低渗透岩心渗流力学实验研究

低渗透岩心渗流力学实验研究Ξ胡庆贺,姜汉桥(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京　102249) 摘　要:对于低渗透油气藏,其渗流规律表现出对达西定律的偏离,主要特征表现为在渗流过程中存在启动压力梯度。

目前主要用达西定律来近似处理这些问题,这与真实情况存在着较大误差,影响着油气藏的产量和经济效益。

因此本文在分析、研究大量低渗岩心实验数据的基础上,证明了启动压力梯度及低速非达西渗流的存在,得到了流体粘度、地层温度对拟启动压力梯度的影响规律,并分析了原油粘度在缝隙中的变化规律,以及渗流过程中阻力系数与雷诺数间的关系;通过以上研究希望能为低渗透油气田高效开发提供了理论依据。

关键词:低渗透油气藏;启动压力梯度;流体粘度;地层温度;雷诺数 中图分类号:T E 347 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2010)11—0110—031　实验方法与流程实验所用岩心为人造岩心和来自大庆油田的天然岩心,气测渗透率范围为0.5～10×10-3Λm 2,岩石颗粒表面润湿性为水湿,岩心表面无微裂缝存在,实验所用渗流流体均为实验室配制。

实验主要仪器、仪表包括Q u izixSC -1010高精度柱塞泵(精度为0.0004m l m in )、高精度压力传感器和流量传感器、恒温系统、岩心夹持器等;岩心夹持器和驱替泵均为Q u izix 公司生产,实验温度设为25℃,其实验流程见图1所示。

图1　实验流程图持在14.0M Pa ,油层参与生产的有效厚度为32.4m ,每米采油指数为0.0243t d .M Pa .m ,计算该区2油组平均单井产能为11.0t d ,目前临75-40井日油已降到7.3t ,考虑到老井递减较快的影响,单井产能取10.0t d。

51412　注水量的确定:根据米吸水指数为0.5339m 3 d .M Pa .m ,注水启动压力取15M Pa ,井口压力取22.0M Pa ,静水柱压力取26.0M Pa ,计算出本区注水压差为4.7M Pa ,有效注水厚度取324m ,据水井日注水量计算公式:Q 注=J w ×H ×(P 井口+P 静水柱-P 地层-P 启-P 井筒摩阻)计算理论单井最大日注能力为81.3m 3 d 左右。

6　综合研究成果通过对临75-40断块区的综合研究,最终该区3个断块共动用含油面积0.23km 2,地质储量35万t ,部署油井3口,水井2口,规划单井日油能力10t ,单元日油能力30t ,单元年能力0.9万t ;完钻后5口新井电测解释油层142m ,油水同层115m ,投产初期3口油井平均单井日油能力18t ,单元日油能力54t ,单元年能力达到1.6万t :目前油井平均单井日油能力13.3t ,单元日油能力40t ,单元年能力1.2万t ,3口油井在不到一年的生产时间内累油已经超过1万t ,取得了很好的开发效果。

[参考文献][1]　陈元千,刘雨芬,毕海滨.确定水驱砂岩采收率的方法[J ].石油勘探与开发,1996.[2]　才汝成,李阳,孙焕泉.油气藏工程方法与应用[M ].东营:石油大学出版社,2002.11内蒙古石油化工 2010年第11期　Ξ收稿日期:2010-2-14作者简介:胡庆贺(1984—),男(汉族),中国石油大学(北京)07级在读硕士研究生,主要从事油气田开发方面研究。

2　实验结果分析2.1　低渗透岩心渗流实验曲线特征实验结果表明,对于低渗岩心,在低速渗流阶段,即驱动压力梯度很小时,渗流曲线出现非线性特征,随着压力梯度的增加,曲线逐渐向线性过渡,最后出现线性段。

