（油气田开发工程专业论文）特低渗储层非达西渗流规律研究.pdf

英文摘要 s u b j e c t ：as u d yo np e r c o l a t i o nc h a r a t e r i t c so fe t r a - l o wp e r m e a b i l i t ) rr e s e r v i o r s p e c i a l i t y ：o i l g a se x p l o r a t i o ne n g i n e e r i n g n a m e ： q iy i n ( s i g n a t u r e ) f 鱼! ! i 竺 i n s t r u c t o r ：z h a n gn i n g s h e n g ，r e nx i a o j u a n ( s i g n a t u r e ) 壮f i 一 4 a b s i r a c i c h a n g q i n go i l f i e l di sl o c a t e di no r d o sb a s i n t h em a i no i lr e s e r v e sf o re x p l o r a t i o nb e l o n g t ol o wp e r m e a b i l i t yo re x f f a l o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r s d u et ot h ep a r t i c u l a r i t yo fl o w p e r m c a b i l i t yr e s e r v o i r ，t h ec l a s s i c a ld a r c y l a wc a r l td e s c r i b et h ep e r c o l a t i o nr u l ea c c u r a t e l y o n eo f t h e k e y st od e v e l o pt h eo i l f i e l de c o n o m i c a l l yi st ok n o wt h ep e r c o l a t i o nr u l e t h em a n y e x p e r i m e n t a l w o r k sw e r e d o n ei nt h ed i s s e r t a t i o nf o r p e r c o l a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fe x t r a - l o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i rc o r e sg o t t e nf r o mt h ec h a n g6l a y e r si ny h a n d n z b l o c k so f c h a n g q i n g o i l f i e l d ，t h er e s u l t ss h o w t h a t t h e n o n d a r c y f e a t u r e se x i s t w h e n t h ef l u i d ss e e pi ne x t r a - l o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i ra tl o wv e l o c i t y ，a sf o rt h es t u d i e db l o c k s ， t h es i n g l ew a t e rp e r c o l a t i o nv e l o c i t yi sl e s st h a n0 0 815 m dw h e nt h en o n - l i n e a rc h a r a c t e r i s t i c s o c c u ri nt w ob l o c k s ，a n dt h es i n g l eo i lp e r c o l a t i o nv e l o c i t yi sl e s st h a no 1 1 7 m df o ry h b l o c ka n d0 13 6 m df o rn zb l o c k t h r o u g ht h es u f f i c i e n ta n a l y s i sf o re x p e r i m e n t a ld a t a ，t h ed i s s e r t a t i o np u t sf o r w a r da n e we q u a t i o n ，w h i c hc a nb eu s e dt od e s c r i b et h er u l eo ft h ef l u i d s p e r c o l a t et h r o u g ht h e e x t r a - l