1、低渗油藏渗流机理中国石油大学（华东）石油工程学院李爱芬 2007年6月第一节第一节 低渗油藏的孔隙结构特点低渗油藏的孔隙结构特点第二节第二节 低渗油藏渗流流体新概念低渗油藏渗流流体新概念第三节第三节 低渗油藏启动压力及渗流规律低渗油藏启动压力及渗流规律第四节第四节 低渗油藏两相渗流特点低渗油藏两相渗流特点第五节第五节 低渗油藏的应力特征低渗油藏的应力特征目 录低渗油藏渗流机理第一节第一节 低渗岩心的孔隙结构特点低渗岩心的孔隙结构特点类别类别特高渗特高渗高渗高渗中渗中渗低渗低渗 特低渗特低渗数值数值(10-3m2)10001000100 10010 10111.1.低渗油田分类低渗油田分类1.1
2、 油田按渗透率分类油田按渗透率分类1.2 低渗油田分类低渗油田分类第一类低渗油田第一类低渗油田:k=(5010.1)10-3um2.这类油田接近这类油田接近正常油层正常油层,油井产能达到工业油流标准油井产能达到工业油流标准,但产能低但产能低,采用压采用压裂等增产措施才能达到较好的开发效果和经济效果裂等增产措施才能达到较好的开发效果和经济效果.第二类低渗油田第二类低渗油田:K=(101.1)10-3um2,束缚水含量较高束缚水含量较高,喉喉道细小而狭窄道细小而狭窄,自然产能低自然产能低,正常测试达不到工业油流标准正常测试达不到工业油流标准,必须采取大型压裂才能获得有效产能必须采取大型压裂才能获得
3、有效产能.第三类低渗油田第三类低渗油田:K=(1.00.1)10-3um2,一般不具有开发价一般不具有开发价值。但如果油层厚值。但如果油层厚,原油物性好原油物性好,仍可有效地开发。仍可有效地开发。如新疆如新疆的小拐油田的小拐油田,玉门的川口油田玉门的川口油田.如果油层中存在裂隙如果油层中存在裂隙,它可以构成基质块的渗流通道它可以构成基质块的渗流通道,极大极大改善油层的渗流状况改善油层的渗流状况.第一节第一节 低渗岩心的孔隙结构特点低渗岩心的孔隙结构特点1.2 1.2 低渗油田地质特点低渗油田地质特点 (1)(1)近源沉积的颗粒混杂、分选差；远源近源沉积的颗粒混杂、分选差；远源沉积的颗粒细，泥质
4、含量高；沉积的颗粒细，泥质含量高；(2)(2)矿物成熟度低；矿物成熟度低；(3)(3)成岩压实作用强，伴有裂隙，出现双成岩压实作用强，伴有裂隙，出现双重孔隙度重孔隙度;第一节第一节 低渗岩心的孔隙结构特点低渗岩心的孔隙结构特点第一节第一节 低渗岩心的孔隙结构特点低渗岩心的孔隙结构特点毛管曲线高，阈压高，束缚水高。50607080901000.010.111050 40 30 20 10 0白29井206 沙32，31453149米孔隙度 13.74%渗透率 1.17 10-3m2 毛管力，MPa汞饱和度，1.3 1.3 孔隙特点：孔隙特点：孔隙小，喉道细，微孔多，束缚水高。孔隙小，喉道细，微孔
5、多，束缚水高。(1)孔隙小孔细喉型孔隙小孔细喉型第一节第一节 低渗岩心的孔隙结构特点低渗岩心的孔隙结构特点rcos2Pc 12345678910111202468101214 0.062 0.1 0.16 0.25 0.4 0.62 1.0 1.6 2.5 4.0饱和度频率，孔喉半径，m白29井206 沙32，31453149米孔隙度 13.74%渗透率 1.17 10-3m2(2)(2)少量大孔隙提供绝大多数的渗透能力少量大孔隙提供绝大多数的渗透能力82rk第一节第一节 低渗岩心的孔隙结构特点低渗岩心的孔隙结构特点1.3 1.3 孔隙特点：孔隙特点：（3 3）低渗岩心比面极大）低渗岩心比面极
6、大:根据毛管束模型：根据毛管束模型：kSv23当渗透率小于当渗透率小于10101010-3-3umum2 2时时,油层岩石的比面急剧上升油层岩石的比面急剧上升.第一节第一节 低渗岩心的孔隙结构特点低渗岩心的孔隙结构特点1.3 1.3 孔隙特点：孔隙特点：目 录低渗油藏渗流机理第一节第一节 低渗油藏的孔隙结构特点低渗油藏的孔隙结构特点第二节第二节 低渗油藏渗流流体新概念低渗油藏渗流流体新概念第三节第三节 低渗油藏启动压力及渗流规律低渗油藏启动压力及渗流规律第四节第四节 低渗油藏两相渗流特点低渗油藏两相渗流特点第五节第五节 低渗油藏的应力特征低渗油藏的应力特征第二节第二节 低渗岩心渗流流体新概念低
7、渗岩心渗流流体新概念 长期以来人们把长期以来人们把孔隙中的流体孔隙中的流体和和孔隙表面的流体孔隙表面的流体视视为同等，忽略了边界流体的存在极其对渗流的影响。为同等，忽略了边界流体的存在极其对渗流的影响。2.1体相流体和边界流体：体相流体和边界流体：渗流流体包括两部分：渗流流体包括两部分：体相流体体相流体指其性质不受界面现象指其性质不受界面现象影响的流体，它在孔隙介质孔道的中影响的流体，它在孔隙介质孔道的中轴部位；轴部位；边界流体边界流体指其性质受界面现象影指其性质受界面现象影响的流体，它靠近孔隙壁面，形成一响的流体，它靠近孔隙壁面，形成一个边界层。个边界层。Ci C0 h r0 Ci C0 h
