低渗透油藏超前注水理论及其应用

启动压力梯度和介质变形是低渗透油藏最显著的 特征[ 1Ο3 ] 。常规的渗流力学理论难以解释特低渗透多 孔介质中特殊的渗流现象 、 渗流实质以及油田开发过 程中的一些生产特点。目前研究人员在启动压力梯度 和介质变形方面作了大量的工作[ 4Ο6 ] 。笔者在前人的基 础上 ,通过物理模拟实验和非线性渗流机理研究 ,根据 鄂尔多斯盆地超前注水技术取得的成功经验 ,对考虑非 线性渗流因素低渗油藏注水开发理论进行了系统研究 。
的进入或地层流体的采出 , 地层岩石的有效覆压将会 发生变化 ,岩石发生形变 ,从而引起地层孔隙度和渗透 率发生变化 。这种变化是不可逆的过程 ( 图 1 ) , 最终 将影响油气藏的产能和开发效果 。 对长庆低渗油藏某区块 100 多块岩心的室内实验 研究发现 ,岩心无因次渗透率与无因次有效覆压间存 在幂指关系 。定义新的应力敏感系数 S 为 σ -1 K (1) lg S = - lg σ 0 K0 式中 K 为渗透率 , 10 - 3μm2 ; K0 为渗透率初始值 , - 3 2 10 μm ;σ为有效应力 , Pa ;σ 0 为有效应力初始值 , 实
- 3
式中 p 为地层压力 , Pa ; pc 为上覆岩层压力 , Pa ; pw 为井底流压 , Pa ; pe 为地层压力 , Pa ;μ 为流体粘度 , Pa・ s ; B 为流体体积系数 ; r 为半径 , m ; rw 为井眼半 径 ,m ; re 为供给半径 , m ; h 为油藏厚度 , m ; Q 为油井 产量 , m3 / s 。 11 4 低渗透油藏不稳定渗流 在任一时刻 ,油藏径向上可分为压力波影响到的 激动区及其边界外的原始油藏区域 ,激动区边界 R ( t) 随时间向外拓展 。考虑流体运动方程和边界条件 , 最 终得到地层压力分布表达式为 Q ( t) μB pc - pw S r ln +1 p = pe + σ R ( t) 2π K0 h 0
( 1 . Pet roChi na Chan gqi n g Oi l f iel d Com p any , X i’ an 710021 , Chi na; 2 . Research I nstit ute of Pet roleum Ex p loration an d Develop ment , Pet roChi na Chan gqi n g Oi l f iel d Com p any , X i’ an 710021 , Chi na; 3 . Col le ge of Pet roleum En gi neeri n g , Chi na U ni versit y of Pet roleum , B ei j i n g 102249 , Chi na)
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( 11 中国石油长庆油田公司 陕西西安 710021 ; 21 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院 陕西西安 710021 ;
31 中国石油大学石油天然气工程学院 北京 102249 )
摘要 : 低渗透油藏最显著的特征是存在启动压力梯度和介质变形现象 ,这使其在开发过程中渗流阻力增大 、 单井产量降低 ,递减速 度加快 ,稳产难度加大 ,并降低最终采收率 。对低渗储层启动压力梯度和介质变形进行了物理模拟实验 ,定量描述了两者的非线性 变化规律 ,分析了介质变形对储层物性参数的影响 。通过室内实验 、 渗流理论 、 数值模拟以及矿场试验研究 , 建立了低渗透油藏非 线性渗流数学模型 ,提出了在超前注水期运用保持合理地层压力水平 、 注水压力 、 注水强度和注水时机的开发技术 ,在长庆等低渗 透油田现场应用后取得较好的开发效果 ,提高单井产量 15 %～20 % 。 关键词 : 低渗透油藏 ; 启动压力梯度 ; 介质变形 ; 非线性渗流 ; 超前注水 ; 注水参数 ; 数学模型 ; 中图分类号 : T E3571 6 文献标识码 : A
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第6期
王道富等 : 低渗透油藏超前注水理论及其应用
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着岩心渗透率的减小 ,启动压力梯度急剧增加 ,两者之 间呈幂函数关系 ,其表达式为
Advance water2flooding theory f or lo w 2permeabil ity reservoirs and its application
Wang Daof u1 Li Zho ngxing1 Zhao J iyo ng2 He Yo ngho ng2 Hao Fei3
Abstract : The low2permeability reservoir is noticeably characterized wit h t hreshold p ressure gradient and medium defo rmation , which makes high filt ration resistance , low oil p roductivity , quickly decline of oil p roduction and low oil recovery during reservoir develop2 ment . The changing rules of t hreshold p ressure and medium deformatio n were described quantitatively o n t he basis of p hysical simu2 latio n experiment . The effect s of media deformatio n on