9 双重介质渗流理论

第九章

双重介质渗流理论

9 双重介质渗流理论

双重介质：特指天然裂缝－孔隙性介质

双重介质组成：原生的粒间孔隙和次生的裂缝

两种孔隙结构。

双重介质存在：石灰岩和白云岩油气层中，由

无数的裂缝以及被裂缝任意分割的无数具有一

般多孔介质结构的基质岩块所组成。

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主要储集空间：双重介质中含有细小孔隙并具有高储

存能力的基质岩块

主要渗流通道：储存能力低但渗透性高的裂缝网络

由于裂缝和基质岩块组成的两种孔隙体系的物理参数（孔隙度和渗透率等）相差悬殊，使得压力波在地层中的

传播速度不同，这样就形成了两个平行的水动力学系统

（水动力学场），在这两个水动力学场中又存在流体交换。

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双重介质油藏的基本特征：

•双重孔隙度( φm，φf)

•双重渗透率( K m，K f)

•两个平行的水动力学场

•在两种孔隙结构之间有流体交换的“窜流”作用发生

•在静态和动态上都比均质地层复杂

•在研究双重介质油气藏中流体的流动规律时应分析裂缝和基岩两个流场中流体的流动规律以及它们之间的关系

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第一节双重介质油藏模型

第二节双重介质油藏渗流微分方程

第三节双重介质油藏渗流理论

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一、双重介质油藏地质模型

在实际的裂缝－孔隙性双

重介质结构油气藏中，裂缝和

基质岩块的分布是杂乱无章的

，用常规的数学方法很难描述

流体在其中的流动规律。为了

研究的需要，可将储层抽象为

各种不同的简化地质模型。

双重介质实际油藏模型

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1. 沃伦—茹特模型(J. E. Warren和P. E. Root)

简化方法：将实际的双重介质油藏简

化为等宽度正交裂缝切割基质岩块呈

六面体的地质模型

原则：裂缝方向与渗透率主方向一致

裂缝网络分布：可均匀，也可非均匀

采用非均匀的裂缝网络可研究裂缝网

络的各向异性或在某一方向上变化的沃伦—茹特模型

情况。

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2. 凯泽米模型（H. Kazemi）

把实际的双重介质油藏简化为由一组平行层理的裂缝

分割基质岩块呈层状的地质模型，即模型由水平裂缝和水

平基岩层相间组成。

凯泽米模型

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3. 德斯旺模型（A. O. Deswaan）

与沃伦－茹特模型相似，只是基质岩块为圆球体。圆球体仍按规则的正交分布方式排列。裂缝由圆球体之间的

空间代表，圆球体代表基质岩块。

德斯旺模型

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二、双重介质油藏特征参数

复杂性：在静态和动态上都比均质地层复杂

与均质地层的基本差别：

从渗流的角度上看，可用弹性储容比(ω)和

窜流系数(λ)两个参数来描述

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9 双重介质渗流理论1. 弹性储容比ω

定义：裂缝网络的弹性储存能力与油藏总的弹性储存能力之比

f

f m m f

f C C C φφφω+=式中：C m 、C f —流体在基质岩块和裂缝网络中的综合压缩系数；

φm 、φf —基质岩块系统和裂缝网络系统相对于总系统

（基质+裂缝）的孔隙度。

描述裂缝网络与基质孔隙两个系统的弹性储容能力的相对大小

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总系统体积

基质岩块系统孔隙体积

=m φ总系统体积

裂缝系统孔隙体积

=f φ裂缝孔隙度占总孔隙度的比例愈大，弹性储容比ω愈大。

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f

f m m f

f C C C φφφω+= ω＝１：岩块无孔隙的裂缝性油藏（纯裂缝油藏） ω＝０：常规的粒间孔隙油藏

0<ω<1：双重介质油藏

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2. 窜流系数λ

在裂缝—孔隙双重介质的渗流过程中，具有粒间孔隙的基质岩块与裂缝之间存在着流体质量的交换。

窜流系数反映基岩中流体向裂缝窜流的能力。2

w

K K r f m αλ=式中：r w ——油井半径

α——形状因子

定义：

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形状因子α与被切割的岩块大小和正交裂缝组数有关。岩块越小，裂缝密度越大，则形状因子越大，反之则小。

沃伦等提出的表达式为：

()224L n n +=α式中：n —正交裂缝组数，整数；

L —岩块的特征长度，m 。

窜流系数的大小，既取决于基质与裂缝渗透率的比值，又取决于基质被裂缝切割的程度。基质与裂缝渗透率的比值越大、或者裂缝密度越大，窜流系数λ越大。

第二节双重介质油藏渗流微分方程

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对于双重介质油藏，可把裂缝系统和基质岩块系统

视为同一空间中复合着的两个彼此独立而又互相联系的

水动力场。

根据连续介质场的假设，对每一介质场分别写出状

态方程、运动方程和质量守恒方程，在质量守恒方程中

用源或汇来描述裂缝网络与基质岩块间的流体交换，从

而可按与均质介质类似的方法来建立流体在双重介质中

不稳定渗流的微分方程。

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