（油气田开发工程专业论文）裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水时机研究.pdf

s t u d yo nw a t e r f l o o d i n g r u l ea n dt h e o p p o r t u n e t i m eo fw a t e rs h u t o f fo ff r a c t u r e d b u r i e d h i l lr e s e r v o i r s l il o u - l o u ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y a s s o c i a t ep r o f e s s o rz h a n gy a n - y u a b s t r a c t n a t u r a l l yf r a c t u r e db u r i e d h i l lr e s e r v o i r sp l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h e w o r l d w i d eo i li n d u s t r y m o r ea n dm o r ed i s c o v e r ya n de x p l o i t a t i o no ft h e f r a c t u r e db u r i e d - h i l lr e s e r v o i r si nc h i n au r g e n t l yr e q u i r e sas t u d yo ft h e w a t e r f l o o d i n gr u l ea n dt h eo p p o r t u n et i m eo fw a t e rs h u t o f ff o rab e t t e r e c o n o m i cr e t u r nf r o ms u c hr e s e r v o i r s w i t ht h ea p p l i c a t i o no fr e s e r v o i r sn u m e r i c a ls i m u l a t i o nt e c h n i q u e ，t h e w a t e r f l o o d i n gr u l ea n dt h eo p p o r t u n et i m eo fw a t e rs h u t o f fo ff r a c t u r e d b u r i e d h i l lw a ss t u d i e d t h em a i ns t u d i e so ft l l i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： t h es i n g l ew e l lm o d e lw i t i lb o t t o ma n de d g ew a t e ra n daw e l lg r o u pw i t h i n j e c t e dw a t e ra l eb u i l t ，t h r o u g hw h i c h an u m e r i c a ls i m u l a t i o ni sc a r r i e do u t ； b ya n a l y z i n gt h ee f f e c to f m a t r i xp e r m e a b i l i t y , f r a c t u r ep e r m e a b i l i t y ，f r a c t u r e d e n s i t y , l i q u i dw i t h d r a w a l ，p e r c e n to fp e r f o r a t i o n , p e r f o r a t e dl a y e r , i n j e c t i o n p r o d u c t i o nr a t i oa n di n j e c t e dl a y e ro nw a t e r f l o o d i n gr u l e ，t h em a i n c h a r a c t e ro fw a t e rc u tr i s i n gi sc o n c l u d e d a c c o r d i n gt or e s e r v o i rg e o l o g i c f e a t u r e ，p r o d u c i n gp a r a m e t e r sa n dt h ev a r i a t i o nr u l eo f w a t e rc u t ，t h eb a s i c w a t e r f l o o d i n gr u l eo ft h eb o t t o mw a t e r ，e d g ew a t e ra n di n j e c t e dw a t e r i n v a s i o ni ss u m m a r i z e d t h er e l a t i o n a le x p r e s s