8、 r0 低渗油藏孔隙中流体低渗油藏孔隙中流体的分布的分布2.22.2边界层流体的性质具有特殊的变边界层流体的性质具有特殊的变化规律。化规律。孔隙中流体的某些成分与孔隙中流体的某些成分与孔隙壁面相互作用，使孔隙孔隙壁面相互作用，使孔隙壁面处壁面处这些成分的浓度这些成分的浓度较大。较大。使得其物性与体相流体有较使得其物性与体相流体有较大得差别。大得差别。第二节第二节 低渗岩心渗流流体新概念低渗岩心渗流流体新概念2.3原油中的各种成分在孔道中的分布：原油中的各种成分在孔道中的分布：原油是多种成分的混合物，其中的极性物质易在岩石表面原油是多种成分的混合物，其中的极性物质易在岩石表面吸附，形成一个富含极
9、性物质的特殊的液体层，在这个层中，吸附，形成一个富含极性物质的特殊的液体层，在这个层中，原油的重质成分和胶质沥青质更多、粘度和密度更大。越靠原油的重质成分和胶质沥青质更多、粘度和密度更大。越靠近孔道表面的地方，这些极性化合物的含量越大。近孔道表面的地方，这些极性化合物的含量越大。第二节第二节 低渗岩心渗流流体新概念低渗岩心渗流流体新概念胶质胶质沥青沥青重组分重组分2.4 孔道中原油的物理性质孔道中原油的物理性质 由于原油的各种成分在孔道中的有序分布，使得孔道壁由于原油的各种成分在孔道中的有序分布，使得孔道壁附近的原油粘度增大，而孔道中轴部位原油的粘度减小。附近的原油粘度增大，而孔道中轴部位原油
10、的粘度减小。u1-界面层中原油的平均粘度界面层中原油的平均粘度采油过程中采采油过程中采出原油粘度随出原油粘度随生产时间增长生产时间增长而增加而增加-与此与此有关？有关？第二节第二节 低渗岩心渗流流体新概念低渗岩心渗流流体新概念目 录低渗油藏渗流机理第一节第一节 低渗油藏的孔隙结构特点低渗油藏的孔隙结构特点第二节第二节 低渗油藏渗流流体新概念低渗油藏渗流流体新概念第三节第三节 低渗油藏启动压力及渗流规律低渗油藏启动压力及渗流规律第四节第四节 低渗油藏两相渗流特点低渗油藏两相渗流特点第五节第五节 低渗油藏的应力特征低渗油藏的应力特征第三节第三节 低渗岩心启动压力低渗岩心启动压力及渗流规律及渗流规律
11、3.13.1启动压力由来启动压力由来 当边界层所占比例大到一定程度,渗流将存在驱动压力，渗流将不符合达西定律。水是牛顿流体，但它在很细小的孔道中流动时也呈现出非线性渗流特征，具有启动压力梯度。流体流体 低渗地层低渗地层由大小不同的孔隙组成，每个孔道都有自己的启动压力梯度，只有驱动压力梯度大于某孔道的启动压力梯度时，该孔道的油水才开始流动。随驱动压力梯度的增加，会有更多的孔道参于流动，流随驱动压力梯度的增加，会有更多的孔道参于流动，流量及渗透率随之变大。量及渗透率随之变大。AB CEDLPv 11流体流体xPkv流速：流速：2第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律流体
12、流体2 h2 灰色代表汞柱，淡蓝色代表水柱 平流泵 手动泵 柴油 水 模拟油 标准盐水 低渗岩心 h12 启动压力实验流程:以0.005ml/min0.005ml/min的速度向岩心注流体,岩心出口端出液时关闭容器出液开关,直至上游压力稳定-启动压力.3.23.2启动压力及流量压差测定启动压力及流量压差测定第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律3.23.2低渗岩心渗流规律描述低渗岩心渗流规律描述 AB CEDLPv(1)(1)低流速下渗流不符合达西定律；低流速下渗流不符合达西定律；(2)(2)渗流存在启动压力梯度；渗流存在启动压力梯度；(3)(3)渗透率不为常数。渗
13、透率不为常数。最小启动压力梯度拟启动压力梯度最大启动压力梯度第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律0V AdxdpcdxdPbdxdPaV2CdxdpABdxdPkVedxdpCcdxdPbV K Kg g/u/uw w0.5 md/mPa.s0.5 md/mPa.s 时，随渗透率减小，启动压力梯时，随渗透率减小，启动压力梯度迅速增加。度迅速增加。第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律3.3 3.3 水相启动压力特点：水相启动压力特点：6756.0wgminw)k(0016.0AxP）（水相最小启动压力梯度y=0.0016x-0.6756
