低滲透油藏開發(fā)理論研究

1、大慶石油學院本科生畢業(yè)設計論文摘 要本文首先介紹了低滲透砂巖油田在我國石油工業(yè)中的地位、低滲透油田開發(fā)的特點以及開發(fā)過程中存在的一些問題、詳細介紹了低滲透油藏非線性滲流的研究現(xiàn)狀及主要成果。然后全面分析了低滲透儲層非達西滲流的概念，從多孔介質的孔隙結構、滲流流體的非牛頓性質、孔隙介質與流體之間的相互作用等幾個方面對低滲透油藏非線性滲流規(guī)律進行研究，并且推導出啟動壓力梯度并運用啟動壓力梯度進行相關的計算。其次是從低滲透儲層產能分析、低滲透油藏產量遞減規(guī)律及水驅特征曲線、低滲透油藏動用條件分析等幾個方面對低滲透油藏開發(fā)生產規(guī)律進行分析研究。主要目的是基于低滲透和裂縫性低滲透油藏在開發(fā)中所面臨的實際

2、問題，對低滲透油藏的滲流機理和規(guī)律進行研究，為更好的開發(fā)好這類油田提供理論指導。關鍵詞：低滲透油藏；啟動壓力梯度；非線性滲流；有效驅動因子abstractthis paper introduced the first low-permeability sandstone oilfields in chinas oil industry in the status of low permeability oil field development as well as the characteristics of the development process in some of the is

3、sues in detail on the low-permeability reservoir nonlinear flow of the status quo and major achievements. and a comprehensive analysis of low permeability reservoir darcy flow concept, from the porous medium pore structure, the flow of non-newtonian fluid nature of fluid and porous media such as the

4、 interaction between several areas of low permeability reservoir nonlinear seepage of research and derived starting pressure gradient and apply pressure gradient associated start the calculation. second, from low-permeability reservoir capacity for analysis of low permeability reservoir and producti

5、on decline of water flooding characteristic curve, low permeability reservoir conditions of use, and other aspects of development and production of low permeability reservoir of research for analysis. main purpose of this paper is based on the low permeability and fractured low permeability reservoi

6、rs in the development of the practical problems faced by the low permeability reservoir flow mechanism and laws of the study, for the better good of the development of such oilfields provide theoretical guidance.key words: low permeability reservoir; starting pressure gradient, non-linear flow; effe

7、ctive driving factor目 錄第1章 概述11.1 研究的目的和意義11.2 低滲透砂巖油田開發(fā)在我國石油工業(yè)中的地位11.3 低滲透油田開發(fā)過程中存在的問題21.4 低滲透油藏非線性滲流的研究現(xiàn)狀及主要成果3第2章 低滲透油藏非線性滲流規(guī)律研究72.1低滲透油氣層特點分析72.2低滲透油藏非線性滲流機理理論研究92.3孔隙介質與流體之間的相互作用研究112.4啟動壓力的推導以及計算13第3章 低滲透油藏開發(fā)生產規(guī)律研究163.1低滲透儲層產能分析163.2低滲透油藏產量遞減規(guī)律及水驅特征曲線193.3低滲透油藏動用條件分析26結 論30致謝31參考文獻32i第1章 概述1.1

8、 研究的目的和意義石油是保證我國國民經濟發(fā)展的重要因素，隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，石油的作用越來越大。就目前石油工業(yè)的發(fā)展狀況，石油開發(fā)的形勢是隨著我國油田進入高含水和特高含水期，原油的開采難度逐漸加大;勘探的形勢是新近探明儲量中低豐度、低滲透、低產能俗稱“三低”儲量占居的比例很大。90年代以來在大慶、吉林、遼河、勝利、長慶等主要油田陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多低滲透油藏。據統(tǒng)計，在近幾年探明的未動用石油地質儲量中，低滲透油藏的儲量占58%，而在探明的石油地質儲量中，低滲透油藏的石油地質儲量所占比例高達60-70%，甚至更高。可見低滲透油藏是我國今后相當長一段時間內增儲上產的主要資源基礎。我國陸地低滲透油田廣泛

9、分布于全國20多個油區(qū)，它們分布在不同的巖性地層中，物性參數(shù)相差很大。而且，在我國陸上原油探明儲量中低滲透油田占有非常大的比例，目前探明儲量約40億噸。因此我們有必要總結開發(fā)低滲透油田的成功經驗，分析目前存在的矛盾，進一步改善開發(fā)效果，提高經濟效益，爭取更多的低滲透油田投入開發(fā)，以保證我國石油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。如何做到合理、科學、高效開發(fā)低滲透油田是我國石油天然氣工業(yè)在今后相當長時期內的一個重要戰(zhàn)略目標和任務。為了能更有效的開發(fā)低滲透油藏，本章比較詳細的介紹了低滲透油藏的基本情況。1.2 低滲透砂巖油田開發(fā)在我國石油工業(yè)中的地位石油是保證我國國民經濟發(fā)展的重要因素，隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，石油的作

10、用越來越大。就目前石油工業(yè)的發(fā)展狀況，石油開發(fā)的形勢是隨著我國油田進入高含水和特高含水期，原油的開采難度逐漸加大;勘探的形勢是新近探明儲量中低豐度、低滲透、低產能俗稱“三低”儲量占居的比例很大。90年代以來在大慶、吉林、遼河、勝利、長慶等主要油田陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多低滲透油藏。據統(tǒng)計，在近幾年探明的未動用石油地質儲量中，滲透率小于5010-3m2的滲透儲曾儲量占58%，而在探明的石油地質儲量中，低滲透油藏的石油地質儲量所占比例高達60-70%，甚至更高?？梢姷蜐B透油藏是我國今后相當長一段時間內增儲上產的主要資源基礎。我國陸地低滲透油田廣泛分布于全國20多個油區(qū)，它們分布在不同的巖性地層中，物性參數(shù)相