i o n sb e t w e e nt h ec o e f f i c i e n t s a n dr e s e r v o i rp a r a m e t e r sa r eg i v e nu s i n gt h em e t h o do fm u l t i v a r i a t e r e g r e s s i o n t h e s ee x p r e s s i o n si n c l u d eg e o l o g i ca n dt e c h n o l o g yp a r a m e t e r s a n ds e p a r a t et h ef r a c t u r ea n dm a ti x t h u si t sc a l c u l a t i o nr e s u l tw i l lb em o r e a c c u r a t ea n dr e l i a b l e t h er e s e r v o i rs i m u l a t i o nm o d e l so ft h em a i n w a t e r f l o o d i n ga r eb u i l t , i sc o n t a i nw i t he s c a l a t i n gr a t eo fw a t e rc u t , s t a g et o i n t e r v a li n c r e m e n to i lp r o d u c e da n ds t a g et oi n t e r v a la m o u n to f p r e c i p i t a t i o n a st h e o p t i m i z a t i o nt a r g e t ，o p t i m i z a t i o nw a t e rs h u t o f f o p p o r t u n em o m e n t k e yw o r d s ：b u r i e dh i l l ，f r a c t u r e s w a t e rs h u t o f f , w a t e r l l o o d i n g ，n u m e r i c a l s i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名： 例6 年5 月匆日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 纱口年多月多护日 励年乡月多p 日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第1 章前言 1 1 研究的目的和意义 裂缝性潜山油藏在世界石油工业中占有重要的位置。据初步统计， 在世界上已经发现和开发的油气田中，近5 0 的探明储量存在于碳酸盐 岩油气田中碳酸盐岩油气田的主要特点是裂缝比较发育，单井产量高。 碳酸盐岩往往具有双重储渗结构，即原生的粒间孔隙结构和次生的裂缝、 纹理结构，孔隙与裂缝之间是连通的，两者各有自己的孔隙度和渗透率。 国外已进行了多年的裂缝性油气田开发研究，而随着胜利油田、华北油 田、辽河油田等裂缝性潜山油气田的相继发现和投入开发，更引起了中 国石油界对裂缝性油气藏开发的关注。 经过多年来国内外裂缝性油藏的开发实践，以及通过大量的实验和 理论分析研究工作，人们对裂缝性潜山油藏的采油机理和开发技术有了 深入的了解和认识。裂缝性潜山油藏的开发过程，实质上是流体在裂缝 孔隙网络中的多相流动过程，与常规油藏开发相比，裂缝性潜山油藏的 开发具有双重介质的显著特征“。 尽管人们在裂缝性潜山油田开发方面积累了丰富经验，但开发难度 大、开发效果差仍然是裂缝性潜山油藏开发中亟待解决的难点问题。这 主要表现在以下三个方面： ( 1 ) 裂缝性潜山油藏存在两种明显不同的介质系统，即高孔低渗基 质系统和低孔高渗裂缝系统，整个油藏呈现出严重的非均质性和各向异 性，与单纯介质中的渗流规律相比，油气在裂缝和基质两套介质系统中 的流动要复杂得多，这给裂缝性潜山油藏的开发带来了极大的困难。 ( 2 ) 与孔隙性单一介质储层相比，复杂双重介质储层具有更强的应 力敏感性。双重介质储层的应力敏感特征主要是由储层裂缝在有效应力 作用下产生变形所致。储层主要表现在裂缝张开度随有效应力的增加而 迅速减小，储层有效渗透率急剧降低，导致地层压力和油井产量的迅速 变化。如何合理利用天然能量和人工能量，实现驱动方式的适时转化， 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 是改善裂缝性潜山油藏开发效果的主要问题之一。 ( 3 ) 国内外裂缝性油藏注水开发理论研究和实践都表明，对于裂缝 发育的低渗透油田采用常规( 连续) 注水开发，注入水沿裂缝水窜、暴 住水淹严重：同时注入水首先灌满裂缝，并沿裂缝运移，基质中的油被 水封而无法采出，因而稳产时间短，开发效果差。因此，如何合理有效 地开发好裂缝性低渗透油藏，是裂缝性油田开发中的重点和难点问题。 根据以上论述，从理论和技术上继续系统深入地开展各种驱动条件 下裂缝性潜山油藏水淹规律研究，以及各种驱动条件下裂缝性潜山油藏 最佳堵水时机研究，对于实现裂缝性潜山油藏的高效开发及同类油气田 的开发具有重要的指导意义。 