DEVELOPMENT AND APPLICATION OF 3D THREE-PHASE NON-LINEAR FLOW NUMERICAL SIMULATOR FOR ULTRA-LOW PERMEABILITYOIL RESERVOIR

根据特低渗透油藏流体渗流特征,建立了非线性渗流油藏数学模型.在黑油模型基础上,开发了特低渗透油藏非线性渗流数值模拟器.以五点井网单元为例进行算例分析,将不同类型的非线性渗流曲线与达西渗流模拟结果进行对比分析.模拟结果表明:与达西渗流相比,考虑非线性渗流规律的油井产油量低,产量递减快,注水见效缓慢,油井见水时间滞后;水井吸水能力差,注水沿垂直裂缝方向上的推进速度变慢;相同注采压差条件下,水驱效果差;水井附近憋压面积大,流体在地层中的流动消耗更多的驱动能量,降低了水驱效率;特低渗透油藏在开发过程中,除井筒附近地层压力梯度较大外,地层中大部分区域压力梯度较低,非线性渗流占据了地层渗流的主导地位,以非线性渗流规律为基础的数值模拟软件能够更准确地预测特低渗透油藏开发的动态特征.     

特低渗透各向异性油藏平面波及系数计算方法

特低渗透油藏常表现出非达西渗流和渗透率各向异性的特征,为了解决特低渗透各向异性油藏水驱平面波及系数的理论计算问题,通过构建考虑启动压力梯度的非达西流管模型,利用坐标变化将渗透率各向异性油藏转化为等效各向同性油藏,推导了特低渗透各向异性油藏五点井网油井见水时间和平面波及系数的计算公式。该方法可用于定量表征特低渗透各向异性油藏水驱平面动用程度,为特低渗透各向异性油藏开发设计和评价提供理论依据。以鄂尔多斯盆地某特低渗透各向异性油藏为例,利用该方法分析了启动压力梯度、渗透率各向异性系数和注采参数对特低渗透各向异性油藏平面波及系数的影响,结果表明,当油藏渗透率各向异性较强时,注入水沿主渗透率方向快速突进,导致平面波及程度低,可通过优化井排距、增大注采压差或者井网加密的方式,减小死油区,以提高注入水的波及程度。     

非线性渗流对特低渗油藏数值模拟开采的影响

特低渗油藏的数值模拟技术是近年来诸多科研人员关注的焦点,然而特低渗油藏渗流曲线的非线性段和启动压力梯度对油藏开发动态的作用未被现有的商业化软件考虑。以特低渗油藏非线性渗流数值模拟技术为主要的研究方向,建立了特低渗油藏非线性渗流数值模型。用自制软件模拟研究非线性渗流对特低渗油藏数值模拟开采的影响,比较了达西模型、拟启动压力梯度模型和非线性模型的差异,对方向性、油水相态进行了敏感性分析。模拟结果显示,拟启动压力梯度模型的生产效果最差,在一定程度上夸大了地层阻力;达西模型没有考虑启动压力梯度的存在,减小了地层阻力对渗流的影响;非线性模型中启动压力梯度的存在导致渗流阻力增大,增大了生产压差,降低了生产效果。研究结果为特低渗油藏的流动模拟和高效开采提供了理论方法,对提高特低渗油田的采出效果具有一定的指导意义。     

特低渗透油藏非线性渗流模型

启动压力梯度和介质变形是油气在低渗透、特低渗透储集层中渗流规律偏离达西定律的主要原因。基于介质变形、启动压力梯度特征物理模拟实验,定义了新的应力敏感系数,分析了应力敏感系数和启动压力梯度（单相和油水两相条件下）的变化规律。建立了考虑启动压力梯度和介质变形的特低渗透油藏单相和油水两相非线性渗流数学模型,对于单相渗流,给出了定产量、变产量和定流压条件下模型的解;对油水两相非活塞驱替,给出了分流量方程、油水前缘位置方程及压力、产量方程,并给出了求解方法。模型的油藏工程应用表明：低渗透油藏产能递减速度高于中高渗油藏;渗流速度比较小时,非线性因素对油水两相渗流影响显著。利用该模型,还可确定油田的合理注采井距。图9参15     

特低渗透裂缝性油藏矩形井网优化实验研究

根据长庆裂缝性低渗透油藏的储层特点,利用特低渗透大型露头岩样低压物理模拟实验系统,系统研究了不同排距、不同穿透比对矩形井网开发效果的影响。实验中测量了驱替达到稳定时模型的压力分布和各采出井的采液速度。根据小岩样非线性渗流曲线将模型划分为不流动区、非线性区和拟线性区,提出用压力系数来评价裂缝性特低渗透油藏的有效开发程度。研究结果表明,增大驱替压差、减小排距、增加穿透比可以增大矩形井网的压力系数,提高采出井采液速度。     

利用启动压力梯度计算低渗油藏极限注采井距

从低渗储层单相渗流机理室内研究可以得到实测启动压力梯度;依据启动压力梯度的非线性渗流方程,并通过实验数据的统计拟合得到了低渗透储层启动压力梯度与流度的幂函数关系式。结合低渗透油藏渗流理论和低渗透油田实际,得到了低渗透油藏确定极限注采井距的公式和不同生产压差下极限注采井距与渗透率的理论图版,可为低渗透油田开发确定合理井网密度提供理论依据。     

