致密油藏流体渗流规律实验研究.docx

致密油藏流体渗流规律实验研究赵玉集 1,2，王学武 2，凌浩川 31. 中国矿业大学（北京），北京 1000832. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院，廊坊 0650073. 中海石油天津分公司渤海石油研究院，天津 300452摘要 采用光电微流量计实现了微细流量的精确测量，建立了一套致密油藏岩心渗流曲线测试方法，分析了喉道半径、微裂缝和流体性质对致密油渗流规律及启动压力梯度的影响。研究结果表明：岩心由不同级别的喉道组成是致密油产生非线性渗流的本 质，真实启动压力梯度与最大喉道半径具有较好的幂律关系，拟启动压力梯度和平均喉道半径具有较好的幂律关系；与基质型岩 心相比，含微裂缝岩心的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度都有所降低，真实启动压力梯度降低的幅度大于拟启动压力梯度； 与模拟地层水相比，利用模拟油得到的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度都有所增大，渗透率越低，不同流体介质得到的真实 启动压力梯度和拟启动压力梯度差异越显著。关键词 致密油；渗流规律；启动压力梯度；微裂缝；微流量中图分类号 te311文献标志码 adoi 10.3981/j.issn.1000-7857.2014.28/29.007experimental study on the porous flow law of tight oil reservoirzhao yuji1,2, wang xuewu2 ling haochuan31. china university of mining and technology(beijing), beijing 100083, china2. langfang branch, petrochina exploration and development research institute, langfang 065007, china3. institute of bohai offshore oil, tianjin branch, cnooc. tianjin 300452, chinaabstract based on the precise measurement of the micro flow by the photo- electric micro meter, a method to measure thedifferential pressure flow curves of tight oil cores is proposed in this paper. the influence factors, such as throat radius, micro fracture and fluid property, on the porous flow law of tight oil reservoir and the start- up pressure gradient are analyzed. the results are as follows. the essence of nonlinear flow in tight oil core is that the cores are composed of different levels of the throats. the real start- up pressure gradient and the maximum throat radius have a good power- law relationship, and the pseudo start- up pressure gradient also has a power- law relationship with the average throat radius. the core with micro facture has smaller real & pseudo start- up pressure gradients than the core without any micro fracture. the real and pseudo start- up pressure gradients will be greater when using formation oil than those when using formation water in the experiment. the lower the permeability of the core, the greater difference of the real and pseudo start-up pressure gradients.keywords tight oil; porous flow law; start-up pressure gradient; micro fracture; micro flow美国 bakken、eagle ford、barnet 等致密油勘探开发取得重大突破，使得致密油成为继页岩气之后全球非常规油气勘 探开发的又一新热点13。