11、差很大。而且，在我國陸上原油探明儲量中低滲透油田占有非常大的比例，目前探明儲量約40億噸。因此我們有必要總結開發(fā)低滲透油田的成功經驗，分析目前存在的矛盾，進一步改善開發(fā)效果，提高經濟效益，爭取更多的低滲透油田投入開發(fā)，以保證我國石油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。如何做到合理、科學、高效開發(fā)低滲透油田是我國石油天然氣工業(yè)在今后相當長時期內的一個重要戰(zhàn)略目標和任務。1.3 低滲透油田開發(fā)過程中存在的問題我們知道，石油天然氣等能源類物質多數(shù)被儲存在高溫高壓的多孔介質中。組成多孔介質的巖石主要特性是儲容性和滲透性,滲流力學作為一門邊緣學科，經過一百多年的發(fā)展，己經在研究多孔介質流動特別是石油天然氣滲流方面取得了很大

12、的進展，目前滲流力學己經成為油藏工程師必備的知識。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，滲流力學也必將從線性滲流過渡到非線性滲流，目前非線性滲流的研究已經成為國際滲流力學研究的熱點。由于巖石特別是低滲透儲層的比表面積十分巨大，即使其中只含有單相流體，例如油，它和巖石孔隙的接觸面積也是巨大的，何況在實際的油藏中只含有一種流體的情況極少，油藏流體總是以油水兩相或油氣水三相同時存在于巖石的孔隙中部，從而使得巖石內部就不只是油同時還有水氣和巖石表面接觸，此外，還有油水、油氣、水氣的接觸，因此，含有多相流體的油藏中的表面或界面是巨大的，表面或界面的性質如油水對巖石孔隙表面的選擇性潤濕和油水之間的界面張力等問題顯得十分突出

13、。加上油藏巖石的孔隙孔道和喉道很小，孔隙結構復雜，油氣水和巖石的表面或界面性質又引起了一系列的毛管現(xiàn)象。因此，從一定程度上說，油藏的開發(fā)動態(tài)特征大部分是由巖石的孔隙結構特征以及孔隙內部的界面或表面特征決定的。相對于高、中滲透油藏，低滲透油藏巖石的結構和表面特征對油藏的開發(fā)特征的影響尤其巨大，甚至是制約性的。逐步形成了低滲透儲層儲量資源巨大，但可動資源小，同等含水率下極限儲采比高。低滲透油田開發(fā)的具體的表現(xiàn)如注水難度大，注水見效慢，油藏欠注嚴重，注水啟動壓力大，采油速度和注水采出程度低，無效注水嚴重，巖石孔滲物性參數(shù)受到上覆壓力變化巨大，這些現(xiàn)象無不與地層的結構特征有關。另一方面，由于低滲透油藏

14、的孔隙結構特征，對注水水質的要求十分嚴格，甚至嚴重到不能進行注水，或無效注水，這就給低滲透油藏注水開發(fā)帶來了一系列的困難。大量的低滲透巖心室內水驅油實驗證實，隨著含水飽和度的上升，油相相對滲透率急劇降低，而水相相對滲透率上升緩慢，到殘余油飽和度時的水相相對滲透率也很小(一般在20%左右，有的甚至更低)，共滲點很低，滲流阻力很大。而在油田開發(fā)的過程中，由注水井注入的水聚集在注水井附近，形成局部高壓區(qū)，使得注水壓力逐漸升高，注水量逐步減小，無效注水增加，這就造成采油井的產量降低，低產低效井逐漸增多。在增產增注措施效果不理想的情況下，往往采用提高注水壓力的方法來提高注水量和注采壓差。高壓注水能在一定

15、程度上增加注水量，但不能改變注水量降低和相應生產井產液量下降的問題。當注水壓力增加到地層破裂壓力以上時，地層產生裂縫。裂縫可能擴展到泥巖層或鹽巖層，注入水會使泥巖蠕變、鹽巖溶蝕。在地應力的作用下，地層會產生相對位移，使套管變形，甚至斷裂。由于這類油田注水十分困難，有許多油田甚至不能依靠注水開發(fā)，出現(xiàn)了依靠注入水的滲吸作用進行間歇采油或撈油、注烴類氣體或二氧化碳氣體、水氣交替注入、注活性水或泡沫水驅等開發(fā)方式。當上述的開發(fā)方式不適合時，通常采用常規(guī)的工藝如鉆水平井、壓裂、酸化等注水井的增注措施方面。實踐表明，開發(fā)低滲透油田除了必須考慮的粘土礦物的運移和膨脹等造成的油層傷害、套管變形、合理鉆井液、

16、合理完井液、合理的射孔方式、流固禍合、采油方式等油田開發(fā)的工藝問題以及細分層位、注水時機、儲量計算等地質問題外，必須考慮低滲透油田開發(fā)過程中的非線性滲流問題。1.4 低滲透油藏非線性滲流的研究現(xiàn)狀及主要成果隨實驗水平的發(fā)展和計算機的應用，求解非線性問題己經成為研究的熱點。在實驗研究方面主要集中在啟動壓力的物理實質與力學描述，在滲流方程方面已經取得了一些認識，一般多數(shù)文獻都是局限于在數(shù)學處理時所采用的滲流方程中輯加=啟動壓力梯度，-沒有從影響低滲透非線性滲流機理的角度來考慮。黃延章等人從研究低滲透低速非達西滲流機理出發(fā)，重點研究邊界層對滲流規(guī)律的影響，通過實驗與理論相結合的方法研究邊界層對滲流的

17、影響。他們采用了兩種粘度相同，性質不同的油，一種是原油，一種是模擬油，結果表明，在相同壓力梯度下，原油的邊界層厚度要比模擬油的邊界層的厚度大的多;邊界層厚度越大，非達西現(xiàn)象越明顯;滲透率越低，邊界層對滲流規(guī)律影響越明顯。低滲透儲層中的流體流動是非線性滲流中的一種，稱為低滲透非線性滲流。其特征曲線分為兩部分，在低壓力梯度范圍內滲流量與壓力梯度呈非線性，在高壓力梯度范圍呈擬線性。擬線性段的反向延長線不通過坐標原點，而與壓力梯度軸有交點，稱為擬啟動壓力梯度。由非線性段過渡到擬線性段的點稱為臨界點，該點界定兩種不同的流態(tài)，兩種流態(tài)反映了兩種不同的滲流規(guī)律。針對低滲透油藏中出現(xiàn)的一系列問題，許多學者根據

