈨对影响煤层气井产能的因素进行了初步研究，导出了以拟压力形式表示的水产量和气产量方程。
纵观国内外研究表明，目前关于气水同产并产能分析研究尚无报道。１．３．研究的目标、技术路线及所完成的工作
１．３．１研究目标
以单并作为研究对象，从渗流力学基本理论出发，研究水驱气机理的基本理论，包括直线平面水驱气、平面径向水驱气稳定渗流理论以及非活塞式驱替的基本理论，利用物质平衡理论及气水两相渗流理论建立水驱气藏的早期识别方法。通过气水两相不稳定流动理论研究，建立气水两相井的试井分析方法，以稳定渗流理论研究为出发点，建立气水同产井产能分析方法。通过上述研究形成一整套从水驱气藏早期识别到水驱气渗流基本理论、气水两相稳定及不稳定渗流理论、气水两相井试井分析及产能分析的理论体系和方法。
１．３．２技术路线
从渗流力学基础理论出发，围绕数学模型研究，展开到水驱气基本理论、稳定及不稳定渗流理论研究，以此开始水驱气藏早期识别新方法，不稳定试井分析，稳定产能分析理论及方法研究。研究方法采用渗流力学，现代数学，现代计算技术等方法开展。
１．３．３本文所完成的工作
（１）研究了非活塞式水驱气机理的基本理论，获得了某一饱和度在任意时刻的位置方程，某一饱和度在地层中的移动速度方程，前缘饱和度及相应位置的方程，气水两相区平均含水饱和度方程。
１．绪论
（２）研究７活塞式直线平面及平面径向水驱气机理的基本理论，获得了含气区和含水区的压力、渗流速度、井产量、压力梯度、分界面运动规律的表达式，在此基础上获得了气井的见水时间的方程。
（３）研究了水驱强度对气井压力动态和试井分析的影响，首次建立了水驱强度影响下的水驱气渗流数学模型，在获得数学模型解的基础上，计算了不考虑井筒储存和表皮效应以及考虑井筒储存和表皮效应影响情况下气井的压力及压力导数典型曲线，分析了压力动态特征。利用单井物质平衡方程，建立了水驱强度影响下的水驱气藏拟稳定渗流数学模型，以此研究了水驱强度和气水流度比的大小对拟稳定流动期的井底压力、平均压力和边界压力动态的影响，导出了拟稳定流动期内压力恢复的试井分析方法。
（４）首次研究了考虑井筒储存和表皮效应影响的气水两相地层渗流情形下，气水同产井的不稳定试井分析理论。建立了考虑含水率影响的气水同产井的不稳定渗流数学模型，作出了受含水率影响的气水同产井试井分析的理论典型曲线，提出了低、中及高含水情形下所使用的试井分析方法。
（５）首次研究了考虑井筒储存和表皮效应影响的边水气藏水驱气渗流情形下，气井的不稳定试井分析理论。建立了边水气藏水驱气渗流的数学模型，它是～个两区复合渗流的数学模型，利用拉氏变换方法获得了地层外边界分别为无限、封闭及恒压情形下数学模型的解，以此计算了内区半径、外区半径、气水传导系数ｔＥ、气水流度比影响下的压力及压力导数典型曲线，分析了渗流特征，同时还简要地提出了试井分析方法。
（６）在建立气水两相稳定渗流数学模型的基础上，首次研究了气水同产井的稳态产能分析理论．在不考虑非达西效应以及考虑非达西效应影响情形下，研究了气水同产井的稳态产能分析方法，获得了二项式产能分析方程，以此为基础作出了实例井的流入动态关系曲线。在建立气水两相不稳定渗流数学模型的基础上，首次研究了气水同产井的瞬态产能分析理论，获得了二项式瞬态产能分析方程，作出了实例井的瞬态流入动态关系曲线，分析了影响因素。
（７）在气水两相流动气藏及边水气藏中，建立了单井产量递减分析的数学模型，以此为基础，计算了单井的产量递减典型曲线，分析了影响单井产量递减的因素。
ｉ．绪论
（８）在上述不稳定渗流理论及试井分析方法研究的基础上，提出了边水气藏水驱早期识别的新方法即可以利用试井分析来更早地识别边水气藏是否存在水驱，从而为边水气藏水驱的早期识别提供了一种新的手段。
２，非活塞式水驱气溶流的基本理论
２．非活塞式水驱气渗流的基本理论
２．１问题的提出
水驱气藏的气水界面是在油水界面研究基础上发展起来的。由于气水存在明显的物性差异，因此水驱气的过程大多表现为非活塞式的驱替过程，一般认为在水驱气的过程中存在三个饱和度带。一是含气带，束缚水饱和度为常数，二是气水过渡带（即两相区），气水关系较为复杂。以临界气饱和度为界，又将过渡带分为两个带，在临界含气饱和度以上，为毛细管渗吸带，在Ｉ豳界含气饱和度以下为水动力作用下的水驱气带。三是含水带，存在着自由水面，这已经为实验和现场实际资料所证实。那么水驱气过程中含水饱和度在地层中的传播速度有多大？前缘饱和度及前缘位置怎样变化？两相区中含水饱和度变化怎样？这些问题都是非活塞式水驱气过程中必须研究的问题，通过这些问题的研究为实验室研究水驱气机理，为实验室测定气水相对渗透率曲线，为在实际生产中预测气井见水时间等提供重要的理论基础。
２．２物理模型及基本假设
一维水驱气物理模型如图２所示。基本假设条件为：
（１）水驱气为一维非活塞式驱替过程；
（２）气、水流动均服从达西定律；
（３）忽略重力和毛管力影响。
２．３非活塞式水驱气渗流的基本理论
２，３，１某饱和度在任意时刻的位置
由以上假设条件，气水两相渗流数学模型为：
锄一［去ＶＰ愕３．６旦９ｔｆ。刳Ｂｇ（２．１）
！：斐塑墨蔓变矍墨堡塑苎查型篓棚一甚叶里３．６旦Ｏｔ阻。Ｂ．］弦ｚ，式宁：Ｋ。、Ｋ。一分别为气相和水相的相渗透率，∥ｍ２
心、∥，一分别为气相和水相的粘度，ｍ只－ｓ
Ｂ。、Ｂ。一分别为气相和水相的体积系数
Ｓ。、Ｓｗ一分别为气相和水相的饱和度
尸一任意时刻任意点的压力，ＭＰｏ
ｆ一时间，加
ｍ一气藏孔隙度
对于一维流动，由基本假设条件，气、水的运动方程为：
气相渗流速度∽－－１。３鲁篆（２．３）
水相渗流速度：ｖ。：一１０，生竽（２．４）
将（２．３）、（２．４）式代入（２．１）、（２．２）式得到：
一挚：—氅拿（２．５）
良３．６×１０”新
一等＝熹３杀警（
ａｒ×１０。ａ
）
６
．
２
．
６
由（２，５）、（２．６）式，且考虑到墨＋ｓ。＝１，则：
塾坐！：ｏ（２．７）
设渗流总速度：Ｋｔ）＝Ｖ。＋Ｖ。（２．８）由（２．７）、（２．７）式可知，总速度与位置无关，将（２．３）、（２．４）式代入（２，８）式，得到：
２．非活塞式水驱气潘流的基本理论
ｖ（ｆ）：一１０３【一Ｋｇ。ＯＰ＋一Ｋｗ＿ＯＰＪ．以Ｏｘ∥”Ｏｘ
—Ｏ缸Ｐ＝１０＿３ｘ冬ｖ（ｔ＋）写缸…Ｋ。Ｋ～、
∥Ｐ∥ｖ
式中：Ｋ一气藏绝对渗透率，ｕｍ２
Ｋ。、Ｋ，。一分别为气相和水相的相对渗透率
将（２．１０）式代入（２．４）式得到：
：丝坠！盟
Ｋ％＋弘ｒＫ。
定义含水翠：
ｒ：里兰：茎！』坐！：茎竺』兰兰：
丝墨型
。”ｑＫ。／７∥。＋Ｋｇ／∥ｇＫ刑，／，ｔｔ。＋Ｋ憎／∥ｇ∥，Ｋｎｒ＋Ｋ堰
