低滲透油藏開(kāi)發(fā)理論研究

1、大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文摘 要本文首先介紹了低滲透砂巖油田在我國(guó)石油工業(yè)中的地位、低滲透油田開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)以及開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的一些問(wèn)題、詳細(xì)介紹了低滲透油藏非線(xiàn)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(chǔ)層非達(dá)西滲流的概念，從多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)、滲流流體的非牛頓性質(zhì)、孔隙介質(zhì)與流體之間的相互作用等幾個(gè)方面對(duì)低滲透油藏非線(xiàn)性滲流規(guī)律進(jìn)行研究，并且推導(dǎo)出啟動(dòng)壓力梯度并運(yùn)用啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。其次是從低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)能分析、低滲透油藏產(chǎn)量遞減規(guī)律及水驅(qū)特征曲線(xiàn)、低滲透油藏動(dòng)用條件分析等幾個(gè)方面對(duì)低滲透油藏開(kāi)發(fā)生產(chǎn)規(guī)律進(jìn)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(kāi)發(fā)中所面臨的實(shí)際

2、問(wèn)題，對(duì)低滲透油藏的滲流機(jī)理和規(guī)律進(jìn)行研究，為更好的開(kāi)發(fā)好這類(lèi)油田提供理論指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：低滲透油藏；啟動(dòng)壓力梯度；非線(xiàn)性滲流；有效驅(qū)動(dòng)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(kāi)發(fā)在我國(guó)石油工業(yè)中的地位11.3 低滲透油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的問(wèn)題21.4 低滲透油藏非線(xiàn)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(xiàn)性滲流規(guī)律研究72.1低滲透油氣層特點(diǎn)分析72.2低滲透油藏非線(xiàn)性滲流機(jī)理理論研究92.3孔隙介質(zhì)與流體之間的相互作用研究112.4啟動(dòng)壓力的推導(dǎo)以及計(jì)算13第3章 低滲透油藏開(kāi)發(fā)生產(chǎn)規(guī)律研究163.1低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)能分析163.2低滲透油藏產(chǎn)量遞減規(guī)律及水驅(qū)特征曲線(xiàn)193.3低滲透油藏動(dòng)用條件分析26結(jié) 論30致謝31參考文獻(xiàn)32i第1章 概述1.1

8、 研究的目的和意義石油是保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(lái)越大。就目前石油工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，石油開(kāi)發(fā)的形勢(shì)是隨著我國(guó)油田進(jìn)入高含水和特高含水期，原油的開(kāi)采難度逐漸加大;勘探的形勢(shì)是新近探明儲(chǔ)量中低豐度、低滲透、低產(chǎn)能俗稱(chēng)“三低”儲(chǔ)量占居的比例很大。90年代以來(lái)在大慶、吉林、遼河、勝利、長(zhǎng)慶等主要油田陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多低滲透油藏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在近幾年探明的未動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，低滲透油藏的儲(chǔ)量占58%，而在探明的石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，低滲透油藏的石油地質(zhì)儲(chǔ)量所占比例高達(dá)60-70%，甚至更高?？梢?jiàn)低滲透油藏是我國(guó)今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要資源基礎(chǔ)。我國(guó)陸地低滲透油田廣泛

9、分布于全國(guó)20多個(gè)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(guó)陸上原油探明儲(chǔ)量中低滲透油田占有非常大的比例，目前探明儲(chǔ)量約40億噸。因此我們有必要總結(jié)開(kāi)發(fā)低滲透油田的成功經(jīng)驗(yàn)，分析目前存在的矛盾，進(jìn)一步改善開(kāi)發(fā)效果，提高經(jīng)濟(jì)效益，爭(zhēng)取更多的低滲透油田投入開(kāi)發(fā)，以保證我國(guó)石油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。如何做到合理、科學(xué)、高效開(kāi)發(fā)低滲透油田是我國(guó)石油天然氣工業(yè)在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的一個(gè)重要戰(zhàn)略目標(biāo)和任務(wù)。為了能更有效的開(kāi)發(fā)低滲透油藏，本章比較詳細(xì)的介紹了低滲透油藏的基本情況。1.2 低滲透砂巖油田開(kāi)發(fā)在我國(guó)石油工業(yè)中的地位石油是保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(lái)越大。就目前石油工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，石油開(kāi)發(fā)的形勢(shì)是隨著我國(guó)油田進(jìn)入高含水和特高含水期，原油的開(kāi)采難度逐漸加大;勘探的形勢(shì)是新近探明儲(chǔ)量中低豐度、低滲透、低產(chǎn)能俗稱(chēng)“三低”儲(chǔ)量占居的比例很大。90年代以來(lái)在大慶、吉林、遼河、勝利、長(zhǎng)慶等主要油田陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多低滲透油藏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在近幾年探明的未動(dòng)用石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，滲透率小于5010-3m2的滲透儲(chǔ)曾儲(chǔ)量占58%，而在探明的石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，低滲透油藏的石油地質(zhì)儲(chǔ)量所占比例高達(dá)60-70%，甚至更高?？梢?jiàn)低滲透油藏是我國(guó)今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要資源基礎(chǔ)。我國(guó)陸地低滲透油田廣泛分布于全國(guó)20多個(gè)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(guó)陸上原油探明儲(chǔ)量中低滲透油田占有非常大的比例，目前探明儲(chǔ)量約40億噸。因此我們有必要總結(jié)開(kāi)發(fā)低滲透油田的成功經(jīng)驗(yàn)，分析目前存在的矛盾，進(jìn)一步改善開(kāi)發(fā)效果，提高經(jīng)濟(jì)效益，爭(zhēng)取更多的低滲透油田投入開(kāi)發(fā)，以保證我國(guó)石油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。如何做到合理、科學(xué)、高效開(kāi)發(fā)低滲透油田是我國(guó)石油天然氣工業(yè)在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的一個(gè)重要戰(zhàn)略目標(biāo)和任務(wù)。1.3 低滲透油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的問(wèn)題我們知道，石油天然氣等能源類(lèi)物質(zhì)多數(shù)被儲(chǔ)存在高溫高壓的多孔介質(zhì)中。組成多孔介質(zhì)的巖石主要特性是儲(chǔ)容性和滲透性,滲流力學(xué)作為一門(mén)邊緣學(xué)科，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，己經(jīng)在研究多孔介質(zhì)流動(dòng)特別是石油天然氣滲流方面取得了很大