18、帶啟動壓力梯度的非達西線性滲流方程，研究了低滲透油藏中流體的滲流問題。鄭祥克，陶永建，門承全等，在前人針對達西流的工作基礎上，推導出含啟動壓力梯度的低速非達西滲流的產能方程，為解析流入動態(tài)關系(ipr)曲線方法在低滲、特低滲透油藏中的應用提供了理論依據。并且根據建立的產能方程分析了實際油田特低滲透儲層的生產動態(tài)特征，應用結果表明，該方法所得結果比試井分析以及巖心實驗結果能夠更好地預測特低滲透儲集層的產能，且結果可滿足工程分析的精度要求;谷建偉，毛振強為解決低滲透油田生產參數(shù)變化與中、高滲透油田不同的問題，在考慮低滲透油藏存在啟動壓力、毛管力、重力等因素情況下，推導了低滲透油田油水兩相滲流時生產

19、參數(shù)含水率、無因次采油指數(shù)、無因次采液指數(shù)的變化形式，并具體分析了3種因素對生產參數(shù)的影響，結果表明，毛管力和啟動壓力的存在使得含水率增加，重力對含水率的影響與地層傾角有關，并且兩者的存在增加了無因次采液指數(shù)，對無因次采油指數(shù)無影響;呂成遠，王建，孫志剛通過實驗測定3個不同滲透率級別的低滲透砂巖油藏巖心樣品的非達西滲流曲線，采用“毛細管平衡法”與傳統(tǒng)的“壓差-流量法”相結合，保證了非達西滲流曲線的完整性。在每塊實驗樣品的平均滲流速度與單位粘度的驅替壓力梯度的關系坐標中，利用二次函數(shù)擬合實驗數(shù)據點，通過二次函數(shù)曲線切線的斜率和截距的變化來描述低速非達西滲流中巖心滲透率和啟動壓力梯度的變化，探討了

20、啟動壓力梯度與空氣滲透率、流體粘度、驅替壓力梯度的關系以及低速非達西滲流段的滲透率變化與空氣滲透率和單位粘度的馳替壓力梯度的關系，并回歸得到了經驗公式。陳祖華，劉京軍等針對低滲透砂巖油藏存在啟動壓力梯度的特點，以具有啟動壓力梯度的滲流公式為基礎，求出地層穩(wěn)定生產時徑向流產量公式及壓力分布公式，用物質平衡法求解出低滲透油田注水見效時間與注采井距的關系。結果表明低滲透油田壓力波傳播時間與壓力梯度關系密切，注水見效時間與啟動壓力梯度成正比，與井距的立方成正比。該方法用于寶中區(qū)塊合理井距的確定，方案實施后，實際注水見效時間與計算值相符。吳景春，袁滿，賈振岐等選取滲透率在05010-3m2天然巖心和人造

21、巖心進行了室內滲流實驗。通過實驗研究了低滲透油藏啟動壓差的形成機理及變化規(guī)律、非達西流動的產生條件及其滲流規(guī)律，并建立起3類流體非線性滲流時的流動方程;鄧英爾，劉慈群根據低滲透介質非線性滲流運動規(guī)律三參數(shù)連續(xù)函數(shù)模型，用質量守恒定律及橢圓滲流的概念，建立了低滲透介質中兩相流體橢圓非線性滲流數(shù)學模型，運用有限差分方法和外推方法求得了模型的解，導出了兩相流體橢圓非線性滲流條件下油井見水前后開發(fā)指標的計算公式，并進行了實例分析。結果表明:非線性滲流對含水飽和度分布影響較大;非線性滲流使得水驅油推進速度比線性滲流的快，使油井見水時間提前，使得石油開發(fā)指標變差;非線性滲流使得同一時刻的壓差比線性滲流的大

22、，使石油開發(fā)難度加大。這為低滲油藏垂直裂縫井開發(fā)工程提供了科學依據;丁海濤，閨建文，杜政學等論述了大慶外圍低滲透油田滲流過程中的壓力損失、有機垢、無機垢、儲層敏感性及入井液的固相顆粒等造成的儲層傷害類型，分析了儲層傷害的典型實例及采取相應保護措施后的效果，提出了低滲透油田要采取早期注水保持地層能量、采用高水質注水保證油層具有穩(wěn)定的吸水能力、采用優(yōu)質工作液降低油層傷害程度、建立敏感性數(shù)據庫和智能判別系統(tǒng)等保護儲層方面的建議;賀偉，馮曦，鐘孚勛針對低滲儲層氣體低速非達西滲流機理進行了研究，介紹了開展實際低滲透巖樣特殊滲流實驗的結果和認識，探討了低滲巖石氣體低速非達西滲流的物理實質和一般規(guī)律，認識到

23、了含水狀態(tài)下巖樣滲流偏離達西定律的現(xiàn)象并可以用“啟動壓差”和“臨界壓力梯度”兩個參數(shù)來描述，在實驗的基礎上建立了描述氣體低速非達西滲流的數(shù)學模型;賈振岐，王延峰，付俊林等認為流體在低滲低速下滲流時，具有一定的彈塑性。實驗證明，這種特性與介質和流體的種類和性質有關。低滲透油藏的孔隙越小、喉道越窄，孔喉比就越大，因此具有很大的比表面能和自由能。而固、液表面的分子作用力越強，則啟動壓力就越高。在注水開發(fā)過程中，相界面的變化引發(fā)了多種物理過程和化學反應，進而引起流體的非達西滲流特征。傅春華，葛家理針對低滲透油田儲集層天然裂縫發(fā)育、開發(fā)過程中油層滲透率非常數(shù)、地下流體滲流不服從達西定律的性質，從變形介質

