碳酸盐岩油藏开发理论现状及发展趋势

1、碳酸盐岩油藏开发理论现状碳酸盐岩油藏开发理论现状 及发展趋势及发展趋势 中国石油大学中国石油大学(华东华东)石油工程学院石油工程学院 姚姚 军军 2008年7月29日 目录目录 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 1、碳酸盐岩油藏储层介质复杂、碳酸盐岩油藏储层介质复杂 储层介质含有大量的孔、缝及洞

2、；储层介质含有大量的孔、缝及洞； 缝洞大多是溶蚀发育，具有极不规则的几何形状；缝洞大多是溶蚀发育，具有极不规则的几何形状； 纵向上、平面上具有多尺度非均质性；纵向上、平面上具有多尺度非均质性； 具有较多的高角度裂缝；具有较多的高角度裂缝； 块状储层、厚度比较大。块状储层、厚度比较大。 2、碳酸盐岩油藏储层的流体流动复杂、碳酸盐岩油藏储层的流体流动复杂 流动形式复杂，既有缝隙流、洞穴流和孔隙流流动形式复杂，既有缝隙流、洞穴流和孔隙流 孔缝洞介质的渗流能力相差较大，同一压差下孔孔缝洞介质的渗流能力相差较大，同一压差下孔 隙渗流作用不大；隙渗流作用不大； 流动模式复杂，既有线性渗流、非线性渗流、管流

3、动模式复杂，既有线性渗流、非线性渗流、管 流；流； 裂缝系统沟通洞穴，对于流动起控制作用；裂缝系统沟通洞穴，对于流动起控制作用； 生产特征规律性差。生产特征规律性差。 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 目前，以目前，以达西方程达西方程和和连续介质连续介质理论为基础的渗流理论为基础的渗流 力学理论属于力学理论属于宏观渗流力学体系宏观渗流力学体系，描述多孔介质系统，描述多孔介质系统 的宏观渗流特性。的宏观渗流特性。 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 3、碳酸盐岩储层渗流模型、碳酸盐岩储层渗流模型 对于裂缝性储层，传统上视为对于

4、裂缝性储层，传统上视为“双重介质系双重介质系 统统”，双重介质模型的基本假设：双重介质模型的基本假设：裂缝系统和孔隙系裂缝系统和孔隙系 统视为两个连续介质系统，储层中任意一点同时存在统视为两个连续介质系统，储层中任意一点同时存在 裂缝系统和基岩孔隙系统，系统间存在裂缝系统和基岩孔隙系统，系统间存在“窜流窜流”，同，同 一点对应描述两系统流动的两套参数：一点对应描述两系统流动的两套参数： kf，km; vf，vm; pf，pm 但对于裂缝发育较差时，裂缝系统的连续性的假但对于裂缝发育较差时，裂缝系统的连续性的假 设不再成立，应用设不再成立，应用“双重介质双重介质”理论时误差非常大。理论时误差非常

5、大。 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 3、碳酸盐岩储层渗流模型、碳酸盐岩储层渗流模型 对于缝洞型碳酸盐岩储层，视为对于缝洞型碳酸盐岩储层，视为“三重三重 介质系统介质系统”，其理论误差更大。它隐含着基，其理论误差更大。它隐含着基 本假设是本假设是：孔隙系统、裂缝系统和溶洞系统：孔隙系统、裂缝系统和溶洞系统 分别是连续系统分别是连续系统，储层中任意一点同时存在，储层中任意一点同时存在 三种介质，缝洞系统发育比较好的时，适用三种介质，缝洞系统发育比较好的时，适用 性较好，但大多数条件下不适用。性较好，但大多数条件下不适用。 3、碳酸盐岩储层渗流模型、碳酸盐岩储

6、层渗流模型 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 (1)碳酸盐岩储层视为碳酸盐岩储层视为“不连续介质不连续介质”裂缝系统裂缝系统 视为离散裂缝网络系统，基质孔隙视为连续介质。视为离散裂缝网络系统，基质孔隙视为连续介质。 (2)缝洞型碳酸盐岩介质通过流动等效视为缝洞型碳酸盐岩介质通过流动等效视为“等效介等效介 质质”单孔隙介质，渗透率用张量表示，以反映缝洞发单孔隙介质，渗透率用张量表示，以反映缝洞发 育方向的影响。育方向的影响。 建模：建模： 连续介质模型连续介质模型(双重介质模型双重介质模型) 离散介质模型离散介质模型 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸

7、盐岩储层及其流体流动的特征 3、碳酸盐岩储层渗流模型、碳酸盐岩储层渗流模型 目录目录 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 对于碳酸盐岩缝洞型介质的流动模式：对于碳酸盐岩缝洞型介质的流动模式： 即要求得到描述宏观层面上的流动规律即要求得到描述宏观层面上的流动规律(多缝洞多缝洞 存在条件下存在条件下)又要求获得单个裂缝或