12、的進(jìn)展，目前滲流力學(xué)己經(jīng)成為油藏工程師必備的知識(shí)。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，滲流力學(xué)也必將從線(xiàn)性滲流過(guò)渡到非線(xiàn)性滲流，目前非線(xiàn)性滲流的研究已經(jīng)成為國(guó)際滲流力學(xué)研究的熱點(diǎn)。由于巖石特別是低滲透儲(chǔ)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(shí)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(shí)存在于巖石的孔隙中部，從而使得巖石內(nèi)部就不只是油同時(shí)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(zhì)如油水對(duì)巖石孔隙表面的選擇性潤(rùn)濕和油水之間的界面張力等問(wèn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，油氣水和巖石的表面或界面性質(zhì)又引起了一系列的毛管現(xiàn)象。因此，從一定程度上說(shuō)，油藏的開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)特征大部分是由巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征以及孔隙內(nèi)部的界面或表面特征決定的。相對(duì)于高、中滲透油藏，低滲透油藏巖石的結(jié)構(gòu)和表面特征對(duì)油藏的開(kāi)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(chǔ)層儲(chǔ)量資源巨大，但可動(dòng)資源小，同等含水率下極限儲(chǔ)采比高。低滲透油田開(kāi)發(fā)的具體的表現(xiàn)如注水難度大，注水見(jiàn)效慢，油藏欠注嚴(yán)重，注水啟動(dòng)壓力大，采油速度和注水采出程度低，無(wú)效注水嚴(yán)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(wú)不與地層的結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。另一方面，由于低滲透油藏

14、的孔隙結(jié)構(gòu)特征，對(duì)注水水質(zhì)的要求十分嚴(yán)格，甚至嚴(yán)重到不能進(jìn)行注水，或無(wú)效注水，這就給低滲透油藏注水開(kāi)發(fā)帶來(lái)了一系列的困難。大量的低滲透巖心室內(nèi)水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)證實(shí)，隨著含水飽和度的上升，油相相對(duì)滲透率急劇降低，而水相相對(duì)滲透率上升緩慢，到殘余油飽和度時(shí)的水相相對(duì)滲透率也很小(一般在20%左右，有的甚至更低)，共滲點(diǎn)很低，滲流阻力很大。而在油田開(kāi)發(fā)的過(guò)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(wú)效注水增加，這就造成采油井的產(chǎn)量降低，低產(chǎn)低效井逐漸增多。在增產(chǎn)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(lái)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(yīng)生產(chǎn)井產(chǎn)液量下降的問(wèn)題。當(dāng)注水壓力增加到地層破裂壓力以上時(shí)，地層產(chǎn)生裂縫。裂縫可能擴(kuò)展到泥巖層或鹽巖層，注入水會(huì)使泥巖蠕變、鹽巖溶蝕。在地應(yīng)力的作用下，地層會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，使套管變形，甚至斷裂。由于這類(lèi)油田注水十分困難，有許多油田甚至不能依靠注水開(kāi)發(fā)，出現(xiàn)了依靠注入水的滲吸作用進(jìn)行間歇采油或撈油、注烴類(lèi)氣體或二氧化碳?xì)怏w、水氣交替注入、注活性水或泡沫水驅(qū)等開(kāi)發(fā)方式。當(dāng)上述的開(kāi)發(fā)方式不適合時(shí)，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(shí)踐表明，開(kāi)發(fā)低滲透油田除了必須考慮的粘土礦物的運(yùn)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(kāi)發(fā)的工藝問(wèn)題以及細(xì)分層位、注水時(shí)機(jī)、儲(chǔ)量計(jì)算等地質(zhì)問(wèn)題外，必須考慮低滲透油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的非線(xiàn)性滲流問(wèn)題。1.4 低滲透油藏非線(xiàn)性滲流的研究現(xiàn)狀及主要成果隨實(shí)驗(yàn)水平的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，求解非線(xiàn)性問(wèn)題己經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)研究方面主要集中在啟動(dòng)壓力的物理實(shí)質(zhì)與力學(xué)描述，在滲流方程方面已經(jīng)取得了一些認(rèn)識(shí)，一般多數(shù)文獻(xiàn)都是局限于在數(shù)學(xué)處理時(shí)所采用的滲流方程中輯加=啟動(dòng)壓力梯度，-沒(méi)有從影響低滲透非線(xiàn)性滲流機(jī)理的角度來(lái)考慮。黃延章等人從研究低滲透低速非達(dá)西滲流機(jī)理出發(fā)，重點(diǎn)研究邊界層對(duì)滲流規(guī)律的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法研究邊界層對(duì)滲流的

17、影響。他們采用了兩種粘度相同，性質(zhì)不同的油，一種是原油，一種是模擬油，結(jié)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(dá)西現(xiàn)象越明顯;滲透率越低，邊界層對(duì)滲流規(guī)律影響越明顯。低滲透儲(chǔ)層中的流體流動(dòng)是非線(xiàn)性滲流中的一種，稱(chēng)為低滲透非線(xiàn)性滲流。其特征曲線(xiàn)分為兩部分，在低壓力梯度范圍內(nèi)滲流量與壓力梯度呈非線(xiàn)性，在高壓力梯度范圍呈擬線(xiàn)性。擬線(xiàn)性段的反向延長(zhǎng)線(xiàn)不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，而與壓力梯度軸有交點(diǎn)，稱(chēng)為擬啟動(dòng)壓力梯度。由非線(xiàn)性段過(guò)渡到擬線(xiàn)性段的點(diǎn)稱(chēng)為臨界點(diǎn)，該點(diǎn)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(duì)低滲透油藏中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，許多學(xué)者根據(jù)

