拟启动压力对低渗透单相流体及油水两相渗流的影响_以沙埝油田沙7断块为例

油气藏工程拟启动压力对低渗透单相流体及油水两相渗流的影响以沙埝油田沙7断块为例李 浩1,赵鹏大1,刘柏林2(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京100083;2.中国地质大学(北京)能源学院,北京100083)摘要:应用压差 流量法测定岩心启动压力,根据实验结果和数学方法分析启动压力对油水渗流的影响,并对达西公式和J BN 计算方法进行改进,推导出适合低渗透储层规律的公式。

研究结果表明,由于启动压力的存在,低渗透油藏油水渗流非达西现象突出,借用达西公式所获得的视渗透率随压力梯度发生变化,当压力梯度达到最大启动压力梯度时,渗流进入拟线性流阶段。

关键词:拟启动压力;低渗透;相对渗透率;非达西渗流;视渗透率中图分类号:TE319文献标识码:A 文章编号:1009-9603(2008)01-0084-03 低渗透储层广泛存在于中国陆相油藏中,新发现油田中低渗透和特低渗透油藏占70%以上[1],该类油田的有效开发是现阶段以及今后所面临的重大难题。

已开发的低渗透油藏仍然采取注水开发方式,实践证明是一种行之有效的方法,但其水驱采油特征明显不同于中高渗透油藏,对于其产生的原因有许多不同的观点[2-4]。

笔者从启动压力的测定和启动压力对油水渗流影响的理论以及与油田实际的结合应用等方面进行了系统研究。

1 启动压力的产生机理低渗透储层由于孔道微细,孔喉狭小,孔道迂曲度大,导致流体与孔壁物理化学作用强烈,在流动过程中呈现非达西渗流现象。

研究表明[5],低渗透储层流体流动存在明显的启动压力梯度是流体在孔隙介质中的流动规律不符合达西定律的主要原因。

关于启动压力的产生机理有多种观点[6-7],有观点认为地层水在孔隙壁吸附形成连续的具有一定 刚性 的水膜造成启动压力的形成;其他观点则偏重孔隙壁与地层水之间的化学作用,认为由于岩石中的硅质成分进入水中使水成为塑性流体,进而形成了启动压力。

无论启动压力的产生机理是固液之间的物理作用还是化学作用,其根本原因都是在孔隙壁附近形成了一个具有异常流动特性的附加层,附加层减小了正常流体的流动通道,但由于该附加层具有一定的塑性,在一定的驱动压力下可以产生流动。

这一附加层对于中高渗透储层来说,由于孔喉较大,对流体流动不会产生明显的影响;而在低渗透储层中,附加层对流体正常流动的阻碍作用就突显出来,这也是低渗透储层开发特征不同于中高渗透储层的重要原因之一。

牛顿流体在多孔介质中的流动符合达西定律,流体流速与压差成正比关系,其关系曲线为过坐标原点的直线。

对于低渗透介质,该曲线在一定的流速范围内为直线,由于启动压力的存在,直线延长后不过坐标原点,而是在低速区形成向下凹的曲线,在高速区由于流体出现紊流形成向上凸的曲线。

曲线与坐标横轴的交点为最小启动压力;直线段延长后与坐标横轴的交点为拟启动压力,也称为平均启动压力[8];直线段向曲线转折点为最大启动压力,驱动压力大于此压力时渗流进入拟线性状态。

笔者的研究主要侧重于相对简单的拟线性流段,特征边界值(拟启动压力)是首要研究对象。

2 拟启动压力梯度的测定采取压差 流量法测定拟启动压力梯度[9],通过测定不同流量下岩心两端的压差,绘制流量与压力梯度实验的关系曲线并拟合,拟合曲线在压力梯度坐标上的截距即为岩心的拟启动压力梯度。

收稿日期2007-11-09;改回日期2007-12-18。

作者简介:李浩,男,高级工程师,1990年毕业于西南石油学院物探专业,现为中国地质大学(北京)资源产业经济专业在读博士研究生,主要从事油田勘探及管理工作。

联系电话:(0514)87760077,E-m ai:l li h @j oeco .co 。

第15卷 第1期 油 气 地 质 与 采 收 率V o.l 15,N o .1 2008年1月 Petro leum Geology and Recovery E fficiency Jan .20082.1 实验条件及步骤选取主力层岩样6块,渗透率为5.2 10-3~89.8 10-3 m 2,实验用沙埝油田沙7块E f 3模拟地层原油粘度为2.59m Pa s ,实验温度为室温。

首先抽空饱和实验用水,然后饱和油造成束缚水。

用高精度QU IZI X 流量泵,设定流量从0.025~1.2mL /m in 之间的5~8个流量点,并测定每个流量稳定后的压差,根据流量和对应压差关系即可确定拟启动压力梯度。

2.2 实验结果2.2.1 拟启动压力梯度与渗透率的关系拟启动压力梯度与渗透率成指数关系。

渗透率小于30 10-3 m 2时拟启动压力梯度随渗透率的减小而大幅度增加;渗透率大于50 10-3 m 2后拟启动压力梯度非常小。

中高渗透储层拟启动压力梯度趋于0,低渗透储层则存在明显的拟启动压力梯度且随渗透率的降低急剧上升。

其线性回归关系式为G sf =0.4067e -0.0408K a (1)式中:G sf 为拟启动压力梯度,M Pa /m;K a 为空气渗透率,10-3 m 2。