可以称兀为气水两相的莱文莱特函数，它是饱和度的函数。
由（２．１１）、（２．１２）式，得到：
－０。＝兀ｖ（ｔ）
（２．１３）式对ｚ求导：
等＝警呻，＝甏警Ｖ∽
将（２．１３）式代入（２．６）式，则：
呻，甏警＋。鲁＝。
即：附）∥ｉＯＳｗ＋。鲁＝。Ｃ＊ｄｆ（２．９）（２．１０）（２．１１）（２．１２）（２．１３）（２．１４）（２．１５）（２，１６）
与儿罄以一砜１ＩＵⅣ
∥ｇ∥＝
ｒ∥中
其
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 序可按实际地质和工程复杂程度而有所简化，以加快气田投入开发。 （!）气田工业性试采对落实气田的稳定供气能力、气藏连通体积，以及方案设计工艺和工程参数等都有重要意义。因此，在具备了地面和输气管网条件下，合理安排气田工业性试采阶段，以优化气田方案设计和提高开发经济效益。 本文在编写和形成过程中，一直得到中国工程院胡见义院士的关心和具体指导，包括文章结构以及研究思路等方面都提出了重要意见，特此表示衷心的感谢！李淑贞教授为本文提供了国内外储量分类对比研究及参考资料，特此表示谢意！ 参考文献 "#$%&’()*+,-$.&,/$01234&1&562758,97,,&57,9):&; <25%，"=>?@谢尔科夫斯基A!，李忠荣等译)气田和凝析气田开发和开采)"==B B#$,&1C A著，沈平平，韩东译)(DE$,-(C$1&F&C$672+523 (&/520&+.4&1&5627+*0+7-1)@GGG H I5$J&K#，I$0-;&004L，L&$/C&5#M著，谭志明译)美国、 欧州和前苏联的储量定义比较)国外商业油气储量评价译文集（—），@GGG !陈元千)对我国油气储量分级分类体系标准的建议)石油科技论坛，@GG"； （?） N徐树宝)俄罗斯油气储量和资源分类规范及其分类标准)石油科技论坛，@GG@； （@） >徐青，杨雪雁，王燕灵)油田开发建设项目国际合作经济评价及决策方法)北京：石油工业出版社，"===年 ?苏联国家储量委员会)油田和可燃气田分类应用规程)莫斯科：矿业出版社，"=>@："O"? （收稿日期@GG@P G=P"?编辑韩晓渝） 作者简介：戚志林，"=N=年生，@GG"年获西南石油学院油气田开发专业硕士学位；现为该学院在读博士研究生，研究方向为油气藏工程。地址： （NB>GG"）四川省南充市西南石油学院博士@GG"级。电话： （G?">）@NH@G="。 开发试采天然气工业@GGB年"月
水驱气藏的分类与驱动方式 摘要：本文探讨了水驱气藏的分类，对水驱气藏驱动方式进行了分析，认识到水驱气藏动态特征，本文提出了基于气藏物质平衡理论的水驱气藏识别新方法，并详细介绍了该方法的推导过程。 关键词：水驱气藏驱动方式动态特征识别方法 一、水驱气藏的分类 水驱气藏从水体产状看可分为边水、底水两类。前者仅局部与气藏底界接触，多存在于层状气藏；后者则整个气藏底界均与水体接触，是块状气藏的主要形式。从水驱气藏水体与外界连通性看，又有封闭型与开启型之分。不同水体类型的水驱气藏在开发布局、原则上有不同的策略方法。通常对边水气藏采取边部少布井、低速度的开采方法，以延缓边水的侵入，而对底水气藏则采取均匀布井，均衡开采，控制打开程度方法，以达到水侵均匀、防止水锥的目的。 另外，可以根据压力系统分类法对水驱气藏进行分类研究。根据压力系统分类法，压力系数0.8～1.2为正常压力，大于1.2为高压异常，小于0.8者为低压异常。气藏开发的实际资料表明：正常压力系统气藏的压力系数在0.9～1.5之间，而异常高压气藏的压力系数在1.5～2.23之间。水驱气藏从压力系统与形成原因可以分为：异常高压水驱气藏、正常压力系统水驱气藏和异常低压水驱气藏，目前的研究主要集中与正常压力系统的水驱气藏和异常高压水驱气藏，而异常低压的水驱气藏很少见。对于异常高压水驱气藏，由于开采过程不仅要考虑水侵的影响，还要考虑由于地层压力下降造成的气藏物性参数和体积变化，即要考虑介质形变问题。 二、水驱气藏驱动方式的分析 在油气藏的开发过程中，驱动方式反映了促使油、气由地层流向井底的主要能量形式。目前物质平衡方程为判断水驱气藏驱动方式的主要手段，对于定容封闭气藏而言，气压驱动为主要方式：对水驱气藏来讲，在气藏驱动的基础上，驱动方式主要有刚性水驱与弹性水驱两类。 弹性水驱是指在水驱气藏开发过程中，随着采气量的增加和地层压力的下降，造成边、底水的侵入，由于含水层的岩石和流体的弹性能量较大，边水或底水的影响明显，使地层压力下降要比气藏缓慢的一种驱动方式。供水区面积愈大，压力较大的气藏出现弹性水驱的可能性就愈大。 刚性水驱是指侵入气藏的边、底水能量完全补偿了从气藏中采出的气产量，此时气藏压力能保持原始水平上的驱动方式。它可看作是弹性水驱的一个特例。文献指出在自然界中具有这种驱动方式的气田很少，如前苏联，在统计的700个气田中，只有10余个。
气水两相流实验研究 李义贤 辽宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁阜新（123000） E-mail：lee022@https://www.doczj.com/doc/499946523.html, 摘要：煤层甲烷气藏是一种压力闭圈气藏。煤层气-水的渗流过程只是为研究其在煤层中吸附全过程的第一步，是开采煤层气的重要环节。本文在前人的基础上，对煤样进行气-水两相流的实验研究，通过改变煤体压力（围压、轴压、孔隙压）测得不同饱和度下的通过的气体和水的流量以得出煤体的渗透率。通过实验得出在围压、轴压固定的情况下，单相流通过多孔介质时符合的二次函数规律，并且渗透率随着孔隙压的增加而增加。本文的重点将放在对煤样施加不同围压时煤样的渗透规律以及煤体的相对渗透规律的研究,分析其渗透规律，进而了解煤体结构特征，为搞清煤体内部结构特性和煤层气（水）在煤层中流动机理奠定了基础。为进行煤层气的开发、开采提供理论依据。 关键词：轴压；围压；孔隙压；饱和度；渗流 中图分类号：TD 1. 引言 煤层气是赋存于煤层中的烃类气体，是一种高效的洁净能源，热值和成分与天然气相近，几乎不含硫化物，是常规天然气的重要接替能源。在世界范围内其储量十分丰富，总储量超过天然气。目前，我国对天然气需求的增长每年保持在15%以上，发展速度远远超过石油、煤炭。据预测，我国到2010年天然气需求量将达到1000亿立方米以上，2020年需求量将达到2000亿立方米，而目前的天然气储量尚不能满足要求，煤层气将成为天然气资源的必要补充。 瓦斯的主要成分为甲烷，是一种具有强烈温室效应的气体，其温室效应为二氧化碳的22倍。