18、帶啟動(dòng)壓力梯度的非達(dá)西線(xiàn)性滲流方程，研究了低滲透油藏中流體的滲流問(wèn)題。鄭祥克，陶永建，門(mén)承全等，在前人針對(duì)達(dá)西流的工作基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出含啟動(dòng)壓力梯度的低速非達(dá)西滲流的產(chǎn)能方程，為解析流入動(dòng)態(tài)關(guān)系(ipr)曲線(xiàn)方法在低滲、特低滲透油藏中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。并且根據(jù)建立的產(chǎn)能方程分析了實(shí)際油田特低滲透儲(chǔ)層的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，應(yīng)用結(jié)果表明，該方法所得結(jié)果比試井分析以及巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠更好地預(yù)測(cè)特低滲透儲(chǔ)集層的產(chǎn)能，且結(jié)果可滿(mǎn)足工程分析的精度要求;谷建偉，毛振強(qiáng)為解決低滲透油田生產(chǎn)參數(shù)變化與中、高滲透油田不同的問(wèn)題，在考慮低滲透油藏存在啟動(dòng)壓力、毛管力、重力等因素情況下，推導(dǎo)了低滲透油田油水兩相滲流時(shí)生產(chǎn)

19、參數(shù)含水率、無(wú)因次采油指數(shù)、無(wú)因次采液指數(shù)的變化形式，并具體分析了3種因素對(duì)生產(chǎn)參數(shù)的影響，結(jié)果表明，毛管力和啟動(dòng)壓力的存在使得含水率增加，重力對(duì)含水率的影響與地層傾角有關(guān)，并且兩者的存在增加了無(wú)因次采液指數(shù)，對(duì)無(wú)因次采油指數(shù)無(wú)影響;呂成遠(yuǎn)，王建，孫志剛通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定3個(gè)不同滲透率級(jí)別的低滲透砂巖油藏巖心樣品的非達(dá)西滲流曲線(xiàn)，采用“毛細(xì)管平衡法”與傳統(tǒng)的“壓差-流量法”相結(jié)合，保證了非達(dá)西滲流曲線(xiàn)的完整性。在每塊實(shí)驗(yàn)樣品的平均滲流速度與單位粘度的驅(qū)替壓力梯度的關(guān)系坐標(biāo)中，利用二次函數(shù)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過(guò)二次函數(shù)曲線(xiàn)切線(xiàn)的斜率和截距的變化來(lái)描述低速非達(dá)西滲流中巖心滲透率和啟動(dòng)壓力梯度的變化，探討了

20、啟動(dòng)壓力梯度與空氣滲透率、流體粘度、驅(qū)替壓力梯度的關(guān)系以及低速非達(dá)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(guān)系，并回歸得到了經(jīng)驗(yàn)公式。陳祖華，劉京軍等針對(duì)低滲透砂巖油藏存在啟動(dòng)壓力梯度的特點(diǎn)，以具有啟動(dòng)壓力梯度的滲流公式為基礎(chǔ)，求出地層穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)徑向流產(chǎn)量公式及壓力分布公式，用物質(zhì)平衡法求解出低滲透油田注水見(jiàn)效時(shí)間與注采井距的關(guān)系。結(jié)果表明低滲透油田壓力波傳播時(shí)間與壓力梯度關(guān)系密切，注水見(jiàn)效時(shí)間與啟動(dòng)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(shí)施后，實(shí)際注水見(jiàn)效時(shí)間與計(jì)算值相符。吳景春，袁滿(mǎn)，賈振岐等選取滲透率在05010-3m2天然巖心和人造

21、巖心進(jìn)行了室內(nèi)滲流實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了低滲透油藏啟動(dòng)壓差的形成機(jī)理及變化規(guī)律、非達(dá)西流動(dòng)的產(chǎn)生條件及其滲流規(guī)律，并建立起3類(lèi)流體非線(xiàn)性滲流時(shí)的流動(dòng)方程;鄧英爾，劉慈群根據(jù)低滲透介質(zhì)非線(xiàn)性滲流運(yùn)動(dòng)規(guī)律三參數(shù)連續(xù)函數(shù)模型，用質(zhì)量守恒定律及橢圓滲流的概念，建立了低滲透介質(zhì)中兩相流體橢圓非線(xiàn)性滲流數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用有限差分方法和外推方法求得了模型的解，導(dǎo)出了兩相流體橢圓非線(xiàn)性滲流條件下油井見(jiàn)水前后開(kāi)發(fā)指標(biāo)的計(jì)算公式，并進(jìn)行了實(shí)例分析。結(jié)果表明:非線(xiàn)性滲流對(duì)含水飽和度分布影響較大;非線(xiàn)性滲流使得水驅(qū)油推進(jìn)速度比線(xiàn)性滲流的快，使油井見(jiàn)水時(shí)間提前，使得石油開(kāi)發(fā)指標(biāo)變差;非線(xiàn)性滲流使得同一時(shí)刻的壓差比線(xiàn)性滲流的大

22、，使石油開(kāi)發(fā)難度加大。這為低滲油藏垂直裂縫井開(kāi)發(fā)工程提供了科學(xué)依據(jù);丁海濤，閨建文，杜政學(xué)等論述了大慶外圍低滲透油田滲流過(guò)程中的壓力損失、有機(jī)垢、無(wú)機(jī)垢、儲(chǔ)層敏感性及入井液的固相顆粒等造成的儲(chǔ)層傷害類(lèi)型，分析了儲(chǔ)層傷害的典型實(shí)例及采取相應(yīng)保護(hù)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(zhì)注水保證油層具有穩(wěn)定的吸水能力、采用優(yōu)質(zhì)工作液降低油層傷害程度、建立敏感性數(shù)據(jù)庫(kù)和智能判別系統(tǒng)等保護(hù)儲(chǔ)層方面的建議;賀偉，馮曦，鐘孚勛針對(duì)低滲儲(chǔ)層氣體低速非達(dá)西滲流機(jī)理進(jìn)行了研究，介紹了開(kāi)展實(shí)際低滲透巖樣特殊滲流實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和認(rèn)識(shí)，探討了低滲巖石氣體低速非達(dá)西滲流的物理實(shí)質(zhì)和一般規(guī)律，認(rèn)識(shí)到

