低渗透油藏非线性渗流条件下试井分析理论研究最终版

哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）摘 要随着油田开发新技术的发展，大量低渗透油田正在开发中，许多测试数据显示出其非达西渗滤特性。因此，迫切需要分析其低渗透油藏非达西渗流机理。而针对相关井测试解释模型，合理分析低渗透油藏试验资料，以正确评估低渗透油藏，确定地层污染，确定地层参数，确定生产能力，指导油田开发。本文通过对油层性质的了解和分析，油井生产能力的预测，掌握油井生产动态，合理开发油田，对低渗透油藏井试验理论与方法进行了深入的研究。 首先，研究了低渗透油藏非线性渗流特征，建立了不同边界条件下井试验的数学模型。解决了数学模型的井底压力拉格朗日解，绘制了井试验的理论曲线。然后绘制了井筒压力的理论解，具有丰富的低渗透油藏试验理论。提供了低渗透油藏的良好科学依据，可应用于低渗透油藏试验理论研究。关键词：低渗透油藏；非达西渗流；试井分析哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）AbstractWith the development of new technologies for oilfield development, a large number of low-permeability fields are being developed, and many test data show its non-Darcy percolation properties. Therefore, it is urgent to analyze the mechanism of non-Darcy percolation in low permeability reservoirs. In order to correctly evaluate the low permeability reservoirs, determine the stratigraphic pollution, determine the formation parameters, determine the production capacity and guide the development of the oil field, according to the relevant well test interpretation model, analyze the low permeability reservoir test data reasonably.In this paper, through the understanding and analysis of oil layer properties, the prediction of oil well production capacity, the monitoring of oil well production and the development of oil field, the theory and method of low permeability reservoir are studied deeply. Firstly, the nonlinear seepage characteristics of low permeability reservoirs are studied, and the mathematical model of well test under different boundary conditions is established. The lagrangian solution of the bottom hole pressure of the mathematical model is solved, and the theoretical curve of the well test is drawn. And then draws the theoretical solution of wellbore pressure, which is rich in low permeability reservoir test theory. Provides a good understanding of low permeability reservoirs, evaluation and effective development. Scientific basis, can be applied to low permeability reservoir test theory research.Key words:Low permeability reservoirs;non-Darcy seepage; well test analysis哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）I目 录第 1 章 绪 论 .11.1 研究意义与目的 .11.2 国内外发展状况 .11.3 