1 2 国内外裂缝性潜山油藏研究现状 1 2 1 裂缝性潜山油藏的储集模式 裂缝性潜山油藏多属于古潜山油气藏类型。其储层结构与砂岩油藏 相比，有一些本质的区别。 裂缝性潜山油藏的储集空间，根据形态可分为缝、洞、孔三大类， 三者之间相互联系、交织共存。其中，宽度大的裂缝及其连通的溶洞是 流体流动的主要通道啷。根据岩，i l , 观察，裂缝性潜山油藏的裂缝十分发 育，组分多，密度大，且以高角度构造缝为主。 裂缝性潜山油藏储集空间的多样性，导致流体在其孔隙网络中的渗 流条件差异很大，使这类油藏的储层具有多重孔隙结构特征。为了研究 的方便，常把多重孔隙介质简化为双重介质来处理，即裂缝系统和岩块 系统。 ( 1 ) 裂缝系统 裂缝系统的裂缝宽度下限是应当具备通道条件，即可以忽略毛管力 作用条件来确定，根据室内实验和理论研究结果，此下限值为l o l r n 左 右。同时，裂缝宽度之间的较小差别可以导致渗透率的巨大变化，根据 储层研究、开发动态及理论研究，可对裂缝等级进行如下的划分： 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 大裂缝：宽度大于l o o g m 的裂缝； 中裂缝：宽度介于l o l o o p m 的裂缝； 小裂缝：宽度介于1 l o l a n 的裂缝； 微裂缝：宽度小于l l m l 的裂缝，它与基质的平均孔隙度、直径相 近，应列入基质范畴。 裂缝系统的特点是：孔隙度很低，一般不超过1 2 ；渗透率很 高；导压能力和流动能力高，产油能力也高；原始含油饱和度很高，有 的接近1 0 0 ；毛管压力的作用可以忽略；滚动条件符合达西定律；流 体的相对渗透率变化呈对角直线关系 ( 2 ) 岩块系统 岩块系统是被裂缝切割、由宽度小于l o o p m 的小裂缝和与其连通的 溶蚀孔洞以及含有徽细裂缝的基质所组成的孔隙系统，其储渗条件差异 很大，分布关系非常复杂。 岩块系统的特点是：孔隙度虽然比砂岩小，但比裂缝系统明显增大， 一般为2 5 ：渗透率很低，导压能力和流动能力低，产油能力低， 在与裂缝系统共存的条件下，主要是以毛管力的作用自吸排油；岩块系 统的自吸排油过程必须借助于裂缝通道进行。 裂缝系统属高渗高产高效渗流系统，岩块系统属低渗低产低效渗流 系统。室内实验，数值模拟、开发动态研究表明，裂缝系统地质储量所 占比例较小，一般小于3 0 ，而可采储量所占的比例较大，一般大于7 0 ，采收率达5 0 以上岩块系统质储量虽所占比例较大，但可采储量 所占的比例较小，采收率一般为1 0 左右，因此，裂缝系统在开发过程 中始终处于主导地位。 1 2 2 物理描述和流体流动机理 根据1 9 6 0 年b a r r e n b l a t t i ”等提出的裂缝孔隙介质中流体流动理 论，1 9 6 3 年w a r r e n 和r o o t 4 l 将双重孔隙介质模型概念引入油藏工程中。 在双孔介质模型( 如图卜l 所示) 中w a r r e n r o o t 认为，裂缝性储层由 基质和裂缝相对独立而又相互作用的两套系统组成，裂缝系统是由水平 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 和垂直裂缝正交的裂缝网络组成，岩石基质是处于连续裂缝系统中不连 通的基质岩块。裂缝系统具有较高的导流能力，而基质岩块具有较高的 流体储集能力。 图卜1w a r r e n - r o o t 双孔模型 裂缝性油藏的驱动类型一般为弹性和水压驱动，由于存在双重孔隙 结构，导致开发过程中存在裂缝和基质岩块驱替机理的两重性： ( 1 ) 裂缝系统中的流体流动主要依靠驱动压差的作用进行，粘滞力 和重力具有重要影响，毛管力的作用可以忽略不计； ( 2 ) 岩块系统的主要机理有三种：在裂缝系统和岩块之间的流动压 力作用下，地层水或注入水进入岩块排油；裂缝系统中的水靠毛管力渗 入岩块排油：在重力作用下，岩块内外油水分离排油。亲水致密岩块中 水的毛管自吸作用是主要的采油机理，其次为重力分异作用，而亲油岩 块则不存在毛管自吸作用，重力作用可能成为重要的驱油机理。 裂缝系统与岩块系统的驱替机理虽然不同，但驱替过程是相互联系 的。岩块的自吸排油过程只有当与其连通的渗流通道一裂缝中的含水饱和 度增长到一定数值后才能开始，也只有当裂缝中油相处于连续状态时才 能有效地进行。 1 2 3 裂缝流动模型与数值模拟技术的发展 研究主要集中在四个方面：1 ) 概念模型的建立；2 ) 静态变形介质 中裂缝水动力学特征描述；3 ) 描述裂缝流动和裂缝特征参数分布随机技 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 术的研究；4 ) 数值模拟技术发展。 ( 1 ) 裂缝流动概念模型 已经研究了许多描述裂缝介质中流体流动的概念模型根据孔隙介 质和裂缝的储集能力和流动能力可将概念模型分为四种模型：0 显式离 散裂缝模型；双重连续介质模型；离散裂缝网络模型；单一等效 连续介质模型。另外，在最近发表的文献中也提到了多重相互作用连续 介质模型以及多重孔隙度渗透率概念模型。 显式离散裂缝模型 许多研究者发表了显式离散裂缝数值模型。这种模型只能描述垂直 裂缝或水平裂缝。显式离散裂缝模型的优点在于可以采用最少的参数来 直接描述裂缝和基质之间流动压力梯度和流量。但是，当裂缝数目增加 时，数据处理量增加，计算量明显加大。 