低渗透油藏岩心启动压力梯度的方法

摘 要：近年来,国内发现和未投入开发的油田主要以低渗透油田为主,随着我国对低渗透油田的大力开发,低渗透岩石储层中特殊的“渗流特性”和“规律”越来越受到人们的重视,而启动压力梯度的研究正是该领域研究的关键之一.在参考相关文献的基础上,对近几年来许多学者的研究进行了总结和归纳.介绍了低渗透油藏的启动压力梯度和室内实验、数值模拟和试井解释三大研究方法,可以为低渗透油藏启动压力梯度的研究提供一些理论依据.

关 键 词 ：渗流机理 启动压力梯度 研究方法 解决思路

引言

随着工业化的发展,我国对石油的需求越来越大,而新近探明储量中低丰度、低渗透、低产能俗称“三低”储量的油藏占居的比例很大.因此,对低渗透油藏启动压力梯度的研究具有十分重要的意义.

一、低渗透储层渗流机理

低渗透储层内流体的渗流与一般储层不同,有不同于一般储层的渗流机理,主要有以下两种理论机理：

1.边界层理论

流体通过多孔介质时,固液界面存在固体分子和流体分子之间作用力,在其作用下,多孔介质孔隙的表面形成一个流体吸附滞留层,称为边界层.边界层流体不易参与流动,只有当驱替压差达到一定程度时,才能克服表面分子作用力的影响参与流动[2].流体流动的阻力除了粘滞力,还有固液界面的分子作用力,这是低渗透储层与中、高渗储层流体流动的不同点.

2.塑性流动理论

塑性流体是在受到外力作用时并不立即流动而要待外力增加到一定程度时才开始流动的流体,其特征是可随外力的施加而产生变形,当外力撤除后并不回复原型.流体流动为塑性流动,底层条件下,在渗流速度很低渗流速度很小的介质中,一定粘度的流体表现为塑性流体的性质.

二、低渗透油藏启动压力梯度的研究方法

近几年来许多学者[3]对低渗油藏的启动压力梯度进行了一些研究.笔者进行了总结和归纳,主要有室内实验、数值模拟和试井解释三大方法.

1.室内试验

许多学者[4-6]在实验的基础上,对低渗岩石的启动压力梯度进行了研究.目前没有固定、统一和完善的研究方法,但常用的方法为以下三种.

1.1稳态法

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难且低渗透岩心的渗流稳定时间长,测量很费时.

1.2非稳态法

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”.在对启动压力梯度的非稳态测量研究的过程中,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）.在这里,对试验方法进行了如下改进：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.

2.试井解释法

试井解释法是在考虑启动压力的情况下,建立渗流数学模型,再根据试井资料得到启动压力梯度的一种方法.根据试井资料获取的方式,又可分为稳定试井法和不稳定试井法.

2.1稳定试井法

谭雷军等[7]通过求解含启动压力梯度的渗流数学模型,得出不过坐标原点的压差与流量关系曲线,然后通过稳定试井资料求得启动压力梯度.黄成江[8]在此基础上,利用前者所求的压差与流量关系曲线和低渗车408-3井的稳定试井资料,得到该井启动压力梯度.

2.2不稳定试井法

宋付权等[9]在质量守恒定律和压力分布公式的基础上,推导出启动压力梯度的表达式,根据压力恢复资料求出低渗油藏的启动压力梯度.程时清等[10]建立了不稳定试井的数学模型,并求解得到含启动压力梯度的理论曲线,然后根据不稳定试井资料拟合出启动压力梯度.

3.数值模拟法

油藏数值模拟是应用计算机研究油藏流体渗流规律的数值计算方法,它能很好解决油藏开发过程中复杂的渗流问题.数值模拟法是建立在Lattice Boltzmann（以下简称LB）方法的基础上,首先获得岩石的孔喉分布曲线,然后利用LB方法计算出无量纲启动压力梯度的值,最后与油田实际生产的压力梯度进行对比,以获得低渗油藏的启动压力梯度.Chen等[11]利用LB方法,根据孔喉分布特征研究了中高渗地层的渗流规律,模拟得到了经典的达西定律.刘曰武等[12]在此基础上,利用LB方法得到“流量―压力梯度”模拟曲线和无量纲启动压力梯度,最终获得油藏的启动压力梯度.

三、结论

1.经过总结和归纳：数值模拟法简单方便、周期短,但受孔喉分布曲线准确性的影响；室内实验法简单直观,但实验时间长,启动压力梯度不易捕获；试井解释法真实客观、实用性强,但计算误差较大.总之,目前的启动压力梯度研究方法都存在一些优点和不足.因此,在实际油田应用中,应根据具体情况选用合适的研究方法.

2.对三大方法加以改善：数值方法需要形成一套成熟的变渗透率数值模拟方法和软件模拟流体在低渗透多孔介质中流动特征对低渗透油藏油井产量等生产数据进行评价和预测；室内实验发的非稳态法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,有利于观察实验现象,更好得出结论.

3.存在的问题：数值模拟法具有局限性；室内实验法不够完善；试井解释法误差较大.解决的初步思路有：建立新型数学计算模型；开发含岩石孔喉分析的数值模拟软件；及时监测流体的流动状态；设计测量生产数据的新方法；开发监测非稳定压力的新技术等.