本文研究内容 .5第 2 章 低渗透砂岩油藏概述 .62.1 低渗透砂岩油田开发在我国石油工业中的地位 .62.2 低渗透砂岩储层分类 .62.3 低渗透油层中流体渗流的特点 .7第 3 章 低渗透油藏非线性渗流新模型及试井分析 .103.1 低渗透油藏非线性渗流机理理论 .103.2 非线性渗流新模型的建立 .103.3 基于非线性渗流新模型的试井模型 .13第 4 章 试井模型的数值求解 .154.1 试井模型的差分离散 .154.2 试井模型的解法 .164.2 计算结果及分析 .16结 论 .20参考文献 .21致 谢 .23哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）II哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 研究意义与目的近年来世界各国低渗透油藏的动用储量、新增探明储量和年产油量在总储量、产量构成中所占比例逐步提高，而开发动用它的难度却很大。当前我国石油工业（指陆上）面临低渗透油田开发的双重严峻挑战 1。一方面我国现在后备石油储量十分紧张，而在探明未动用的地质储量中大部分又为低渗透油田储量。据统计，截止到 2002 年底，我国低渗透石油资源量为 210.7108 吨，占总资源量的22.4%，在探明未动用的地质储量中，渗透率小于 5010-3m2 的非稠油低渗透油藏中的未动用储量占全国未动用储量总数的 50%以上。低渗透油田虽然地质条件差、开发难度大，但随着我国经济的快速发展，对石油产品的需求越来越大，低渗透油田的丰富石油储量越来越受到关注 2。试井分析技术作为研究渗流机理的一种方法已经逐渐成熟并得到推广应用。但是目前内外的试井分析模型大多主要是建立在达西线性渗流的基础上的 3。低渗透油藏非达西渗流试井分析，国内外还未形成有效实用的方法，因此低渗透油藏非达西渗流试井分析的开展工作势在必行，而且有重要的研究及应用价值 4。1.2 国内外发展状况试井是油田勘探与开发过程中，获取油藏特征资料和对储层进行定量分析的重要手段，其成果是进行储量计算、油藏模拟、制定勘探方案、开发方案和措施优选必须的储层参数资料，传统试井都是以径向流分析理论为的基础与核心 5。针对于试井分析的研究无论是国内还是国外，都可以追溯到上个世纪。1985 年，我国冯文光、葛家理研究了单一介质、双重介质中低速非达西渗流问题，求得了压力动态曲线 6。美国、英国的研究学者都对低速非达西渗流试井模型的数值解及其应用进行了分析。1.2.1 国内发展状况2002 年，廖新维，王少军等人从达西渗流的角度来研究双重介质油藏，发表了双重孔隙介质油藏试井资料极值分析方法研究 7。2008 年，李顺初和黄炳光等人针对复合油藏，研究了 3 种外边界条件(无穷大、封闭、定压) 以及 2 种内边界条件(即在井底是否考虑井筒储存和表皮效应)下的储层内各区域的压力分布和井底压力的 Laplace 空间解 8。哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）22007 年，程时清，郭康良等人在前人研究的基础上，在考虑井筒储集和表皮效应的前提下，建立了无限大外边界双重介质油藏低速非达西渗流有效井径试井的数学模型。但到目前为止，对于双重介质油藏低速非达西渗流定压外边界和封闭外边界条件下数学模型仍未见报道 9。2010 年，李爱芬，刘照伟和杨勇等人对于双重介质油藏垂直裂缝井，在T.A.Blasingame 等人提出的均质油藏中有限导流垂直裂缝试井模型(TPR)的基础上采用 Laplace 变换与反演技术，完成了双重孔隙介质中无限大外边界有限导流垂直裂缝井试井模型的求解新方法。而对双重低渗孔隙介质中垂直裂缝井及其定压，封闭外边界条件的研究未见报道 10。2011 年，黄成江分别用稳定试井法和不稳定试井法计算得到车 408-3 井的启动压力梯度，其值分别为 0.0047 和 0.005MPa/m， 两者基本一致。图 1-1车 408-3井系统试井压差与流量的关系用不稳定试井法计算了孤南 181 井的启动压力梯度，并分别用常规模型与考虑启动压力的低渗透模型进行解释，分析了低渗透油藏考虑启动压力梯度的必要性；成功评价了义 37 断块低渗透油藏的压裂效果；在牛 20 断块准确地判断了裂缝方位。结果证实，利用试井资料确定低渗透油藏启动压力梯度、评价压裂效果和确定裂缝方位的方法是可行和有效的 11。2012 年，姜瑞忠、李林凯、徐建春等人基于毛细管模型，结合边界层理论，通过引入描述低渗透储层渗流的特征参数 c1 和 c2，建立了低渗透油藏渗流新模型，解释了启动压力梯度和非线性渗流产生的根本原因。哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）3图 1-2姜瑞忠对不同模型的试井曲线根据新模型给出了考虑动边界影响的试井模型，并采用数值方法求解，分析了无因次特征参数 c1D 和 c2D 对试井曲线的影响。结果表明：新模型的压力和压力导数曲线上翘，上翘幅度比拟启动压力梯度模型要小。考虑动边界影响的试井曲线上翘幅度比不考虑时要小。c1D 和 c2D 是决定曲线形态的特征参数。