fo rmation parameters were analyzed. A model for non2linear seepage of low2 permeability reservoir was built on t he basis of labo ratory experiment , filt ration t heory , numerical simulation and pilot testing. The st udy result shows t hat reaso nable p ressure level , injection p ressure , injectio n intensity , and injection time in t he stage of advance water2flooding should be determined. The t heo ry of advance water2flooding was applied in Changqing Oilfield , and t he p roduction rate of oil was raised by 15 % to 20 % . Key words : low2permeability reservoir ; t hreshold p ressure gradient ; medium defo rmation ; no n2linear flow ; advance water2flooding ; injectio n parameters ; mat hematical model
-
rw re
-
rw
-
ln
rw re
1 +
re re
-
rw
ln
rw ・ re
pc pe pc - pw B = ln
图2 岩心初始渗透率与应力敏感系数的关系 Fig . 2 Relation bet ween core permeability and sensitive stress factor
-
应力敏感系数与实验中岩心所受的最大围压无 关 ,在直角坐标系中与初始渗透率为幂函数关系 (图 2) 。
地层压力分布公式为
p = pe
-
pe - pw
-
A 1
-
rw re
-
B
-
1
・ ln
r
r re (4)
rw pe - pw + A ln B re
1
・1
-
re
其中
A = [ pe - pw - G ( re - rw ) ]/ 1 +
r]
(5)
油井以定产量生产时 , 根据物质平衡方程 , 得到动 边界运动规律方程为 S pc - pw 4π K 0 h R ( t) G 2 2 + 12ηt = [ R ( t) - rw ] σ Q μB 0
(6)
图3 不同流体启动压力梯度与渗透率关系曲线
Fig . 3 Relative curves of threshold pressure gradient of different fluid and permeability
第 28 卷 第6期 2007 年 11 月 文章编号 : 0253Ο 2697 ( 2007 ) 06Ο 0078Ο 04
石
油
学
报
Vol. 28 Nov.
AC TA P E TROL EI SIN ICA
No . 6
2007
低渗透油藏超前注水理论及其应用
王道富1 李忠兴1 赵继勇2 何永宏2 郝 斐3
S
+ Gre
rw rw +1 re re
从图 2 中 可以 看出 , 当岩 心渗 透率 小于 11 0 × 2 10 μm 以后 ,应力敏感系数急剧增加 。对于特低渗 油藏 ,应力敏感的影响显著增强 , 只要存在压力降 , 就 会有渗透率的损失 。因此 , 搞好低渗油藏开发的关键 是保持合理的地层压力 ,优化超前注水参数 。 11 2 启动压力梯度的影响
6 验中取σ 10 Pa 。 0 = 2 ×
1 低渗透油藏渗流特征
11 1 介质变形的影响
低渗透油藏大多属应力敏感性油藏 , 随着注入水
基金项目 : 国家自然科学基金 ( 90210019 ) 和教育部高等学校博士学科点专项科研基金 ( 20060425001 ) 联合资助 。 作者简介 : 王道富 ,男 ,1955 年 10 月生 ,1982 年毕业于西南石油学院 ,现为长庆油田公司总经理 , 教授级高级工程师 , 主要从事低渗透油气藏勘探开 发研究与管理工作 。EΟ mail :wdf _ cq @pet rochina. com. cn
G[ R ( t)
-
低渗透油藏存在启动压力梯度 。分别用模拟油 、 地层水 、 注入水和蒸馏水测量了长庆油田某油层 119 块特低渗岩心的启动压力梯度 , 岩心空气渗透率为 - 3 2 ( 01 022 ～81 057 ) × 10 μm 。实验结果 ( 图 3 ) 表明 : 随
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r R ( t)
-
G = c K0
-
Baidu Nhomakorabea
n
(2)
图1 岩心渗透率与有效覆压关系曲线
Fig . 1 Relative curves of core permeability with effective stress
式中 G 为启动压力梯度 , Pa/ m ; c 和 n 为实验系数 , 其中 n 约为 1 。 11 3 低渗透油藏稳定渗流模型 在低渗透油藏开发过程中 , 综合考虑非线性影响 因素的产能方程为 S π K0 h ( A - G re ) pc - pe 2 (3) Q = ・ σ μB 0
η为地层导压系数 , m / s 。 式中 在内边界条件 r = rw 时 ,将式 ( 5 ) 代入 p = pw ,有 S Qμ B pc - pw rw rw ln +1pw = pe + σ R ( t) R ( t) 2π K0 h 0 (7) G[ R ( t) - rw ]
2
联立可以求出不同时刻激动区外边界半径 R ( t) ,