特低渗透油藏非线性渗流数值模拟

中国石油探明储量和未动用储量中特低渗透储量占很大的比例,迫切需要对特低渗透多孔介质中非线性渗流规律进行深入研究。根据特低渗透油田储集层岩心特征和流体渗流特征,建立了特低渗透油藏流体渗流的非线性渗流模型,依此建立了特低渗透油藏非线性渗流数值模拟的数学模型,并研制了相应的特低渗透油藏数值模拟软件。利用所研制的特低渗透油藏数值模拟软件,对榆树林特低渗透油田树322区块进行数值模拟计算,研究表明:拟线性渗流只发生在井口附近的局部小区域内,而在地层内部相当大的区域内是非线性渗流,非线性渗流占据了地层渗流的主导地位。因此,考虑非线性渗流比以往只考虑线性渗流以及考虑拟启动压力梯度的方法更适合特低渗透油田。图6参10     

特低渗油藏有效驱动半径研究

特低渗油藏中流体的流动存在较大的渗流阻力,注采井间压力损耗大,同时启动压力的存在进一步造成了部分低渗透层动用较差甚至未能动用,这种低速非达西渗流特征对特低渗透油田开发有很大影响,增大了特低渗透油田有效开发的难度。考虑启动压力存在的影响,确定了典型特低渗油藏江苏油田H17断块的启动压力梯度,并推导出注采井间有效驱动半径公式,研究了该断块不同井距和不同注呆压差下渗透率与有效驱动半径的关系,对实现特低渗油藏注采井间的有效动用和进一步改善水驱开发效果具有一定的指导意义。     

大庆外围特低渗透油藏非线性渗流周期注水研究

大庆外围某特低渗透试验井区平面非均质性严重,周期注水利于驱动低渗透区原油。由于特低渗透油藏压力敏感性强,文中根据非线性渗流规律,进行数值模拟研究,优化周期注水方式。采用矿场实际数据,选取矩形五点井网,建立平面非均质模型,分析"增注—减注"方式与"增注—停注"方式的含水率、采出程度、有效驱动体系的建立及地层压力保持情况。结果表明,"增注—减注"方式比"增注—停注"方式采出程度高、驱油波及系数大、低渗区非线性及储层伤害影响小。分析结果对低/特低渗透油藏注水开发具有指导意义。     

胜利油田高89 地区特低渗透油藏CO2驱非线性渗流规律研究

特低渗透油藏储层物性差,流体流动困难,常表现出非线性渗流特征。以往非线性渗流规律的研究以水驱为主,对CO2驱的研究较少。针对胜利油田高89地区特低渗透油藏CO2驱非线性渗流规律认识不足的问题,开展了渗流规律实验研究,揭示了CO2与原油相互作用对原油渗流特征的影响规律,建立了不同渗透率下CO2驱最小启动压力梯度计算公式及CO2驱非线性渗流规律表征模型。结果表明：特低渗透油藏CO2驱存在启动压力,原油最小启动压力梯度与流度呈良好的幂函数关系,随着流度的增加,启动压力梯度显著降低;CO2驱渗流曲线呈现“曲线段+直线段”的两段式特征,直线段的流速与压力梯度呈良好的线性关系,曲线段的流速与压力梯度呈良好的二次函数关系;CO2溶于原油后有显著的膨胀降黏效果,使得原油最小启动压力梯度明显降低,原油渗流能力增强,渗流曲线非 线性段变短。     

超低渗浅层砂岩油藏储层非线性渗流模型

以鄂尔多斯盆地渭北地区延长组浅层超低渗砂岩油藏为研究对象,基于储层岩石的应力-应变关系及应力敏感性实验研究认为,流体在渗流过程中,启动压力梯度是动态变化的。利用介质变形、应力敏感性及动态启动压力梯度等参数,采用实验方法、线性回归方法和对比法,根据非达西渗流方程,建立了超低渗浅层砂岩油藏渗流模型。结果表明:超低渗浅层砂岩油藏应力敏感模型与正常埋深储层的应力敏感性模型相似;相对于考虑静态启动压力梯度的超低渗砂岩油藏渗流模型,考虑动态启动压力梯度的超低渗砂岩油藏渗流模型,在同一泄油半径内日产油量小,并且随着泄油半径的增加,日产油量减小幅度越来越大,生产井"压降漏斗"变小、变缓。此结果与油田生产实际相吻合。     

基于压敏效应的变启动压力梯度面积井网产量计算模型

特低渗透油藏流体呈非线性流动,受压敏效应影响显著,渗透率随地层压力的变化而变化,从而导致启动压力梯度变化,严重制约油田生产。目前已有的特低渗透油藏面积井网产量计算模型未同时考虑压敏效应和变启动压力梯度问题,导致计算结果与实际情况偏差较大,适用性较差。针对这一问题,文中基于特低渗透油藏渗流理论及压敏效应公式,分析了压敏效应对渗透率和启动压力梯度的影响,建立了变启动压力梯度模型,推导了考虑压敏效应和变启动压力梯度的五点法、四点法和反九点法井网产量计算模型以及启动系数计算模型。实例结果表明,模型计算结果更接近实际情况,可用于评价不同井网条件下储层动用状况,为特低渗透油藏开发调整方案编制提供理论依据。     

