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毛管压力对低渗透油藏渗流规律和开发动态的影响-陈曾伟

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压力 渗透 油藏 渗流 规律 开发 动态 影响 陈曾伟
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第 28 卷增 刊 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 2009 年 4 月 2009 收稿日期: 2008者简介: 陈曾伟( 1984-),男,福建 福州人,硕士研究生,主要从事油气田开发工程方面的研究。 文编校:于永江 文章编号: 1008009)增刊Ⅰ 管压力对低渗透油藏渗流规律和 开发动态的影响 陈曾伟,李克文 (北京大学 工学院能源与资源工程系,北京 100871) 摘 要: 为了解决低渗透油田生产过程中出现的采液指数随含水饱和度的增加而下降这个理论上难以解释的问题,通过理论推导和现场生产数据的分析。结果表明:低渗透油田的开发动态与高渗透油田的相比具有明显不同的特征,在低渗透油田中,采液指数随含水饱和度的增加而下降,这不符合一般的渗流规律。根据考虑毛管压力时计算相对采液指数和相对采油指数的理论公式, 可以发现造成低渗透油田生产井见水后采液指数急剧下降的原因可能是低渗透油藏的储层岩石结构致密,孔喉半径小,毛管压力大,对两相渗流干扰显著,导致油水两相相对渗透率的下降。该成果从机理上解释了低渗透油田中采液指数随含水率的增加而下降这一宏观现象。 关键词: 低渗透;采液指数;毛管压力;开发动态 中图分类号: 11 文献标识码: A of on in ( 00871, to of it be of As in it in is in In of I by of I on of in of we 0 引 言 目前低渗透油田的开发是一个世界性的难题。从开发技术上来讲,普遍存在“注不进、采不出”的技术瓶颈。已有的生产数据表明低渗透油田的开发动态与高渗透油田的相比具有明显不同的特征,例如,在高渗透油田中,采液指数随含水饱和度的增加而增加,这符合一般的渗流规律;然而,在低渗透油田中,采液指数随含水饱和度的增加而下降,这不符合一般的渗流规律,且目前没有较好的理论解释。根据我们的初步分析,低渗透油田中采液指数随含水饱和度的增加而下降这一宏观现象可能与低渗透岩石中特殊的微观渗流特征有关,但是并没有直接的证据,国内外也没有相关的文献报道。另外,我们认为研究低渗透岩石中的油水两相渗流应该充分考虑毛管压力的作用,因为在低渗透岩心中,毛管压力相对于重力和粘滞力可能不可忽略,因而对低渗透岩石中的微观油水渗流及采收率存在显著的影响。遗憾的是,目前大部分情况下都没有考虑毛管压力的作用。 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 第 28 卷 108在本文中我们推导出了考虑毛管压力时计算相对采液指数和相对采油指数的理论公式,探讨了微观和宏观尺度下含水率和采液指数的变化规律及其相互关系,并从机理上解释了低渗透油田中采液指数随含水率的增加而下降这一宏观现象。 1 低渗透油田的开发动态特征 低渗透油田产量递减快,采收率低 由于储层物性差(岩性致密、孔喉半径小、孔隙结构复杂) 、渗流阻力大,大多数低渗透油田,油井自然产能低,产量递减较快。根据对部分已开发的低渗透油田的统计,单井自然产能一般低于 5吨 /月,特别是渗透率低于 10×10井自然产能更低[1]。 低渗透油田一般天然能量都不充足, 渗流阻力大,能量消耗快,产量递减快,一次采收率很低[2]。 图 1 是 Y 低渗透油田 的产量递减曲线,投产初期月产油量约 140 t,一年后降低为 90 t。该井实施酸化压裂增产措施后,月产油量恢复,达到 150 t 左右。然后该井月产量持续下降,在 80个月以后,该井月产量降低到不足 40 t。 图 1 产量递减曲线 1 井见水后产液指数、产油指数急剧下降 低渗透和高渗透油田在采油指数和采液指数的变化方面有很大的不同。 图 2 是高渗透的 S 油田和低渗透的 Y 油田相对采液指数和相对采油指数的对比图。 S 高渗透油田在含水率上升到 前,相对产液指数变化很小,采油指数下降不快;当含水率超过 ,相对采液指数迅速上升,从而部分抵消了含水率上升对采油指数下降的影响。 Y 低渗透油田的相对采液指数随着含水率的上升急剧下降, 只有在含水率达到 上时采液指数才大于 部分情况下都小于 时,相对采油指数下降得较快。 图 2 S 油田和 Y 油田采液(油)指数变化对比 of 2 含水率和采液指数的计算方法 透岩石中的微观油水分布及采收率存在显著的影响,研究低渗透岩石中的两相渗流应该充分考虑毛管压力的作用[3,4]。 根据达西定律,油水两相的渗流速度为 (ri µ⋅ ∂=− −∂(1) 上式中, k 为岩心的绝对渗透率, i 相流体的相对渗透率, μi为 i 相的粘度, i 相的压力,而 a 表示岩心轴线与水平面的夹角。 假设水相为润湿相,毛管压力 − (2) 将 1)中可行油相的渗流速度如下: (ro w p ∂∂=− + −∂∂(3) 下面讨论岩心出口端的渗流速度与累积产油量 t)或累积产水量 t)之间的关系。设 t)表示 i 相在岩心出口端的渗流速度, A 是岩心截面积。