o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i ra tl o wv e l o c i t y ，a l s ot h em i n i m u ms t a r t i n gp r e s s u r e g r a d i e n t sc a r lb ec a l c u l a t e db yi t t h ea v e r a g em i n i m u ms t a r t i n gp r e s s u r eg r a d i e n t sa r e 0 0 0 5 1 7 m p a c m a n do 0 1 4 9 m p a c m f o rs i n g l e p h a s e w a t e ga n do 0 0 8 9 1m p a c m a n d0 ，0 2 4 7 m p a c mf o rs i n g l ep h a s eo i li nc h a n g6l a y e r si ny ha n dn zb l o c k s i ti sc o n s e c u t i v ef u n c t i o n b e t w e e nt h ef l u xa n dt h ep r e s s u r eg r a d i e n ti nt h en e we q u a t i o n ，w h i c he n r i c h e st h ea v e r a g e m a t h e m a t i c a lf u n c t i o n so f n o n - l i n e a rf l o w i n g m e a n w h i l e ，t h em e c h a n i s ma n dt h ef a c t o r sf o ri n f l u e n c i n gt h ep e r c o l a t i o nr o l e sw e r e a n a l y z e di n t h i sd i s s e r t a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep r i m a r yf a c t o r sa r et h eb a dr o c k p r o p e r t i e s ，t h es c r a p p y s e e p a g ec h a n n e l s ，i n s u f f i c i e n td r i v ep r e s s u r e ，t h er o c kd i s t o r t i o nb y p r e s sa n dw e t t a b i l i t ya n ds oo n f i n a l l y ，t a k ey hb l o c ka sa ne x a m p l e ，t h ep r e s s u r ed i s t r i b u t i o n a n dp r o d u c t i o n v a r i a t i o na r ec o m p a r e di nt h r e e p e r c o l a t i o nm o d e l s ， w h i c hs h o wt h a tt h en o n - l i n e a r p e r c o l a t i o nr u l ea n dt h es t a r t i n gp r e s s u r eg r a d i e n ts h o u l db ec a l c u l a t e dw h e n t h ef l u i d sf l o wi n e x t r a - l o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i ra tl o w v e l o c i t y i l l 英文摘要 k e y w o r d s ： e x t r a - l o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r ，p e r c o l a t i o nr u l e ， s t a r t i n gp r e s s u r eg r a d i e n t ，b o u n d a r yl a y e r t h e s i s ：f u n d a m e n t a ls t u d y ( t h i sd i s s e r t a t i o ni ss u p p o r t e db ys c i e n c er e s e a r c hf o u n d a t i o no fc h a n g q i n go i l f i e l d ) i v 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位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中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安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 做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 敝储躲趣 魄碰量! 