中国致密油分布广泛，鄂尔多斯盆 地、准噶尔盆地、四川盆地、松辽盆地、渤海湾盆地等均有丰富的致密油储量，据初步估算，全国各探区致密油资源量可达（106.7111.5）108 t4，同时，致密油也是中国最有潜力的 非常规资源和重要的接替资源，逐渐成为目前开发的热点57， 是目前中国非常规油气开发领域最为现实的选择，但致密油收稿日期：2014-07-02；修回日期：2014-08-12基金项目：国家油气重大专项（2011zx05013-006）；中国石油天然气集团公司重大基础攻关课题（2014b-1203） 作者简介：赵玉集，高级工程师，研究方向为低渗/致密油藏储层特征及渗流机制，电子信箱：94671855 引用格式：赵玉集, 王学武，凌浩川. 致密油藏流体渗流规律实验研究j. 科技导报, 2014, 32(28/29): 59-63.59图 1 实验流程fig. 1 devices of experiment图 2 光电微流量计示意fig. 2 photo-electric micro meter graph（a）拟启动压力梯度（b）真实启动压力梯度图 3 致密岩心渗流曲线fig. 3 seepage curves of tight 科技导报 2014，32（28/29）开发总体处于起步阶段，研究和认识程度低，而渗流规律是决定致密油开发效果的基础，因此，迫切需要对致密油藏渗 流规律进行研究，以指导致密油藏的有效开发。目前，对渗流理论的研究对象主要为中高渗透油藏和 低、特低渗透油藏，对致密油藏渗流理论的研究尚少。并且 对低、特低渗透油藏渗流理论的研究，主要集中在对非线性 渗流曲线的测试和表征8,9，尚缺少对非线性渗流的影响机制 的系统研究。由于致密油藏的孔喉更加细小，实验精度要求 更高，因此本研究改进实验流程，建立一套致密油藏岩心渗 流曲线测试方法，并分析喉道半径、微裂缝和流体性质对致 密油渗流规律及启动压力梯度的影响。1实验方法及流程对流体渗流曲线的实验测试方法，主要有 2 种：压差-流 量法和流量-压差法1012。压差-流量法是通过设定岩心入口 端的压力，测量该压力下岩心出口端的液体流量，然后逐渐 变化岩心入口端的压力，测量不同压力下的稳定流量，根据 稳定时的流量与压差绘制渗流曲线。流量-压差法则是通过 设定岩心入口端的流量，记录稳定时岩心两端的压差，绘制 渗流曲线。针对目前这两种测试方法，如何实现低压力源的 稳定输出和低流速的稳定控制及计量，是实验的难点，尤其 是针对致密油藏，其渗透率更低，一定压差下流速更小。本 研究改进实验流程，采用先进的光电微流量测试装置，该装 置通过测试毛管（内径 1 mm）内液面的一段时间内的移动距 离（液面位移精度达 1 m）计算流速，实现了微流量的精确测 量，建立了一套致密油藏岩心渗流曲线测试方法。实验流程 如图 1 所示，微流量计如图 2 所示。实验步骤如下：1）将实验岩心洗油烘干，抽真空，用实验 流体充分饱和；2）将岩心装入岩心夹持器中，加围压，在驱替 压力较大时，通过调节气瓶流量，控制夹持器两端压力，按照 实验方案进行渗流实验，记录不同压力下微流量计中流体液 面的位移和所需时间，计算出流速。当驱替压力较小时，采 用低压定压装置提供低压压力源；3）根据所测压力与流速， 绘制渗流曲线。实验采用的岩心来自鄂尔多斯盆地某致密油储层，实验流体为模拟地层水（矿化度为 80000 mg/l）和模拟油（黏度3.2 mpas）。图 3 为利用该设备测得的典型致密岩心渗流曲线，文献 1316研究表明，从非线性渗流曲线中得到 2 个关键参数， 分别为拟启动压力梯度和真实启动压力梯度，该实验方法可 以精确测试该关键参数。如图 3 所示，利用较高压力梯度的 拟线性段延长，与横坐标轴交叉于 a 点，即为拟启动压力梯度（图 3（a）；利用较低压力梯度的非线性段延长，与横坐标轴交叉于 b 点，即为真实启动压力梯度（图 3（b）。60图 4 不同渗透率岩心喉道分布fig. 4 throat distributions of various permeability cores图 5 不同渗透率岩心视渗透率随压力梯度变化规律 fig. 5 start-up pressure gradient-apparent permeability curves科技导报 2014，32（28/29）2 结果分析致密油藏由于孔喉细小，比表面大，流体在流动过程中 受到岩石表面的作用力较大，使得流体在岩心中渗流呈现非 线性渗流特征。利用该实验方法可以得到非线性渗流曲线 的 2 个关键参数，即真实启动压力梯度和拟启动压力梯度，本 文分别从喉道半径、微裂缝和流体性质对致密油渗流规律及 启动压力梯度的影响进行研究。2.1 喉道半径对渗流规律的影响恒速压汞实验是假设多孔介质由不同尺度的喉道和孔 隙构成，以极低的恒定速度进汞，根据压力的涨落将孔隙与 喉道区别开来，从而测试出不同级别喉道数目。利用 aspe-730 恒速压汞仪对不同渗透率的 8 块致密油岩样进行恒速压 汞测试，得到其微观喉道分布，如图 4 所示。由图 4 可以看 出，不同渗透率的岩心，喉道分布差异显著，正是由于岩心由 不同级别的喉道所组成，因此在渗流过程中，随着压力梯度 的增加，逐渐克服较小喉道中流体的启动压力梯度，参与流 动的喉道越来越多，在宏观上表现为视渗透率随压力梯度的 增加而增大，如图 5 所示。半径具有较好的幂律关系，说明拟启动压力梯度是平均喉道半径所对应启动压力梯度。图 6 真实启动压力梯度与最大喉道半径关系fig. 6 real start-up pressure gradient-maximum throat radius curve图 7 拟启动压力梯度与平均喉道半径关系fig. 7 pseudo start-up pressure gradient-average throat radius curve2.2 微裂缝对渗流规律的影响致密油藏普遍发育微裂缝，微裂缝的存在很大程度影响 着超低渗透油藏油水的渗流规律。