据测算，所有人类活动造成的温室效应中，20%是由甲烷引起的，而我国煤矿的甲烷占全球的35%以上，相当于荷兰全国所有温室气体的总排放量。 长期以来煤层气一直被作为煤矿生产的一种主要灾害来对待，直到20世纪70年代美国在黑勇士、圣胡安盆地煤田进行的煤层气地面开发实验的成功，才真正揭示了这一新型洁净能源的潜在经济效益和广阔前景。20余年来，从事煤层气的勘探开发与科研活动的国家和地区将近30个，只有美国实现了产业化。我国煤层气勘探开发起步较晚，从50年代开始，到70年代末，主要目的是为了减少煤矿瓦斯灾害而进行的煤矿井下瓦斯抽放和利用。瓦斯、煤尘爆炸事故在煤矿重大恶性事故中一直占有很大比重，是煤矿安全生产的最大威胁。它直接造成大量人员伤亡和巨大的经济损失。因此，煤炭部门一直把防治煤矿瓦斯灾害作为煤矿安全工作的重点[1]。 煤层气的开发利用具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，产生巨大的经济效益，在一定程度上改善我国的能源结构。 关于气-水两相流的相关报道大部分是关于石油开采的，而对于煤层中的气-水两相问题还很少有人研究，对此的相关报道也不多见，在高围压条件下的气-水两相问题的相关报道更是微乎其微。本文就是要通过实验了解煤层气（水）层的压在高围压条件下的渗流规律，为我国煤层气的开采做出微薄的贡献。 由国内外研究现状，我们发现了许多问题和不足之处，本文的工作就是针对气-水渗流问题展开实验，其主要内容如下： 1）低压力（围压、轴压、孔隙压）条件下，依据实验测得数据得出煤体的绝对渗透率
7.1 油水两相不稳定渗流数学模型 ............................................................................... 175 7.2 水驱油稳定渗流理论 .. (178) 7.2.1 边水水驱稳定渗流理论 .................................................................................. 179 7.2.2 注采井稳定渗流理论 ...................................................................................... 181 7.3 分流方程式 (183) 7.4 平面单向流等饱和度平面移动方程的应用 (187) 7.5 平面单向流两相混合带的压力 ............................................................................... 189 7.6 平面径向流等饱和度平面移动方程的应用 .. (190) 7 油水两相渗流理论 7.1 油水两相不稳定渗流数学模型 在有边水、底水、夹层水或上层水的油气田中都存在油水两相渗流。为了保存地层能量，为了确保长期高产、稳产和提高油田的最终采收率，我国采用注水采油。在注水采油的油田，都存在油水两相渗流。 多孔介质中一种流体驱替另一种流体时，两种流体之间存在一个明显的分界面，因而驱替过程中，分界面象活塞一样向前移动。这种驱替方式称为活塞式驱替piston-like displacement 。活塞式驱油忽略油水性质的差异, 油水接触面将垂直于流线均匀地向井排移动，含水区和含油区是截然分开的, 水推进到含油区后，将孔隙中可以流动的油全部驱出。 实际上，油水性质差异很大，特别是油水的粘度差别很大的，必须认真考虑油水性质的差别对渗流的影响。 实际上由于油水粘度差、毛细管现象、油水重率差以及地层本身非均质性等因素的影响，水渗入到油区后，不可能把全部的石油都置换出去。储集层中由于存在岩层的微观非均质性，并且由于流体性质差异及毛细管现象的影响，当一种流体驱替另一种流体时，出现两种流体混合流动的两相渗流区，这种驱替方式称为非活塞式驱替non-piston-like-displacement 。在非活塞式水驱油时，从供给边界到生产井排之间可以分为三个区，即纯水区、油水混合区和纯油区。混合区逐渐扩大到生产井排。 图7.1.1 活塞式驱动 图7.1.2 非活塞式驱动 天然能量已衰竭或用注气、注水法采油后(或注水，注气同时)，运用更复杂的物理化学技术改变或改善其排出机理，从而提高采收率enhanced oil recovery (EOR)。也称强化开采 最终采出油量占原始地质储量的百分率称为采收率 recover efficiency ，以E R 表示。 一个油藏或一个开发区不含水时累积采油量与该油藏或开发区的地质储量之比称为无水采收率 water-free of recovery 。 油藏经各种方法开采后，最终采出的总采油量占原始地质储量的百分率称为最终采收率 ultimate recovery 。 采收率等于驱油效率与波及系数的乘积。 由天然的或人工注入的驱替剂波及范围内所驱替出的原油体积与波及范围内的总含油体积的比值称为驱油效率 oil displacement efficiency ，以E D 表示。 累积注水量与累积产水量之差除以油层有效孔隙体积的商称为注入水体积波及系数 sweep volume of injected water,即油层水淹部分的平均驱油效率，又称扫及体积系数。 天然的或人工注入的驱替剂波及的部分油藏体积s V 与整个油藏含油体积V 的比值称为体积波及系数 volumetric sweep efficiency ，以V E 表示。 注入的驱油流体(包括天然的和人工的)在平面上波及的油藏部分的面积s A 与油藏整个含 油面积A 的比值称为平面波及系数 area sweep efficiency ，以E A 表示。 注入流体(包括天然的和人工的)在垂向上波及的部分油藏厚度s h 与油 藏垂向厚度h ，的比值称为垂向波及系数 vertical sweep efficiency ，以E z 表示。
