低渗透油藏的认识与开采

低渗透油藏的认识与开采什么是低渗透油田？•概述•地质特征•渗流特征•开采特征概述50mD10mD1mD0.1mD一般低渗透油田超低渗透油田特低渗透油田李道品，1997一、低渗透油藏的分类分布范围广：•西部：准噶尔、柴达木、塔里木、三塘湖盆地；•中部：鄂尔多斯、四川盆地；•东部：松辽、渤海湾、二连、海拉尔、苏北、江汉盆地。含油气层系多：•涵盖古生界、中生界、新生界。类型多•包括砂岩、碳酸盐岩、火山岩。二、我国低渗透油气藏的分布的特点概述地质特征一、低渗透储层成因类型沉积成因：包括近源沉积和远源沉积。成岩作用：包括压实作用、胶结作用和溶蚀作用。地质特征二、低渗透砂岩储层的岩性和物性特征低渗透砂岩的成分主要是极微细的粉砂岩，且有较高的泥质含量。粒度分布范围广，因而颗粒混杂，分选差，悬移物质高渗油层的岩矿成分总体分三大岩类：西部岩屑为主，东部长石为主，中间有特殊环境沉积的石英砂岩油层在低渗油层中，胶结类型比较复杂，岩石胶结类型以孔隙型和接触型为主岩性特征地质特征物性特征低渗透或特低渗透性的油层，其孔隙类型属于小孔细喉型，孔隙很小，喉道很细，渗透率的贡献值主要由占孔隙体积比例小的、较粗的孔道所提供二、低渗透砂岩储层的岩性和物性特征地质特征三、低渗透油田流体、压力和能量特征低渗透油田原油一般都属于正常原油（稀油），基本上没有稠油。稠油（黏度大于）一般都储藏于高渗透油层（大于）之中。在同一油田范围内，低渗透储层一般埋藏较深，其原油性质通常比埋藏较浅的高渗透储层要好。流体特征s•500mPa2-3μm10×500地质特征三、低渗透油田流体、压力和能量特征我国许多异常高压油田都属于低渗透油田，特别是压力系数大于1.4的超高压油田全都是低渗透油田压力特征能量特征我国低渗透油田主要为弹性驱动油藏。弹性能量的大小依各油藏的地质特征和饱和程度的高低而有所不同，差异比较悬殊渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小渗透率（mD）孔道体积的份额（%）1μm0.75μm0.5μm1000~50018~2116~1813~14500~20021~2518~2114~17200~10025~3021~2517~20100~5030~3525~2920~2450~2035~4329~3524~3020~1043~5035~4030~3310~550~6040~4735~375~360~7047~5337~433~170~8853~7043~571887057渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小各类孔隙体积占总孔隙度体积的份额的渗透率曲线图渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小比表面积是指单位体积岩心中孔隙内表面积的总和，简称比面。岩石的比表面积是度量岩石颗粒分散程度的物理参数，一般岩石颗粒越细，比表面积越大。吸附理论认为：物质的比表面积越大，其吸附能力越强，吸附的物质越多。渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小原油是由烃类和非烃类化合物组成的复杂混合物，含油大量的极性物质。当它们与岩石颗粒表面接触时，就表现出明显的相互作用。这样，在岩石颗粒表面就形成一个富有极性物质的特殊液体层，该层原油的粘度和密度大都明显地大于体相原油的对应值。这个液体层就是原油边界层。渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小𝑝𝑐1=2𝜎𝑐𝑜𝑠𝜃𝑟式中：σ——界面张力θ——三相接触角，即润湿角r——毛细管半径毛管力公式：渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小𝑝𝑐3=2𝜎1𝑅1−1𝑅2式中：𝜎——界面张力𝑅1——曲液面的前曲率半径𝑅2——曲液面的后曲率半径渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小孔喉比是孔隙半径与喉道半径的比值。B=𝑅2𝑅1𝑝𝑐3=2𝜎𝑅11−1𝐵渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小渗流特征一、渗流环境特征1.小吼道连通的孔隙体积比较大2.比表面积大3.岩石表面油膜量大4.毛细管压力显著5.贾敏效应显著6.卡断现象严重7.可流动的流体饱和度小油田平均孔隙度（%）平均渗透率（mD）平均可动流体饱和度（%）新疆小拐7.26——13.31青海狮子沟3.20.01610.67长庆安塞14.598.1344.27大庆头台9.70.9728.57北京石油勘探开发研究院渗流研究所使用核磁共振技术研究了低渗油层的微观孔隙结构及渗流特征。渗流特征二、非达西渗流特征渗流特征变性达西渗流曲线视流度大于1上凹型渗透率曲线视流度小于1渗流特征石油运移特征图版二、非达西渗流特征计算启动压力梯度启动压力梯度的推导启动压力梯度的实例结论计算启动压力梯度1、启动压力梯度的推导假定无限大油藏中一口垂直井，介质各向同性，累积产油后关井至稳定，井底压力都不可能恢复到初始地层压力,其稳态压力分布公式为:𝑝𝑖−𝑝=𝐺𝑅−𝑟(1)稳态时井底压差为:∆𝑝𝑤=𝑝𝑖−𝑝𝑤(2)计算启动压力梯度1、启动压力梯度的推导由质量守恒定律可得:(3)整理（1）（2）（3）得启动压力梯度公式：(4)𝑞𝑡𝐵𝑑𝑡𝑡𝑝0=2𝜋𝜑𝐶𝑡ℎ𝑝𝑖−𝑝𝑟𝑑𝑟𝑅𝑟𝑤G=𝜋𝜑𝐶𝑡ℎ𝑟𝑤∆𝑝𝑤22𝑞𝑐𝐵1+1+4𝑞𝑐𝐵3𝜋𝜑𝐶𝑡ℎ𝑟𝑤2(∆𝑝𝑤)计算启动压力梯度1、启动压力梯度的推导若考虑到一般情况下，当压力恢复至稳定时且忽略井筒体积，则(4)式可简化为:(5)G=𝜋𝜑𝐶𝑡∆𝑝𝑤233𝑞𝑐𝐵求出启动压力梯度以后，可通过（1）（2）式求得稳定时的压力影响半径R，即：(6)R=Δpw/G+rw计算启动压力梯度2、启动压力梯度实例启动压力梯度计算数据表:井号φ(%)Ct(MPa-1)Bh(m)qc(m3/d)tp(h)pi(MPa)pw(MPa)r＊(m)K(10-3μm2)G(10-3MPa/m)S6-411.50.001531.32019.82.6748526.955.905.12.450S32-1816.20.000921.1125.817.524000013.0011.000.11328.00.460S32-916.20.000921.1127.617.434000013.7010.401.18012.01.150S32-2416.20.000921.1123.08.674000016.8015.000.00334.00.410Z26617.60.000981.1425.619.31400011.609.200.87022.01.950Z280-117.60.000981.1425.28.13158410.609.202.3303.52.050Y9-317.30.000911.0759.08.002700010.7010.500.00013138.00