低渗透砂岩渗流启动压力梯度

ISSN 1000-0054CN 11-2223/N

清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2004年第44卷第12期

2004,V o l.44,N o.1218/31

1650-1652

低渗透砂岩渗流启动压力梯度

杨　琼1

,　聂孟喜1

,　宋付权

2

(1.清华大学水利水电工程系,北京100084; 2.上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海200072)

收稿日期:2004-01-15

作者简介:杨琼(1980-),女(土家),湖南,硕士研究生。通讯联系人:聂孟喜,教授,E -mail :niem x @tsingh ua .edu .cn

摘　要:为了研究低渗透砂岩的启动压力梯度,设计了一种非稳态渗流中测量压力的试验方法。岩心中形成稳定渗流后,关闭驱替泵,测量岩心封闭端的压力衰减曲线。建立了考虑启动压力梯度影响的一维低渗透岩心中液体不稳定渗流的数学模型。用数值有限差分的方法进行求解。封闭端压力衰减曲线的试验结果和理论计算结果吻合较好,从而验证了试验方法和数值模型的可靠性。试验结果表明,启动压力梯度与岩心的气测渗透率之间并不存在负相关的关系;同一块岩心在初始稳定渗流速度大的情况下,岩心的启动压力梯度小。这与产生启动压力梯度的机理的边界层理论解释相符合。

关键词:渗流力学;低渗透砂岩;启动压力梯度;非稳态渗

流试验

中图分类号:T E 312

文献标识码:A

文章编号:1000-0054(2004)12-1650-03

Threshold pressure gradient of low permeability sandstone

YANG Qiong 1,NIE Mengxi 1,S ONG Fuqu an 2

(1.Department of Hydraulic and H ydropower Engineering ,

T s inghua University ,Beij ing 100084,China ;2.Shanghai University ,Shanghai I nstitute of Applied Mathematics and Mechanics ,Shanghai 200072,China )Abstract :T he thresh old pres sure grad ient of low permeability sands tone w as s tu died experimentally by measu ring the press ure attenuation in an uns teady s eepage flow.After es tablishin g a s teady flow in the rock core,the pump w as s topped,th e pres sure decrease at the closed end of the rock core w as recorded.A nu merical m odel w as als o developed to simulate the process including the effect of the threshold pres sure gradient.T he numerical results agr ee well with the exper imental data.Th e ex perim ental res ults s how th at the threshold press ure gradien t has not a negative corelation w ith the air per meability of the rock.Th e same rock core has a low er threshold pressu re gradien t w h en larger steady thresh old seepage velocities occur.Th is result agrees w ith “boundary layer ”theory th at explains the threshold pr ess ure gradient mech anis m.Key words :seepage mechanics;

low permeab ility s an dstone;threshold pressu re

grad ient;unsteady seepage

exp eriment

近年来,随着我国对低渗透油田的开发,低渗透岩石储层中特殊的渗流特性和规律引起了人们的重视。低渗透砂岩储集层的孔隙结构和表面物理性质极为复杂。研究表明[13]

,低渗透油藏的渗流不符合

Darcy 定律,存在启动压力梯度。

目前实验室内测定低渗透砂岩单相渗流启动压力梯度,大都采用稳态“流量压差法”,按照启动压力梯度的定义来测,即通过测定稳态时不同驱替压差下流体通过低渗透砂岩岩心的渗流速度,求得流量与压力梯度的关系,再利用数学的方法求得启动压力梯度值。稳态法中精确测量比较困难且低渗透岩心的渗流稳定时间长,测量很费时。

而非稳态测量法中是反过来,以流体从流动到不流动的压力梯度临界值为“启动压力梯度”。文[4]对启动压力梯度的非稳态测量进行了研究,其岩心中的流态变化较为复杂:从不流动状态(开始时高压下的稳定状态)流动状态(不稳定渗流状态)不流动状态(最后的稳定状态)。本文对文[4]中的试验方法进行了改进:初始时刻,使岩心中形成稳定渗流,关闭驱替泵后,岩心中为非稳定渗流,最后流动逐渐停止。岩心中流体的流态变化简单,从流动不流动,有利于更好的反映问题的物理实质。

文[5]中提出,边界层流体的存在是低渗透油层中出现非线性渗流及产生启动压力梯度的根本原因。本文根据不同初始流速下的实验结果对启动压力梯度产生机理进行了探讨。

1　启动压力梯度试验

1.1　试验步骤

1)岩心烘干后,抽真空饱和盐水或煤油;2)岩

心放置到夹持器中,在低速下驱替岩心10h 以上,确