8、缝洞条件下的流又要求获得单个裂缝或缝洞条件下的流 动规律，前者用于建立连续介质渗流方程，后者用动规律，前者用于建立连续介质渗流方程，后者用 于离散裂缝网络系统的渗流方程。于离散裂缝网络系统的渗流方程。 物物 理理 模模 型型 宏观物宏观物 理模型理模型 微观可微观可 视化物视化物 理模型理模型 裂缝系统物理模型裂缝系统物理模型 缝洞系统物理模型缝洞系统物理模型 一维可视物理模型一维可视物理模型 二维可视物理模型二维可视物理模型 物理模型设计方案：物理模型设计方案： 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 1 1）不同缝分布的物理模型）

9、不同缝分布的物理模型 不同缝宽物理模型不同缝宽物理模型 不同缝连接方式物理模型不同缝连接方式物理模型 不同缝密度物理模型不同缝密度物理模型 剖面图剖面图 俯俯 视视 图图 剖面图剖面图 俯视图俯视图 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 2 2）不同洞分布的物理模型）不同洞分布的物理模型 不同洞偏心距物理模型不同洞偏心距物理模型 不同洞径缝宽比物理模型不同洞径缝宽比物理模型 单缝条件下不同洞密度物理模型单缝条件下不同洞密度物理模型 剖面图剖面图 剖面图剖面图 剖面图剖面图 3 3）不同缝洞组合的物理模型）不同缝洞组合的物理模型 不同缝洞连接方式不同缝洞连接方式( (配位数不同配位数

10、不同) )物理模型物理模型 多缝条件下不同洞密度物理模型多缝条件下不同洞密度物理模型 剖面图剖面图 俯视图俯视图 俯俯 视视 图图 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 线线性性渗渗流流规规律律： 非非线线性性渗渗流流规规律律： 非非线线性性渗渗流流规规律律： 缝缝洞洞型型碳碳酸酸盐盐岩岩油油藏藏渗渗流流模模式式、转转换换条条件件、参参数数相相关关式式及及符符号号意意义义 时 时 1c ; )(121 1 12 1c );1 (20 )(121 1 12 10 7 3 15. 0 10 7 3 b eh nb c b eh nb kfs 时 时 1c ; )(121 1 12 1c

11、 );1 (20 )(121 1 12 10 7 3 15. 0 10 7 3 b eh nb c b eh nb kfs gradp k v fs )9936. 0( 2 vv k gradp fvs gradp k v fvs )563. 5( 2 vv k gradp fs 裂裂缝缝系系统统渗渗流流模模式式及及转转换换条条件件 线线性性渗渗流流规规律律： kfs裂裂缝缝系系统统渗渗透透率率 kfvs缝缝洞洞系系统统渗渗透透率率 gradp压压力力梯梯度度; v流流动动速速度度; 粘粘度度; n缝缝密密度度; b缝缝宽宽度度; h模模型型厚厚度度; e粗粗糙糙度度; c连连通通度度; v

12、v洞洞隙隙度度;密密度度。 转转换换条条件件： meormb5 . 9300 缝洞系统渗流模式及转换条件 转转换换条条件件： 125. 07 . 6210 v memb 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 目录目录 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 溶洞与井筒连通溶洞与井筒连通 裂

13、缝与井筒连通裂缝与井筒连通 裂缝和溶洞与井筒连通裂缝和溶洞与井筒连通 缝、洞及孔隙与井筒连通缝、洞及孔隙与井筒连通 洞与井连通洞与井连通+高速非达西流高速非达西流 双重孔隙模型双重孔隙模型 双重渗透率模型双重渗透率模型 油藏模型油藏模型 压力敏感、底水压力敏感、底水 21种油藏模型种油藏模型 圆形封闭；圆形封闭； 圆形定压；圆形定压； 直线断层；直线定压；直线断层；直线定压； 平行断层；平行定压；平行断层；平行定压； 垂直断层；垂直定压；垂直断层；垂直定压； 直线断层直线断层+直线定压；直线定压； u形断层；形断层； u型定压。型定压。 12种外边界类型种外边界类型 油藏外边界油藏外边界 定井

14、筒储存定井筒储存+ 表皮系数表皮系数 井筒储存增加井筒储存增加 +表皮系数表皮系数 井筒储存减小井筒储存减小 +表皮系数表皮系数 井内边界井内边界 3种内边界类型种内边界类型 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 双双 对对 数数 曲曲 线线 半半 对对 数数 曲曲 线线 五五 个个 流流 动动 阶阶 段段 溶溶 洞洞 系系 统统 径径 向向 流流 裂裂 缝缝 向向 溶溶 洞洞 窜窜 流流 段段 缝缝 洞洞 系系 统统 径径 向向 流流 基基 岩岩 向向 缝缝 洞洞 窜窜 流流 段段 总总 系系 统统 径径 向向 流流 基于软件工程的思想，在基于软件工程的思想，