双重连续介质模型t 3 l 5 】 双重介质模型将流动空间理想化为原生孔隙和次生孔隙组成。原生 孔隙由沉积和岩性产生，次生孔隙则是由裂缝、节理或溶蚀作用产生的。 岩石基质具有较大的储积能力和较小的渗透性，而裂缝的储集能力较低， 但具有较大的渗透性。多孔介质和裂缝被认为是独立但又相互叠加的两 套系统。流体交换发生在裂缝和基质岩块接触面上。在数值方法中，裂 缝和基质在同一网格节点上产生质量传递，交换量是根据依赖于流体压 力的参数计算的。 离散裂缝网络模型 离散裂缝网络模型采用两维或三维线性或平面来表示裂缝，并假设 流动仅发生在裂缝中。模型中考虑了裂缝的交叉和连通，以及裂缝和基 质之问的扩散作用。 单一等效连续介质模型 在单一等效连续介质模型中，渗透率是裂缝和多孔介质渗透率之和。 这种近似方法充分简化了流动问题。1 9 8 6 年p r u e s s 【6 1 等提出了一种未饱 和裂缝岩石中单一等效连续介质模型。在模型中，介质的传导性被认为 是多孔介质和裂缝的传导性的总和。1 9 9 0 年p r u e s s n 发现，在岩石基质 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 渗透率很低或裂缝间距较大的情况下，这种方法描述高速不稳定流动条 件下流体在空间和时间上分布会产生较大的误差。 选择性概念模型 1 9 9 3 年b a i t 8 1 等在裂缝性孔隙介质中采用多孔隙度多渗透率方法建 立流动模型。研究认为，单孔单渗，双孔双渗，双孔三渗以及三孔 三渗模型均是多孔隙度多渗透率模型的特殊例子。1 9 9 3 年b e a r l 9 l 指出， 不同地质过程会产生多重不同的裂缝子系统，对于每一个子系统，可以 将其作为一个单独的连续介质，建立单一介质模型p r u e s s 和 n a r a s i m h a n ( 1 9 8 2 年和1 9 8 5 年) l i n t ”i 和p r u e s s ( 1 9 9 1 年) 1 2 1 提出并应 用了多重相互作用连续介质方法。由于岩块中流体压力、温度和组分的 变化量是计算点与裂缝距离的函数，因此在方法中，基质网格块被划分 为网状子区域来计算流体压力、温度和组分的缓慢变化，采用一维模型 计算多孔岩块中的解。 ( 2 ) 变形介质中裂缝流动模型 1 w a i ( 1 9 7 6 年) 1 3 1 。w i t h e r s p o o n 等( 1 9 8 0 年) 1 1 4 。e l s w o r t h ( 1 9 8 9 年) 1 1 5 和b a i 等( 1 9 9 3 年) 1 0 1 建立了变形裂缝介质中流体流动模型。1 9 8 6 年a n d e r s o n t l 6 】在一个可随时问变形的网格中模拟了流体流动和热传导 过程，以及在滑脱面上产生断裂的柔性和脆性变形过程。前苏联学者a t 戈尔布诺夫详细研究了弹塑性介质油藏的渗流问题【1 7 l ，北京石油勘探开 发研究院冉启全博士采用流固耦合方法对低渗透油藏问题也进行了深入 的研究邮i 。研究认为，在介质变形较快的情况下，变化的介质物性将显 著影响流体压力场和流量。 ( 3 ) 随机方法 许多研究者采用随机方法来描述裂缝的产生和裂缝中的流动过程。 1 9 8 6 年m a r s i l y 发表了随机有限差分方程，在方程中某个或多个参数为 随机变量。另外，他给出了一些求解方法。在给定足够的数据和分布的 条件下，可以描述裂缝产生的统计规律以及裂缝的方位、间距和开度。 从这些数据中，建立了裂缝场的等效统计模型。s h i m o 和l o n g ( 1 9 8 7 ) 1 1 9 1 以及l o n g ( 1 9 8 9 ) i 删通过对不同概念模型的研究建立了随机裂缝场。 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 9 8 8 年r o u l e a u p l l 采用随机方法建立离散裂缝网络模型来模拟裂缝中流 体流动和传输过程。 ( 4 ) 裂缝性油藏数值模拟技术的发展 根据文献调研，目前国内外对于裂缝流动问题的求解方法主要采取 有限差分法( i f d m ) 。e d w a r d s ( 1 9 7 2 年) 口“。n a r a s i m h a n 和w i t h e r s p o o n ( 1 9 7 6 年) 口”。p r u e s s ( 1 9 8 7 年和1 9 9 1 年) p 2 1 1 “】分别提出和应用了有限 差分法来研究裂缝中的流动问题，对于时间导数通常采用 c r a n k n i c h o l s o n 近似法隐式处理。1 9 7 5 年f r a n l a b 发表了使用i m p e s 方法的裂缝油藏数值模拟程序。由于i m p e s 方法在裂缝和基质饱和度相 差较大的情况下稳定性较差，1 9 7 7 年r o s s e n p ”发表了一个转换函数模拟 程序，采用半隐式来处理转换函数。这个模型被用来研究伊朗的裂缝油 藏。t h o m a s 等人1 9 8 0 年提出了一个全隐式三维模拟程序来研究裂缝油 藏i 2 6 1 。模型中采用形状因子来调节实际的单岩块的动态和用一个网格代 表几个岩块动态之间的差别。