低渗透储层非达西渗流机理及理论研究
47页1、摘要多年来,人们运用达西线性渗流规律,成功地解决了中高渗 透油气田 油水渗流及开发技术指标的计算问题。 然而在低渗透油 田的开发过程中出 现了 一系列有别于中高渗透油田开发的 特殊问 题,对于低渗透介质渗流规律的实验研究也显示出了其特殊性。 低渗介质渗流遵循非线性渗流规律。本文的目的是通过对低渗透岩样进行单相低速渗流实验,发 现和总结其非达西渗流特征和规律,并使用数学的方法建立可以 描述低渗透岩样非达西单相渗流的 数学模型; 在低渗透岩样油水 两相渗流研究方面突破传统方法的束缚,在考虑了拟启动压力和 较强的毛管力影响的条件下,推导出 低渗透岩样的油水两相非达 西渗流公式,提出新的低渗透岩样油水两相相对渗透率曲线测定 公式,并给出其计算的方法。首先我们选用了榆树林地区的低渗透岩样来进行实验研究, 使用了不同渗透率的岩样进行了单相渗流实验, 从实验结果上看, 这些低速渗流曲 线都不同 程度地偏离了达西定律。而且渗透率越 低,非达西渗流的特征就越明显,非达西渗流的 剧烈程度可以由 拟启动压力梯度来描述。我们可以得到这样一个物理概念。即岩 样的空气渗透率越小,拟启动压力梯度也就越大,非达西渗流
2、特 征也就越明显。许多国内外学者认为, 低渗透岩样中固一 液之间表面分子力的 作用比 较突出,即孔道管壁在渗流时存在一个有着特殊运动规律 的固一 液边界层,即边界流体,它在低速渗流中随压差增加而逐渐 变薄,大于某压力梯度后不再起变化,渗流呈现达西流, 我们称 之为有效边界层厚度D r。我们在数学上使用了毛管束微观数值 模型对上述问题进行了研究:。子汀( r , 一 : ) 4 d P口=Z n一. 一忆8 h d x我们使用上述低渗透岩样的毛管束微观数值模型,结合对实 验数据进行的理论分析,得到了描述油水两相非达西渗流的经验 关系式,从而建立了单相拟启动压力与孔隙结构参数的数学关系。 利用该经验关系式,我们可以 使用压汞实验数据来预测低渗透油 层的油水非达西渗流规律,从而避免漫长的实验测定。与单相渗流相对比,低渗透岩样油水两相渗流情况要复杂得多,不仅油水渗流各有自 己的特殊规律,而且随着含水饱和度的 变化,油水非达西渗流的特征也会发生变化。因此我们使用稳态 法对在不同含水饱和度下的渗流特征进行了研究。实验结果表明, 拟启动压力随含水饱和度的变化呈现出 抛物线的形状,即两相共 渗时的 拟
3、启动压力要大于单相渗流的情况。 这说明,到了两相渗 流阶段,油水之间会相互产生影响, 考虑到低渗透岩样的非均质 特性,我们认为是贾敏效应极大地影响了两相渗流,贾敏效应的 发生实际上也就是油水毛管力发生的强烈作用。对于非稳态油水两相相对渗透率曲 线的测定, 传统的 计算方 法为J B N 方法, 但该方法以 达西定律为基础,并忽略了毛管力的 作 用, 而且 还要求 在较高 流速下进行油 水两 相实 验, 因 此该方 法并 不适合低渗透储层,必须加以改进。由于油水两相相对渗透率曲 线是计算油田 开发指标、储量计算、油田开发数值模拟的基础数 据,因此正确描述低渗透油层的非达西渗流和油水两相相对渗透 率曲线具有十分重要的意义。根据上述考虑,本文提出一种新的非稳态驱替实验的油水相 对渗透率曲线测定方法,在该方法中, 不仅考虑了毛管压力的影 响,还考虑了油水非线性渗流的影响,即加入了油水两相渗流时 的拟启动压力梯度。 这样,在非稳态驱替实验中,既可以去掉L Ii v ,I的限 制,又能反映低渗透样品的渗流特征。基于低渗透岩样在低速渗流条件下偏离达西定律的事实,我 们修正了低渗透岩样在低速渗流条件下
4、的渗流基本方程,从这个 非达西渗流方程出发,推导出了一套适合低渗透油层油水渗流的 两相非达西渗流公式,使得该公式不仅考虑了非达西渗流,即拟 启动压力梯度,而且还考虑了油水毛管力的影响。从而,使得整 理的实验油水两相相对渗透率曲线能够正确反映油水的真实渗流 情况。经过数学推导,得到了能够描述低渗透储层的油水相对渗 透率测定公式:油相相对渗透率d (工 ) I d V一 从K_ _ =f _ 心, 司L , .,、 ,1、 , 。-tJ T 一 。+ ( T _ A _+1 _ .ti , . ) , al ,二 万pa胜d V , 一峨 一 “- - - 一 V水相相对渗透率 ,u. f , 二 八 、 = 几= 八 ,o产 。Ja其中 I 一A P J = 一 止 一a P峨 - V ,峨 I V a s .为了验证上述公式的正确性,我们对一批低渗透岩样用稳态 法进行了实验,再分别使用新公式和老公式计算了油水两相相对 渗透率曲 线。我们经过对比分析认为,新公式能够正确反映低渗 透油层油水的两相非达西渗流。根据新公式对非达西渗流的描述,低渗透油层油水的两相非 达西渗流特征是:随着含水饱和
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