窆 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名：超 导师签名： 日期：。厶 名f ，f 日期：2 生：! ：竺 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究低渗透储层非达西渗流特征的意义 随着我国石油工业的发展，储层物性较好的油田相继进入高含水期，其采油效率下 降，采油成本增加，要保持我国石油稳产、高产，就必须开发物性不好的储层，如，低 渗、特低渗储层，或者要发现新的油气田。截至2 0 0 0 年底，我国已探明低渗透油田地 质储量5 2 1 4 x 1 0 8 吨，占全部探明地质储量的2 6 1 。其中石油为4 3 3 7 1 0 8 吨，占低 渗透探明储量的8 3 2 ；目前发现的低渗透油田储量中特低渗及超低渗储量占有较大的 比例，渗透率小于1 0 x1 0 4 p a n 的储量占整个低渗储量的4 6 【i 】。就长庆油区而言，截 至2 0 0 3 年底已有控制地质储量5 7 3 0 2 亿吨，其中渗透率小于0 3 1 0 - 3 岫2 的储量有 1 1 3 5 1 亿吨，占2 0 长庆油田资料 。 低渗储层在开发过程中有其特殊性，采出程度低、注水困难、见效差、产量预测不 准、采取的工艺技术措施效果不明显等。因此，已开发的低渗透油气田如何进一步提高 开发效益，未动用的低渗透油气储量如何尽快有效地投入开发，对我国石油工业的稳定 发展有着十分重要的意义。 然而，要开发好低渗透油田，首先要认识到低渗透储层的特殊性及流体在其中渗流 的规律。正确进行渗流力学计算，结合特殊的储层特征，确定合理的开发方案是至关重 要的。长期以来，达西定律被广泛应用于油气开发的渗流计算中，然而，低渗、特低渗 油田的渗流特征与中、高渗透油田的渗流特征显著不同【2 】。而正是由于其有别于中、高 渗透油田的渗流特征和孔隙结构特征，使得原来适合中、高渗透油田的计算、评价方法 和技术在应用于低渗透油田开发时，遇到了很大的困难。 在低渗透油田中，由于储层能量不足，储层物性极差，流体在其中的渗流速度很低， 研究低渗储层低速渗流规律可以为经济有效地开发此类储层提供理论依据，如果能将实 际的低速渗流规律结合到油田现有的渗流模型中，来指导油田生产，进行历史拟合及预 测未来储层流体分布特征、产量变化特征等，这对开发低渗储层来讲，是具有极强的现 实意义的。 1 2 低速非达西现象的提出 国外首先提出液体在多孔介质中渗流时具有启动压力梯度的研究最早是在1 9 2 4 年，由前苏联学者h j i 布兹列夫斯基提出。1 9 5 1 年，b a 弗洛林在研究土壤中水的渗 流问题时指出，在小压力梯度条件下，因岩石固体颗粒表面分子的表面作用力俘留的束 缚水在狭窄的孔隙中是不流动的，并且它还妨碍自由水在与之相邻的较大孔隙中的流 动，只有当驱动压力梯度增加到某个压力梯度值后，破坏了束缚水的堵塞，水才开始流 西安石油大学硕士学位论文 动。1 9 6 3 年，m i l l e r 等人【3j 研究了水在粘土中渗流时考虑启动压力梯度的问题。1 9 8 0 年，p a s c a l 等人1 4 应用有限差分法求解考虑启动压力梯度的岩土工程固结问题。 国内对启动压力梯度的研究最早在1 9 8 2 年，中国科学院渗流力学研究所的刘慈群 1 5 1 用平均值法研究了文献 4 】所研究的问题，求得了问题的近似解，且近似解析解的结果 与有限差分解的结果符合的较好( 误差小于1 0 ) t “，这也是国内对考虑启动压力梯度渗 流问题最早进行的研究。1 9 8 3 年，西安石油学院闰庆来等人 7 4 0 用地层水通过渗透率在 o 6 1 4 4 8 5 8 1 0 - 3 9 m 2 之间的天然岩心的渗流实验，发现水的渗流具有可观的启动压力 梯度，并总结了低渗透油层中单相和油水两相渗流的实验结果，提出在较低渗流速度下 为非达西渗流，渗流曲线存在非线性段，渗透率越低，非线性段延伸越长，启动压力梯 度值越大，在较高渗流速度下为具有启动压力梯度的拟线性渗流，在进行模拟油单相渗 流实验时，最低驱动压力梯度做到o 0 1 9 6 m p a c m 。 1 9 9 9 年，大庆石油学院的贾振岐等人【“】，选取大庆外围低渗透油田的天然岩心和 人造岩心，开展了低浓度盐水与模拟地层原油的渗流实验研究。实验先将岩心抽提、烘 干，测岩心的空气渗透率，然后将岩心抽空，饱和实验流体，测定其孑l 隙度。将饱和实 验流体的岩心置于岩心夹持器中，用恒流速进行流动实验，测定不同流速下的压差。根 据实验结果绘制的渗流曲线看，在低渗流速度下，渗流曲线呈现非线性关系，随着渗流 速度的增高非线性关系向线性关系过渡，线性段不通过坐标原点。 