g i l m a n 等人v n l 9 8 2 年提出了一个三维两相 ( 油一水) 全隐式模拟程序，它和t h o m a s 的模型相似。在这个模型中， 有一个处理裂缝方向和类型的任选项，可以用于研究注聚合物和注示踪 剂，也可以研究流体锥进问题。e i c a 和e r s h a g h i 发表了一个两相( 气一 油) 三维模型。在这个模型中，使用有对流项的两维f o u r i e r 方程来代 替标准的扩散方程，用来描述裂缝中流体密度的改变。方程采用特征方 程求解。他们得到二阶项的隐式差分方程，压力方程中的重力项和时间 函数项采用显式前差分格式。b l a s k o v i c h 等人【2 8 1 于1 9 8 3 年发表了一个 全隐式三维四组分裂缝油藏模拟程序，它将两个渗流系统( 裂缝与基质) 叠加在一起。由于在这个模型中每一个基质网格是由很多性质相同的基 质岩块组成，因而它类似于三维砂岩模型。 有些研究者也采用有限元方法( f 踟) 和边界元方法( b e m ) 。1 9 8 4 年e l s w o r t h 冽发表了裂缝流动的混合b e m f e m 模拟器。1 9 8 7 年 r a s m u s s e n 州采用边界元法模拟离散裂缝中未饱和流动问题。1 9 9 2 年 a m a d e i 和1 1 l a n g a s e k a r e 【3 l 】采用有限元方法建立了流动压力的连续方程， 并考虑了裂缝的各向异性和非均质性。p i n d e r 等9 2 1 1 9 9 3 年提出了描述裂 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 缝流动的解析方程和数值方程。由于有限元方法和边界元方法适用于不 规则区域几何形状，因此对于空间导数，更多地采用积分方法而不采用 有限差分法求解。 1 3 主要研究内容及技术路线 1 3 1 主要研究内容 1 裂缝性潜山油藏水淹规律研究 利用数值模拟方法，分别建立了底水、边水、注入水驱动类型的裂 缝性潜山油藏数值模拟模型，通过对影响水淹规律的各种参数进行敏感 性分析，研究并总结得出不同驱动类型的裂缝性潜山油藏的水淹规律。 2 最佳堵水时机研究 在对不同驱动条件下裂缝性潜山油藏水淹规律研究的基础上，分别 建立符合各驱动条件下裂缝性潜山油藏主要水淹规律的油藏数值模拟模 型，计算不同时机堵水后的开发指标，优选堵水时机。 1 3 2 技术路线 ( 1 ) 底水驱动裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水时机研究技术路线 该部分技术路线如图1 - 1 所示。 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 墨堡塑塑塑l r 1 图卜l 底水驱动裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水时机研究技术路线图 ( 2 ) 边水驱动裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水时机研究技术路线 该部分技术路线如图卜2 所示。 臣亘圃 图i - 2 边水驱动裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水时机研究技术路线图 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 ( 3 注入水驱动裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水时机研究技术路线 该部分技术路线如图1 - 3 所示。 图卜3 注入水驱动裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水时机研究技术路线图 - lo 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章天然裂缝性油藏开发方式 第2 章天然裂缝性油藏开发方式 2 1 天然裂缝性油藏采油机理 裂缝性油藏是由相互连通的孔隙和通道构成的系统，孔隙构成“岩 块系统”，通道构成“裂缝系统”，它们延伸分布在整个油藏中。裂缝系 统和岩块系统形成相当大的接触面，流体在接触面上进行交换。 双孔介质油藏与常规油藏相比采油机理存在很大的差异口3 。国内外 学者对裂缝性油藏采油机理进行了多年的研究( v a ng o l f - r a c h t “1 ) 。研究 认为，裂缝性油藏采油机理与基质和裂缝中流体饱和度的差别有关，即 油藏分带产生不同的采油机理。各采油带和采油机理描述如下： 气侵带：重力排泄驱替机理； 含气带：气体膨胀+ 浮力+ 渗吸+ 对流机理； 未饱和带：简单的膨胀驱动机理； 水侵带：重力+ 毛管力渗吸驱替机理。 在上述情况下，采油机理与毛细管力和重力有密切的关系。在不同 驱动类型油藏开发中，这些机理中的一种或另一种常常占优势： 对于强水驱油藏，地层压力接近或等于原始油藏压力，采油只是 由于毛细管力和重力渗吸的结果； 如果水体很小或不存在，油藏压力将发生衰竭，油将由于原油膨 胀和气侵带中的重力排泄而被采出，毛细管力阻止驱油，而重力驱占优 势。 由此可见，渗吸采油机理在裂缝性油藏开发中具有至关重要的作 用。 