油和水的分流量定义如下: () ()()() () () t V t==+(4) 由前述方程可得岩心出口端分流量的表达式: ()d()iN t=(5) 对于油水两相渗流: 02040608010012014016020 40 60 80 100时间/月油产量/(t·月水率 f 相对采液(油)指数S 油田采油指数 Y 油田采油指数 S 油 田 采液指数 Y 油田采液指数 增 刊 陈曾伟,等:毛管压力对低渗透油藏渗流规律和开发动态的影响 109() () 1(6) 利用前述方程可得含水率的计算公式如下 ()+ ()S µµ==∂∂+−=+(7) 考虑毛管压力时采液指数 采油指数 由方程 (1)、 (3)得 (ro w c rw p p kk ∂ ⋅∂=− + − − −∂∂ ∂(8) 所以采液指数 12 12(ro w c rw p p kk ∂ ⋅∂−+−−−∂∂ ∂×== ×−−(9) 采油指数 12 12 12w ro ro c kk kk p pp ⋅∂ ⋅ ⋅∂∂−∂∂=+ −−− −(10) 在岩心出口端见水后的两相流中, 润湿相的压降近似等于驱替压降,且忽略重力项的影响 ()ro rw ro c ∂∂=+−∆ ∂∂(11) ro ro c =−∆∂∂(12) 因为初始阶段含水率等于 0,采液指数等于采油指数,所以有 ()() ()ro ==(13) 无量纲采液指数则为 0() 1() () ()() ()Lw o c w p kS kS p S ⎡⎤∂∂== + − ×⎢⎥∆∂ ∂⎣⎦(14) 无量纲采油指数为 0() 1() ()() ()c k S p S ∂∂== −∆∂ ∂(15) 3 含水率和采液指数的变化规律 图 3 是三块渗透率不同岩样的相对采液指数和相对采油指数曲线对比图。其中, 气测渗透率为 于中高渗透率岩心; 样的孔隙度为 气测渗透率为 于低渗岩心; 气测渗透率仅为 属于特低渗岩心。 如图 3,在 样的水驱油试验的早期,随着含水率上升,相对采液指数变化很小。当含水率超过 后,相对采液指数开始快速上升。 样随着含水率上升到 相对采液指数明显下降到 下。在含水率达到 右时,相对采液指数恢复到 右。 样在水驱油试验的初始阶段,随着含水率上升,相对采液指数就急剧下降到 含水率超过 后,相对采液指数开始缓慢上升,在含水率接近 ,才恢复到 右。 图 3 三块不同渗透率岩样采液(油)指数变化对比 I 图 4 考虑毛管压力与未考虑毛管压力采液(油)指数的比较 4 是考虑毛管压力与未考虑毛管压力时相对采油指数和相对采液指数理论计算值的比较。 从图 4 可以看出,在含水饱和度不高的时候,毛管压力较大,对两相渗流的干扰作用尤为明显,相对采液指数在见水初期就快速下降;随着含水率的上升,由于毛管压力相对减小,所以对两相渗流的影响减小,相对采液指数上升。 如果将不考虑毛管压力的情况视为高渗透率储层,而将考虑毛管压力的情况看作低渗透率储层,含水率 f/% 相对采液指数 相对采液指数 相对采液指数 相对采液指数 油指数,考虑毛管压力 采油指数,未考虑毛管压力 采液指数,考虑毛管压力 采液指数,未考虑毛管压力 水率 f/% 宁工程技术大学学报(自然科学版) 第 28 卷 110基本一致的,即低渗透储层的毛管压力不可忽略,采液指数随含水率的增加可能下降,在含水率较高时才随含水率的增加而增加。对于高渗透率油田,毛管压力的作用可以忽略,其采液指数早期随含水率的增加而基本不变,在含水率较高时快速上升。 4 水驱油规律与低渗透油田生产关系 图 5 是 的采液(油)指数生产数据和该井岩样水驱油试验测定的曲线的比较。由试验数据计算的采油指数和采液指数基本上反映了生产数据的变化规律。不管是生产数据还是岩心试验数据,采液指数在驱替早期都大幅下降。当含水率较高时,毛管压力的作用随含水饱和度的上升相对减小,采液指数开始恢复上升。 在油田实际生产中,高渗透油田在见水后,采液指数增 大。而低渗透油田,含水率及采液指数的变化规律与高渗透油田的变化规律有很大的不同[5]。低渗透油田在见水初期,采液指数就随着含水率的上升大幅度下降,采油指数下降的更快。 含水率,)指数油井生产值,相对采液指数油井生产值,相对采油指数考虑 对采液指数考虑 对采油指数水驱试验测定值,相对采液指数水驱试验测定值,相对采油指数图 5 考虑毛管压力时的计算值、 室内试验数据与油田生产数据的采液(油)指数曲线比较( ) 5 结 论 根据本文的分析和研究,得出如下结论: ( 1)推导出了考虑毛管压力时计算含水率、相对采液指数和相对采油指数的理论公式; ( 2)造成低渗透油田生产井见水后采液指数急剧下降的原因可能是低渗透油藏的储层岩石结构致密,孔喉半径小,毛管压力大,对两相渗流干扰显著,导致采液指数在见水初期的急剧下降; ( 3)毛管压力对低渗透岩石中的微观油水分布及采收率存在显著的影响非常大,研究低渗透岩石中的油水两相渗流应该充分考虑毛管压力的作用。在低渗透油田生产过程中,应该尽量降低毛管压力对两相渗流的影响,减缓产油指数的下降,改善低渗透油田的开发效果。 参考文献: [1] 李道品 J]. 北京 :石油工业出版社 ,2003,6. [2] 陈立 ,李彦兴 田提前注水开发试验初步成效 全国低渗透油田开发技术座谈会论文选 石油工业出版社 ,1994. [3] 李克文 ,沈平平 秦同洛 J]1994,2(16):46[4] 罗蛰潭 , 王允诚 . 油气储集层的孔隙结构 [M]. 北京 : 科学出版社 ,1986,106[5] K. “of 2006), 5 of by 1).
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