23、了含水狀態(tài)下巖樣滲流偏離達(dá)西定律的現(xiàn)象并可以用“啟動(dòng)壓差”和“臨界壓力梯度”兩個(gè)參數(shù)來(lái)描述，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了描述氣體低速非達(dá)西滲流的數(shù)學(xué)模型;賈振岐，王延峰，付俊林等認(rèn)為流體在低滲低速下滲流時(shí)，具有一定的彈塑性。實(shí)驗(yàn)證明，這種特性與介質(zhì)和流體的種類(lèi)和性質(zhì)有關(guān)。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(qiáng)，則啟動(dòng)壓力就越高。在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，相界面的變化引發(fā)了多種物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而引起流體的非達(dá)西滲流特征。傅春華，葛家理針對(duì)低滲透油田儲(chǔ)集層天然裂縫發(fā)育、開(kāi)發(fā)過(guò)程中油層滲透率非常數(shù)、地下流體滲流不服從達(dá)西定律的性質(zhì)，從變形介質(zhì)

24、滲流理論研究入手，建立了變形介質(zhì)帶啟動(dòng)壓力梯度的非線(xiàn)性滲流的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出了變形介質(zhì)非線(xiàn)性穩(wěn)定滲流條件下，油井的產(chǎn)油量和壓力計(jì)算公式，并對(duì)彈性介質(zhì)達(dá)西滲流、變形介質(zhì)達(dá)西滲流、彈性介質(zhì)非達(dá)西滲流和變形介質(zhì)非線(xiàn)性滲流條件下，油井產(chǎn)油量進(jìn)行了對(duì)比分析;阮敏，何秋軒等認(rèn)為臨界點(diǎn)是低滲透非達(dá)西滲流由非線(xiàn)性滲流區(qū)向擬線(xiàn)性滲流區(qū)轉(zhuǎn)變的標(biāo)志，它界定了兩種不同的滲流規(guī)律。它的確定對(duì)于準(zhǔn)確描述低滲透非達(dá)西滲流具有重要意義。針對(duì)低滲非達(dá)西滲流曲線(xiàn)上臨界點(diǎn)的難確定以及什么條件下出現(xiàn)非達(dá)西滲流問(wèn)題，進(jìn)行了較為深入的研究與分析。在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用蒙特卡洛數(shù)值解法來(lái)確定臨界點(diǎn)，克服了早期利用圖板法確定臨界點(diǎn)的不

25、足。同時(shí)，提出一種臨界參數(shù)判別法，用于判定低滲透多孔介質(zhì)中的滲流形式，為確定低滲透油田開(kāi)發(fā)滲流計(jì)算方法提供了理論依據(jù)。為了確定該滲流形式出現(xiàn)的條件，在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)引起非達(dá)西滲流的主要作用機(jī)制，如流體粘度、介質(zhì)滲流率、孔隙幾何結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了討論，運(yùn)用因次分析方法，提出了一個(gè)綜合判據(jù):壓力數(shù)(凡;根據(jù)實(shí)驗(yàn)并結(jié)合微分原理，提出了低滲透復(fù)雜介質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)非線(xiàn)性滲流的微分線(xiàn)性描述方法，比較詳細(xì)地介紹了該方法的原理、步驟和使用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題。該方法不但可以描述流體滲流的非線(xiàn)性，而且還能描述流體流態(tài)的多變性;宋付權(quán)，劉慈群，李凡華考慮啟動(dòng)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(kāi)一關(guān)滲流

26、的數(shù)學(xué)方程，并進(jìn)行了有動(dòng)邊界問(wèn)題的數(shù)值求解。并以數(shù)值為基礎(chǔ)，分析了滲流終態(tài)時(shí)井底(或巖心采液端)壓力及壓力影響半徑(或距離)與啟動(dòng)壓力梯度和關(guān)閉時(shí)間的關(guān)系，并給出相應(yīng)的公式及壓力峰值的傳播規(guī)律。得到了有意義的結(jié)果，為低滲透油藏開(kāi)發(fā)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。程時(shí)清根據(jù)ramey等人提出的實(shí)用dst段塞流模型及典型曲線(xiàn)擬合方法，考慮了不穩(wěn)定滲流擴(kuò)散方程的非線(xiàn)性項(xiàng)，建立了段塞測(cè)試的非線(xiàn)性模型，研制了新型典型曲線(xiàn)，并進(jìn)行了實(shí)例分析;阮敏，王連鋼等在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了滲透率的壓力敏感性特征以及低滲透油田開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題。研究表明，因賈敏效應(yīng)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(dāng)?shù)貙訅毫ο陆?mpa時(shí)，產(chǎn)量下降可達(dá)13%左右;趙明躍，王新海，雷霆等在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了高速非達(dá)西滲流的物理模型和數(shù)學(xué)模型。用數(shù)值的方法，建立了相應(yīng)的數(shù)值模型即差分方程，通過(guò)求解和編制相應(yīng)的軟件，模擬了不同紊流條件下的井底壓力響應(yīng)與地層壓力分布，并探討了不同紊流條件下，井底壓力響應(yīng)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(píng)價(jià)了確定低滲透油藏啟動(dòng)壓力梯度的三種方法，重點(diǎn)介紹了低滲油藏試井分析確定啟動(dòng)壓力梯度的方法和實(shí)際應(yīng)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(duì)比;姚約東，葛家理等人經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)石油滲流除了通常的線(xiàn)性達(dá)西流和

28、高速紊流外，還有3種新的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，他們分別是亞高速、低速及超低速，并且在無(wú)因次關(guān)系曲線(xiàn)上找到這5種流態(tài)相互轉(zhuǎn)化的臨界值。用無(wú)因次分析法對(duì)低滲透巖心的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得出新的滲流規(guī)律。從微觀角度出發(fā)，應(yīng)用邊界層理論進(jìn)一步證實(shí)了這一滲流規(guī)律。運(yùn)用新的運(yùn)動(dòng)方程，建立了低滲透油藏不穩(wěn)定滲流的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)拉氏變換和stehfest數(shù)值反演，求得了有限半徑井的實(shí)空間近似解，并應(yīng)用數(shù)值分析方法驗(yàn)證了近似解析方法的可行性。對(duì)低滲透油藏的壓力動(dòng)態(tài)特征以及邊界對(duì)壓力動(dòng)態(tài)影響的分析結(jié)果表明，低滲透油層試井曲線(xiàn)的壓力動(dòng)態(tài)特征為:短時(shí)曲線(xiàn)與達(dá)西滲流模型相似，而長(zhǎng)時(shí)曲線(xiàn)則受到非達(dá)西滲流的影響。對(duì)于恒壓邊界油藏，壓力