国内外油田注水开发的理论研究和实践都表明，裂缝性低渗透油藏 采用常规注水方法，不会取得良好的效果这是因为：对于裂缝发育的 低渗透油田，常规( 连续) 注水开发，注入水沿裂缝水窜、暴性水淹严 重；同时注入水首先灌满裂缝，并沿裂缝运移，基质中的油被水封而无 法采出，因而稳产时间短，开发效果差。因此，如何合理有效地开发好 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章天然裂缝性油藏开发方式 裂缝性低渗透油藏，既能将裂缝中的油采出来，又能将基质中的油采出 来，这是我们必须解决的关键问题。而水动力学采油技术是一种改善注 水开发效果的综合方法，特别是渗吸采油法和周期注水方法，是适合于 裂缝性低渗透油藏注水开发的有效方法。 ( 1 ) 渗吸法采油机理 主要是应用油层毛管力的渗吸作用，使水从裂缝进入基质，从而使 基质中的油被驱替出来，排出的油将随裂缝通道被水驱到井底而采出( 见 图2 1 ) 因此，渗吸法采油主要取决于毛管力的大小。 图2 - i 渗吸法采油机理示意图 ( 2 ) 周期注水采油机理 根据国内外油田开发经验，对于裂缝性低渗透油藏采用周期注水方 式开采，可以取得相对较好的开发效果。 对于裂缝性油藏，进行周期注水改善水驱效果的机理主要是：高低 渗透区间的油水交渗效应。周期注水的压力扰动，促进了高低渗透区之 间的油水交渗过程。高低渗透区之间的压力扰动产生一个压力梯度，这 就引起流体的运动：当高渗透区的压力高于低渗透区的压力时( 注水 升压周期) ，压力扰动促使水，甚至一部分油向低渗透区流动；当高渗 透区的压力低于低渗透区的压力时( 停注降压周期) ，压力扰动的能量驱 使低渗透区的原油和水向高渗透区和裂缝中流动。在油水交渗的过程中 进入低渗透区的水总有一部分被滞留下来，所以综合的效应是油从低渗 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章天然裂缝性油藏开发方式 透区向高渗透区和裂缝中流动。在周期注水过程中，这种油水交渗过程 反复进行，这就导致驱油效率的提高和波及系数的扩大，改善了水驱效 果。提高水驱采收率。对亲水油层来讲，加上毛管渗吸的作用，更强化 了这种方法的增产效果( 图2 2 ) 。 栅阶段b _ 降田阶段 图2 - 2 周期注水采油机理示意图 2 2 天然裂缝性油藏开发方式 ( 1 ) 裂缝性油藏的天然能量 裂缝性油藏的天然能量，主要包括两类：一是地层及其所含流体( 油、 气、水) 弹性膨胀能量，与其相应的驱动方式是弹性驱动；二是与油藏 相连通的边底水能量，与其相应的是弹性水压驱动方式。 尽管大多数裂缝性油藏的原始地层压力和饱和压力的差值很大，弹 性采收率一般不超过5 。在这种能量作用下，压力下降快，产量递减快， 每采l 地质储量的压降值达4 5 m p a 。 我国裂缝性油藏的开发实践表明，边底水的能量在开发初期具有重 要作用。充分利用边底水天然能量，一般都可以取得比较好的开发效果， 因为在这种驱动条件下，存在一个相对稳定并均衡推进的驱油前缘，重 力的作用得以充分发挥，降低了水驱油过程的非活塞性，达到很高的驱 油效率。 所谓合理利用天然能量，就是把采油速度控制到合理的界限，充分 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章天然裂缝性油藏开发方式 发挥天然水驱的作用，推迟或不进行人工能量接替。实现一些油田在无 水和低含水采油期的稳定生产。同时，在天然水压驱动条件下，通过合 理控制采油速度可以回升地层压力。 合理利用天然能量，对于提高开发效果也是有利的。国内外油田开 发实践都表明，凡是以边底水天然能量开发的油田，开发效果都比较好。 ( 2 ) 油田开发过程中的能量接替和驱动方式转化 裂缝性油藏开发方式的选择，实质上是天然能量的合理利用和人工 能量接替方式以及相应的驱动类型转化方式的选择。 裂缝性油藏开发过程中的能量接替过程一般为：在弹性开采初期， 采油是靠油藏内部的液体和岩石的弹性膨胀进行的，其效率很低，引起 产量、压力的迅速下降。随着压力降的增大和扩展，边底水入侵，补充 弹性的不足并逐渐接替，进入弹性水压驱动方式，边底水的天然能量比 弹性能量大的多，效率高的多，但仍然不能适应过高的采油速度要求， 造成产量、压力的继续下降。为了改变这种状况，一般是采用注水补充 能量，恢复压力，从而进入效率更高的人工水压驱动方式。 人工水压驱动方式是实现裂缝性油藏高产稳产的基本条件。我国的 裂缝性油藏一般都采用这种驱动方式，延长了稳产期，提高了开发效果， 并为提高最终采收率创造了有利条件。但是，在油田开发进入产量递减、 特别是低速缓慢递减阶段后，油水关系更加复杂，注采矛盾更加突出， 含水上升为主要矛盾。在此情况下，合理控制注采比或采取周期注水、 甚至停止注水，允许地层压力下降，使边底水入侵补充地层能量，有利 于各种驱油作用力的充分发挥，同样是完全必要的。这样，就开始了天 然能量对人工能量的补充和接替过程，天然弹性水驱就逐渐转化为油藏 的主要驱动方式。 在油田开发过程中，始终贯穿着保持压力和控制含水的矛盾，始终 存在着以驱动压力为主导的多种作用力的相互补充和发挥。天然能量和 人工能量的合理利用和适时接替，以及天然能量驱动方式和人工能量驱 动方式的相互补充和转化，应当结合保持压力和控制含水的矛盾及其转 化来进行，应当在发挥多种作用力的有利驱油条件下来进行。