14、R2=0.56110.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.0180.0200.00.51.01.52.02.53.0(kg/uw)/(10-3um2/mPa.s)(P/L)min/(MPa/cm)水相拟启动压力y=0.0238e-0.1448xR2=0.80760.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030024681012(kg/uw)/(10-3um2/mPa.s)拟启动压力(MPa/cm)1148.0wgw)k(0238.0AxP拟）（3.4 束缚水下油的启动压力特点9813.0.0ogmino)k(005.0
15、AxP）（水相拟启动压力y=0.0238e-0.1448xR2=0.80760.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030024681012(kg/uw)/(10-3um2/mPa.s)拟启动压力(MPa/cm)1448.0ogo)k(0238.0AxP 拟拟）（K Kg g/u/uo o0.5 md/mPa.s0.5 md/mPa.s 时，随渗透率减小，最小启动压时，随渗透率减小，最小启动压力梯度迅速增加。力梯度迅速增加。第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律3.5 束缚水下油的流量-压差关系第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心
16、启动压力及渗流规律岩心渗透率越低，曲线越向右下方移动，渗流曲线非线性段延伸越长。SwcSwc下油相下油相渗流速度与压力梯度关系：渗流速度与压力梯度关系：第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律3.5 束缚水下油的流量-压差关系低渗讨论第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律3.6 渗透率与压力梯度的关系压力梯度压力梯度增加，渗增加，渗透率增加，透率增加，最后为定最后为定值。值。0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.50.00.20.40.60.81.01.2启动压力梯度压力梯度，0.1MPa/cm1K=1.02
17、02K=0.635 10-3m23K=0.325渗透率，10-3m2 7351.0wgmaxK134.0Lp 单相水：单相水：第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律6756.0wgminw)k(0016.0AxP）（极限半径极限半径油井油井驱替压力梯驱替压力梯度度驱替压力梯度距离第三节第三节 低渗岩心启动压力及渗流规律低渗岩心启动压力及渗流规律 AB CEDLPv 目 录低渗油藏渗流机理第一节第一节 低渗油藏的孔隙结构特点低渗油藏的孔隙结构特点第二节第二节 低渗油藏渗流流体新概念低渗油藏渗流流体新概念第三节第三节 低渗油藏启动压力及渗流规律低渗油藏启动压力及渗流规律
18、第四节第四节 低渗油藏两相渗流特点低渗油藏两相渗流特点第五节第五节 低渗油藏的应力特征低渗油藏的应力特征第四节第四节 低渗油藏两相渗流特点低渗油藏两相渗流特点4.14.1油水两相渗流区窄：油水两相渗流区窄：（相渗曲线特点）（相渗曲线特点）渗透率越低，两相渗渗透率越低，两相渗流区越小流区越小4.2 4.2 低渗油藏含水上升快，束缚水、残余油饱和度高低渗油藏含水上升快，束缚水、残余油饱和度高 图5低渗油田相渗曲线 kro krw 低渗油藏多亲水束缚水饱和度高；喉道细小，油流孔道很容易油流孔道很容易在喉道处被截断在喉道处被截断残余油饱和度较高，两相渗流区较小。第四节第四节 低渗油藏两相渗流特点低渗油
19、藏两相渗流特点f fw w：水从油井井低进入亲水油藏后，水：水从油井井低进入亲水油藏后，水流通道增多，在返排时油要进入被水占据的孔流通道增多，在返排时油要进入被水占据的孔道，必须克服该孔道的毛管力，否则油流通道道，必须克服该孔道的毛管力，否则油流通道不能恢复。不能恢复。亲水孔道中的油水 油 水 Pc 第四节第四节 低渗油藏两相渗流特点低渗油藏两相渗流特点4.3 4.3 作业后含水上升，水锁效应严重作业后含水上升，水锁效应严重第一节第一节 低渗油藏的孔隙结构特点低渗油藏的孔隙结构特点第二节第二节 低渗油藏渗流流体新概念低渗油藏渗流流体新概念第三节第三节 低渗油藏启动压力及渗流规律低渗油藏启动压力