随着人们对低渗多孔介质中流体渗流特征的研究，发现无论在实验室内还是在具体 的油气田开发中都存在许多非线性渗流现象，特别是在稠油和低渗透油田的开发过程中 尤其明显。 1 3 非达西渗流规律的数学表述 为了能表达流体在低渗透多孑l 介质中的渗流规律，很多学者都对渗流规律进行了数 学表述 1 2 , 1 3 。当单相流体一维流动时，其压力梯度与流速之间的关系见图1 1 。总结起 来，低速非达西渗流主要的表现特征是： ( 1 ) 压力梯度低于某一界限时，流体不能克服流动的阻力，不发生流动，也就是说 存在启动压力梯度。 ( 2 ) 在压力梯度大于启动压力梯度后，压力梯度与流量之间的关系不是简单的线性 关系，而是复杂的非线性渗流。 ( 3 ) 只有当压力梯度继续增大到某一数值后，压力梯度与流速之间的关系才呈线性 关系。其延长线的截距( 在流速为零时的压力梯度) 被称为拟启动压力梯度。 图1 1 中a 、b 、c 、d 、e 五点的含义表示的是：a 点是最大半径毛管的启动压力梯 度，c 点对应的是平均半径毛管启动压力梯度。b 点是最小半径毛管启动压力梯度。a 、 c 两点对应的压力梯度分别被称为真实启动压力梯度和拟启动压力梯度。d 点对应的是 第一章绪论 渗流由非线性渗流到拟线性渗流的过渡点，直线d e 对应的渗流过程称为拟线性渗流， 曲线a d 对应的渗流过程称为非线性渗流。原点与a 点可能一致，也可能不一致。从测 量和实用的角度看，拟启动压力的测量简单方便，且基本能说明问题。因此一般的研究 多集中在c 点对应的拟启动压力梯度大小的测试上。 图1 - 1低渗多孔介质单相渗流动态曲线 f i g 1 - 1t h ep e r f o r m a n c ec u f v eo f s i n g l ep h a s ef l o wi nl o wp e r m e a b i l i t yp o r o u sm e d i a 针对这种非线性渗流曲线的特点，目前主要有如下几种数学表达方式： 第一种：a d 段，即非线性段用幂律函数表示，d e ( 线性) 段用线性描j 盎。 v = 。 汜a p 口) - ， y = 鲁( 等一口) ”( e i a p 口) 矿= 丢( 等一c )( 等a ) 第二种：将两段不同的渗流规律用两条斜率不同的直线表示，即线性组合。 f 垒 6 ll f 垒6 llj ( 1 2 ) ( 1 3 ) ( i 4 ) ( 1 5 ) 第三种表达方法是带压力梯度的线性表达方式，存在拟启动压力梯度，即图1 1 压 力梯度轴上c 的值。 印了 卸了 、， 世一卢 k 一 ，+l，l = = 矿 矿 西安石油大学硕士学位论文 矿= 0 矿= 墨, u 他ll c ( 1 6 ) ( 1 7 ) 上述三种方法，第一种方法最精确，可供科学研究和精细的工程计算所用，第二种 方法有本质的缺点且计算值偏高，不易采用。第三种方法反应低渗透地层中渗流的基本 特征，但不能很好地描述非线性渗流特征。 除过上述三种方法外，还有一种表达方法。和第一种类似，这种表述方法的本质是： 忽略真实启动压力梯度，存在拟启动压力梯度( 或称平均启动压力梯度) ，在b 点以前 渗流为非线性，b 点以后渗流为拟线性。 v = ( 知驽l v = c 铋等叫“l 0 望6 工 望 6 上 ( 1 8 ) ( 1 9 ) 式中：世一渗透率，1 0 - 3g t m 2 ；l 一岩心长度，c m ； 劬一流动压差，m p a ；掣一启动压力梯度，m p a c n l - 1 ： l y 一渗流速度，c m s ；一流体粘度，m p a s 。 上述描述在一定程度上表明了流体的非达西渗流规律，但是表达式都为分段函数， 对于分界点的确定是一个难题，真实启动压力梯度的确定到目前为止还没有很好的办法 测得。容易得到的拟启动压力梯度往往偏大，不能描述特低渗储层非线性渗流特征。 1 4 非达西渗流现象的解释 1 4 1 渗流流体因素 在油田开发中越来越多地使用非牛顿流体，如：聚合物溶液、胶束溶液、泡沫溶液 和乳状液作为驱油剂，这些都是非牛顿流体。其在多孔介质中渗流时是非线性渗流，同 时，人们发现：高粘度原油、高含蜡原油和高含水原油，它们在渗流过程中都显示出非 牛顿流体特性【l 。 同时，人们认识到低渗储层中的原油在渗流过程中也具有非牛顿特征。原油是多组 分碳氢化合物的混合物，其粘度除了受压力和温度等环境条件的影响，主要取决于组成 原油的各种成分及含量，如高分子的碳氢化合物、胶质、沥青质等。这些物质成分不仅 影响原油的平均粘度，而且也影响原油的粘度在孔隙喉道中的分布。由于这些物质与孔 0 0 却 垒l ，、，l 第一章绪论 道表面有较强的相互作用，它们可以较多地吸附在孔道壁上。因而，原油的各种成分在 孔隙喉道中形成有序的分布，沿孔道壁富集着原油中的极性物质和重质组分，越靠近孔 道中轴部位，它们就逐步减小。原油成分的这种分布直接影响原油粘度的变化，使得原 油的粘度也形成同样有序的分布，在孔道壁附近原油的粘度增大，而靠孔道中轴部位原 油粘度减小。在低孔低渗储层中，由于孔隙喉道细小，固液表面作用不可忽视，在低的 压力驱动下，原油在其中就很难流动，这也是低渗储层存在启动压力的原因之一l l x ”，j 。 