24、滲流理論研究入手，建立了變形介質帶啟動壓力梯度的非線性滲流的數(shù)學模型，推導出了變形介質非線性穩(wěn)定滲流條件下，油井的產油量和壓力計算公式，并對彈性介質達西滲流、變形介質達西滲流、彈性介質非達西滲流和變形介質非線性滲流條件下，油井產油量進行了對比分析;阮敏，何秋軒等認為臨界點是低滲透非達西滲流由非線性滲流區(qū)向擬線性滲流區(qū)轉變的標志，它界定了兩種不同的滲流規(guī)律。它的確定對于準確描述低滲透非達西滲流具有重要意義。針對低滲非達西滲流曲線上臨界點的難確定以及什么條件下出現(xiàn)非達西滲流問題，進行了較為深入的研究與分析。在大量實驗研究的基礎上，采用蒙特卡洛數(shù)值解法來確定臨界點，克服了早期利用圖板法確定臨界點的不

25、足。同時，提出一種臨界參數(shù)判別法，用于判定低滲透多孔介質中的滲流形式，為確定低滲透油田開發(fā)滲流計算方法提供了理論依據。為了確定該滲流形式出現(xiàn)的條件，在實驗研究的基礎上，針對引起非達西滲流的主要作用機制，如流體粘度、介質滲流率、孔隙幾何結構等進行了討論，運用因次分析方法，提出了一個綜合判據:壓力數(shù)(凡;根據實驗并結合微分原理，提出了低滲透復雜介質系統(tǒng)內非線性滲流的微分線性描述方法，比較詳細地介紹了該方法的原理、步驟和使用過程中應當注意的問題。該方法不但可以描述流體滲流的非線性，而且還能描述流體流態(tài)的多變性;宋付權，劉慈群，李凡華考慮啟動原理梯度的影響，建立了一維低滲透巖心和圓形油藏中一開一關滲流

26、的數(shù)學方程，并進行了有動邊界問題的數(shù)值求解。并以數(shù)值為基礎，分析了滲流終態(tài)時井底(或巖心采液端)壓力及壓力影響半徑(或距離)與啟動壓力梯度和關閉時間的關系，并給出相應的公式及壓力峰值的傳播規(guī)律。得到了有意義的結果，為低滲透油藏開發(fā)室內實驗和現(xiàn)場應用提供理論基礎。程時清根據ramey等人提出的實用dst段塞流模型及典型曲線擬合方法，考慮了不穩(wěn)定滲流擴散方程的非線性項，建立了段塞測試的非線性模型，研制了新型典型曲線，并進行了實例分析;阮敏，王連鋼等在實驗的基礎上，分析了滲透率的壓力敏感性特征以及低滲透油田開發(fā)中存在的問題。研究表明，因賈敏效應的存在，在井壁附近地層滲透率只占供液邊界處滲透率值的45

27、%左右;當?shù)貙訅毫ο陆?mpa時，產量下降可達13%左右;趙明躍，王新海，雷霆等在實驗的基礎上建立了高速非達西滲流的物理模型和數(shù)學模型。用數(shù)值的方法，建立了相應的數(shù)值模型即差分方程，通過求解和編制相應的軟件，模擬了不同紊流條件下的井底壓力響應與地層壓力分布，并探討了不同紊流條件下，井底壓力響應特征和地層壓力分布特征;劉曰武，丁振華，何鳳珍等概述和評價了確定低滲透油藏啟動壓力梯度的三種方法，重點介紹了低滲油藏試井分析確定啟動壓力梯度的方法和實際應用意義，給出了低滲透油藏試井分析模型與常規(guī)中、高滲透油藏試井分析模型的對比;姚約東，葛家理等人經過大量的室內實驗研究，發(fā)現(xiàn)石油滲流除了通常的線性達西流和

28、高速紊流外，還有3種新的運動形態(tài)，他們分別是亞高速、低速及超低速，并且在無因次關系曲線上找到這5種流態(tài)相互轉化的臨界值。用無因次分析法對低滲透巖心的實驗數(shù)據進行了分析，得出新的滲流規(guī)律。從微觀角度出發(fā)，應用邊界層理論進一步證實了這一滲流規(guī)律。運用新的運動方程，建立了低滲透油藏不穩(wěn)定滲流的數(shù)學模型。根據拉氏變換和stehfest數(shù)值反演，求得了有限半徑井的實空間近似解，并應用數(shù)值分析方法驗證了近似解析方法的可行性。對低滲透油藏的壓力動態(tài)特征以及邊界對壓力動態(tài)影響的分析結果表明，低滲透油層試井曲線的壓力動態(tài)特征為:短時曲線與達西滲流模型相似，而長時曲線則受到非達西滲流的影響。對于恒壓邊界油藏，壓力

29、趨于穩(wěn)定的時間比達西滲流要遲一些:在無限大地層中，其導數(shù)曲線是一簇平行的傾斜線。對于同一區(qū)域低滲透油層試井曲線，其導數(shù)曲線出現(xiàn)“階躍”的時間較遲的井區(qū)，流動系數(shù)比較好，反之則較差;程時清，張盛綜，黃延章等人研究了低滲透油藏低速非達西徑向滲流的動邊界問題，給出了高精度的積分解，分析了啟動壓力梯度對壓力分布的影響，發(fā)現(xiàn)啟動壓力梯度越大，井底附近壓力下降越快，外邊界傳播越慢;周涌忻，彭仕必i李陽等認為流體滲流的非線性和流態(tài)的多變性是復雜介質儲層中的主要特征。根據實驗滲流曲線的非線性特征，并結合微分原理，提出了一種廣義的滲流描述法。該方法不但可以描述流體滲流的非線性，而且還能方便地確定出流體在任一流速