29、趨于穩(wěn)定的時(shí)間比達(dá)西滲流要遲一些:在無(wú)限大地層中，其導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)是一簇平行的傾斜線(xiàn)。對(duì)于同一區(qū)域低滲透油層試井曲線(xiàn)，其導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)出現(xiàn)“階躍”的時(shí)間較遲的井區(qū)，流動(dòng)系數(shù)比較好，反之則較差;程時(shí)清，張盛綜，黃延章等人研究了低滲透油藏低速非達(dá)西徑向滲流的動(dòng)邊界問(wèn)題，給出了高精度的積分解，分析了啟動(dòng)壓力梯度對(duì)壓力分布的影響，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)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(yáng)等認(rèn)為流體滲流的非線(xiàn)性和流態(tài)的多變性是復(fù)雜介質(zhì)儲(chǔ)層中的主要特征。根據(jù)實(shí)驗(yàn)滲流曲線(xiàn)的非線(xiàn)性特征，并結(jié)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(xiàn)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(guò)程中流體流態(tài)的多變性;薛蕓，石京平，賀承祖根據(jù)表面與膠體化學(xué)近代原理和有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料，將低速非達(dá)西流動(dòng)歸咎于測(cè)試系統(tǒng)受污染而引起的實(shí)驗(yàn)誤差、流動(dòng)邊界層性質(zhì)異?；蛩さ染y以成立。他們認(rèn)為，液體在干巖樣中的低速非達(dá)西流動(dòng)可能與多孔介質(zhì)中膠體顆粒進(jìn)入孔隙流體引起的塑性流動(dòng)有關(guān)，氣體在含水巖樣中的低速非達(dá)西流動(dòng)可能與相滲透率滯后導(dǎo)致的水在巖樣中的重新分布有關(guān)。第2章 低滲透油藏非線(xiàn)性滲流規(guī)律研究2.1低滲透油氣層特點(diǎn)分析低滲透油藏的滲透率很低、油氣水賴(lài)以流動(dòng)的通道很微細(xì)、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(dǎo)致滲流規(guī)律產(chǎn)生某

31、種程度的變化而偏離達(dá)西定律。這些內(nèi)在因素反映在油田生產(chǎn)上往往表現(xiàn)為單井日產(chǎn)量小甚至不壓裂就無(wú)自然產(chǎn)能;穩(wěn)產(chǎn)狀況差，產(chǎn)量下降快;注水井吸水能力差，注水壓力高，而采油井難以見(jiàn)到注水效果;油田見(jiàn)水后，含水上升快，而采液指數(shù)和采油指數(shù)急劇下降，對(duì)油田穩(wěn)產(chǎn)造成很大困難。首先是低滲透油層的地質(zhì)特征呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）儲(chǔ)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(jié)物較多是低滲透砂巖儲(chǔ)層的普遍現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，低滲透油田儲(chǔ)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(chǔ)層滲透率一般為l一5010-3m2，但各個(gè)油田的情況不一。從18個(gè)油田28套油層統(tǒng)計(jì)，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(guó)的低滲透油田一半以上的儲(chǔ)量存在于滲透率小于1010-3m2的油藏中。（2）儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重低滲透油藏的非均質(zhì)性主要是受水進(jìn)、水退形成儲(chǔ)層縱向上的沉積旋回規(guī)律而造成儲(chǔ)層不同微相之間的儲(chǔ)層物性差異。層內(nèi)非均質(zhì)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(xì)小，溶蝕孔發(fā)育低滲透砂巖儲(chǔ)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(duì)較發(fā)育，另外還有微孔隙，晶間孔和裂隙孔。低滲透儲(chǔ)層以

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

34、性質(zhì)好我國(guó)多數(shù)低滲透油田原油具有原油密度小、粘度小、含膠質(zhì)和瀝青少的特點(diǎn)，另外原油凝固點(diǎn)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(zhì)好是低滲透油田開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要的有利因素。其次是影響低滲透油田開(kāi)發(fā)效果的主要因素主要包括以下幾個(gè)方面：（1）油層孔吼細(xì)小，比表面積大，滲透率低低滲透儲(chǔ)層由于近源沉積，碎屑物質(zhì)分選程度差；或因?yàn)檫h(yuǎn)源沉積，巖石顆粒細(xì)，以及成巖壓實(shí)和膠結(jié)作用，造成油層孔隙小、喉道細(xì)、比表面積大、滲透率低。低滲透油層一般以小微孔隙和細(xì)微細(xì)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(dá)2-20m2/g 。儲(chǔ)層孔喉細(xì)小和比表面積大，不僅直接形成了滲透率低的結(jié)果，而且是低滲透油田一系列開(kāi)采特征的根本原因。（2）滲流規(guī)律不遵循達(dá)西定律，具有啟動(dòng)壓力梯度低滲透儲(chǔ)層由于孔吼細(xì)小、比表面積大、原油邊界層厚度達(dá)西大、賈敏效應(yīng)和表面分子力作用強(qiáng)烈，其滲流規(guī)律不遵循達(dá)西啟動(dòng)壓力梯度定律，具有非達(dá)西滲流特征。滲流直線(xiàn)段的延長(zhǎng)線(xiàn)不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)（達(dá)西滲流通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)），而與壓力梯度軸相交，其交點(diǎn)即為啟動(dòng)壓力梯度。滲透率越低，啟動(dòng)壓力梯度越大。彈性能量小，利用天然能量方式開(kāi)采壓力和產(chǎn)量下降快（3）低滲透儲(chǔ)層由于儲(chǔ)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(qū)采收率也不高。在消耗天然能量方式開(kāi)采條件下，地層壓力大幅度下降，油田產(chǎn)量急劇遞減，生產(chǎn)管理都非常被動(dòng)。（4）產(chǎn)油能力個(gè)吸水能力很低，油層注水效果緩慢。低滲透油層自然生產(chǎn)能力很低，甚至沒(méi)有自然產(chǎn)能，一般都要經(jīng)過(guò)壓裂改造后才能正式投產(chǎn)。即使經(jīng)過(guò)壓裂改造，其生產(chǎn)能力也很低，采油指數(shù)僅僅相當(dāng)于中、高滲透油層的幾十分之一。由于低滲透儲(chǔ)層滲流阻力大，大部分能量都消耗在注水井周?chē)途?jiàn)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(jiàn)到注水效果，見(jiàn)效后油井壓力、產(chǎn)量相對(duì)保持穩(wěn)定，上升現(xiàn)象很不明顯。（5）油井見(jiàn)水后產(chǎn)液（油）指數(shù)大幅度下降由于油水