1 4 2 界面现象 低渗透油层因低渗、低孔隙度，导致孔道细小，孔喉作用增强，微观孔隙结构复杂， 高比表面积，故引发界面效应强烈。文献 1 8 】通过固液表面分子力作用强弱的测定认为， 低渗多孔介质中液体渗流具有非达西特征，其主要原因是固液表面分子的强烈作用；在 同一低渗多孔介质中，固液表面的分子力越大，则启动压力梯度越高，在相同压力梯度 下的流量越小；多孔介质的渗透率越低，则固液表面分子力对渗流的影响越大：当多孔 介质渗透率增大到一定值以后，固体表面分子对渗流的影响可以忽略，渗流转变为达西 型；随着压力梯度的逐渐增大，固液表面分子力对渗流的影响程度逐渐减小。 文献 1 9 通过实验的方法研究表明固液界面分子力作用随多孔介质的渗透率或孔 隙半径增大而单调递减；认为固液界面分子力作用对渗流的影响较大，是低渗多孔介质 中液体渗流具有非达西特征的主要原因。 贾振岐等人 1 5 】对低渗储层低速渗流过程做了详细分析，认为低渗透油藏在开发过程 中，分子、离子间的作用增强，使得相界面更加复杂多变。这种多因素和多过程的相互 作用客观地将介质和流体联系在一起，而且相互作用随空间和时间是变化的。 另外，文献【1 6 系统地分析了原油在岩石表面上的吸附特征，并对吸附层性质进行 了研究，认为原油中极性物质含量高就会在岩石表面上产生吸附层，造成流体在孔道中 粘度发生变化；文献 2 0 ，2 1 对岩石润湿性进行了详细研究，认为原油沥青质在岩石上的 吸附可导致润湿性偏向亲油性，改变盐水的p h 值和矿化度以及岩石表面性质可以改变 油盐水岩石体系的润湿性，为提高水驱油效率提供有利的储层条件。 1 4 3 介质变形影响 油气田的开发过程是油藏流体渗流与油藏岩土变形动态耦合的过程【2 2 j 。随着油气资 源的不断采出，储层流体的孔隙压力不断下降，导致储层所受的有效压力增加。而有效 压力的变化，改变了储层岩土的受力状态，必然导致储层岩土体的孔隙度、渗透率等渗 流参数的变化，进而又影响到渗流场不断发生改变。渗流场与岩土变形场之间的这种相 互作用即为流固耦合作用。低渗透油田油井产能受岩石渗透率的直接影响，岩石渗透率 体现了岩石的综合导流能力，它的高低决定了流体的渗流状况。在油田开发过程中，油 西安石油大学硕士学位论文 藏岩石内压力不断变化，地层压力逐渐下降，从而造成上覆岩石压力与岩石内孔隙压力 差增加。因此，地层岩石受到压缩，岩石中的微小孔道闭合，从而引起渗透率的降低。 而渗透率的变化必然会影响地下渗流能力的变化，进而影响油井的产能。这种随压力的 变化渗透率发生变化的现象称为渗透率的压力敏感性。 目前油田常用的油藏数值模拟软件都建立在达西线性渗流基本方程的基础上，它们 在中、高渗透油田油藏工程计算中得到了很好的应用。但是由于这些数值模拟软件没有 考虑特低渗透油田流体渗流规律的特殊性。文献 2 3 1 对榆树林特低渗透油田进行了实例 研究，模拟计算表明，在油田注水开发过程中，由于储层流体压力的变化导致储层孔隙 度和渗透率发生了变化，进而对油田开发效果造成了影响。因此，对于特低渗透油田开 发来说应关注流固耦合效应对开发效果的影响。 1 , 4 4 储层孔隙中粘土矿物的影响 在钻开油层之前，储层内各相间处于热力学、水动力学、机械力学、化学等相对平 衡状态。任何渗流的环境条件、化学成分的改变都将破坏这种平衡，发生相应的物理过 程和化学反应。通常表现为粘土矿物的水化膨胀，外来流体中的固相颗粒和油层中原有 地层微粒的运移，外来流体与储层流体不配伍而发生化学沉淀等，这些都会使流体渗流 通道变小甚至堵塞，导致渗透率降低 2 4 。 在低渗透油藏渗流环境下，含铝硅酸盐的粘土矿物表面电荷是可变的，它是由裸露 在断口上的硅、铝离子和羟基中的氢离子，及粘土矿物表面的化学变化和离子吸附而引 起的。由于a l 是一种两性元素，边缘裸露的a l ”在不同条件下，a 1 2 0 3 水解的性质不同。 在碱性介质中，表现为弱酸性，其水解方程式为 a 1 2 0 3 + 3 h 2 0 = 2 h 2 a 1 0 3 + 2 h + 。 在酸性介质中，表现为弱碱性，其水解方程式为 a t 2 0 3 + 3 h 2 0 = 2 a i ( o h ) 2 + + 2 ( o h ) 。 这就是说，在碱性介质中，粘土表面带负电，在酸性介质中，粘土表面带正电。因 所带电荷不同，故由离子交换引发的化学反应也不同。由上所述，低渗透孔隙中粘土矿 物的分布，使孔隙通道成为一个复杂而且有巨大比表面的高速反应场所，大大提高了孔 隙表面的化学活性与外来流体反应速度。 在低渗透油藏内，石油中形成的空间结构的蜡晶粒和胶团，加之水驱条件下移动的 微粒，通过分散介质可发生相互作用。流体中含的晶粒、胶团、微粒越多，微粒之间的 液层越薄，它们的相互作用越强烈，结构越牢固。流体的表面活性物质容易在岩石颗粒 的表面产生吸附作用，形成由稳定胶体溶液组成的吸附层，粘糊在孔隙喉道的壁上，或 堵塞孔道，或使喉道减小。另一方面，组成粘土的薄晶片具有吸引水的极性分子的能力， 当流体在粘土中渗流时，在孔壁上形成牢固的水化膜，同样会堵塞孔道。其次，页岩、 第一章绪论 泥岩等致密岩石对水中盐组分产生渗吸作用，使水中的盐被过滤而沉淀下来，堵塞喉道。 