30、或者任一壓力梯度下的滲流方程，從而可以有效地描述滲流過程中流體流態(tài)的多變性;薛蕓，石京平，賀承祖根據表面與膠體化學近代原理和有關實驗資料，將低速非達西流動歸咎于測試系統(tǒng)受污染而引起的實驗誤差、流動邊界層性質異?；蛩さ染y以成立。他們認為，液體在干巖樣中的低速非達西流動可能與多孔介質中膠體顆粒進入孔隙流體引起的塑性流動有關，氣體在含水巖樣中的低速非達西流動可能與相滲透率滯后導致的水在巖樣中的重新分布有關。第2章 低滲透油藏非線性滲流規(guī)律研究2.1低滲透油氣層特點分析低滲透油藏的滲透率很低、油氣水賴以流動的通道很微細、孔喉比大、滲流阻力很大、液固界面及液液界面的相互作用顯著，并導致滲流規(guī)律產生某

31、種程度的變化而偏離達西定律。這些內在因素反映在油田生產上往往表現(xiàn)為單井日產量小甚至不壓裂就無自然產能;穩(wěn)產狀況差，產量下降快;注水井吸水能力差，注水壓力高，而采油井難以見到注水效果;油田見水后，含水上升快，而采液指數(shù)和采油指數(shù)急劇下降，對油田穩(wěn)產造成很大困難。首先是低滲透油層的地質特征呈現(xiàn)以下幾個特點：（1）儲層物性差，孔隙度和滲透率低總體上看,巖屑含量高、粘土或碳酸鹽膠結物較多是低滲透砂巖儲層的普遍現(xiàn)象。據統(tǒng)計，低滲透油田儲層平均孔隙度為18.55%，就油層孔隙度分布而言，平均孔隙度10.20%之間的油層占36.67%，平均孔隙度大于20%的油層占13.33%,其余50%左右油層的孔隙度小于

32、10%。儲層滲透率一般為l一5010-3m2，但各個油田的情況不一。從18個油田28套油層統(tǒng)計，平均滲透率小于1010-3m2的油層占61%,（1-20）10-3m2的油層占21%，我國的低滲透油田一半以上的儲量存在于滲透率小于1010-3m2的油藏中。（2）儲層非均質性嚴重低滲透油藏的非均質性主要是受水進、水退形成儲層縱向上的沉積旋回規(guī)律而造成儲層不同微相之間的儲層物性差異。層內非均質性受沉積韻律的變化和成巖作用而表現(xiàn)出明顯的不同。（3）孔喉細小，溶蝕孔發(fā)育低滲透砂巖儲層的孔隙以粒間孔隙為主，原生粒間孔隙和次生粒間孔隙都發(fā)育，但溶蝕孔隙相對較發(fā)育，另外還有微孔隙，晶間孔和裂隙孔。低滲透儲層以

33、中孔、小孔為主;喉道以管狀和片狀的細喉道為主，根據大量低滲透油田砂巖儲層的統(tǒng)計，喉道半徑一般小于1.5m，非有效孔隙體積在整個孔喉體積中所占比例較大，在26%-65%之間，平均30%，直接影響儲層的滲透性。（4）油層原始含水飽和度高在水相中沉積的砂巖層，當油從生油層運移到該砂巖層中，由于油水的潤濕性不同和毛管力的影響，而使運移的油不可能把孔隙中的水完全驅出而殘存下來，成為束縛水。由于低滲透巖層中含泥質多，滲透率和孔隙度低，其含水飽和度一般在30%-50%，有的高達60%.（5）儲層敏感性強低滲透砂巖油藏儲層碎屑顆粒分選差，粘土和基質含量高，成巖作用強，油層孔吼細小，容易受到各種損害。（6）原油

34、性質好我國多數(shù)低滲透油田原油具有原油密度小、粘度小、含膠質和瀝青少的特點，另外原油凝固點比較高、含蠟量比較高，原油密度一般為0.84- 0.86g/cm3，地層原油粘度一般為0.7- 8.7mpa。原油性質好是低滲透油田開發(fā)的一個重要的有利因素。其次是影響低滲透油田開發(fā)效果的主要因素主要包括以下幾個方面：（1）油層孔吼細小，比表面積大，滲透率低低滲透儲層由于近源沉積，碎屑物質分選程度差；或因為遠源沉積，巖石顆粒細，以及成巖壓實和膠結作用，造成油層孔隙小、喉道細、比表面積大、滲透率低。低滲透油層一般以小微孔隙和細微細喉道為主，平均孔隙直徑一般為26-43m，喉道半徑中值只有0.1-2.0m，比表

35、面積高達2-20m2/g 。儲層孔喉細小和比表面積大，不僅直接形成了滲透率低的結果，而且是低滲透油田一系列開采特征的根本原因。（2）滲流規(guī)律不遵循達西定律，具有啟動壓力梯度低滲透儲層由于孔吼細小、比表面積大、原油邊界層厚度達西大、賈敏效應和表面分子力作用強烈，其滲流規(guī)律不遵循達西啟動壓力梯度定律，具有非達西滲流特征。滲流直線段的延長線不通過坐標原點（達西滲流通過坐標原點），而與壓力梯度軸相交，其交點即為啟動壓力梯度。滲透率越低，啟動壓力梯度越大。彈性能量小，利用天然能量方式開采壓力和產量下降快（3）低滲透儲層由于儲層連通性差滲流阻力大，一般邊底水都不活躍，彈性能量很小。除少數(shù)異常高壓油田外，彈

36、性階段采收率只有1%-2%，溶解氣驅采收率也不高。在消耗天然能量方式開采條件下，地層壓力大幅度下降，油田產量急劇遞減，生產管理都非常被動。（4）產油能力個吸水能力很低，油層注水效果緩慢。低滲透油層自然生產能力很低，甚至沒有自然產能，一般都要經過壓裂改造后才能正式投產。即使經過壓裂改造，其生產能力也很低，采油指數(shù)僅僅相當于中、高滲透油層的幾十分之一。由于低滲透儲層滲流阻力大，大部分能量都消耗在注水井周圍，油井見注水效果程度差。在250-300m井距條件下，一般注水半年至一年后油井才能見到注水效果，見效后油井壓力、產量相對保持穩(wěn)定，上升現(xiàn)象很不明顯。（5）油井見水后產液（油）指數(shù)大幅度下降由于油水