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章天然裂缝性油藏开发方式 ( 3 ) 裂缝性油藏的开发方式 在油田开发方式，即天然能量利用和人工能量接替方式的选择上， 对于不同天然能量驱动的裂缝性油藏的作法，应当有所不同： 第一，对于天然能量比较充足的裂缝性油藏，应当充分利用天然能 量开发，控制合理的采油速度，实现无水期和低含水期的稳定生产。之 后，随着油田开发过程的进展，又可区分两种情况：一是如果油藏能量 比较充足，则完全依靠天然能量开发；二是如果油藏天然能量不能满足 中高含水期开发的要求，则实行人工能量的二次接替或后期接替。 第二，对于天然能量不充足或能量补充不及时的裂缝性油藏，应当 及时补充人工能量，实行人工能量的一次接替或早期接替。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章双重介质油藏数学模型的建立 第3 章双重介质油藏数学模型的建立 裂缝性双重介质渗流模型主要分为两大类：双孔双渗模型( 简称双 渗模型) 和双孔单渗模型( 简称双孔模型) 。 双渗模型考虑了流体在裂缝和基质两套系统中的渗流，流体通过基 质和裂缝流入井底，基质和裂缝系统之间存在流体交换。 对于低渗透裂缝性油藏，基质渗透率很低( 1 1 0 。3 岬1 2 ) ，流体在 基质与井筒之间的流动能力很弱，采用双渗模型计算将产生很大的误差。 双孔模型是双渗模型的简化。该模型最早由b a r e n b l a t t 。1 等在1 9 6 0 年提 出，此后不少学者也提出了类似的模型，其中应用最广泛的是 w a r r e n - r o o t “1 模型，如图3 - i 所示。在双孔模型中，流体仅在裂缝系统 中进行渗流，而基质系统仅起储集流体以及与裂缝系统进行流体交换的 作用，流体不能通过基质流入井底。双孔模型可理解为由连续且互相垂 直的裂缝系统和被裂缝系统所切割开的基质岩块系统所组成。 图3 一lw a r r e n - r o o t 双孔模型 3 1 双子l 单渗数学模型 如图3 2 为双孔单渗模型阱1 示意图，在很多情况下，基质岩块的渗 透率远小于裂缝介质的渗透率，因此可以只考虑裂缝介质内的渗流，忽 略岩块介质的流体流动，基质岩块内的流体并不直接流到井筒，而是先 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章双重介质油藏数学模型的建立 窜流到裂缝，然后由裂缝流到井筒。 3 1 。1 黑油流体系统 井 图3 - 2 双孔单渗模型示意图 水组分： v 丧v 户。g d ) l f 1 - q 。+ = 鲁( 譬) ，c s 叫 油组分： v 告v ”岛g d ) l s + q 。 + r i 。a t l b oj ，c s 吲 气组分： v 陵v ”以妒p 陆v 岛驴小啦 吨铲箍+ 等j ， ( 3 - - 3 ) ( 2 ) 岩块向裂缝的窜流方程 1 ， 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章双重介质油藏数学模型的建立 、= 昙( 刳。 c s 叫 油组分： 、= 旦a r t n , j 。 ( 3 _ 5 ) 气组分： 、吨妒出鲁+ 剀。 沪e ， 式中7 咖，m f o ，7 舸詹分别为基质岩块与裂缝间水、油、气的窜流量。 ( 3 ) 辅助方程 so：七s呵+si=i(3-7) + s 。+ s 。= i ( 3 - - 8 ) p 州2p 可一p 可 p 。* m = p m p * * p c g o 2p 一p p c 目，m 2p p 3 1 2 油气多组分流体系统 ( 3 9 ) ( 3 1 0 ) ( 3 一1 1 ) ( 3 1 2 ) ( 1 ) 裂缝内渗流方程 水组分： v p 鲁v 删小咖= 鼽蹦( 3 - - 1 3 ) 碳氢化合物组分： - 1 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章双重介质油藏数学模型的建立 v l 岛鲁v 魄一以g d ) + 薯成鲁v 皖一见妒) ，+ t g 。 + y l q 。f 峨哪咖= 融文s 。p o x 。s 矬， ( 3 - - 1 4 ) 水组分： 、= 昙滢 。 碳氢化合物组分： - - y , r 。f g - - x , = 井降剖。 ( 3 1 5 ) ( 3 1 6 ) 对于组分流体系统，除包含有与式( 3 7 ) ( 3 1 2 ) 相同的辅助 方程外，还应包括： 1 9 ( 3 1 7 ) ( 3 1 8 ) ( 3 1 9 ) ( 3 2 0 ) ( 3 - - 2 1 ) l = 和 l = 晰 x ， l = 矿 y 、，j l if 文b 污 = ， 巧 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章双重介质油藏数学模型的建立 如： l x ， 3 2 双子l 双渗数学模型 ( 3 2 2 ) 如图3 3 为双孔双渗模型洲示意图，和图3 - 2 所示的双孔单渗模 型相比，基质岩块除向裂缝供给流体外，岩块介质与井筒之间也存在流 体流动，因此基质岩块内的流体可以流到井筒。 3 2 1 黑油流体系统 井 图3 - 3 双孔双渗模型示意图 裂缝内渗沉方程与双孔卑渗模型相j 司，岩块内谬况万程那r ： 水组分： v 除v 删小。