孔道的堵塞，喉道减小，都可以使渗透率降低。 低渗储层中的粘土矿物存在于细小的孔喉网络通道中，结构复杂，并且渗流的环境 条件多种多样，在注水开发中，会发生种种物理化学反应，这些物理过程和化学反应的 结果导致介质和流体某些组分互相转换，使得介质的稳固性和流体的均衡性受到破坏， 诱导系统的结构和功能也随空间和时间而变化。因此，流体在低速情况下，呈现出非达 西渗流特征。 1 5 低速非达西渗流规律的应用 上述对非达西渗流现象的提出、渗流规律的数学表述及对渗流现象的解释做了综 述，可见，低渗透油气藏开发、稠油油藏开发等都涉及到非达西渗流问题。关于非达西 渗流规律在工程的应用问题，很多学者也做了相应的研究工作。 低渗透油层启动压力梯度的存在就要求对渗流数学模型进行修改。这给渗流力学研 究带来了新问题，早在1 9 8 2 年，刘慈群垆】首次提出了含启动压力梯度渗流的动边界模 型的近似解。冯文光、葛家理等 2 5 , , 2 6 , 2 7 研究了单重、双重介质的低速非达西渗流问题， 根据单相渗流常规模型，推导出具有井筒储集和表皮效应的试井解。同登科、葛家理 z 8 , 2 9 j 提出了低渗透分形油层含启动压力梯度的解析解。9 0 年代中期以后，李凡华1 3 0 】在刘慈 群先生的指导下，对动边界问题重新进行了研究，提出了具有启动压力梯度的动边界试 井模型的数值解和典型曲线图版。邓英尔、宋付权 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 】进一步给出了均质、双重介 质、水平井、垂直裂缝井模型的近似解、数值解，特别是椭圆形流动解，发表了大量论 文，宋付权还研究了变形介质具有启动压力梯度的压力解，他们的工作大大促进了低渗 透油藏渗流理论和分析方法的发展，为全面揭示低渗透油藏渗流规律奠定了基础。 1 6 本文研究的内容与思路 、本文要解决的问题 虽然很多学者已经对低渗储层的渗流特征进行了大量的研究，肯定了非达西渗流特 征，并就其应用也做了大量的分析，然而，影响低渗透油田储层流体渗流规律的因素众 多，渗流规律复杂，没有公认的渗流模型能够准确描述流体在低渗多孔介质中的渗流规 律，没有很好的办法求得真正的启动压力梯度。 长庆油田y h 和n z 区块长6 特低渗储层是两区块重点开发的目的层，目前正处于 勘探开发初期，资料密度小，储层分布规律、流体渗流特征，及影响渗流规律的因素不 清楚。要经济有效地开发此类储层，就必须在开采初期制定合理的开发对策。本文针对 y h 和n z 两区块长6 储层，结合储层地质特征，对特低渗储层非达西渗流规律进行研 究，主要要解决的问题如下： 西安石油大学硕士学位论文 ( 1 ) 单相模拟地层水在该储层中的渗流特征及影响因素； ( 2 ) 单相模拟油在该储层中的渗流特征及影响因素； ( 3 ) 给出研究区块单相流体低速渗流规律的表达式； ( 4 ) 确定单相流体低速渗流时的拟启动压力梯度及启动压力梯度的大小； ( 5 ) 分析启动压力梯度对油井压力分布及产量的影响，利用启动压力梯度确定合理 的注采井距。 二、解决问题的思路 ( 1 ) 根据研究区块储层地质特征及岩性特征选择实验岩心； ( 2 ) 对岩心进行物性分析，将实验岩心进行合理分配； ( 3 ) 进行单相流体渗流实验； ( 4 ) 分析实验数据，建立低渗、特低渗储层中单相流体低速渗流模型： ( 5 ) 总结分析影响流体在该储层中低速渗流的主要因素； ( 6 ) 结合实验数据分析渗流规律及启动压力梯度对油井压力分布及产量变化的影 响，为确定合理的注采井网提供理论依据。 第二章研究区块储层地质特征 第二章研究区块储层地质特征 长庆油田y h 和n z 区块长6 特低渗储层是两区块重点开发的目的层，处于勘探开 发初期，资料密度小，为了系统研究该储层流体的渗流特征及影响渗流特征的因素，本 章对研究区块储层的沉积特征、岩石学特征、储层岩石孔隙结构特征及储层物性特征进 行分析，充分认识长6 特低渗储层的特征及形成的原因，为研究该储层低速渗流特征奠 定基础。 2 1 长6 储层沉积特征 本文所研究的区块位于陕北斜坡中南部盆地腹地，为一平缓的近南北向展布的微向 西倾的单斜构造，倾角约为半度左右，平均坡降8 1 0 m k m 。其中长6 储层由一套浅灰色 细砂岩与灰黑色泥岩互层夹灰白色钙质砂岩及粉砂岩组成，厚度9 5 1 15 m ，n z 地区长 6 3 、y h 地区长6 1 亚油组是长6 储层重要的含油目的层。 长6 储层主要沉积微相类型有：水下分流河道、河口砂坝、远砂坝和席状砂及浊积相。 其中水下分流河道是长6 储层的主要储油沉积体，常由分流水体多次搬运和携带的碎屑物 冲刷、充填和垂向加积而成，底部为中砂，含泥砾，向上变为细砂。河口砂坝在平面上 形态多成长轴方向与河流方向平行的椭圆形，内部岩性以细砂岩或粉砂岩为主，分选较 好，y h 地区长6 1 储层处于浅水台地边缘上，湖底地形平坦，河流进入平坦安静的浅水湖 泊，携带的沉积物往往在较强牵引流作用下快速推进，冲刷作用也较强，所以形成的河 口坝沉积一般不完整，完整的河口坝主要发育在n z 地区长6 3 储层中。远砂坝和席状砂位 于n z 地区长6 3 三角洲前缘的向湖一侧，岩性主要由细、粉砂岩组成，泥质含量高，富含 有机质。