37、粘度比和巖石潤(rùn)濕性等多種因素的影響，低滲透油井見(jiàn)水后產(chǎn)液（油）指數(shù)大幅度下降。當(dāng)含水達(dá)到50%-60%甚至更高時(shí)，無(wú)因次采油指數(shù)更低，只有0.15。低滲透油層的這種特性，對(duì)油井見(jiàn)水后的提液和穩(wěn)產(chǎn)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(yán)重。我國(guó)帶裂縫的砂巖油田其基質(zhì)巖塊絕大多數(shù)都是低滲透油層，構(gòu)成裂縫性低滲透砂巖油田。這類(lèi)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(yán)重。有的油田在注水井投產(chǎn)幾天甚至幾小時(shí)后，相鄰的油井即遭到暴性水淹。但裂縫具有雙重作用，調(diào)整、控制得當(dāng)，也可取得較好的開(kāi)發(fā)效果。2.2低滲透油藏非線(xiàn)性滲流機(jī)理理論研究多年來(lái)，人們運(yùn)用達(dá)西線(xiàn)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(kāi)發(fā)技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算問(wèn)題。然而在低滲透油田的開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)了一系列有別于中高滲透油田開(kāi)發(fā)的特殊問(wèn)題，對(duì)于低滲透介質(zhì)滲流規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究也顯示出了其特殊性。低滲介質(zhì)滲流遵循非線(xiàn)性滲流規(guī)律。其主要的影響因素和特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面2.2.1多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)孔隙大小、孔隙喉道幾何結(jié)構(gòu)及其分布都會(huì)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(xiàn)性滲流的重要因素。因?yàn)檫@類(lèi)儲(chǔ)層的流動(dòng)阻力很大，致使?jié)B流速度極低。alvaroprada、閻慶來(lái)、吳景春等人利用低濃度鹽水對(duì)不同滲透率的天然巖芯和人工膠結(jié)巖芯做單相滲流實(shí)驗(yàn).，得出的滲流曲線(xiàn)特征為

39、:在低滲流速度下，滲流曲線(xiàn)呈現(xiàn)非線(xiàn)性關(guān)系.隨著滲流速度的提高，曲線(xiàn)的非線(xiàn)性關(guān)系段向線(xiàn)性段(不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn))過(guò)渡。這種同一液體在不同多孔介質(zhì)中表現(xiàn)出不同的滲流特征，充分地說(shuō)明了多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)特征起著決定作用。（1）孔隙半徑 單個(gè)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?？紫镀骄椎腊霃絩與滲透率k之間的關(guān)系可以用下式描述： （2-1）在低滲透孔隙介質(zhì)中，孔隙喉道的狹窄將引起如下效應(yīng):賈敏效應(yīng)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(fù)雜的孔喉網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)珠泡由較大的孔隙流動(dòng)到較窄的喉道時(shí)就遇到阻擋。要使珠泡通過(guò)孔道窄口，需要克服珠泡遇阻變形所

40、產(chǎn)生的毛管力，也就是賈敏效應(yīng)現(xiàn)象。低滲透油層孔喉變化頻繁、孔喉比大，因而賈敏效應(yīng)更為顯著?？〝喱F(xiàn)象嚴(yán)重。在連續(xù)液流通過(guò)巖石孔隙喉道時(shí)，由于低滲透層喉道半徑很小，毛管力急劇增大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力不足以抵消毛管力效應(yīng)時(shí)，液流將被卡斷，連續(xù)的液流變?yōu)榉稚⒌囊旱?。這種流動(dòng)形態(tài)的變化將導(dǎo)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(guān)。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(guān)系。黃延章認(rèn)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(qiáng)，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(zhì)比表面積越大，其吸附力越強(qiáng)，吸附的物質(zhì)越多，流動(dòng)阻力越大，滲透率越小。在低滲透儲(chǔ)層中，由于孔喉細(xì)小、比表面積和原油邊界層厚度大、賈敏效應(yīng)和表面分子力作用強(qiáng)烈，滲透率低，其滲流規(guī)律不再遵循達(dá)西定律，具有非線(xiàn)性型滲流特征。低滲透油層的滲透率越低，啟動(dòng)壓力梯度越大，非線(xiàn)性滲流指數(shù)也越大。2.2.2 滲流流體的非牛頓性質(zhì)流體性質(zhì)主要體現(xiàn)于流體的粘度和密度，它們一起構(gòu)成了流體的運(yùn)動(dòng)粘度，在某種程度上對(duì)流體的滲流起著決定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)流體性質(zhì)對(duì)滲流特征的影響表現(xiàn)為:隨粘度增大，非線(xiàn)性延伸越長(zhǎng)，曲線(xiàn)曲率越小，臨界壓力梯度和啟動(dòng)壓力梯度越大，非線(xiàn)性特性越強(qiáng)烈。

42、粘度減小到某值時(shí)，滲流由非線(xiàn)性流轉(zhuǎn)變?yōu)檫_(dá)西流，而臨界壓力梯度和啟動(dòng)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?？刂瓶紫督橘|(zhì)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(zhì)。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(zhì)不受界面現(xiàn)象的影響，而邊界流體的性質(zhì)則明顯地受界面現(xiàn)象的影響。因此，從整體來(lái)看，滲流流體的性質(zhì)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(guò)渡到體相流體的低粘度，因?yàn)榭?/p>