15、在windows操作系统下采操作系统下采 用用vc+语言语言编制了碳酸盐岩缝洞型油藏试井解释软编制了碳酸盐岩缝洞型油藏试井解释软 件，解释如下地层参数：件，解释如下地层参数：孔、洞、缝的渗透率，缝洞、孔、洞、缝的渗透率，缝洞、 孔洞、洞缝之间的窜流系数，孔、缝、洞的弹性储容孔洞、洞缝之间的窜流系数，孔、缝、洞的弹性储容 比，孔、缝、洞的表皮系数，井筒存储系数，孔、缝、比，孔、缝、洞的表皮系数，井筒存储系数，孔、缝、 洞的渗透率模数以及外边界的距离洞的渗透率模数以及外边界的距离等。等。 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳

16、酸盐岩油藏试井解释理论与方法 井井 储储 分分 析析 径径 向向 流流 分分 析析 窜窜 流流 分分 析析 自自 动动 拟拟 合合 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 example 1example 1：lao-30lao-30井井 油井概况油井概况：桩西油田老河口桩西油田老河口30井位于奥陶系层位，属于典型的碳酸井位于奥陶系层位，属于典型的碳酸 盐岩缝洞型油藏。盐岩缝洞型油藏。 基础参数取值：基础参数取值： 参数名参数名取取 值值参数名参数名取取 值值 原油体积系数原油体积系数(m3/标标m3)1.2746岩石孔隙度岩石孔隙度(%)3 综合压缩系数综合压缩

17、系数(1/mpa)14.7210-4岩石压缩系数岩石压缩系数(1/mpa)2.4510-3 测试前地面产量测试前地面产量(m3/d)95.44油层厚度油层厚度(m)88.1 测试井半径测试井半径(m)0.075原油粘度原油粘度(mpas)0.5 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 变井筒 存储 裂缝 溶洞 窜流 阶段 径 向 流 阶 段 基岩 向缝 洞窜 流阶 段 外边 界影 响阶 段 lao30井流动阶段划分井流动阶段划分 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 未经负表皮处理的双对 数拟合图 未经负表皮处理的半对 数拟合图 经

18、过负表皮处理的双对 数拟合图 经过负表皮处理的半对 数拟合图 参数名参数名解释值解释值参数名参数名解释值解释值 井筒存储系数（井筒存储系数（m3/mpa）26.0基岩弹性储容比基岩弹性储容比0.9111 表皮系数表皮系数-4.068溶洞弹性储容比溶洞弹性储容比0.0054 裂缝渗透率裂缝渗透率(m2)0.400裂缝弹性储容比裂缝弹性储容比0.0835 溶洞渗透率溶洞渗透率 (m2)2.665基岩向裂缝窜流系数基岩向裂缝窜流系数3.08410-7 井到封闭边界距离井到封闭边界距离(m)88.86基岩向溶洞窜流系数基岩向溶洞窜流系数3.02610-7 井到封闭边界距离井到封闭边界距离(m)47.0

19、0裂缝向溶洞窜流系数裂缝向溶洞窜流系数1.09010-6 变井筒存储系数变井筒存储系数d-0.22变井筒存储系数变井筒存储系数d0.22 该井的表皮系数为该井的表皮系数为-4.068-4.068，考虑到碳酸盐岩缝洞型油藏，说明该井基本，考虑到碳酸盐岩缝洞型油藏，说明该井基本 没有受到污染。另外，该井附近存在两个不渗透边界，距井大约没有受到污染。另外，该井附近存在两个不渗透边界，距井大约88.86m88.86m和和 47.00m47.00m。 lao30试井解释结果试井解释结果 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油

20、藏试井解释理论与方法 example 2example 2：s67s67井井 油井概况：油井概况：s67井是塔河油田六区奥陶系油藏的一口油井，位于沙井是塔河油田六区奥陶系油藏的一口油井，位于沙 雅隆起牧场北雅隆起牧场北3号构造的高部位，完钻井深号构造的高部位，完钻井深5674.0米，完钻层位奥陶系。米，完钻层位奥陶系。 基础参数取值：基础参数取值： 参数名参数名取值取值参数名参数名取值取值 油层厚度油层厚度(m)106.28地面产量地面产量(m3/d) 445(1999) 300(2000) 原油体积系数原油体积系数(m3/标标m3)1.1625油层孔隙度油层孔隙度(%)1.5 地层原油粘度地

