特低渗油藏启动压力梯度新的求解方法及应用
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李忠兴1 ,2 ,韩洪宝1 ,程林松1 ,张明禄2 ,史成恩2
(1. 石油大学 ( 北京) ; 2. 中国石油长庆油田勘探开发研究院)
基金项目 : 国家自然科学基金 “西部能源利用及其环境保护的若干问题” 重大研究计划项目
(90210019) 《西部深层变形介质复杂油气非线性渗流模型》
摘要 : 对长庆油田三叠系油藏 25 块不同渗透率岩心 ( 渗透率为 0. 022～8. 057mD ,多数小于 1mD) 进行室内驱替实验 ,获得 实测启动压力梯度 。依据考虑启动压力梯度后的一维非达西定律 ,对实验数据进行回归分析 ,获得了低渗透岩心的启动 压力梯度与地层平均渗透率的幂函数关系式 ,绘制了启动压力梯度与渗透率关系的双对数坐标理论图版 。利用实验得到 的回归关系式和求解启动压力梯度的理论图版 ,结合低渗透油田实际 ,得到不同生产压差下确定极限注采井距的双对数 坐标理论图版 ,可为低渗透油田开发确定合理井网密度提供理论依据 。图 3 表 1 参 10 关键词 : 低渗透 ; 启动压力梯度 ; 非达西渗流 ; 极限注采井距 ; 理论图版 中图分类号 :TE311 ;TE348 文献标识码 :A
Q = K Δp λ μA ΔL ( 3)
对不同区块的储集层 , 只要确定相应的回归系数 α和 n 值 ,就可以确定该区块启动压力梯度与地层平 均渗透率的数学表达式 , 从而研究启动压力梯度对低 渗透油田开发指标的影响 。 为将实验研究结果应用到低渗透油田实际开发 中 ,方便工程技术人员使用 ,本文绘制了确定低渗透油 田启动压力梯度大小的理论图版 ( 见图 2) 。利用该图 版 ,可以根据已知地层平均渗透率 , 快速 、 简便地求得 相应地层启动压力梯度大小 。
1 实验方法 、 结果及数据处理
1 . 1 实验方法
对长庆油田三叠系油藏 25 块典型低渗透天然岩 心 ( 空气渗透率为 0. 022 ～ 8. 057mD) 进行室内驱替实 验 ( 见表 1) 。实验温度为 25 ℃, 实验流体采用抽真空 煤油 ,用氮气将煤油推入岩心 ,通过调节氮气瓶出口压 力来控制岩心两端的驱替压差 。实验基本原理是利用 “压差2流量” 关系 ,通过改变岩心两端压差并测量流体 通过岩心的流速来求得 “压差2流量” 关系曲线 ,从而利 用曲线斜率在压差坐标轴上的截距来求取岩心的启动 压力梯度 。 由于启动压力梯度的存在 ,使得 “压差2流量” 关系 是一条不通过原点的曲线 , 而且各曲线都汇聚于坐标 原点附近 ,如果用常规的数据处理方法 ,很难准确求取 每块岩心启动压力梯度的大小 。要想准确求得启动压 力梯度的大小 ,有必要对实验数据进一步处理 。
p | ) ( |
) p | ≥λ
( 5) 式反映 ,低渗透油田启动压力梯度与地层平均 渗透率呈幂函数关系 , 可将低渗透油田启动压力梯度 与地层平均渗透率的关系表达为 :
( 2)
v = 0 ( |
λ = αK-
n
( 6)
根据 ( 2) 式 ,可以得到考虑启动压力梯度后一维达西定 律的修正式 :
研究 [J ] . 石油勘探与开发 ,1999 ,26 (2) :86289.
[9 ] 张建国 , 雷光伦 , 等 . 油气层渗流力学 [ M] . 东营 : 石油大学出版
社 ,1998.
[ 10 ] 孙黎娟 ,吴凡 ,等 . 油藏启动压力的规律研究与应用 [J ] . 断块油气
田 ,1998 , 5 (5) :30233.