第39卷第5期 开 发 工 程· 79 ·水驱气藏水淹风险描述及防控对策 李江涛1 孙凌云1 项燚伟1 李润彤2 王海成1 陈芳芳1 1.中国石油青海油田公司 2.中国石油西南油气田公司 摘 要 水淹问题已成为我国气田开发过程中影响气藏上产、稳产的难题。为此，对导致气田水淹的客观、非客观因素进行了分析，明确了水淹造成的危害，并提出了防控对策；在此基础上，以某基岩气藏的开发为例，深入剖析了造成该气藏水淹的主要原因，并总结了经验教训。研究结果表明：①针对气藏开发须树立水淹风险管理意识，为规避水侵失控，应开展水淹风险描述，并制订避水、控水、治水的阶段性措施方案，进行全过程控水管理；②强化气藏水文地质勘察研究，在开发早期利用探井获取相关资料，寻找邻近气藏水体周边的高孔隙度、高渗透率储集体及纵横向压力亏空的储集体作为侵入水转移的场所；③开发过程中，分井区优化配产并适时调整，力求边水、底水和层间水均衡推进；④对气田开发方案编制规范进行修订，识别边水、底水水源，评价渗流通道及水体大小，评估和预测气藏水淹风险，增加气藏先期控水的专题方案，使水侵受控，以最大限度地规避水淹风险；⑤对复杂气藏的储量采用容积法和多种动态法进行计算，互为参考，并且在进行试采评价后正式提交探明储量，在开展可动用储量评估后再提交开发项目建议书，谨慎大规模投资建产。 关键词 水驱气藏 水淹风险 因素分析 规避控制 转移对策 防控意见 可动用储量 DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2019.05.009 Description and prevention & control technical countermeasures of water flooding risk in water-drive gas reservoirs Li Jiangtao1, Sun Lingyun1, Xiang Yiwei1, Li Runtong2, Wang Haicheng1 & Chen Fangfang1 (1. PetroChina Qinghai Oil?eld Company, Dunhuang, Gansu 736202, China;2. PetroChina Southwest Oil & Gas?eld Company, Chengdu, Sichuan 610041, China) NATUR. GAS IND. VOLUME 39, ISSUE 5, pp.79-84, 5/25/2019. (ISSN 1000-0976; In Chinese) Abstract: Water flooding has become a difficult problem which impacts the production increase and stabilization of gas reservoirs in the process of gas field development in China. In this paper, the objective and non-objective factors leading to water flooding in gas fields were analyzed, the hazards caused by water flooding were defined and the corresponding prevention & control countermeasures were put forward. Then, a case study was conducted on the development of a certain basement gas reservoir. The main causes of its water flooding were analyzed and the experience and lessons were summarized. And the following research results were obtained. First, the awareness of water-flooding risk management should be established for reservoir development; water flooding risk description should be conducted to avoid water invasion; and phased measures for the whole-process water control management should be formulated to avoid, control and harness water. Second, the hydrogeological investigation and research of gas reservoir shall be strengthened. In the early stage of devel-opment, it is necessary to collect the relevant data from exploration wells and search for the high-porosity and high-permeability reser-voirs in the periphery of the aquifer near the gas reservoir and the reservoirs with vertical and transverse pressure deficit and take them as the transfer sites of invading water. Third, in the process of development, it is necessary to optimize the production proration based on different well blocks and carry out timely adjustment to strive for balanced advancing of edge water, bottom water and interlayer water. Fourth, it is suggested to revise the compilation norm of gas field development plan, including the identification of edge and bottom water source, the evaluation of flow channel and the aquifer size, and the assessment and prediction of the water-flooding risk in