37、粘度比和巖石潤濕性等多種因素的影響，低滲透油井見水后產液（油）指數(shù)大幅度下降。當含水達到50%-60%甚至更高時，無因次采油指數(shù)更低，只有0.15。低滲透油層的這種特性，對油井見水后的提液和穩(wěn)產造成很大的困難（6）裂縫性低滲透砂巖油田沿裂縫方向油井水竄、水淹嚴重。我國帶裂縫的砂巖油田其基質巖塊絕大多數(shù)都是低滲透油層，構成裂縫性低滲透砂巖油田。這類油田注水井吸水能力高，沿裂縫方向的油井水竄、水淹現(xiàn)象嚴重。有的油田在注水井投產幾天甚至幾小時后，相鄰的油井即遭到暴性水淹。但裂縫具有雙重作用，調整、控制得當，也可取得較好的開發(fā)效果。2.2低滲透油藏非線性滲流機理理論研究多年來，人們運用達西線性滲流規(guī)律

38、，成功地解決了中高滲透油氣田油水滲流及開發(fā)技術指標的計算問題。然而在低滲透油田的開發(fā)過程中出現(xiàn)了一系列有別于中高滲透油田開發(fā)的特殊問題，對于低滲透介質滲流規(guī)律的實驗研究也顯示出了其特殊性。低滲介質滲流遵循非線性滲流規(guī)律。其主要的影響因素和特點表現(xiàn)在以下幾個方面2.2.1多孔介質的孔隙結構孔隙大小、孔隙喉道幾何結構及其分布都會影響其中流體的滲流速度。巖層的孔隙喉道狹窄、連通性差、滲透性差，是造成低滲透非線性滲流的重要因素。因為這類儲層的流動阻力很大，致使?jié)B流速度極低。alvaroprada、閻慶來、吳景春等人利用低濃度鹽水對不同滲透率的天然巖芯和人工膠結巖芯做單相滲流實驗.，得出的滲流曲線特征為

39、:在低滲流速度下，滲流曲線呈現(xiàn)非線性關系.隨著滲流速度的提高，曲線的非線性關系段向線性段(不通過坐標原點)過渡。這種同一液體在不同多孔介質中表現(xiàn)出不同的滲流特征，充分地說明了多孔介質的孔隙結構特征起著決定作用。（1）孔隙半徑 單個孔隙大小直接影響滲透率，小孔道體積占巖樣孔隙總體積的比例越大，其滲透率越小。孔隙平均孔道半徑r與滲透率k之間的關系可以用下式描述： （2-1）在低滲透孔隙介質中，孔隙喉道的狹窄將引起如下效應:賈敏效應顯著。油層的孔隙系統(tǒng)是由大小不同的孔隙“連通的”喉道所組成的更復雜的孔喉網絡。當珠泡由較大的孔隙流動到較窄的喉道時就遇到阻擋。要使珠泡通過孔道窄口，需要克服珠泡遇阻變形所

40、產生的毛管力，也就是賈敏效應現(xiàn)象。低滲透油層孔喉變化頻繁、孔喉比大，因而賈敏效應更為顯著?？〝喱F(xiàn)象嚴重。在連續(xù)液流通過巖石孔隙喉道時，由于低滲透層喉道半徑很小，毛管力急劇增大，當驅動壓力不足以抵消毛管力效應時，液流將被卡斷，連續(xù)的液流變?yōu)榉稚⒌囊旱?。這種流動形態(tài)的變化將導致滲流阻力的增大，降低滲透率。（2）比表面積 比表面積表示巖石的分散程度，與孔隙孔道半徑的分布及大小有關。液體的滲透率與平均孔道成正比，因此，比表面積與滲透率之間也存在一定的關系。黃延章認為，比表面積與滲透率的平方根成反比，滲透率越小，比表面積就越大。巖石的比表面積越大，表明流體與固體表面之間分子力作用越強，它將影響孔隙系統(tǒng)中

41、流體的分布及滲流特征。由吸附理論可以知道，物質比表面積越大，其吸附力越強，吸附的物質越多，流動阻力越大，滲透率越小。在低滲透儲層中，由于孔喉細小、比表面積和原油邊界層厚度大、賈敏效應和表面分子力作用強烈，滲透率低，其滲流規(guī)律不再遵循達西定律，具有非線性型滲流特征。低滲透油層的滲透率越低，啟動壓力梯度越大，非線性滲流指數(shù)也越大。2.2.2 滲流流體的非牛頓性質流體性質主要體現(xiàn)于流體的粘度和密度，它們一起構成了流體的運動粘度，在某種程度上對流體的滲流起著決定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)流體性質對滲流特征的影響表現(xiàn)為:隨粘度增大，非線性延伸越長，曲線曲率越小，臨界壓力梯度和啟動壓力梯度越大，非線性特性越強烈。

42、粘度減小到某值時，滲流由非線性流轉變?yōu)檫_西流，而臨界壓力梯度和啟動壓力梯度都趨近于零。在自然界，非牛頓流體是普遍存在的，而牛頓流體僅在一定條件下才存在。控制孔隙介質流通的喉道的直徑往往小于10m，邊界層影響顯著，因而即使是水和高稀釋液體在喉道中也表現(xiàn)為非牛頓流體的性質。滲流環(huán)境中的流體不同于一般泛指的體相流體，滲流流體包括體相流體和邊界流體兩部分流體。體相流體的性質不受界面現(xiàn)象的影響，而邊界流體的性質則明顯地受界面現(xiàn)象的影響。因此，從整體來看，滲流流體的性質受界面現(xiàn)象的影響。流體在孔道中粘度有變化，其分布規(guī)律是:從孔道壁界面流體的高粘度，朝著孔道中軸的方向，逐步地過渡到體相流體的低粘度，因為孔