由图 1 可见 ,当岩心渗透率增大到一定值后 ,随着 渗透率的增大 , 启动压力梯度逐渐减小 , 而且变化平 稳 ;当岩心渗透率降低到一定值后 , 随着渗透率降低 , 启动压力梯度急剧上升 。可见对于低渗透油田 , 地层 平均渗透率对启动压力梯度的大小影响非常显著 。
2004 年 6 月 李忠兴 等 : 特低渗油藏启动压力梯度新的求解方法及应用
在我国近几年来新探明的石油地质储量中 , 低渗 透、 特低渗透油田所占的比例越来越大 。低渗透油藏 具有启动压力现象 [125 ] 。目前 ,求解启动压力梯度的方 法主要有两种 : 实验室内 [6 ] 通常采用压差和流量关系 测定启动压力梯度 ; 油田现场通常采用试井分析的方 法得到启动压力梯度 [7 ,8 ] ,既复杂耗时 ,而且由于复杂 边界的影响 ,求解难度非常大 。 本文通过低渗透岩心驱替实验 , 研究了一种通过 对室内实验数据的处理来求解启动压力梯度的新方 法 ,并进行了实际应用 。
109
[5 ] 冯文光 . 非达西低速渗流的研究现状与展望 [J ] . 石油勘探与开
发 ,1986 , 13 (4) :76280.
[6 ] 吕成远 ,王建 ,孙志刚 . 低渗透砂岩油藏渗流启动压力梯度实验
研究 [J ] . 石油勘探与开发 ,2002 ,29 (2) :86289.
[7 ] 程时清 ,徐论勋 , 张德超 . 低速非达西渗流试井典型曲线拟合法 [J ] . 石油勘探与开发 ,1996 ,23 (4) :50253. [8 ] 陆建林 , 李国强 , 李朝勇 , 等 . 低渗透油藏早期试井资料解释方法
零 , 在数据处理时考虑 Q = 1. 0 × 10 - 5 cm3 / s 时近似为 零 ,基本能够满足实验误差所允许的范围 。 根据 (4) 式 ,将实验所得数据进行处理 ,就可以非常 容易求得每块岩心对应的启动压力梯度值 (见表 1) 。
2 求解启动压力梯度的理论图版
由表 1 可见 ,岩心渗透率越小 ,对应启动压力梯度 值就越大 。经对实验数据回归分析 , 得到低渗透油田 启动压力梯度与岩心渗透率关系曲线 ( 见图 1) 及回归 关系式 : λ = 0 . 0608 K- 1. 1522
符号注释 : Q — — — 通过岩心的流量 ,cm3 / s ; K — — — 岩心的渗透率 ,mD ; μ— — — 流过岩心的流体黏度 ,mPa ・ s;A — — — 岩心横截面积 ,cm2 ; Δp — — — 实 验 岩 心 两 段 压 差 , 0. 1MPa ;ΔL — — — 岩 心 长 度 , cm ; λ— — — 启动 压 力 梯 度 , MPa/ m ; ( pH - pw ) — — — 合理生产压差 ,
图3 低渗透油田确定极限注采井距理论图版
第一作者简介 :李忠兴 (19642) ,男 ,陕西大荔人 ,石油大学 ( 北京) 博 士研究生 ,主要从事油气田开发等方面的研究 。地址 : 北京市昌平区 , 石油大学 ( 北京) 石油天然气工程学院 ,邮政编码 :102249 。 收稿日期 :2002212220 修回日期 :2004202223
图1 启动压力梯度与岩心渗透率关系曲线
பைடு நூலகம்
在某一生产压差下 , 取一系列不同渗透率值 , 用 ( 5) 式求得启动压力梯度 ,然后用试算法或直接法可以 对 ( 7) 式求解极限注采井距 。改变生产压差 ,可得到极 限注采井距与地层渗透率关系的理论图版 ( 见图 3 ) 。 由此可见 ,当油藏渗透率确定后 ,注采井距随注采压差 的增大而增大 。但对于低渗透油藏而言 , 仅靠增大注 采压差可增加的注采井距极为有限 。 根据极限注采井距理论图版 , 可比较容易地得到 该 地层极限注采井距 ,从而为开发低渗透油田确定合