浊积相浊积岩发育在盆地腹地深水区的水下扇的前端，位于n z 地区长6 3 ，由灰 绿、深灰色泥岩、粉砂质泥岩、岩屑细砂岩、薄层粉一细砂岩组成，分选好，粒度细。 平面上，沉积相带分布规律在y h 地区长6 1 主要是河控一湖泊三角洲体系的前缘亚相 及前三角洲亚相，微相类型包括水下分流河道、分流间湾、河口砂坝和席状砂等；n z 地 区长6 3 相对y h 更靠近湖盆中心，处于三角洲前缘末端和前三角洲相，虽然主要微相类型 也是水下分流河道、水下分流间湾、河口砂坝和席状砂，但水下分流河道相对较为曲折， 规模也较小，前三角洲亚相远砂坝和浊积砂坝比地区更发育。 2 2 岩石学特征 2 2 1 储层岩石类型 y h 区块长6 1 油层一般埋深约8 0 0 9 0 0 m 。储层岩石类型( 图2 1 ) 主要为长石砂岩 或岩屑质长石砂岩。碎屑成分以石英、长石为主，其次为岩屑、云母等。长石平均含量 5 0 ，5 ：石英平均1 5 3 5 5 ；岩屑平均5 - 1 2 ，岩屑以变质岩屑为主，沉积岩屑较少。 西安石油大学硕士学位论文 图2 - 1y h 地区长6 1 砂岩碎屑组分含量分布 f i g 2 1t h ec o m p o n e n t c o n t e n td i s t r i b u t i o no f c h a n g6 ls a n d s t o n ed e b r i si ny hb l o c k n z 区块长6 3 油层一般埋深约1 5 0 0 1 9 0 0 m 。储层岩石类型主要为长石砂岩或岩屑质 长石砂岩。碎屑成分以石英、长石为主，其次为岩屑、云母等。石英含量4 4 - 5 5 3 ， 平均4 8 5 ；长石含量1 1 1 2 1 2 ，平均1 7 5 ，岩屑含量1 2 6 2 2 6 ，平均含量 18 5 ( 表2 一1 ) 。岩屑类型以灰岩岩屑和白云岩岩屑4 5 3 5 和变质岩岩屑4 5 5 16 8 为主，其次为火成岩岩屑2 6 4 4 6 1 、少量泥岩和粉砂岩岩屑1 5 - v 2 1 。 表2 - 1n z 地区长6 3 砂岩组份含量( ) t a b l e2 - 1t h ec o m p o n e n tc o n t e n to f c h a n g6 3s a n d s t o n ei nn zb l o c k 矿物岩屑填隙物 井 石长白火变沉水铁方解长方 一 一 号 i成质积石石+ 铁石解 英石 母 山山山 母白云石质石石石石 庄2 9 5 5 3 1 482 2 5 3 2 5 4 5 5 5 7 53 2 58 5 + 1 5 0 1 5 庄3 34 8 3r 6 71 2 83 4 27 5 75 5 71 1 9o 9 3 十3 4 庄3 44 6 51 6 54 53 51 2 - 32 58 5 1o 7 5 + 2 5 o 5 庄3 5 4 7 62 1 2 2 1 4 3 3 68 0 03 9 37 8 61 4 3 + 3 2 庄3 74 81 1 13 3 63 3 28 9 84 5 16 6 40 8 2 + 4 3 庄3 94 6 22 0 72 1 746 18 9 54 0 25 3 90 + 3 6 12 1 庄4 04 4 01 5 78 1 22 6 41 6 82 8 83 5 21 1 2 十2 40 0 4 庄3 85 0 41 3 92 1 23 7 78 9 83 8 61 0 30 9 7 + 2 9o 0 51 4 2 2 2 储层岩石颗粒结构特征 a 岩石颗粒大小及接触关系 y h 地区长6 1 砂体主要形成于浅水台地相河控湖形三角洲体系的水下分流河道相和 残余河口坝相砂体沉积中，碎屑颗粒主要以强水流快速搬运为特征，在同一物源持续供 第二章研究区块储层地质特征 给之下，碎屑颗粒呈半定向一定向排列，颗粒分选中等一较好，分选系数6 为0 4 0 o 7 5 ， 砂岩粒度以细粒为主，夹有粉一细粒和少量中一细粒砂岩。颗粒磨圆较差，分选性一般， 多为次棱角状和次圆一次棱角状，粒径细，最大粒径0 5 5 m m ，一般介于o 1 2 5 - 0 4 5 m m 之间，平均o 1 5 m m 。无论结构还是成分成熟度均较低，加之受压实作用强烈，颗粒多 以线状接触为主，图2 2 。 n z 地区长6 3 砂体主要形成于深水盆地相河控湖形三角洲体系的水下分流河道相和 残余河口坝相砂体沉积，颗粒分选中等一较好，分选系数6 = 0 4 0 0 7 5 ，砂岩粒度以细粒 为主，夹有粉一细粒和少量中一细粒砂岩。颗粒磨圆较差，分选性一般，多为次棱角状 和次圆一次棱角状，颗粒粒径一般介于o 1 0 0 3 5 m m 之间，无论结构还是成分成熟度均 较低，加之受压实作用强烈，颗粒多以线状接触为主，图2 3 。 