.035Y6-6117.30.000911.07510.28.502680010.3810.020.0009179.00.087Y11-317.30.000911.0755.45.502232012.0011.350.02660.00.210Y6-917.30.000911.07517.228.00326409.559.210.06095.00.050Y8-917.30.000911.0754.018.804600010.259.100.12067.00.160N207-116.90.001011.1695.66.565000022.4614.001.5202.61.950计算启动压力梯度2、启动压力梯度实例启动压力梯度与渗透率曲线关系:计算启动压力梯度3、结论1、低渗透油藏的渗流存在启动压力梯度。2、压力恢复稳态测压法求解启动压力梯度理论正确，方法简单，具有明显的优点。3、实例分析表明：油藏的启动压力梯度与渗透率呈近似的双曲函数的关系,即油藏的渗透率越小，启动压力梯度越大，且启动压力梯度的增幅越大。三、两相渗流特征1.束缚水饱和度高，原油含油饱和度低2.两相流动范围窄3.残余油饱和度高4.驱油效率低5.油相渗透率下降快6.水相渗透率上升慢，最终值低渗流特征相对渗透率曲线特征三、两相渗流特征渗流特征无量纲采油指数低渗透层无量纲产液（油）指数变化图中高渗油层无量纲产液（油）指数的变化图无量纲采液指数𝜂𝐿0𝑓=1𝐾𝑟𝑜𝑆𝑒𝑤𝐾𝑟𝑜𝑆𝑤+𝑀∙𝐾𝑟𝑤𝑆𝑤1−𝜙2𝐾𝜏0∆𝑝𝐿𝜂𝑜0𝑓=𝐾𝑟𝑜𝑆𝑤𝐾𝑟𝑜𝑆𝑒𝑤四、流固耦合特征渗流特征在低渗透油田开发中，随着地层压力的下降，地层岩石的力学性质会发生改变，渗透率下降，从而影响流体的渗流规律。这一现象便是油层压敏效应引起的，也称流固耦合作用反应。孔隙度与岩石压缩系数的关系四、流固耦合特征渗流特征油田开采后，随着有效应力的增加，渗透率逐渐降低。停止开采后，随着有效应力的恢复，渗透率并不能恢复到原来有效应力所对应的大小。这就是常见的渗透率滞后现象。渗透率和有效应力的关系五、渗吸特征渗流特征低渗透油藏的岩石大多为亲水，由于毛管力的影响，地层中的岩石可以将多孔介质中的将水吸入，而将油排驱出去，这种现象就叫做渗吸现象。水驱初期以驱替作用为主，渗吸作用较弱；水驱中期驱替和渗吸都起作用；水驱后期渗吸的作用增大。当渗流速度较低时，渗吸为主要作用，当渗流速度较高时，驱动力发挥主要作用。存在一个最佳的驱替速度使两者充分发挥开采特征低渗透油层渗流阻力和压力消耗大，存在“启动压差”弹性能量小，利用天然能量方式开采压力和产量下降快产油能力和吸水能力很低，油井见注水效果缓慢油井见水后，产液（油）指数大幅度下降沿裂缝方向油井水窜、水淹严重地应力对开发效果具有重要的影响计算启动压力梯度启动压力梯度的推导启动压力梯度的实例结论计算启动压力梯度1、启动压力梯度的推导假定无限大油藏中一口垂直井，介质各向同性，累积产油后关井至稳定，井底压力都不可能恢复到初始地层压力,其稳态压力分布公式为:𝑝𝑖−𝑝=𝐺𝑅−𝑟(1)稳态时井底压差为:∆𝑝𝑤=𝑝𝑖−𝑝𝑤(2)计算启动压力梯度1、启动压力梯度的推导由质量守恒定律可得:(3)整理（1）（2）（3）得启动压力梯度公式：(4)𝑞𝑡𝐵𝑑𝑡𝑡𝑝0=2𝜋𝜑𝐶𝑡ℎ𝑝𝑖−𝑝𝑟𝑑𝑟𝑅𝑟𝑤G=𝜋𝜑𝐶𝑡ℎ𝑟𝑤∆𝑝𝑤22𝑞𝑐𝐵1+1+4𝑞𝑐𝐵3𝜋𝜑𝐶𝑡ℎ𝑟𝑤2(∆𝑝𝑤)计算启动压力梯度1、启动压力梯度的推导若考虑到一般情况下，当压力恢复至稳定时且忽略井筒体积，则(4)式可简化为:(5)G=𝜋𝜑𝐶𝑡∆𝑝𝑤233𝑞𝑐𝐵求出启动压力梯度以后，可