表1 实验岩心基本参数及启动压力梯度计算结果表
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
井号 杏 182010 华 172 华 620 华 157 杏 252016 华 173 西 15 候 130211 华 158 杏 212012 王 11205 王 532024 华 177 杏 212012 西 16 井 华 620 华 157 杏 252016 华 173 西 15 候 130211 华 158 王 11205 王 532024 华 177
1 . 2 实验数据的处理
达西定律的一维形式 [9 ] 为
Q = K Δp μA ΔL ( 1)
108
石油勘探与开发・ 油田开发与油藏工程 Vol. 31 No. 3
目前公认的考虑启动压力梯度后的渗流方程[1 ] 为 :
v =-
μ
K
p (1 - λ / | ) p| <λ
长度 渗透率 启动压力梯度
(cm) 6. 98 7. 80 7. 45 7. 68 6. 98 7. 67 7. 51 6. 14 5. 54 7. 58 7. 58 7. 31 7. 19 7. 11 6. 26 4. 56 3. 83 4. 33 4. 05 4. 06 4. 2 3. 65 3. 99 3. 76 3. 47 (mD) 0. 373 0. 829 0. 851 0. 997 1. 358 1. 624 1. 751 3. 942 8. 057 0. 182 0. 622 0. 664 1. 042 1. 151 1. 442 2. 210 0. 950 0. 110 0. 230 0. 330 0. 520 0. 260 2. 770 0. 022 0. 200 (MPa/ m) 0. 2371 0. 5233 0. 0777 0. 0673 0. 0626 0. 0523 0. 0264 0. 0246 0. 0221 0. 0284 0. 0723 0. 0965 0. 0470 0. 7105 0. 0328 0. 0179 0. 0393 0. 7912 0. 5918 0. 1955 0. 1091 0. 3027 0. 0126 4. 0750 0. 5583
理井网密度时提供理论依据 。
4 结论
在处理实验室测定的启动压力梯度数据时 , 利用 坐标系刻度变换 ,可以将复杂问题简单化 ,易于准确求 解。 对长庆油田三叠系油藏的实验数据进行回归分 析 ,确定低渗透油田启动压力梯度与地层平均渗透率 呈幂函数关系 ,并得到相应的关系表达式 。对实验数 据进一步处理 ,得到确定低渗透油田启动压力梯度的 理论图版 。将求得的启动压力梯度在油田进行实际应 用 ,得到不同地层渗透率和不同生产压差下极限注采 井距 ,并绘制了相应的确定极限注采井距的理论图版 , 现场使用方便 。
(1. 石油大学 ( 北京) ; 2. 中国石油长庆油田勘探开发研究院)
基金项目 : 国家自然科学基金 “西部能源利用及其环境保护的若干问题” 重大研究计划项目
(90210019) 《西部深层变形介质复杂油气非线性渗流模型》
摘要 : 对长庆油田三叠系油藏 25 块不同渗透率岩心 ( 渗透率为 0. 022～8. 057mD ,多数小于 1mD) 进行室内驱替实验 ,获得 实测启动压力梯度 。依据考虑启动压力梯度后的一维非达西定律 ,对实验数据进行回归分析 ,获得了低渗透岩心的启动 压力梯度与地层平均渗透率的幂函数关系式 ,绘制了启动压力梯度与渗透率关系的双对数坐标理论图版 。利用实验得到 的回归关系式和求解启动压力梯度的理论图版 ,结合低渗透油田实际 ,得到不同生产压差下确定极限注采井距的双对数 坐标理论图版 ,可为低渗透油田开发确定合理井网密度提供理论依据 。图 3 表 1 参 10 关键词 : 低渗透 ; 启动压力梯度 ; 非达西渗流 ; 极限注采井距 ; 理论图版 中图分类号 :TE311 ;TE348 文献标识码 :A