gas reservoirs. It is also recommended to formulate a special plan for pre-water control of gas reservoirs so as to keep the water invasion under control and evade the water-flooded risk to the uttermost. Fifth, the reserves of complex gas reservoirs shall be calculated by using the volumetric method and various dynamic methods, and the calculation results can be taken as the mutual references. It is recommended to submit the proved reserves formally after trial production evaluation, and submit the development project proposals after the producible reserves as-sessment. And large-scale investment and productivity construction shall be treated carefully. Keywords: Water-drive gas reservoir; Water-flooded risk; Factor analysis; Evasion and control; Transfer countermeasure; Prevention & control opinion; Producible reserves 基金项目：国家科技重大专项“疏松砂岩气藏长期稳产技术”（编号：2016ZX05015-004）、中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“柴达木盆地老气区控水稳气及新气区高效开发技术研究”（编号：2016E-0106GF）。 作者简介：李江涛，1969年生，高级工程师，博士；主要从事复杂气藏高效开发方面的研究工作。地址：（736202）甘肃省敦煌市七里镇中国石油青海油田公司。电话：（0937）8935294。ORCID: 0000-0002-2335-4050。E-mail: ljtqh@https://www.doczj.com/doc/499946523.html,
多孔电极中的气水两相微观渗流1) 周 平 * 吴承伟 *，2) *（工业装备与结构分析国家重点实验室，大连理工大学运载工程于力学学部，大连，116024） 摘要本文基于微流体流动的基本理论, 采用Lattice Boltzmann 方法，对燃料电池气体扩散层多孔介质 内的液滴变化过程进行了数值模拟，揭示了微液滴在多孔电极中的形成、长大、聚集和传输机理与规律, 提 出仅仅控制疏水纤维所占的比例的传统方法不能从根本上改变液态水在气体扩散层中的传输能力，研究表 明，疏水化处理方式也就是疏水纤维的分布形式对液态水传输有决定性影响。液态水的分布形态主要取决 于气体扩散层的微观结构，但在不同润湿性能纤维区域的连接处，其形态一定程度受到纤维润湿性能的影 响。这些结论对研制高性能的多孔电极具有指导意义。 关键词燃料电池，多孔电极，两相流 引 言 燃料电池是直接将氢气和氧气的化学能转换为电能的电化学装置。由于最终产物只有水，燃料电池是非常环保的发电装置。尤其是质子交换膜燃料电池由于结构紧凑、启动快、效率高、无噪音、工作温度低等优点，不仅被认为是现代环保汽车的最佳动力源，而且是潜艇等需要高隐蔽性能等军事武器装备的理想动力源之一。 多孔电极是质子交换膜燃料电池的重要部件之一，它由气体扩散层和催化层组成。其中气体扩散层是最关键的功能结构材料，它一般是由随机分布的碳纤维或正交编织的碳纤维束组成的高孔隙度材料，厚度在100-300μm左右，具有较高的电导率和渗透性能。气体扩散层不但可以和催化剂有效结合，而且更重要的作用是将“燃料”（阴极中的氧气或空气和阳极中的氢气）从外部储气设备输送至催化层发生电化学反应并将反应产物（水）和未反应完的气体排出电极。 所有质子交换膜燃料电池多孔电极的理论分析模型都涉及到多孔介质内两相流传输问题。两相流模型主要用来分析气体扩散层内的液态水平衡问题，也就是通常所说的水管理技术——一项影响燃料电池性能和寿命最关键的技术难题。过多的含水量会阻碍燃料气体的传输，而当含水量太少，质子交换膜的质子传导能力下降，会导致电极的电化学反应无法进行，如何平衡水的分布是燃料电池正常运转的关键。传统的宏观均匀化结合非饱和流理论的分析方法高效、简单，过去已经被大量使用。但是这种基于宏观尺度的分析方法无法揭示两相流在多孔介质内部传输的本质，因而不能指导气体扩散层微结构设计。由排水困难所经常产生的水淹问题长期得不到很好解决，这一问题已成为燃料电池电极设计最棘手的问题之一。 Paganin等[1]在他们的实验研究中发现15wt% PTFE 含量的气体扩散层可以获得最佳的性能。Jordan 等[2]通过对燃料电池性能的实验测试比较提出气体扩散层的形态也是决定其性能的重要因素。气体扩散层内通常都是不同尺寸孔隙共存，并且有着不同的润湿性能[3]。这些特点在水的传输过程中扮演什么样的角色，如何控制这些参数已达到最佳的性能是亟待研究的问题。了解扩散层内水传输机理可以用来指导设计气体扩散层的微结构和疏水处理方法。Lee等[4] 提出扩散层内的孔径分布特性要比孔隙度更为重要，因为微孔的体积控制着气液传输模式。 传统的宏观均匀化方法借助平均孔隙度和渗透系数来分析流体在多孔介质内部的运动[6][7]。这 1)国家自然科学基金（10672035,10721062, 10802019）资助 2) E-mail: cwwu@https://www.doczj.com/doc/499946523.html,