43、道的大小和分布與滲透率有關，所以，滲透率的變化對滲流環(huán)境下流體的粘度有明顯的影響。滲流流體的粘度直接影響該流體的粘滯力和剪切應力，粘滯力及剪切應力都與粘度成正比，因此孔道中流體粘度的分布又直接影響粘滯力的變化，孔道中流體的粘滯力及剪切應力都與滲透率成反比，滲透率越小，粘滯力及剪切應力就越大。由于在低滲透多孔介質中流體表現(xiàn)為非牛頓液效應，其滲流特征符合bingham流體滲流，即當剪切應力大于屈服應力時，其流動與牛頓流體相同，其滲流規(guī)律為: 0 （2-2） =0水通?？梢哉J為是牛頓流體，但是，當它在很細小的孔道中流動時就顯示出了非牛頓特征，即呈現(xiàn)出非線性滲流特征，具有啟動壓力梯度。對粘度比水大且具

44、有結構粘度的原油來說，當它流經低滲透巖心時，其非牛頓流動特征更是不言而喻的。在低滲透層中滲流時，它也呈現(xiàn)出非線性滲流特征和具有啟動壓力梯度。因此，儲層中的原油原則上并不是牛頓流體，更不能在整個孔隙系統(tǒng)中保持其恒定的特征。但是，在油藏工程應用中，對高滲透性稀油油層來說，由于原油邊界層不太厚，邊界層中的原油占總原油的比例不太大，邊界層原油的非牛頓性對線性滲流規(guī)律影響不明顯。在一定的誤差范圍內，可以把它當作牛頓流體對待。在解決大量的中高滲透性油藏的工程設計計算時，油藏工作者成功地運用了達西定律。然而，對低滲透油藏和稠油來說，由于固液界面作用強烈，液體在巖石表面的邊界層的影響則是可忽視的因素，它會使?jié)B

45、流規(guī)律發(fā)生明顯的變化，乃至偏離達西定律。2.3孔隙介質與流體之間的相互作用2.3.1水對孔隙結構的影響由于巖石中多含有粘土礦物，不同的粘土礦物表現(xiàn)不同程度的水敏特性，即遇水膨脹變形。同時粘土礦物還可以吸水后沿層理分裂為碎片或在流體流動剪切力的作用下，把粘附在巖石顆粒上的粘土絮解成更為細小的顆粒。無論是增大了體積的礦物顆粒，還是分裂或絮解下來的粘土礦物碎片，都會增大流體流動阻力，可堵塞一部分流體流通。此外，水有搬運粘土礦物顆粒的能力。在滲流過程中，粘土礦物微粒隨流體在孔道內流動時，當流經顆粒之間所形成的孔隙喉道處、孔道壁的粗糙部位以及當流體流動方向發(fā)生變化時，均可造成不同形式堆積堵塞，阻擋流體的

46、流動，降低孔隙介質的滲透率。因此，粘土礦物在滲流過程中的膨脹與遷移，堵塞了多孔介質的部分孔道，增加流體流動阻力，降低滲透率，從而增加啟動壓力梯度。2.3.2界面張力的影響在任何一個不可混相的二相體系中，相間都存在著界面。界面張力是源于分子間的相互作用力，并構成界面兩相的性質差異。miller,p.尼奧基認為，界面張力是影響流體界面形狀的關鍵因素，它控制流體的形變特性。接觸角和濕潤性強烈地影響多相體系中各相的排列，當在多孔介質中存在兩個流體相時，接觸角效應確定了兩種流體的位置，即哪種流體占據哪個孔道，由接觸角決定。另一方面，如果在孔隙中存在液滴，當施以壓力梯度時，界面張力確定液滴是否能變形到足以

47、通過彎曲的孔道，那么在比表面積很大的體系中界面效應特別重要，當某一相以很小的滴或顆粒分散在另一相中時，界面效應就表現(xiàn)得更為強烈。低滲透巖石因低滲、低孔隙度，孔道細小，故孔喉作用增強，加上微觀孔隙結構復雜，高比表面積，從而引發(fā)的界面效應強烈。而低滲透油層液體滲流具有非線性特征的主要原因可能是固液界面分子力的強烈作用。由于低滲透巖芯的孔隙系統(tǒng)基本上是由小孔道組成的，流體與固體之間的界面張力影響顯著，在流動過程出現(xiàn)不可忽視的阻力。2.3.3邊界層的影響在流體通過多孔介質流動的過程中，在固液界面張力作用下，多孔介質孔隙的表面形成一個流體吸附滯留層(邊界層)。根據langmuir(1916)的吸附理論及

48、試驗測量，吸附滯留層的厚度因流體性質不同而有所不同，大約在0.1m左右。吸附滯留層流體不易參與流體流動，只有當驅替壓差達到一定程度時這部分流體才能克服表面分子作用力的影響參與流動。低滲透巖層孔隙孔道異常細小，吸附滯留層的影響明顯。尤其是滲透率低于1010-3m2的低滲巖層，平均孔隙喉道半徑僅為0.114m,吸附滯留層厚度與其在同一個數(shù)量級上。這時，必須有足夠的能量克服固液界面分子的作用力才能使吸附滯留層參與流動。即只有壓力梯度達到一定數(shù)值，細小孔隙中的流體才能參與流動。這說明，細小孔隙中的流體流動具有啟動壓力。吸附層的產生降低了巖石的滲透率，對滲流產生很大影響，且這種影響隨巖石顆粒比表面積的增

49、大而增大.因此，必須有一個附加的壓力梯度克服吸附層的阻力才能開始流動。水在粘土中滲流，粘土顆粒具有吸引水的極性分子的能力，并形成水化膜，雖然膜的厚度很小，但巖石中比面很大，其影響還是很大的。由于粘土中的水多被束縛，只有附加一個壓力梯度，才能引起水化膜的破壞而開始流動。非線性滲流是由于多孔介質顆粒表面吸附層或結合水薄膜的流變學特性所決定的。在開始滲透時，由于有效過水斷面的變動，而不符合達西線性阻力定律;直到最后的滲透斷面構成為止，才按達西定律形成直線變化。2.4啟動壓力的推導以及計算低滲透油藏是指孔隙度較低、滲透性較差的原油儲集層。流體在低滲透油藏中的流動與中高滲透油藏明顯不同。當?shù)蜐B透儲集層滲