Q = K Δp λ μA ΔL ( 3)
对不同区块的储集层 , 只要确定相应的回归系数 α和 n 值 ,就可以确定该区块启动压力梯度与地层平 均渗透率的数学表达式 , 从而研究启动压力梯度对低 渗透油田开发指标的影响 。 为将实验研究结果应用到低渗透油田实际开发 中 ,方便工程技术人员使用 ,本文绘制了确定低渗透油 田启动压力梯度大小的理论图版 ( 见图 2) 。利用该图 版 ,可以根据已知地层平均渗透率 , 快速 、 简便地求得 相应地层启动压力梯度大小 。
1 实验方法 、 结果及数据处理
1 . 1 实验方法
对长庆油田三叠系油藏 25 块典型低渗透天然岩 心 ( 空气渗透率为 0. 022 ～ 8. 057mD) 进行室内驱替实 验 ( 见表 1) 。实验温度为 25 ℃, 实验流体采用抽真空 煤油 ,用氮气将煤油推入岩心 ,通过调节氮气瓶出口压 力来控制岩心两端的驱替压差 。实验基本原理是利用 “压差2流量” 关系 ,通过改变岩心两端压差并测量流体 通过岩心的流速来求得 “压差2流量” 关系曲线 ,从而利 用曲线斜率在压差坐标轴上的截距来求取岩心的启动 压力梯度 。 由于启动压力梯度的存在 ,使得 “压差2流量” 关系 是一条不通过原点的曲线 , 而且各曲线都汇聚于坐标 原点附近 ,如果用常规的数据处理方法 ,很难准确求取 每块岩心启动压力梯度的大小 。要想准确求得启动压 力梯度的大小 ,有必要对实验数据进一步处理 。
p | ) ( |
) p | ≥λ
( 5) 式反映 ,低渗透油田启动压力梯度与地层平均 渗透率呈幂函数关系 , 可将低渗透油田启动压力梯度 与地层平均渗透率的关系表达为 :
( 2)
v = 0 ( |
λ = αK-
n
( 6)
根据 ( 2) 式 ,可以得到考虑启动压力梯度后一维达西定 律的修正式 :
研究 [J ] . 石油勘探与开发 ,1999 ,26 (2) :86289.
[9 ] 张建国 , 雷光伦 , 等 . 油气层渗流力学 [ M] . 东营 : 石油大学出版
社 ,1998.
[ 10 ] 孙黎娟 ,吴凡 ,等 . 油藏启动压力的规律研究与应用 [J ] . 断块油气
田 ,1998 , 5 (5) :30233.
由图 1 可见 ,当岩心渗透率增大到一定值后 ,随着 渗透率的增大 , 启动压力梯度逐渐减小 , 而且变化平 稳 ;当岩心渗透率降低到一定值后 , 随着渗透率降低 , 启动压力梯度急剧上升 。可见对于低渗透油田 , 地层 平均渗透率对启动压力梯度的大小影响非常显著 。
2004 年 6 月 李忠兴 等 : 特低渗油藏启动压力梯度新的求解方法及应用
在我国近几年来新探明的石油地质储量中 , 低渗 透、 特低渗透油田所占的比例越来越大 。低渗透油藏 具有启动压力现象 [125 ] 。目前 ,求解启动压力梯度的方 法主要有两种 : 实验室内 [6 ] 通常采用压差和流量关系 测定启动压力梯度 ; 油田现场通常采用试井分析的方 法得到启动压力梯度 [7 ,8 ] ,既复杂耗时 ,而且由于复杂 边界的影响 ,求解难度非常大 。 本文通过低渗透岩心驱替实验 , 研究了一种通过 对室内实验数据的处理来求解启动压力梯度的新方 法 ,并进行了实际应用 。
109
[5 ] 冯文光 . 非达西低速渗流的研究现状与展望 [J ] . 石油勘探与开
发 ,1986 , 13 (4) :76280.
[6 ] 吕成远 ,王建 ,孙志刚 . 低渗透砂岩油藏渗流启动压力梯度实验
研究 [J ] . 石油勘探与开发 ,2002 ,29 (2) :86289.