2.2.2 视渗透率与压力梯度的关系由于低渗透储层流体渗流存在非达西渗流特性,采用达西公式计算的结果并非储层的真实渗透率,只能反映表观渗流能力,为此称之为视渗透率,其表达式为K v = Q G(2) 式中:K v 为视渗透率,10-3 m 2; 为流体粘度,m Pa s ;Q 为线流量,c m /s ;G 为压力梯度,MPa /m 。

低渗透储层流量与压力梯度的关系为Q =aG b G <G s m ax (3)Q =aG -b G G smax (4) 式中:a 和b 为常数;G s max 为最大启动压力梯度,M Pa /m 。

根据拟启动压力的定义,式(4)中b /a 在数值上等于拟启动压力梯度值,则式(4)又可表示为Q =a(G -G sf ) G G s max (5)将式(3)和式(5)分别代入式(2),则K v =a G b -1 G <G smax (6)K v =a (1-G sf G ) G G smax (7) 故而可看出,测定的低渗透岩心视渗透率不是定值,当G 小于G s max 时,视渗透率随压力梯度成指数规律变化,其最大值为压力梯度达到最大值时的视渗透率,其最小值为0。

当G 大于等于G s max 时,视渗透率仍然随压力梯度发生变化,并不是以前认为的常数。

考虑到拟启动压力的影响,将式(2)中G修正为G -G sf ,这时的渗透率为理想渗透率,其表达式为K i =a =C(8) 式中:K i 为理想渗透率,10-3 m 2;C 为常数。

由式(2)和式(8)计算得到的压力梯度与视渗透率和理想渗透率关系曲线可以看出(图1),视渗透率随压力梯度的增大而增大,而修正拟启动压力梯度后的理想渗透率为定值,不随压力梯度变化。

因而,低渗透储层均存在一定的启动压力;压力梯度随着渗透率的减小而增大。

图1 压力梯度与渗透率的关系3 考虑启动压力时油水相相对渗透率的计算方法非稳态法油水相相对渗透率的计算采用JB N 方法,该方法首先须对累积时间、累积产油量、累积产液量和驱替压力等数据进行处理,线性回归求出方程,即lg =a 1lg ( )+b 1(9)式中: 为产液体积倍数的倒数;a 1和b 1为常数; 为流动阻力系数。

对于达西渗流,式(9)为线性关系,但对于存在启动压力的非达西渗流,流动阻力系数表达式为= o K GQ (10) 式中: o 为实验用油粘度,mPa s 。

将式(5)代入式(10)得 =K a o (1-G sf G )(11)显然,流动阻力系数随G 而变化,这样式(9)并非线性关系。

若考虑启动压力的影响,将式(11)中G 修正为G -G sf ,那么流动阻力系数可表示为85 第15卷 第1期 李浩等:拟启动压力对低渗透单相流体及油水两相渗流的影响=Ka o(12) 修正压力梯度后,式(9)变为线性方程,此时所得的油水相相对渗透率分别称为理想油相相对渗透率和理想水相相对渗透率。

根据式(7)和式(8)可知,视油相相对渗透率和视水相相对渗透率的关系式分别为K vro=K iro(1-G sfG)(13)K vr w=K ir w(1-G sfG)(14)式中:K vr o为视油相相对渗透率;K iro为理想油相相对渗透率;K vr w为视水相相对渗透率;K ir w为理想水相相对渗透率。

4 应用实例沙埝油田沙7断块E f3总体上为中低渗透储层。

储层中各小层层间、层内非均质性严重,孔隙度为14.7%~28.2%,平均为22.1%;渗透率为1.3 10-3~560.3 10-3 m2,平均为56.63 10-3 m2。

地层饱和压力为9.05~11.67M Pa,地下原油密度为0.7634~0.7710g/c m3,地层原油的粘度为2.14~ 2.70mPa s。

由于启动压力的存在,进一步加剧了低渗透储层的非均质性[10]。

沙埝油田注采压差一般为30~ 40MPa,考虑近井附近压力漏斗的影响,按照简单的线性模型计算,注采井间的压力梯度为0.018~ 0.047M Pa/m。

根据上述启动压力的研究成果可推算,当平均渗透率为56.63 10-3 m2时的拟启动压力梯度为0.039M Pa/m,大于此拟启动压力梯度时渗流可按照拟线性流进行计算。

低渗透储层在理想状态下渗流能力较差,油相相对渗透率在水驱过程中下降迅速,水相相对渗透率上升缓慢,最大水相相对渗透率(残余油状态下)也不超过0.15。

按照目前矿场实际井距,在地层条件许可的情况下,生产压力梯度与拟启动压力梯度接近,油水表观渗流能力极低,水相相对渗透率几乎贴近水平轴,这正是大井距、中低渗透储层采油井注水不受效的原因。

当井距从350m缩短到250m时,生产压力梯度则增大为0.067MPa/m,水相相对渗透率明显提升。

5 结论由于启动压力的存在,低渗透油藏油水渗流非达西渗流现象突出,尽管如此,达西公式和JB N方法通过拟启动压力梯度修正仍可很好地用于分析储层流体渗流规律。

但须考虑启动压力后计算所得的油水相相对渗透率是在油藏驱替压力梯度远大于最大启动压力梯度时的油水渗流能力,这对低渗透储层来说是很难达到的。

油藏实际的渗流能力与驱动压力紧密相关,所以在应用过程中须更关注视相对渗透率。

进一步分析认为,启动压力对油水相相对渗透率的影响是降低油水渗流能力,这一现象将进一步加剧储层的非均质性,有效的解决办法是采取增大泄流半径、减小井距和增大注采压力梯度等措施降低启动压力对油水渗流的影响。

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