不同裂缝贯穿气藏水侵机理研究 第1章绪论 1.1国内外研究现状 1.1.1气藏水侵机理研究现状 Frederick等人[14]使用CMS800自动岩心测量系统，在岩心存在束缚水和可流动水饱和度两种情况下，重点分析孔隙度、非达西流动系数与渗透率以及岩心含水饱和度等存在的关系，实验过程中采用24块岩芯，各个岩芯的渗透率不同，在0.00197md～1230md范围内，岩芯上增加的围压变化区间为1000psi到5000psi之间，由试验数据显示，岩心含水饱和度变化后直接影响非达西流动系数，计算后得到三种不同的非达西流动系数的经验表达式。 Reid等人[15]研究了气体在存在气水系统的多孔介质中的高速流动，根据试验结果可得，当前只能针对可动液体与不可动液体影响非达西流动系数与渗透率问题进行定性研究，对比可动液体与不可动液体，前者影响非达西流动系统与渗透率远远高于后者，若采用定理方式对影响情况加以研究，难度较高。通常，研究油气藏渗流力学问题时[16]，应用核磁共振成像技术。 周克明等人[17]参考现场岩心样品的铸体薄片的孔隙结构，通过应用激光刻蚀技术，完成可视化均质孔隙、裂缝～孔隙气水两相物理模型。这是目前较为先进，也是使用最广泛的实验研究方法。完成试验内容包括封闭气形成机理与气水两相渗流机理等，同时针对两种不同模型的气水微观渗流机理进行研究，分析水沿裂缝的流向规律与变化，形成封闭气流程，得到气水两相微观分布关系，以及封闭气的采出模式等。 1.1.2水侵气藏数值模拟现状 罗涛等人[18]为模拟复杂的单井边界，采用了多边形网格剖分技术，为模拟裂缝水串现象，基于离散网格体系，空间定位大裂缝走向。通过对裂缝水串气藏的开采机理进行研究，获得如下内容：底水以裂缝作为渗流通道，底水具有活跃性高的水侵气藏，钻井过程中需要将水层钻开，划分气区与水区，实现分区开采，可以有效降低两个区的压力，减少底水锥进现象，提高该类气藏的采收率。 严文德[19]针对低渗透气藏的复杂渗流特征，建立了低渗透气藏气-水两相渗流综合数学
雅克拉凝析气藏开发中油气比异常变化原因分析 摘要：雅克拉凝析气田是中石化最大的整装凝析气田，2005年投入衰竭开发。随着生产的持续，气藏气油比出现初期缓慢上升，后下降再上升的趋势，有异于正常凝析气田压力低于露点后气油比单调上升的情况。通过分析认为，前期主要受反凝析和多孔介质双重影响，出现总体上升，实际先升后降再升的情况；气油比下降阶段则主要受边水推进影响；当边水推进影响达到一定程度后气油比恢复上升趋势。 关键词：凝析气藏气油比水侵多孔介质 一、雅克拉凝析气藏简介 雅克拉凝析气田位于塔里木盆地北部，在新疆维吾尔自治区阿克苏地区境内，构造位置处于沙雅隆起雅克拉断凸中段雅克拉构造带。1984年SC2井发现该构造，随后相继部署多口探井，1987年S5井在白垩系卡普沙良群钻遇工业油气流从此发现了白垩系凝析气藏，1991年投入试采，2005年正式采用直井+水平井方式进行衰竭式开发。根据流体相态实验显示，该凝析气藏属中高含凝析油型凝析气藏，且地露压差小。 二、生产过程中气油比异常变化 理论上，衰竭开采的凝析气藏随着压力的降低，初期气油比基本保持不变，压力降低至露点压力以下后由于反凝析左右，气油比不断上升(1)。但通过近6年的开发，发现雅克拉凝析气藏的气油比先平稳，随后下降最后上升的异常情况。 从图1地层压力、气油比变化曲线上可以看出，基本可以分为3个阶段，即气油比缓慢上升阶段、下降阶段、和气油比上升阶段。 图1 压力、气油变化曲线 三、气油比异常变化原因分析 1、多孔介质作用阶段：2005.8-2007.2 实际凝析油气体系的相平衡过程和渗流过程发生在地下多孔介质中，流体于储层介质间会发生相互作用。有研究表明，在某一地层温度下，多孔介质的存在对露点的影响使凝析气藏真实露点升高，其影响程度随地露压差的变大而变大（2）。 阶段内地层压力高于露点压力，地层中未发生反凝析，因此气油比变化大趋势基本稳定在4800m3/t左右。但流压测试结果显示，在2006年9月井底流压开始低于露点压力，即在
凝析气藏开发的特点及技术 摘要：反常凝析现象决定了凝析气藏的开发方式和开发技术不同于一般气藏，除了要保证天然气的采收率外，还需要考虑提高凝析油采收率的问题。基于凝析气藏的基本特征，综述了衰竭式开发和保持压力开发的特点，介绍了常用的保持压力开发方式，并总结了我国凝析气藏开发的成熟技术及今后的主要研究方向。 关键词：凝析气藏；采气工程；开发方式；开发技术 凝析气田在世界气田开发中占有特殊重要的地位，据不完全统计，地质储量超过1012m3的巨型气田中凝析气田占68%，储量超过1000×108m3的大型气田则占56%。世界上富含凝析气田的地区有俄罗斯、美国和加拿大，在我国凝析气田也分布很广。根据第二次全国油气资源评价结果，我国气层气主要分布在陆上中西部地区及近海海域的南海和东海，资源总量为38×1012m3，探明储量为 2.06×1012m3，可采储量为 1.3×1012m3，其中凝析油地质储量为11226.3×104t，采收率若按照36%计算，则凝析油可采储量为4082×104t。 1凝析气藏的基本特征 根据我国石油天然气行业气藏分类标准(SY/T6168-2009)，产出气相中凝析油的含量大于50g/m3的气藏为凝析气藏。按照凝析油含量可进一步划分为特高、高、中、低含凝析油凝析气藏，如下表1所示。 1.1 反常凝析现象 凝析气藏是介于油藏和气藏之间的一种特殊烃类矿藏，具有反凝析的显著特点。凝析气藏中流体在原始地层状态下（绝大部分）呈单一气相存在，当地层压力降至上露点压力（又称第二露点压力）以下时，开始有凝析油析出，且凝析油的析出量随着压力的继续下降而先增加至最大值，然后又减小，直至压力降至下露点压力（又称第一露点压力）时，凝析油被全部蒸发，此即为反常凝析现象。特别是对凝析油含量高的凝析气藏采用衰竭式开采，反常凝析现象比较严重。 1.2 埋藏深、温度高、压力高 我国凝析气藏埋深一般在2000~5000m，凝析气藏的原始地层压力高于临界压力，原始地层温度介于临界温度和临界凝析温度之间，储层的温度和压力较高。凝析气藏的地层压力一般为25~56MPa，压力系数一般为1.0~1.2左右。塔里木盆地的凝析气藏埋深在4000~5000m 以上，埋藏最深的塔西南深层凝析气藏达6500m。新疆柯克亚深层凝析气藏压力高达123MPa，在世界上也是屈指可数的超高压气藏。气藏温度一般在70~100℃之间，少数凝析气藏温度高达100~145℃。因此，埋藏深、高温、高压是凝析气藏又一重要特点。 1.3 产出“四低一高”的凝析油 凝析气藏产出的凝析油具有低密度、低粘度、低初馏点、低含蜡量和高馏分的特点。