当 c1D与 c2D 之和不为常数时，随着 c1D 或 c2D 增大，翘幅度增大；当 c1D 与 c2D 之和为常数时，随着 c1D 增大，c2D 减小，上翘幅度增大。对于封闭边界和定压边界在试井曲线上的压力响应,新模型与达西模型一致 12。2013 年，李林凯、姜瑞忠基于低速非线性渗流新模型，建立了考虑井筒储集效应与表皮系数的低渗透油藏双重介质试井解释模型，利用有限差分进行数值求解，绘制了无因次试井典型曲线，并对无因次非线性参数 c1D 和 c2D 进行了分析。图 1-3姜瑞忠对不同模型的试井曲线结果表明：非线性渗流主要影响基质系统与裂缝系统的窜流阶段，表现为导数曲线的凹子深度变小。c1D 和 c2D 是决定曲线形态的特征参数，当 c1D 与 c2D哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）4的和不为常数时，c1D 或 c2D 增大，凹子深度变小；当 c1D 与 c2D 的和为常数时， c1D 增大即c2D 减小，凹子深度变小。对于封闭边界和定压边界在试井曲线上的压力响应，新模型与达西模型一致 13。2014 年，王飞、张士诚针对陕 224 井区储量、储层连通性、边界封闭性不确定的问题，运用压力恢复试井与生产动态分析相结合的方法，通过压力恢复曲线拟合，确定近井地带特性参数，如井筒储集系数、表皮系数，并获得 4 组储层及边界解释模型；利用流量标准化拟压力曲线拟合校正了解释模型，求取到气藏关键参数，如地层系数、径向复合半径、流度系数比、储容系数比、边界位置，计算井区共动用储量 10.43108m3。研究表明，试井与生产动态分析相结合的方法，弥补了资料周期短、精度低的缺陷，克服了解释模型不全面、不唯一的弊端，获得了完整准确的井区气藏模型 14。2015 年，陈利新、程汉列、杨文明等人针对哈拉哈塘油田缝洞型碳酸盐岩储层非均质性极强，缝洞组合关系复杂的特点。结合静态资料及生产特征，将试井所得地层参数及油藏模型与生产动态对比分析。图 1-4 RPa缝洞系统孔隙度反演剖面按照实际生产需求，把油藏划分为定容洞穴型、定容裂缝孔洞型、非定容未动用型和非定容已动用型 4 类。评价预测不同油藏模型的生产情况，并提出不同的治理措施,为后期油藏开发和提高采收率提供依据 15。2016 年，贾永禄、孙高飞、聂仁仕等人基于基质、微裂缝、溶蚀孔洞和大裂缝组成的四重介质，建立物理和数学模型，并利用 Laplace 变换、Stehfest 数值反演等方法进行求解，得到实空间解，进而绘制试井曲线。哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）5分析表明：四重介质油藏压力导数曲线的过渡段将出现 3 个“凹子” ，其深浅以及出现时间的早晚受弹性储容比和窜流系数的共同影响；弹性储容比影响“凹子”的宽度和深度，窜流系数影响“凹子”出现的时间，同时对“凹子”的深度和宽度也有一定的影响；决定四重介质油藏试井曲线特征的参数较多，曲线对参数的变化比较灵敏；含有微裂缝和大裂缝的缝洞型碳酸盐岩油藏，更适合用四重介质试井模型进行解释 16。1.2.2 国外发展状况美国，Miller 等人根据水在粘土中渗流时的顾虑，建议在渗流过程中考虑启动压力梯度 17。Usman 等根据 Gringarten 及 budet 等人的前期研究，建立了低渗透油藏短时压力恢复试井分析模型 18。Samaniego 等对天然裂缝性低渗透油气藏的渗流规律进行分析，通过建立不稳定压力分析模型开展了实例天然裂缝性低渗透气藏不稳定试井研究 19。英国，Wu 等收藏建立考虑启动压力梯度影响的低渗透气藏不稳定试井模型，并绘制了样版曲线 20。Golovina 等针对低渗透油藏试井分析反问题特点做了大量分析，认为低渗透油藏试井的多解性更加复杂。Shahamat 等开展了裂缝性双重介质致密低渗透气藏不稳定试井设计方法的研究。Bahrami 等研究了低渗透气藏试井中利用不稳定压力二阶导数进行来获取地层参数的新方法 21。1.3 本文研究内容本文针对低渗透油藏在非线性渗透条件下的特点，对其进行试井分析：（1）对低渗透砂岩油藏进行研究，研究低渗透砂岩油田开发在我国石油工业中的地位，分析低渗透砂岩储层分类，以及低渗透油层中流体渗流的特点。（2）针对低渗透油藏非线性渗流进行机理研究，建立非线性渗流新模型，及基于非线性渗流新模型的试井模型。（3）对试井模型的数值进行求解：分析试井模型的差分离散、试井模型的解法、以及对计算结果进行分析，进而得出结论。哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）6第 2 章 低渗透砂岩油藏概述2.1 低渗透砂岩油田开发在我国石油工业中的地位石油是确保中国国民经济发展的重要因素，随着工业化的快速发展，石油的作用越来越大。目前，石油工业的发展，石油开发形势是中国油田进入高水位和高水位，难以逐步提高原油;勘探情况是新探明的低丰度，低渗透储量，低产能俗称“三低”储量占比很大比例。20 世纪 90 年代以来，大庆，吉林，辽河，胜利，长青等主要油田都发现了许多低渗透油藏。据统计，近几年来，石油地质储量已经被证明是未利用的