而现场微裂缝发育的岩 心钻取过程中容易破碎，难以获取，本研究建立了一套利用 三轴应力岩心夹持器来模拟地层中的应力条件，制作不同微 裂缝发育状况的含微裂缝岩心，实验流程如图 8 所示。该方 法通过增加轴向应力过程中渗透率的变化判断微裂缝的发 育程度。当驱替压力梯度能够克服最大喉道半径的启动压力梯度时，流体开始流动，此时对应的压力梯度为真实启动压力 梯度，图 6 表明真实启动压力梯度与最大喉道半径具有较好 的幂律关系。从图 7 可以看出，拟启动压力梯度和平均喉道图 8 三轴应力造缝实验流程fig. 8 creating fractures using tri-axial stress experiment61（a）真实启动压力梯度（b）拟启动压力梯度科技导报 2014，32（28/29）利用上述的岩心造缝方法，制作了 9 块含微裂缝岩心，所有岩心中的微裂缝都没有贯通整个岩心，对该 9 块岩心进行 了非线性渗流曲线的测定，计算了真实启动压力梯度和拟启 动压力梯度，并与 11 块基质型岩心进行对比，测试结果如图 9 所示。从图 9 可以看出，含微裂缝岩心的真实启动压力梯度和 拟启动压力梯度与渗透率成幂律关系，随着渗透率的增加，启动压力梯度减小。与基质型岩心相比，含微裂缝岩心的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度都有所降低，真实启动压 力梯度降低的幅度大于拟启动压力梯度。裂缝越发育，含微 裂缝岩心的真实启动压力梯度降低的幅度越大；裂缝越不发 育，真实启动压力梯度越接近基质岩心的真实启动压力梯 度。当微裂缝完全贯通岩心时，测试得到真实启动压力梯度 为 0，拟启动压力梯度也接近为 0。（a）真实启动压力梯度（b）拟启动压力梯度图 9 基质型和微裂缝型岩心真实启动压力梯度和拟启动压力梯度对比fig. 9 comparison of real & pseudo start-up pressure gradients of cores with and without micro fractures2.3 流体对渗流规律的影响为研究流体性质对渗流规律的影响，分别利用模拟地层水 和模拟油进行了非线性渗流曲线的测试，计算不同流体介质下 的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度，结果如图 10 所示。 从图 10 中可以看出，不同流体介质测得的真实启动压力梯度 和拟启动压力梯度都与渗透率具有较好的幂律关系，随着渗 透率的增加而增大。与模拟地层水相比，利用模拟油得到的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度都有所增大，真实启动压力梯度增加的幅度大于拟启动压力梯度。从不同渗透率 岩心的测试结果来看，渗透率越低，不同流体介质得到的真 实启动压力梯度和拟启动压力梯度差异越显著，说明致密油 藏渗透率越低，由于油的启动压力梯度更大，油水共存时，更 易出水，从而影响产油。图 10 不同流体真实启动压力梯度和拟启动压力梯度对比fig. 10 comparison of real & pseudo start-up pressure gradients using different types of fluids3结论1）建立了一套致密油藏岩心渗流曲线测试方法，实现了 致 密 油 岩 心 真 实 启 动 压 力 梯 度 和 拟 启 动 压 力 梯 度 的 精 确 测量。2）岩心由不同级别的喉道组成是产生非线性渗流的本质，真实启动压力梯度与最大喉道半径具有较好的幂律关 系，拟启动压力梯度和平均喉道半径具有较好的幂律关系。3）与基质岩心相比，含微裂缝岩心的真实启动压力梯度62科技导报“卷首语”栏目征稿“卷首语”栏目每期邀请一位中国科学院院士和中 国工程院院士就重大科技现象、事件，以及学科发展趋 势、科学研究热点和前沿问题等，撰文发表个人的见 解、意见和评论。本栏目欢迎院士投稿，每篇文章约2000 字，同时请提供作者学术简历、工作照和签名电子 文档。投稿信箱：。科技导报 2014，32（28/29）和拟启动压力梯度都有所降低，真实启动压力梯度降低的幅度大于拟启动压力梯度。裂缝越发育，含微裂缝岩心的真实 启动压力梯度降低的幅度越大；裂缝越不发育，其越接近于 基质岩心的真实启动压力梯度。4）与模拟地层水相比，利用模拟油得到的真实启动压力 梯度和拟启动压力梯度都有所增大，渗透率越低，不同流体 介质得到的真实启动压力梯度和拟启动压力梯度差异越显 著，说明致密油藏渗透率越低，由于油的启动压力梯度更大， 油水共存时，更易出水，从而影响产油。(30): 49-52.10 汪伟英, 喻高明, 柯文丽, 等. 稠油非线性渗流测定方法研究j. 石油 实验地质, 2013, 35(4): 464-467.wang weiying, yu gaomin, ke wenli, et al. experimental study of nonlinear seepage for heavy oilj. petroleum geology & experiment,2013, 35(4): 464-467.11 吕成远, 王建, 孙志刚. 低渗透砂岩油藏渗流启动压力梯度实验研究j. 石油勘探与开发, 2002, 29(2): 86-89.l chengyuan, wang jian, sun zhigang. an experimental study on starting pressure gradient of fluids flow in 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