气体渗流机理 页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规油气资源。页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm。 页岩气藏与常规气藏最主要的差异在于页岩气藏存在吸附解吸特性。利用Langmuir等温吸附方程描述页岩气的吸附解吸现象，点源函数及质量守恒法，结合页岩气渗流特征建立双重介质压裂井渗流数学模型，通过数值反演及计算机编程绘制了产能递减曲线图版。分析了Langmuir体积、Langmuir压力、弹性储容比、窜流系数、边界、裂缝长度等因素对页岩气井产能的影响。 在储层条件下页岩气藏中20％～80％的气体以吸附态储存在页岩基质颗粒表面，其余绝大部分以游离态储存于孔隙和裂缝中。针对页岩气存在特有的吸附解吸特性，国外许多学者通过修正物质平衡时间、建立半解析数学模型及整合Blasingame产能递减等方法在页岩气产能方面取得了一系列研究成果，但其将页岩气藏假设为均质储层，不能页岩气藏是一种“自生自储式”气藏，开采过程中，地层压力降低，打破原来的吸附平衡，原先吸附在页岩基质表面的气体将发生解吸，形成游离态气体，最终重新到达平衡。页岩气穿过页岩孔隙介质的流动可描述为图1所示的解吸、扩散和渗流这3个过程。数法及质量守恒法则，结合页岩气藏渗流特征对传统的渗流微分方程进行修正，建立双重介质压裂井渗流数学模型，通过数值反演及计算机编程绘制了产能递减曲线并对其影响因素进行分析。 1 页岩气解吸特征及吸附解吸方程 页岩气藏是一种“自生自储式”气藏，开采过程中，地层压力降低，打破原来的吸附平衡，原先吸附在页岩基质表面的气体将发生解吸，形成游离态气体，最终重新到达平衡。页岩气穿过页岩孔隙介质的流动可描述为图1所示的解吸、扩散和渗流这3个过程。 页岩气在裂缝和基质中流动机理：①裂缝中游离气向井底流动，裂缝中压力降低；②在压降的作用下，页岩气由基质向内表面解吸；③在浓度差作用下，页
页岩气渗流机理 页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规油气资源。页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm 。 页岩气藏有特殊的产气机制。与常规低渗气藏不同，天然气在页岩中的流动主要有4种机理，这4种机理覆盖了从分子尺度到宏观尺度的流动。主要表现为游离气渗流、解吸附、扩散和自吸。 第一 ，由于气体滑脱效应的存在 ，游离气在有机质和无机质基岩中的流动属非达西渗流，但在天然或水力裂缝中的流动为达西渗流。 第二，有机质上的吸附气对渗透率有不利的影响，这是由于有机质的天然气吸附层对天然气分子的引力增大所致，但是，如果有机质不属于多孔介质，仅作为连接基质孔隙或为裂缝之用，那么，在生产时，远离孔隙和裂缝的吸附气只能沿有机质表面易扩散的方式进行运移。如果有机质属于多孔介质，部分吸附气能够直接释放进入有机质孔隙，并且，这样会使扩散的重要性被减弱 。 第三，自吸作用是当压裂水在致密气藏流动时发生的一种现象，在页岩储层压裂时，由于自吸作用和重力分异作用，导致压裂水的返排率不足50% 。因此，气水两相在裂缝中共同流动时，往往气在裂缝的上部流动，此时，在裂缝的下部留有大量的水。在钻井液和增产措施作业水的冷却作用下，储层接触面附近会聚集更多的束缚水，因而也会恶化自吸现象的影响。 1 Langmuir 单分子层吸附状态方程 假定固体表面是均匀的,对气体分子只做单分子层吸附.设气体的压力为p,未被气体分子吸附的表面积百分数为 θ.气体分子吸附的速度与气体的压力成正比, 也与未被气体分子吸附的表面积成正比,则吸附速度 a R cp θ= 式中,c 为比例系数. 气体脱附的速度与吸附气体分子所覆盖的表面积的百分数成正比,也与被吸附的气体分子中那些具备脱离表面逸向空间所需能量的分子所占的比例成正比.设吸附气体分子所覆盖的表面积的百分数为θ,设εa 为脱离表面逸向空间所需的最低能量,即吸附热εa,被吸附在表面的总分子数为Na,其中能量超过εa 的分子数为N*a,则有 / */a k T a a N N fe ε= 式中,f 为比例系数;k 为玻尔兹曼常数.
第一章渗流的基本概念和基本规律 内容概要： 油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念；流体在地下渗流需要里的作用，故还要了解流体受到哪些力的作用、地层中有哪些能量；然后学习渗流的基本规律-达西定律；流体渗流不总是遵循达西定律，就有了非达西渗流或称非线性渗流；对于地层中有多相流体同时参与流动的情况就是两相或多相渗流了，在本章也做一简单介绍。 非线性渗流及两相渗流规律 内容概要： 在大多数情况下，渗流是服从达西线性渗流定律的，但当流动压差继续增大，Q与p 就会偏离直线关系，而出现曲线段，这就是非线性渗流，它是达西定律的上限，而在低速渗流的条件下，由于吸附等物理化学现象的作用，也会出现非线性渗流的情况，这是达西定律的下限。本节将介绍这两种偏离线性渗流的线性分析其原因及其描述形式；在多孔介质中存在2相多相流体同时流动的情况就是两相渗流或多相渗流，本节还将简要介绍两相渗流规律。 课程讲解： 讲解ppt 教材自学： 第四节非线性渗流规律 本节导学 流体渗流不总是遵循达西定律，就有了非达西渗流或称非线性渗流；本节简要介绍非线性渗流的基本规律。 本节重点 1、非线性渗流的概念★★★★★ 2、判断标准★★★ 3、非达西渗流的表达形式★★★
Q 一、非线性渗流的概念 当压差不断增大时，Q 与△P 就会偏离线性关系，此时的渗流称为非线性渗流或非达西 渗流。 渗流分为三个区域： 层流区：低速，粘滞力占优势，达 西定律适用。 过渡区：流速增加，粘滞力变小， 惯性力增加，非线性层流, 达西定律不适用。 湍流(紊流)区：高速，惯性力占优势， 达西定律不适用。 Q 与△P 的关系曲线 二、判断标准 常用渗流雷诺数来判断渗流是线性还是非线性渗流。 如前苏联的卡佳霍夫公式： N Re —雷诺数，其临界值为0.2～0.3； V —渗流速度，cm/s ； K —渗透率，μm 2； μ—粘度，mPa·s； ρ—流体密度，g/cm 3 ； ?——孔隙度，分数 当N Re ≤(0.2 ～0.3)时，渗流服从达西定律； 当 N Re >(0.2～0.3)时，渗流不服从达西定律，出现非线性渗流。 三、非达西渗流的表达形式 指数式 C 与岩石和流体性质有关的系数。 n 为渗流指数，其值在1～0.5之间，n=1时为达西渗流。 二项式 A 、B 是与岩石和渗流性质有关的系数 其中Av 表示由粘滞力引起的压力损失，流速小时占优势 ，Bv 2 表示惯性力引起的压力损失，流速大时占优势 ，流速小可忽略为线性流。 3/2 1750Re N μφ= . 2dP Av Bv dL -=+n dP v C dL ??= ???