43、道的大小和分布與滲透率有關(guān)，所以，滲透率的變化對(duì)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(yīng)力，粘滯力及剪切應(yīng)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(yīng)力都與滲透率成反比，滲透率越小，粘滯力及剪切應(yīng)力就越大。由于在低滲透多孔介質(zhì)中流體表現(xiàn)為非牛頓液效應(yīng)，其滲流特征符合bingham流體滲流，即當(dāng)剪切應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時(shí)，其流動(dòng)與牛頓流體相同，其滲流規(guī)律為: 0 （2-2） =0水通?？梢哉J(rèn)為是牛頓流體，但是，當(dāng)它在很細(xì)小的孔道中流動(dòng)時(shí)就顯示出了非牛頓特征，即呈現(xiàn)出非線(xiàn)性滲流特征，具有啟動(dòng)壓力梯度。對(duì)粘度比水大且具

44、有結(jié)構(gòu)粘度的原油來(lái)說(shuō)，當(dāng)它流經(jīng)低滲透巖心時(shí)，其非牛頓流動(dòng)特征更是不言而喻的。在低滲透層中滲流時(shí)，它也呈現(xiàn)出非線(xiàn)性滲流特征和具有啟動(dòng)壓力梯度。因此，儲(chǔ)層中的原油原則上并不是牛頓流體，更不能在整個(gè)孔隙系統(tǒng)中保持其恒定的特征。但是，在油藏工程應(yīng)用中，對(duì)高滲透性稀油油層來(lái)說(shuō)，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(duì)線(xiàn)性滲流規(guī)律影響不明顯。在一定的誤差范圍內(nèi)，可以把它當(dāng)作牛頓流體對(duì)待。在解決大量的中高滲透性油藏的工程設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，油藏工作者成功地運(yùn)用了達(dá)西定律。然而，對(duì)低滲透油藏和稠油來(lái)說(shuō)，由于固液界面作用強(qiáng)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(huì)使?jié)B

45、流規(guī)律發(fā)生明顯的變化，乃至偏離達(dá)西定律。2.3孔隙介質(zhì)與流體之間的相互作用2.3.1水對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)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(shí)粘土礦物還可以吸水后沿層理分裂為碎片或在流體流動(dòng)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(xì)小的顆粒。無(wú)論是增大了體積的礦物顆粒，還是分裂或絮解下來(lái)的粘土礦物碎片，都會(huì)增大流體流動(dòng)阻力，可堵塞一部分流體流通。此外，水有搬運(yùn)粘土礦物顆粒的能力。在滲流過(guò)程中，粘土礦物微粒隨流體在孔道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，當(dāng)流經(jīng)顆粒之間所形成的孔隙喉道處、孔道壁的粗糙部位以及當(dāng)流體流動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，均可造成不同形式堆積堵塞，阻擋流體的

46、流動(dòng)，降低孔隙介質(zhì)的滲透率。因此，粘土礦物在滲流過(guò)程中的膨脹與遷移，堵塞了多孔介質(zhì)的部分孔道，增加流體流動(dòng)阻力，降低滲透率，從而增加啟動(dòng)壓力梯度。2.3.2界面張力的影響在任何一個(gè)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(gòu)成界面兩相的性質(zhì)差異。miller,p.尼奧基認(rèn)為，界面張力是影響流體界面形狀的關(guān)鍵因素，它控制流體的形變特性。接觸角和濕潤(rùn)性強(qiáng)烈地影響多相體系中各相的排列，當(dāng)在多孔介質(zhì)中存在兩個(gè)流體相時(shí)，接觸角效應(yīng)確定了兩種流體的位置，即哪種流體占據(jù)哪個(gè)孔道，由接觸角決定。另一方面，如果在孔隙中存在液滴，當(dāng)施以壓力梯度時(shí)，界面張力確定液滴是否能變形到足以

47、通過(guò)彎曲的孔道，那么在比表面積很大的體系中界面效應(yīng)特別重要，當(dāng)某一相以很小的滴或顆粒分散在另一相中時(shí)，界面效應(yīng)就表現(xiàn)得更為強(qiáng)烈。低滲透巖石因低滲、低孔隙度，孔道細(xì)小，故孔喉作用增強(qiáng)，加上微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高比表面積，從而引發(fā)的界面效應(yīng)強(qiáng)烈。而低滲透油層液體滲流具有非線(xiàn)性特征的主要原因可能是固液界面分子力的強(qiáng)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(dòng)過(guò)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(guò)多孔介質(zhì)流動(dòng)的過(guò)程中，在固液界面張力作用下，多孔介質(zhì)孔隙的表面形成一個(gè)流體吸附滯留層(邊界層)。根據(jù)langmuir(1916)的吸附理論及

48、試驗(yàn)測(cè)量，吸附滯留層的厚度因流體性質(zhì)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(dòng)，只有當(dāng)驅(qū)替壓差達(dá)到一定程度時(shí)這部分流體才能克服表面分子作用力的影響參與流動(dòng)。低滲透巖層孔隙孔道異常細(xì)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(gè)數(shù)量級(jí)上。這時(shí)，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(dòng)。即只有壓力梯度達(dá)到一定數(shù)值，細(xì)小孔隙中的流體才能參與流動(dòng)。這說(shuō)明，細(xì)小孔隙中的流體流動(dòng)具有啟動(dòng)壓力。吸附層的產(chǎn)生降低了巖石的滲透率，對(duì)滲流產(chǎn)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(gè)附加的壓力梯度克服吸附層的阻力才能開(kāi)始流動(dòng)。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(gè)壓力梯度，才能引起水化膜的破壞而開(kāi)始流動(dòng)。非線(xiàn)性滲流是由于多孔介質(zhì)顆粒表面吸附層或結(jié)合水薄膜的流變學(xué)特性所決定的。在開(kāi)始滲透時(shí)，由于有效過(guò)水?dāng)嗝娴淖儎?dòng)，而不符合達(dá)西線(xiàn)性阻力定律;直到最后的滲透斷面構(gòu)成為止，才按達(dá)西定律形成直線(xiàn)變化。2.4啟動(dòng)壓力的推導(dǎo)以及計(jì)算低滲透油藏是指孔隙度較低、滲透性較差的原油儲(chǔ)集層。流體在低滲透油藏中的流動(dòng)與中高滲透油藏明顯不同。當(dāng)?shù)蜐B透儲(chǔ)集層滲