渗透率越小,非达西现象越明显。

图2为所选取的三条渗流曲线,从曲线上可以明显看出低渗透岩心低速渗流时的非线性特征。

图2　3%KCL 盐水渗流曲线2.2　低渗透多孔介质中粘度的变化规律渗流曲线呈现非线性形态和不经过坐标原点是非达西渗流的主要特征[1]。

岩石的渗透率表征的是流动介质的特征,在达西定律中表现为一定值,因此变化[3,4]。

从所做的实验中选出三块岩心,比较粘度对拟启动压力梯度的影响。

实验结果如图3所示,从图中可以看出,渗流曲线均为上凹形。

当渗透率相同时拟启动压力随粘度的增加而增加,渗透率越小,曲线的非线性越明显,即粘度的影响越明显;启动压力梯度随着渗透率的增加而减小。

图4为缝隙中原油粘度随时间的变化曲线。

当t =0时,粘度为体相原油的粘度,而随着时间的推移,粘度的平衡值为缝隙中原油的平均粘度,它总是大于体相原油的粘度,这是由于随着时间的推移,靠近孔隙壁面的边界流体开始流动,从而使得流体的粘度有所增加;由图中还可以看到,同一粘度的体相原油在不同大小的缝隙中有不同的粘度,缝隙越小,粘度越大。

图3　拟启动压力梯度与粘度的关系图4　缝隙中原油粘度随时间的变化曲线2.3　温度对3%KCL 盐水渗流规律的影响在渗透率为1.034×10-3Λm 2天然岩心上比较了温度对3%盐水渗流规律的影响。

岩心长5.98c m ,直径为2.5c m ,孔隙度为0.1369,做了三种温度(25℃,65℃,95℃)的实验,实验结果见图5。

图5　温度对3%KCL 渗流速度的影响从图5可以看出,随着温度的升高,渗流曲线越接近于直线,拟启动压力随着温度的升高而减小。

其根本的原因是温度升高,分子运动加剧,导致粘度减小。

2.4　渗流过程中阻力系数与雷诺数关系曲线规律为研究低渗透多孔介质中渗流的基本规律,需要对各种实验条件下所取得的实验数据按相似理论进行分析,只有这样才能得到流动参数间的规律性联系。

对于岩心中流体的渗流,流动将由岩心的渗透率、孔隙度、流体密度、流体粘度、速度、压力梯度等相关参数决定,根据流体力学理论中粘度不可压缩流体的雷诺数相似定律可知,流动的阻力系数f 是雷诺数R e 的单变量函数[5],即:f =F (R e )(1)采用以下计算公式[6]进行数据整理,得:F 1=k Υ(∃P L -∃P 0 L )Θv2-1-kk c(2)R e =k ΥΘΤΛ(3)式中:F 1——粘滞阻力系数;K ——渗透率,10-3Λm 2;Ke ——视渗透率,10-3Λm 2;v ——渗流速度,c m m in ;111　2010年第11期 胡庆贺等　低渗透岩心渗流力学实验研究∃p 0 L ——启动压力梯度,M Pa c m ;Υ——孔隙度,%;Θ——流体密度,g c m 3;Λ——流体粘度,m Pa ・s 。

(2)式中,第一项表示考虑启动压力梯度的粘滞阻力项,后面一项借助于视渗透率来表示流体在多孔介质中渗流的附加阻力;雷诺数R e 表示惯性力与粘滞阻力的综合作用。

通过对实验中的一系列数据进行处理,得到渗流过程中摩擦系数对雷诺数的关系曲线(见图6)。

图6　渗流过程中阻力系数f -雷诺数R e 关系曲线从图6可以看出,曲线大体可分成三段,首先是当速度非常小时(趋于静止不动),直线的斜率为-2(这里称斜率为-2的直线段区域为超低速区,外界动力不足以驱动流体流动,流体基本出去静止状态);然后是曲线,曲线的斜率逐渐增大(低速区);随着雷诺数的进一步增大,达到亚临界雷诺数,变为斜率为-1的直线(达西流区)。