20、及渗流规律第四节第四节 低渗油藏两相渗流特点低渗油藏两相渗流特点第五节第五节 低渗岩心的应力特征低渗岩心的应力特征目 录低渗油藏渗流机理30060090012001500180021002400216220224228232No.2-15 =17.57%K=234.486 10-3m2 升压300600psi 降压600300psi 升压300900psi 降压900300psi 升压3001200psi 降压1200300psi 升压3001500psi 降压1500300psi 升压3001800psi 降压1800300psi 升压3002100psi 降压2100300psi升压300
21、2400psi 降压2400300psi 升压3002400psi渗透率，10-3m2 围压，psi 高渗岩心：高渗岩心：5.1 升压与降压过程中岩石渗透率的变化升压与降压过程中岩石渗透率的变化第五节第五节 低渗油藏应力敏感特征低渗油藏应力敏感特征200400600800100012001400160018002000220024002882892902912922932942952962972982 19 17.74%K 306.17 10-3m2 升 压 300 600psi 降 压 600 300psi 升 压 300 900psi 降 压 900 300psi 升 压 300 1200
22、psi 降 压 1200 300psi 升 压 300 1500psi 降 压 1500 300psi 升 压 300 1800psi 降 压 1800 300psi 升 压 300 2100psi 降 压 2100 300psi 升 压 300 2400psi 降 压 2400 300psi 升 压 300 2400psi渗透率,10-3m2围 压 psi高渗岩心：高渗岩心：第五节第五节 低渗油藏应力敏感特征低渗油藏应力敏感特征300600900120015001800210024000.040.060.080.100.120.140.160.18No.1-58=15.27%K=0.2491
23、 -3m2 升压P=300-2400Psi 升压P300600Psi 降压P600300Psi 升压P300900Psi 降压P900300Psi 升压P3001200Psi 降压P1200300Psi 升压P3001500Psi 降压P1500300Psi 升压P3001800Psi 降压P1800300Psi 升压P3002100Psi 降压P2100300Psi 升压P3002400Psi 降压P2400300Psi渗透率，10-3m2 围压，psi低渗岩心：低渗岩心：第五节第五节 低渗油藏应力敏感特征低渗油藏应力敏感特征300600900120015001800210024000.10
24、0.150.200.250.300.350.400.45No.1-17=17.31%K=0.5241 10-3m2 升压P2002400Psi 降压P400200Psi 降压P600200Psi 降压P800200Psi 降压P1000200Psi 降压P1200200Psi 降压P1400200Psi 降压P1600200Psi 降压P1800200Psi 降压P2000200Psi 降压P2200200Psi 降压P2400200Psi渗透率，10-3m2 围压，psi低渗岩心：低渗岩心：第五节第五节 低渗油藏应力敏感特征低渗油藏应力敏感特征030060090012001500180021
25、00240027000.050.100.150.200.250.300.350.400.45No.1-17=17.31%K=0.5241 10-3m2 升压P2002400Psi 降压P400200Psi 降压P600200Psi 降压P800200Psi 降压P1000200Psi 降压P1200200Psi 降压P1400200Psi渗透率，10-3m2 围压，psi低渗岩心：低渗岩心：第五节第五节 低渗油藏应力敏感特征低渗油藏应力敏感特征5.2 5.2 实验研究结果实验研究结果中高渗岩心，一定压力范围内渗透率压力的变化多呈现弹性变形；低渗岩心渗透率随有效应力升高多呈现塑性变形。渗透率越低
26、，渗透率降低幅度越大。第五节第五节 低渗油藏应力敏感特征低渗油藏应力敏感特征结结 论：论：低渗油藏边界层流体所占比例较大，渗流存在启低渗油藏边界层流体所占比例较大，渗流存在启动压力；动压力；低压力梯度低压力梯度下渗流下渗流不符合达西定律不符合达西定律，渗透率随压，渗透率随压力梯度增加而增大；力梯度增加而增大；渗透率越低渗透率越低、流体粘度越大流体粘度越大，启动压力梯度越大；，启动压力梯度越大；气测渗透率气测渗透率/流体粘度流体粘度比小于比小于0.5 md/mPa.s0.5 md/mPa.s时，时，渗透率降低最小启动压力迅速增加。渗透率降低最小启动压力迅速增加。相渗曲线上两相渗流区小相渗曲线上两相渗流区小,Swc,Swc、SorSor大，含水上大，含水上升快，水锁严重；升快，水锁严重；岩石应力敏感性较强。岩石应力敏感性较强。