特低渗透储层微观孔隙结构参数对渗流行为的影响——以鄂尔多斯盆地长6储层为例

通过压汞和渗流实验对鄂尔多斯盆地长6特低渗透储层岩心进行了孔喉结构和渗流实验研究。压汞实验表明,研究区曲线类型总体上属于B类和C类;曲线偏向图的右上方分布,中间过渡段相对较陡,进汞曲线和退汞曲线夹角较小;门槛压力和中值压力高,分选性一般;孔喉半径对渗透率的贡献由单一区域向多区域均有分布;门槛压力、中值压力等与渗透率具有良好的相关关系,但退汞效率和退汞饱和度与渗透率相关性较差。单相渗流实验表明,部分样品在低压力梯度时具有非达西渗流特征,并过渡为达西渗流;两相渗流实验结果表明,储层具有高束缚水饱和度、高残余油饱和度,两相共渗区较窄的特征。     

低渗透储层非线性渗流模型研究

依据毛管模型及边界层理论,建立了非线性渗流模型.同时利用恒速压汞实验确定了大庆低渗透油田喉道分布密度函数.应用非线性渗流模型与喉道密度分布函数,对低渗透储层中产生非线性渗流的压力梯度区域进行了准确界定,并对影响非线性渗流的因素进行了定量分析.结果表明,在非线性渗流过程中储层渗透率与启动压力梯度均为变量,二者是产生非线性渗流的主要因素.其中,渗透率的影响程度较大,但产生影响的范围较窄;而启动压力梯度的影响程度相对较小,而影响范围较大.     

Low velocity non-linear flow in ultra-low permeability reservoir

Experimental equipment is designed to investigate single-phase oil/water flow in ultra-low permeability cores, using capillary flow meter to achieve accurate measurement of fluid volume. The results confirm that the single-phase oil/water flow in ultra-low permeability cores is not consistent with Darcy's Law. Typical flow curve is a combination of straight line and concave curve. The lower permeability the core has, the stronger non-linearity the concave curve shows. Pseudo (minimum) threshold pressure gradient exists widely in utra-low permeability cores for different fluid. Physical simulation and theoretical studies have shown that the relationship between threshold pressure gradient and permeability is a power function with the power of − 1. Nonlinear factor is defined to describe nonlinear flow characteristics. Higher viscosity leads to larger nonlinear factor and wider distribution of pressure. The minimum threshold pressure gradient can be calculated by pseudo threshold pressure gradient and nonlinear factor.     

Threshold Pressure Gradient in Ultra-low Permeability Reservoirs

Abstract

In a core displacement experiment, simulated oil, formation water, injected water, and distillated water were used as fluids to measure and analyze the threshold pressure gradient (TPG) for both a single- and two-phase fluid flow. A certain Chinese oil field core sample was used, which represents a typical ultra-low permeability reservoir: “block 119.” The study indicates that different types of fluids give a different TPG versus permeability power function, with index equal to approximately ?1. The study also indicates that, due to the capillary pressure and the Jamin effect, the TPG for the two-phase oil and water is greater than that for the single-phase flow. By combining laboratory and field data, the effect of the TPG in the development of the ultra-low permeability reservoirs can be explained.     

鄯善油田油水渗流规律研究

选取鄯善油田天然岩心进行油水启动压力梯度测定和水驱油实验,绘制了油水单相渗流曲线、油水启动压力梯度与空气渗透率的关系曲线和油水相对渗透率曲线。将油水相对渗透率曲线和标准相对渗透率曲线进行了比较,得出了低渗透储层油水两相渗流的特征。应用油水相对渗透率曲线,结合油藏工程方法和生产实际,分析得到了低渗透油田注水开发的基本生产...     

超低渗透油藏水平井缝间异步周期注采补能技术

由于超低渗透砂岩油藏水平井缺乏补充能量的有效手段，为此提出水平井同井缝间轮换注采工艺。该工艺管柱由丢手接头、Y445封隔器、Y341封隔器、单向配注器、单向配产器、脱卡器组成，可实现部分压裂缝注水、部分压裂缝采油，在同一口水平井内实现分段异步注采补能。缝间异步注采增油是水驱、弹性驱、渗吸多种驱动机理综合作用的结果，相比传统的面积注水井网，更容易形成有效驱动。研究表明:水平井同井缝间异步周期注采补能方法采用水力压裂裂缝注水，油藏吸水面积大幅度增加；流场形状由径向渗流转变为线性渗流；缩短注入端与采出端的距离，提高了驱替压力梯度，有效渗透率也随之增大，这些机制综合作用起到了增油的效果。现场试验表明，水平井同井缝间异步周期注采补能方法能有效提升单井产量，可在超低渗砂岩油藏规模推广。