= 导( 乱( 3 - - 2 3 ) 油组分： v 除v 成驴卜咖= 昙m ( 3 - - 2 4 ) 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章双重介质油藏数学模型的建立 v 隆v b 以妒p 除v 成妒， 飞吨驴瓦o 【r p 【( 瓦s , + 等n ( 3 - 2 5 ) 裂缝内组分流体渗流方程与双孔单渗模型中相同，岩块内渗流方程 如下： 水组分： v p ，鲁v “妒) 。一= 丢慨。( 3 - - 2 6 ) 碳氢化合物组分： 矶p ，以鲁v b 岛g d ) + 弛鲁v 成驴) 。堋。 堋喀叫驴水等+ 籼 ( 3 - - 2 7 ) 3 2 3 岩块一裂缝窜流模型 求解双重介质数学模型时，必须确定岩块与裂缝之间的窜流量，这 种流体交换量一般仍以达西定律的形式来表示。由于双重连续介质在空 间上是重叠在一起的，只有共同的体积，并没有距离和面积，因此国外 一些学者提出用形状因子盯来表示双重连续介质间的距离和面积。 矿盯鲁( 卟。等 陋禹们( 3 - - 2 8 ) 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章双重介质油藏数学模型的建立 盯= 幢+ 专+ 刳 等= b 所k ( 3 2 9 ) ( 3 3 0 ) pf=s。p。+s。po+ssps(3-31) 式中：l z , ：y ，上：分别为岩块在三个方向上的尺寸； 厶岩块高度之半； 孕裂缝和岩块中流体密度不同所产生的重力梯度。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章底水驱动条件下裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水时机研究 第4 章底水驱动条件下裂缝性潜山油藏水淹规律及 堵水时机研究 裂缝性底水潜山油藏在开采过程中，由于储层的非均质性、裂缝大 小和分布不均匀等因素的影响，导致底水沿裂缝上窜是造成油藏采收率 不高的根本原因。因此，研究油井水淹规律对合理开发该类油藏具有十 分重要的指导意义 本文以数值模拟为主要研究手段，对裂缝性底水潜山油藏的油井水 淹规律进行了模拟研究。根据某油田的地质资料建立相应的模拟模型， 通过对影响水淹规律的各种参数进行敏感性分析，进而根据油井不同水 淹特征归纳总结了油井的水淹模式，建立符合底水驱动条件下裂缝性潜 山油藏主要水淹规律的油藏堵水模型，计算不同时机堵水后的开发指标， 优选堵水时机，为裂缝性底水潜山油藏提高开发效果和选择堵水时机提 供了理论依据。 4 1 模拟模型的建立 4 1 1 地质模型的建立 选择某油田一口井，以其地质资料为基础，利用c m g 油藏数值模拟 软件，建立双孔双渗介质单井径向模拟模型。按平行于油水界面的方式， 从油藏顶部向下至油水界面将油藏划分为六个产储层，油水界面以下水 层为一层，用来模拟底水。这样纵向上共七层；径向上划分了8 个网格， 油井位于网格中心，模拟网格系统选用三维径向网格，网格划分如下。 网格数：8 1 2 7 ( 径向xo 方向垂向) 网格大小：对于径向模型其径向网格的大小是按照级数递增的，根 据级数计算式可计算出这八个径向网格的大小分别为：0 2 2 8 ，0 5 7 5 ， 1 4 5 4 ，3 6 7 5 ，9 2 9 1 ，2 0 2 5 ，5 5 ，1 5 0 。为了更加清晰地模拟底水锥进 的形态，对第6 8 个网格按照下列大小进行加密：( 1 0 ，1 0 2 5 ) ，( 1 0 5 ， 中国石油大学( 华东) 项士论文第l 章底水驱动条件下裂缝性潜山油藏水淹规律及堵水对机研究 l o 7 5 ，i i ，i i 2 5 ，i i 5 ) ，( 1 1 1 5 ，1 2 ，1 2 2 5 ，1 2 5 ，1 2 7 5 ，1 3 。1 3 2 5 ， 1 3 5 ，1 3 7 5 ，1 4 ，1 4 2 5 ，1 4 5 ) 。这样网格数就变成了2 4 1 2 7 。 o 方向( 角度o ) ：采用均匀网格划分原则，每个都为3 0 0 0 。 垂向上：模型上面六层用来模拟油层，每层厚度相同，都为2 0 m ， 底部一层用来模拟底水，厚度为1 2 0 m 。 基质孔隙度在平面上各层均相同，为1 2 5 ；裂缝系统的孔隙度各 层也相同，为3 。 基质水平渗透率各层都取1 4 8 x 1 0 3 “m 2 ，基质垂向渗透率取 0 7 5 1 0 。3 肛1 2 ；裂缝系统的水平渗透率取常数，为8 0 0 1 0 3 “m 2 ，纵向上 也取常数，为8 0 x 1 0 。岬2 ；裂缝密度为1 2 5 条米。 依据以上数值，建立底水驱动条件下的裂缝性潜山油藏单井模拟模 型，其立体示意图和平面示意图如图4 - 1 和图4 2 所示。 图4 - l 单井径向模型三维立体示意图 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章底水驱动条件下裂缝性潜山淮藏水淹规律及堵水时机研究 图4 - 2 单井模犁平面示意图 4 1 2 油藏参数的确立 ( 1 ) 岩石相渗曲线 对于裂缝性底水潜山油藏，储层在开采过程中将出现两相渗流的问 题。裂缝系统中两相流动处于分离状态，因此相对渗透率曲线通常可以认 为是线性对角线：对基质岩块而言两相流动比较复杂，通常认为，基质 岩块中油水或油气交换的主要机理