图2 - 2y h 长6 储层岩石颗粒接触特征 f i g 2 2t h ec o n t a c tc h a r a c t e r i s t i c so fr o c kg r a i n i ny hc h a n g6r e s e r v o i r 图2 - 3n z 长6 储层岩石颗粒接触特征 f i g 2 - 3t h ec o n t a c tc h a r a c t e r i s t i c so f r o c kg r a i n i nn zc h a n g6r e s e r v o i r b 填隙物特征及岩石润湿性 y h 地区长6 1 储层的填隙物普遍比较复杂多样，主要类型有粘土类杂基、碳酸盐类、 硫酸盐类及硫化物胶结物以及绿泥石、长英质及少量沸石类等，含量变化9 0 3 6 1 4 ， 平均值1 7 8 9 ，常见浊沸石、绿泥石和方解石等白生矿物，储层砂岩组分中，粘土矿物 x 射线衍射分析结果显示，高岭石含量高达3 0 以上，叶片绿泥石大于1 5 ，伊利石，伊 蒙混层较低、蒙脱石几乎为零，显示为酸性成岩环境。同样在敏感矿物分析中，以高岭 石( 6 2 9 ) 、绿泥石( 6 5 ) 、浊沸石( 1 5 ) 以及方解石( 2 5 ) 为主，属于酸敏矿物。水 敏矿物( 伊蒙混层) 含量少小于l ，表现为弱水敏。 n z 地区长6 3 砂岩粘土矿物分析结果表明，填隙物占1 1 1 4 ，组分比较复杂，主要类 型有粘土类杂基、碳酸盐类、水云母、伊利石以及长英质等，含量变化在3 0 2 6 1 4 之 间，平均值为2 8 9 5 。常见的有丝缕水云母、石英、方解石、铁方解石和铁白云石等自 生矿物，特别是丝缕伊利石和自生石英最发育，体现酸性溶蚀成岩作用比较强烈。显示 为酸性成岩环境，同时敏感矿物中还有少量绿泥石、沸石以及方解石属于酸敏矿物，水 西安石油大学硕士学位论文 敏矿物伊利石最发育，达3 5 2 1 1 9 。 填隙物胶结类型在两区块均以薄膜一孔隙型为主，y h 区块储层主要的填隙物类型 为绿泥石和部分浊沸石，图2 4 ，储层岩石润湿性为亲水性；n z 储层主要的填隙物为丝 缕状伊利石和自生石英，颗粒表面为铁泥质所覆盖，图2 5 ，储层岩石润湿性为中性一亲 油性。 图2 - 4y h 储层岩石粒表的叶片状绿泥石图2 - 5n z 储层岩石粒间丝缕状伊利石、自生石英 f i g 2 - 4f o l i a c e o u sc h l o r i t eo ft h er o c k f i g 2 - 5f i l a c e o u si l l i t ea n da u t o g e n yq u a r t zi nt h e g r a i ns u r f a c ei ny hr e s e r v o i r r o c ki n t e r g r a n u l a ri nn zr e s e r v o i r 2 3 储层岩石孔隙结构特征 2 3 1 孔隙类型 研究区块长6 储层主要孔隙类型有粒间孔、粒间溶蚀孑l 隙、长石岩屑粒内溶孔、胶 结物内溶蚀孔隙和杂基内微裂隙等几种。其中区块以原生粒间孔为主，其次为长石 溶孔和岩屑溶孔。平均面孔率4 6 6 8 孔喉半径在o 1 6 1 6 1j t m ，平均0 7 8 1 u n 。( 图 2 6 ) 。n z 区块主要以此生溶孔为主要储集空间，其次为残余原生粒间孔。平均面孔率 0 5 3 o ，平均孔径7 5 - - 4 0 i _ t m 。( 图2 7 ) 图2 - 6 沿5 1 0 ，1 原生粒间7 l 隙 f i g 2 6p r i m a r yi n t e r g r a n u l a rp o r ei ny a h51 0 1 图2 - 7 庄3 5 残余粒间孔隙 f i g 2 7r e s i d u a li n t e r g r a n u l a rp o r ei nz h u a n g3 5 第二章研究区块储层地质特征 2 3 2 孔喉大小分布 y h 区块储层岩石最大喉道半径0 4 11 t m ，最小为0 0 4 9 m ，平均喉道半径0 2 p m ，主要 以细喉和微细喉为主的细喉一微细喉组合型喉道，其次为中喉，如图2 8 ；其中细喉占总 孔隙体积的3 9 1 ，微细喉占3 6 1 ，中喉占1 5 7 7 ，细喉和微细喉之和达到了7 5 2 ； 而粗喉仅占6 4 ，剩余2 6 9 的孔隙体积为无效喉道，孔隙和喉道均匀程度较差，非均 质性明显。 鬟 糕 求 l 器 垃 篮 蹈 l 微细喉 细喉 中喉粗喉剩余 喉道类型 图2 8y h 储层岩石孔喉类型 f i g 2 - 8t h ep o r ep s a g et y p e so f y hr e s e r v o i r 图2 9 为y h 区块储层岩心孔喉半径与渗透率贡献值的关系，从图中可以看出渗透率 小于o 1 1 0 3 岬2 时，对渗流起主要贡献的孔喉半径为0 0 6 9 m ，渗透率在o 1 1 0 。3 肛m 2 1 0 1 0 3 9 m 2 之间时，对流体渗流起主要贡献作用的孔喉半径在0 2 岬0 6 9 m 2 _ f n q ，对渗透 装 趔 疆 憾 褂 蝌 媳 孔喉半径u i l l 图2 9y h 储层孔喉半径与渗透率贡献值关系 f i g 。2 - 9t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n