50、透率降低到一定程度后,其滲流特征已不符合達西定律,這種滲流被稱之為非達西滲流。如何準確確定低滲油藏中流體流動的啟動壓力梯度,一直困擾著研究人員。本文在滲流理論基礎之上,結合速敏資料,提出了低滲透油藏流體啟動壓力的計算方法。2.4.1 啟動壓力梯度計算方法的推導90年代以來,人們對非達西滲流現(xiàn)象尤其是低速非達西滲流現(xiàn)象進行了廣泛研究,描述低速非達西滲流規(guī)律的運動方程為: (2-3)式中 v滲流速度 , k油層滲透率 m2; 液體粘度 mpas, g radp壓力梯度 ； 常數(shù),油層啟動壓力梯度。當gradp時才能流動。由式(2-3)可看出該方程具有以下特征:隨著壓力梯度gradp的增大,的影響減

51、小。因此,在相對較高的壓力梯度區(qū)間內(g radp在層流臨界壓力梯度范圍內), vgradp關系曲線是一條不通過原點的直線,其具體的表現(xiàn)形式如下: （g radp） （2-4）式中a,b分別為這一直線的系數(shù)和常數(shù)項。令v=0,則油層的啟動壓力梯度為: （2-5）根據式(2-3),(2-4)對應關系,有 （2-6） （2-7）由此表明,油層的啟動壓力梯度與其液體的流度呈雙曲反比例關系,二者的乘積為一常數(shù),該常數(shù)只與油層及通過的液體有關。啟動壓力梯度隨巖心滲透率的降低而升高,不同流體的啟動壓力梯度不同。對整個油藏而言,其啟動壓力梯度都具有與式(2-7)相同的表現(xiàn)形式,說明油藏的啟動壓力梯度與液體流

52、度之間存在的這一規(guī)律具有普遍意義。2.4.2 啟動壓力梯度的計算啟動壓力梯度的方程(2-4)是一個擬線性方程,在流速與驅動壓力梯度曲線上根據直線的斜率和截距即可求得啟動壓力梯度。在油田開發(fā)中,最簡便地獲取流速與壓力梯度關系的方法是通過速敏試驗。速敏試驗是油田為了研究流體流速對儲層造成的傷害程度而開展的常規(guī)性試驗,因此數(shù)據資料容易獲得。速敏試驗評價的是巖心在不同流量條件下滲透率的變化情況,所以可根據速敏資料直觀地觀察啟動壓力是否存在:若隨流量的增大而滲透率逐步降低,說明在試驗流量條件下,巖心已發(fā)生不同程度的速敏,不能用來計算啟動壓力梯度;若發(fā)現(xiàn)滲透率隨流量的增大而增大時,則表明存在啟動壓力,據此

53、可根據速敏試驗的基礎數(shù)據對v(p/l)進行研究,從而計算出啟動壓力梯度及相應的流度。2.4.3 實例莊1井區(qū)j1s2儲層平均孔隙度為13.9%,平均滲透率23.910-3m2為低孔低滲儲層。針對莊1井區(qū)試驗井組部署的注水井,利用區(qū)塊速敏資料,計算其啟動壓力,并和相鄰區(qū)塊莫北油田的啟動壓力進行比較,以驗證該方法的可靠性。對莊1井區(qū)巖心的速敏資料進行分析,發(fā)現(xiàn)其中有4塊樣品在低流量區(qū)間內出現(xiàn)隨流量的增大而滲透率增大的現(xiàn)象。對這4塊樣品的流速和壓力梯度曲線,即v(p/l)曲線進行趨勢回歸,并根據公式(3)計算相應的啟動壓力梯度,結果見表1。根據公式:啟動壓力=啟動壓力梯度井距(泄油半徑),按泄油半徑

54、150m計算,其啟動壓力為3.39.0 mpa。表1莊1井區(qū)地層啟動壓力梯度的確定巖心號層位井段/m平均啟動壓力梯度zh63-34350.414 350.620.0597zh52-14341.604 341.730.021 9zh02038454337.434 343.950.05zh36-34333.794 334.000.039相鄰區(qū)塊莫北地區(qū)跟莊1井區(qū)的儲層特點接近,為低孔、低滲儲層, 砂層組是其主要儲集層。該區(qū)注水開發(fā),注入水源為清水。利用莫北地區(qū)注水資料,繪制水井的注水指示曲線,即注水壓力和日注水量的關系曲線,以確定莫北地區(qū)的啟動壓力,見表2。從表2中可以看出,莫北地區(qū)的啟動壓力為4

55、.068.96 mpa。 表2莫北地區(qū)注水井啟動壓力井號啟動壓力/mpamb20436.90mb20458.96mb20655.72mb20714.06將計算的莊1井區(qū)啟動壓力與莫北地區(qū)現(xiàn)場獲得的啟動壓力進行比較,兩者數(shù)值非常相近,說明利用速敏資料確定區(qū)塊啟動壓力的方法實用可靠,能夠滿足現(xiàn)場設計的需要。2.4.4推導計算的結論(1) 低速非達西滲流流速與壓力梯度的關系表現(xiàn)為一條不通過原點的直線;(2) 研究并推導出了油層壓力梯度與油層液體流度之間的關系式,即二者乘積為一常數(shù);(3) 應用室內速敏試驗資料確定低滲透油藏的啟動壓力梯度是一種切實可行的方法。第3章 低滲透油藏開發(fā)生產規(guī)律研究3.1低滲透儲層產能分析低滲透儲層由于巖性致密，孔吼半徑小，滲流阻力大，因此油井產能很低。產能及其影響因素的分析評價對于低滲透油田的開發(fā)具有重要的意義。我們以低滲透儲層滲流基本運動方程為基礎，導出了低滲透儲層產能方程，并對其影響因素進行分析。3.1.1