21、层原油粘度(mpas)36.199井半径井半径(m)0.1 综合压缩系数综合压缩系数(1/mpa)7.5110-3岩石压缩系数岩石压缩系数(1/mpa)1.61310-3 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 1999年测试的双对数拟 合图 1999年测试的半对数拟 合图 2000年测试的双对数拟 合图 2000年测试的半对数拟 合图 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 为了准确起间，渗透率模数采用两次测试所得到的平均值为了准确起间，渗透率模数采用两次测试所得到的平均值1.4551.455： 1.455 0.36 0 2 3.2

22、18 ff kk em 第二次试井测试解释得到的第二次试井测试解释得到的渗透率为渗透率为3.223m3.223m2 2，从解释结果及实际生，从解释结果及实际生 产情况可知，其符合程度很好，说明了该理论方法的实用性和正确性。产情况可知，其符合程度很好，说明了该理论方法的实用性和正确性。 测试时间测试时间解释渗透率解释渗透率平均地层压力平均地层压力渗透率模数渗透率模数 1999年年5.432m261.89mpa1.50 2000年年3.223m261.53mpa1.41 目录目录 一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征一、碳酸盐岩储层及其流体流动的特征 二、碳酸盐岩油藏流动模式二、碳酸盐岩油藏流动模式

23、 三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法三、碳酸盐岩油藏试井解释理论与方法 四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势 四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势四、碳酸盐岩油藏数值模拟理论及发展趋势 数值模拟方法的适用性应数值模拟方法的适用性应不同的油藏模型匹配。不同的油藏模型匹配。 孔孔 隙隙 级级 流流 动动 模模 拟拟 双重介质流线模型双重介质流线模型 1、三重介质数值模拟器、三重介质数值模拟器 已经完成了基于连续性假设的三重介质油藏数值模已经完成了基于连续性假设的三重介质油藏数值模 拟器，并在塔河油田拟器，并在塔河油田s48井区应用。井区应用。 修改前后修改

24、前后j70j70切片溶洞孔隙度图切片溶洞孔隙度图 2 2、等效介质模型、等效介质模型 裂缝介质与孔隙介质组合成的复合介质是一个连续系裂缝介质与孔隙介质组合成的复合介质是一个连续系 统的，为此提出了等效介质理论。统的，为此提出了等效介质理论。 椭圆的倾斜方向代表等椭圆的倾斜方向代表等 效后最大渗透率的方向，椭效后最大渗透率的方向，椭 圆的长轴代表水平渗透率的圆的长轴代表水平渗透率的 大小，椭圆的短轴代表垂向大小，椭圆的短轴代表垂向 渗透率的大小。渗透率的大小。 实际油藏裂缝分布示意图实际油藏裂缝分布示意图 采用边界元方法进行流动采用边界元方法进行流动 等效的模拟。等效的模拟。 yyyx xyxx

25、 kk kk k渗透率张量：渗透率张量： 二维四个渗透率方向二维四个渗透率方向三维九个渗透率方向三维九个渗透率方向 等效介质数值模拟：等效介质数值模拟：基于渗透率张量的数值模基于渗透率张量的数值模 拟，与单孔隙介质的数值模拟方法有较大的差别。拟，与单孔隙介质的数值模拟方法有较大的差别。 关键技术：等效渗透率的计算方法关键技术：等效渗透率的计算方法 基于等效介质模型的流动模拟基于等效介质模型的流动模拟 目前，在此领域已完成了目前，在此领域已完成了二维等效介质渗透率二维等效介质渗透率 的计算方法和等效介质的数值模拟方法的计算方法和等效介质的数值模拟方法的研究工作。的研究工作。 正在开展的工作：正在

26、开展的工作： (1)网格单元中缝洞存在条件下等效渗透率的计网格单元中缝洞存在条件下等效渗透率的计 算方法算方法; (2)三维等效介质数值模拟器的研制。三维等效介质数值模拟器的研制。 4 4、离散裂缝网络模型、离散裂缝网络模型(dfn(dfn模型模型) ) 该模型把裂缝系统视为分隔基质岩块的网络系统。该模型把裂缝系统视为分隔基质岩块的网络系统。 基质岩块系统仍然按照连续介质处理。基质岩块系统仍然按照连续介质处理。 离散裂缝中的流动满足达西方程，如果裂缝宽度离散裂缝中的流动满足达西方程，如果裂缝宽度 大时可用二项式的流动方程。大时可用二项式的流动方程。 离散裂缝和基质岩块之间依靠窜流联系起来。离散裂缝和基质岩块之间依靠窜流联系起来。 采用有限采用有限 元方法进元方法进 行模拟行模拟 基岩基岩-裂缝窜流计算示意图裂缝窜流计算示意图 边边 水水 生产井生产井 边边 水水 边边 水水 生产生产400400天后原油饱和度分布天后原油饱和度分布