第四章多相流体的渗流机理 前面已经分别研究了储层岩石本身的一些渗储性质以及多相流体(油、气、水)的相态转化及其物理性质。那么当这两者相结合，即多相流体在高度分散、弯弯曲曲的毛细孔道所构成的岩石中，其分布及流动又会产生什么样的岩石—流体综合特性呢? 岩石颗粒细、孔道小，使得岩石具有巨大的表面；流体本身又是多组分的不稳定体系，在孔道中又有可能同时出现油、气、水三相，这种流体分散储集在岩石中会造成流体各相之乱流体与岩石颗粒固相间存在着极大的多种界面(气一固、气一液、液一液、液一固界面)。因此，界面现象极为突出，表现出与界面现象有关的界面张力、吸附作用、润湿作用及毛管现象、各种附加阻力效应等等，对流体在岩石中的分布和流动产生重大的影响。因此，地下流体在岩石中的流动既不同于油、气、水在管路中的流动，更不同于水在河床中的流动而具有其特定的性质。通常，人们把流体在多孔介质中的流动称为渗流。 渗流时，首先需要了解的是在岩石孔隙中油水究竟是怎样分布的?流动过程中会发生哪些变化?有什么特点?实用中采用哪些参数来描述地层中各种阻力的变化?如何减少和消除这些附加阻力?只有研究了渗流物理特性，才能找出油井生产指标(如产量、压力)变化的原因，也只有研究了渗储机理、岩石的润湿性等，才能对部分原油不能采出的原因有深刻的认识。因此，本章研究的内容也是如何提高采收率的部分基础。此外，本章中有关相对渗透率曲线及毛管压力曲线的研究，是油藏工程计算分析中极为重要的基础和资料，具有极大的实际意义。 第一节储层岩石中的各种界面现象 无论在天然原始油层中存在有束缚水的情况还是注水开发的油层，其中流体至少存在着油水两相，当地层压力降到泡点压力后，还会因原油脱气而出现油气水三相。因此，可以认为油层是一个由固相和两个不互溶的液相，以及有时还有气相等所构成的比面极大的高度分散系统。而在这一系统中，所呈现的有关界面性质的一些问题，诸如水驱洗油问题，互溶混相驱油时的油水界面消失的问题，以及由于存在油水界面时的毛细管附加阻力问题等，都是与两相界面分子的相互作用有关的。这和前面所讲的如流体的相对密度、粘度以及地层油的其它一些物理性质等不同，后者主要是与物质内部的分子力有关。 通常，把由相内分子所引起的一些性质叫做“体积性质”；而把由于两相界面层分子所引起的一些性质叫做“表面性质”。 为了和后面章节衔接，首先对流体和岩石间的界面现象、表面物理化学性质力、表面吸附、表面润湿性及毛管力、界面粘度等，做一简要的回顾。 一、储层流体的相间界面张力及其测定 1．界面张力的基本概念及影响因素 只要两相接触，就有界面出现。在习惯上，人们经常把“表面”和“界面”混用。严格 来讲，只能当接触的两相中有一相是气相时，才能把与气相接触的界面称为表面。如固—气、150
第五章 两相渗流理论基础 两相渗流理论--贝克莱-列维尔特驱油理论 内容概要 水驱油过程是一个非活塞式的驱替过程，即水渗入到含油区后，不能将全部原油置换出去，而是出现一个油和水同时混合流动的油水混合区，油井见水后还会有很长一段时间的油水同采期，本节继续介绍非活塞式水驱油的基本理论，是本章的重点。本节应掌握等饱和度面移动方程，水驱油前缘含水饱和度和前缘位置以及两相渗流区中平均含水饱和度的确定；理解井排见水后两相渗流区中含水饱和度变化。 课程讲解： 讲解ppt 教材自学： 第三节 非活塞式水驱油(两相渗流理论) 本节导学 水驱油过程是一个非活塞式的驱替过程，即水渗入到含油区后，不能将全部原油置换出去，而是出现一个油和水同时混合流动的油水混合区，油井见水后还会有很长一段时间的油水同采期，本节继续介绍非活塞式水驱油的基本理论，是本章的重点。 本节重点 1、等饱和度面移动方程；★★★★★ 2、水驱油前缘含水饱和度和前缘位置；★★★★★ 3、两相渗流区中平均含水饱和度的确定；★★★★★ 4、井排见水后两相渗流区中含水饱和度变化；★★★ 一．等饱和度面移动方程 (1)单向渗流 两相渗流区中任取一微小矩形六面体 总流速： 水流速： 单元模型 点M '处： ；点M "处：
流入水的体积： 流出水的体积： dt 时间单元体内流入-流出的水相体积差值为： dt 二式相等 于是 含水率w f 是含水饱和度的函数即)(w w w S f f =，而含水饱和度w S 又是距离和时间的 函数，即),(t x S S w w = ,于是上式可以写成： 对于等饱和度面的移动规律，即饱和度为定值的平面上, 0=w dS ,即 由此可得： 又 则 某一等饱和度平面推进的速度式，称为贝克莱——列维尔特方程或等饱和度面移动方程。它表明等饱和度平面的移动速度等于截面上的总液流速度乘以含水率对含水饱和度的导 w w w w S df S Q t A dS x φ??=-??w w S dx t S dt x ??=-??w w w w S df S Q t A dS x φ??=-??