3　结论311　实验结果表明,对于低渗岩心,在低速渗流阶段,即驱动压力梯度很小时,渗流曲线出现非线性特征,渗透率越小,非达西现象越明显,即证明了低渗透油田存在启动压力现象;312　渗流曲线的非线性在一定程度上是反映流体粘度的变化。

粘度与拟启动压力梯度的关系曲线均为上凹形,当渗透率相同时拟启动压力随粘度的增加而增加,渗透率越小,曲线的非线性越明显,即粘度的影响越明显;启动压力梯度随着渗透率的增加而减小;313　由于随着时间的推移,靠近孔隙壁面的边界流体开始流动,从而使缝隙中原油的平均粘度总是大于体相原油的粘度;同时还可以得到同一粘度的体相原油在不同大小的缝隙中有不同的粘度,缝隙越小,粘度越大;314　由于温度升高,分子运动加剧,导致粘度减小,所以随着温度的升高,渗流曲线越接近于直线,拟启动压力随着温度的升高而减小;315　渗流过程中摩擦系数对雷诺数的关系曲线曲线大体可分成三段,分别为超低速区、低速区和达西渗流区。

[参考文献][1]　闫庆来,何秋轩,任晓娟等.低渗透油层中单相液体渗流特征研究[J ].西安石油学院学报,1990,5(6):1～6.[2]　吴景春,袁满,张继成等.大庆东部低渗透油藏单相流体低速非达西渗流特征[J ].大庆石油学院学报,1999,23(2):82～84.[3]　M iller R J ,L ow P F .T h resho ld G rad ien t fo rW a ter F l ow in C lay Syste m s [J ].So il Sci SocAm P roc ,1963,27(6):605.[4]　刘建军.低渗透岩石非线性渗流规律研究[J ].岩石论理学与工程学报,2003,22(4).[5]　王道成.低速非达西流临界雷诺数实验研究[J ].新疆石油质,2006,27(3):332～333.[6]　Coop er J .N on -da rcy fl ow exp eri m en ts inan iso trop ic po rou s m ed ia [A ].SPE 49224,1998.An Exper i m en t a l Study on Flu i d M echan i cs i n Porous M ed i u m of T i ght RockH U Q ing -he ,J IA N G H an -qiao(M O E Key L abo ra to ry of Petro leum Eng ineering ,Ch ina U n iversity of Petro leum ,B eijing ,102249)Abstract :Fo r the l ow -p er m eab ility reservo ir ,the fl ow cha racteristics show ed devia ti on from D a rcy’s law ,m a in ly cha racterized by the sta rting p ressu re g rad ien t ;Cu rren tly ,D a rcy’s law is m a in ly u sed to ap 2p rox i m a te add ress these issues ,w h ich is the rea l situa ti on there is a b ig erro rs ,affecting o il and ga s reser 2vo ir p roducti on and econom ic benefits.T herefo re ,th is a rticle ana lysis to study a la rge num ber of l ow -p er 2m eab ility co res on the ba sis of exp eri m en ta l da ta p roved tha t l ow sta rt -up p ressu re g rad ien t ,and ob ta ined the regu la r p a ttern tha t had been flu id visco sity ,fo r m a ti on of te m p era tu re on the i m p act of the law of the sta rting p ressu re g rad ien t ,ana lyzed the d isci p line tha t visco sity of crude o il changed in the gap ,and the fl ow resistance coefficien t and R eyno ld s num ber du ring the in ter -rela ti on sh i p s ;T h rough the above study tha t hop e to p rovide l ow -p er m eab ility o il and ga s field s to p rovide a theo retica l ba sis fo r efficien t devel op 2m en t .Key words :L ow -p er m eab ility O il and Ga s R eservo ir ;Sta rting P ressu re G rad ien t ;F lu id V isco sity ;Stra ta T e m p era tu re ;R eyno ld s N um ber211内蒙古石油化工 2010年第11期　。