[7 ] 程时清 ,徐论勋 , 张德超 . 低速非达西渗流试井典型曲线拟合法 [J ] . 石油勘探与开发 ,1996 ,23 (4) :50253. [8 ] 陆建林 , 李国强 , 李朝勇 , 等 . 低渗透油藏早期试井资料解释方法
零 , 在数据处理时考虑 Q = 1. 0 × 10 - 5 cm3 / s 时近似为 零 ,基本能够满足实验误差所允许的范围 。 根据 (4) 式 ,将实验所得数据进行处理 ,就可以非常 容易求得每块岩心对应的启动压力梯度值 (见表 1) 。
2 求解启动压力梯度的理论图版
由表 1 可见 ,岩心渗透率越小 ,对应启动压力梯度 值就越大 。经对实验数据回归分析 , 得到低渗透油田 启动压力梯度与岩心渗透率关系曲线 ( 见图 1) 及回归 关系式 : λ = 0 . 0608 K- 1. 1522
符号注释 : Q — — — 通过岩心的流量 ,cm3 / s ; K — — — 岩心的渗透率 ,mD ; μ— — — 流过岩心的流体黏度 ,mPa ・ s;A — — — 岩心横截面积 ,cm2 ; Δp — — — 实 验 岩 心 两 段 压 差 , 0. 1MPa ;ΔL — — — 岩 心 长 度 , cm ; λ— — — 启动 压 力 梯 度 , MPa/ m ; ( pH - pw ) — — — 合理生产压差 ,
图3 低渗透油田确定极限注采井距理论图版
第一作者简介 :李忠兴 (19642) ,男 ,陕西大荔人 ,石油大学 ( 北京) 博 士研究生 ,主要从事油气田开发等方面的研究 。地址 : 北京市昌平区 , 石油大学 ( 北京) 石油天然气工程学院 ,邮政编码 :102249 。 收稿日期 :2002212220 修回日期 :2004202223
图1 启动压力梯度与岩心渗透率关系曲线
பைடு நூலகம்
在某一生产压差下 , 取一系列不同渗透率值 , 用 ( 5) 式求得启动压力梯度 ,然后用试算法或直接法可以 对 ( 7) 式求解极限注采井距 。改变生产压差 ,可得到极 限注采井距与地层渗透率关系的理论图版 ( 见图 3 ) 。 由此可见 ,当油藏渗透率确定后 ,注采井距随注采压差 的增大而增大 。但对于低渗透油藏而言 , 仅靠增大注 采压差可增加的注采井距极为有限 。 根据极限注采井距理论图版 , 可比较容易地得到 该 地层极限注采井距 ,从而为开发低渗透油田确定合
表1 实验岩心基本参数及启动压力梯度计算结果表
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
井号 杏 182010 华 172 华 620 华 157 杏 252016 华 173 西 15 候 130211 华 158 杏 212012 王 11205 王 532024 华 177 杏 212012 西 16 井 华 620 华 157 杏 252016 华 173 西 15 候 130211 华 158 王 11205 王 532024 华 177
1 . 2 实验数据的处理
达西定律的一维形式 [9 ] 为
Q = K Δp μA ΔL ( 1)
108
石油勘探与开发・ 油田开发与油藏工程 Vol. 31 No. 3
目前公认的考虑启动压力梯度后的渗流方程[1 ] 为 :
v =-
μ
K
p (1 - λ / | ) p| <λ
长度 渗透率 启动压力梯度
(cm) 6. 98 7. 80 7. 45 7. 68 6. 98 7. 67 7. 51 6. 14 5. 54 7. 58 7. 58 7. 31 7. 19 7. 11 6. 26 4. 56 3. 83 4. 33 4. 05 4. 06 4. 2 3. 65 3. 99 3. 76 3. 47 (mD) 0. 373 0. 829 0. 851 0. 997 1. 358 1. 624 1. 751 3. 942 8. 057 0. 182 0. 622 0. 664 1. 042 1. 151 1. 442 2. 210 0. 950 0. 110 0. 230 0. 330 0. 520 0. 260 2. 770 0. 022 0. 200 (MPa/ m) 0. 2371 0. 5233 0. 0777 0. 0673 0. 0626 0. 0523 0. 0264 0. 0246 0. 0221 0. 0284 0. 0723 0. 0965 0. 0470 0. 7105 0. 0328 0. 0179 0. 0393 0. 7912 0. 5918 0. 1955 0. 1091 0. 3027 0. 0126 4. 0750 0. 5583
理井网密度时提供理论依据 。
4 结论
在处理实验室测定的启动压力梯度数据时 , 利用 坐标系刻度变换 ,可以将复杂问题简单化 ,易于准确求 解。 对长庆油田三叠系油藏的实验数据进行回归分 析 ,确定低渗透油田启动压力梯度与地层平均渗透率 呈幂函数关系 ,并得到相应的关系表达式 。对实验数 据进一步处理 ,得到确定低渗透油田启动压力梯度的 理论图版 。将求得的启动压力梯度在油田进行实际应 用 ,得到不同地层渗透率和不同生产压差下极限注采 井距 ,并绘制了相应的确定极限注采井距的理论图版 , 现场使用方便 。