50、透率降低到一定程度后,其滲流特征已不符合達(dá)西定律,這種滲流被稱(chēng)之為非達(dá)西滲流。如何準(zhǔn)確確定低滲油藏中流體流動(dòng)的啟動(dòng)壓力梯度,一直困擾著研究人員。本文在滲流理論基礎(chǔ)之上,結(jié)合速敏資料,提出了低滲透油藏流體啟動(dòng)壓力的計(jì)算方法。2.4.1 啟動(dòng)壓力梯度計(jì)算方法的推導(dǎo)90年代以來(lái),人們對(duì)非達(dá)西滲流現(xiàn)象尤其是低速非達(dá)西滲流現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛研究,描述低速非達(dá)西滲流規(guī)律的運(yùn)動(dòng)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(dòng)壓力梯度。當(dāng)gradp時(shí)才能流動(dòng)。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(duì)較高的壓力梯度區(qū)間內(nèi)(g radp在層流臨界壓力梯度范圍內(nèi)), vgradp關(guān)系曲線(xiàn)是一條不通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn),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(xiàn)的系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)。令v=0,則油層的啟動(dòng)壓力梯度為: （2-5）根據(jù)式(2-3),(2-4)對(duì)應(yīng)關(guān)系,有 （2-6） （2-7）由此表明,油層的啟動(dòng)壓力梯度與其液體的流度呈雙曲反比例關(guān)系,二者的乘積為一常數(shù),該常數(shù)只與油層及通過(guò)的液體有關(guān)。啟動(dòng)壓力梯度隨巖心滲透率的降低而升高,不同流體的啟動(dòng)壓力梯度不同。對(duì)整個(gè)油藏而言,其啟動(dòng)壓力梯度都具有與式(2-7)相同的表現(xiàn)形式,說(shuō)明油藏的啟動(dòng)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(dòng)壓力梯度的計(jì)算啟動(dòng)壓力梯度的方程(2-4)是一個(gè)擬線(xiàn)性方程,在流速與驅(qū)動(dòng)壓力梯度曲線(xiàn)上根據(jù)直線(xiàn)的斜率和截距即可求得啟動(dòng)壓力梯度。在油田開(kāi)發(fā)中,最簡(jiǎn)便地獲取流速與壓力梯度關(guān)系的方法是通過(guò)速敏試驗(yàn)。速敏試驗(yàn)是油田為了研究流體流速對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害程度而開(kāi)展的常規(guī)性試驗(yàn),因此數(shù)據(jù)資料容易獲得。速敏試驗(yàn)評(píng)價(jià)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(jù)速敏資料直觀地觀察啟動(dòng)壓力是否存在:若隨流量的增大而滲透率逐步降低,說(shuō)明在試驗(yàn)流量條件下,巖心已發(fā)生不同程度的速敏,不能用來(lái)計(jì)算啟動(dòng)壓力梯度;若發(fā)現(xiàn)滲透率隨流量的增大而增大時(shí),則表明存在啟動(dòng)壓力,據(jù)此

53、可根據(jù)速敏試驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)v(p/l)進(jìn)行研究,從而計(jì)算出啟動(dòng)壓力梯度及相應(yīng)的流度。2.4.3 實(shí)例莊1井區(qū)j1s2儲(chǔ)層平均孔隙度為13.9%,平均滲透率23.910-3m2為低孔低滲儲(chǔ)層。針對(duì)莊1井區(qū)試驗(yàn)井組部署的注水井,利用區(qū)塊速敏資料,計(jì)算其啟動(dòng)壓力,并和相鄰區(qū)塊莫北油田的啟動(dòng)壓力進(jìn)行比較,以驗(yàn)證該方法的可靠性。對(duì)莊1井區(qū)巖心的速敏資料進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其中有4塊樣品在低流量區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)隨流量的增大而滲透率增大的現(xiàn)象。對(duì)這4塊樣品的流速和壓力梯度曲線(xiàn),即v(p/l)曲線(xiàn)進(jìn)行趨勢(shì)回歸,并根據(jù)公式(3)計(jì)算相應(yīng)的啟動(dòng)壓力梯度,結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)公式:啟動(dòng)壓力=啟動(dòng)壓力梯度井距(泄油半徑),按泄油半徑

54、150m計(jì)算,其啟動(dòng)壓力為3.39.0 mpa。表1莊1井區(qū)地層啟動(dòng)壓力梯度的確定巖心號(hào)層位井段/m平均啟動(dòng)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(chǔ)層特點(diǎn)接近,為低孔、低滲儲(chǔ)層, 砂層組是其主要儲(chǔ)集層。該區(qū)注水開(kāi)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(xiàn),即注水壓力和日注水量的關(guān)系曲線(xiàn),以確定莫北地區(qū)的啟動(dòng)壓力,見(jiàn)表2。從表2中可以看出,莫北地區(qū)的啟動(dòng)壓力為4

55、.068.96 mpa。 表2莫北地區(qū)注水井啟動(dòng)壓力井號(hào)啟動(dòng)壓力/mpamb20436.90mb20458.96mb20655.72mb20714.06將計(jì)算的莊1井區(qū)啟動(dòng)壓力與莫北地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)獲得的啟動(dòng)壓力進(jìn)行比較,兩者數(shù)值非常相近,說(shuō)明利用速敏資料確定區(qū)塊啟動(dòng)壓力的方法實(shí)用可靠,能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的需要。2.4.4推導(dǎo)計(jì)算的結(jié)論(1) 低速非達(dá)西滲流流速與壓力梯度的關(guān)系表現(xiàn)為一條不通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn);(2) 研究并推導(dǎo)出了油層壓力梯度與油層液體流度之間的關(guān)系式,即二者乘積為一常數(shù);(3) 應(yīng)用室內(nèi)速敏試驗(yàn)資料確定低滲透油藏的啟動(dòng)壓力梯度是一種切實(shí)可行的方法。第3章 低滲透油藏開(kāi)發(fā)生產(chǎn)規(guī)律研究3.1低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)能分析低滲透儲(chǔ)層由于巖性致密，孔吼半徑小，滲流阻力大，因此油井產(chǎn)能很低。產(chǎn)能及其影響因素的分析評(píng)價(jià)對(duì)于低滲透油田的開(kāi)發(fā)具有重要的意義。我們以低滲透儲(chǔ)層滲流基本運(yùn)動(dòng)方程為基礎(chǔ)，導(dǎo)出了低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)能方程，并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析。3.1.1