考虑气体滑脱效应的低渗透气藏非达西渗流数学模型

对室内物理模拟气体驱替岩心实验数据进行处理，研究了一种确定低渗气藏气体渗流克林肯贝尔常数和非达西系数的新方法。通过回归分析实验数据，得到克林肯贝尔常数与地层平均渗透率关系式，并绘制了求解其大小的理论图版，由此建立了气、水两相非达西渗流数学模型。     

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在低渗透气藏开采过程中，气体渗流受制于非达西效应和介质形变因素的影响，这影响不可忽视。然而，很少有文献来调查介质变形对低渗气藏气井产能的影响。文章建立了低渗气藏耦合流动数学模型，该模型考虑了非达西效应和介质变形因素的影响。数学模型采用有限差分隐式数值求解，对以前的一个气水两相数值模拟器源代码进行了修改，发展了一个简单的低渗气藏耦合流动数值模拟器。模拟计算分两个单元，即流体流动计算以及孔隙度、渗透率参数变化计算。算例分析结果表明：低渗气藏中孔隙度、渗透率参数变化降低气井产能的幅度比非达西流动影响大得多；不考虑耦合比考虑耦合计算的日产气量高出27%～39%。而在绝大多数气藏模拟计算中，都假定了孔隙度、渗透率参数保持常数，以致模拟计算结果比实际偏高。     

低渗气藏水平井压裂裂缝参数优化

针对低渗气藏水平井压裂产能预测和裂缝参数优化存在的主要问题，采用数值模拟的方法，从气体在低渗气藏中的渗流机理研究入手，同时考虑了气体非达西渗流对产量的影响，建立了低渗气藏水平井压裂产量预测的非达西渗流模型，利用该模型编制了低渗气藏水平井压裂产量预测及裂缝参数优化软件，并对现场实例进行了模拟优化计算，研究了裂缝条数、裂缝导流能力和裂缝长度等参数对水平井压裂产量的影响，并通过结果分析对这些参数进行了优化，得到了影响水平井产能的主要裂缝参数等。     

低渗气藏特殊渗流机理及稳定产能预测方法

不同于常规气藏,低渗气藏由于其储层物性差、含水饱和度高的特点,其渗流机理更为复杂。以低渗储层为基础,对低渗气藏特殊渗流机理进行详细阐述;同时针对目前低渗气藏产能预测考虑因素不全、产能评价结果不够准确的问题,在拟启动压力梯度模型的基础上,依据稳态渗流条件下的气藏产能方程,综合考虑气体滑脱效应、低速非达西、高速非达西、压敏效应等多重非线性效应,结合渗流力学基本原理,推导了通用气体稳定产能预测方程,并进行参数敏感性分析。结果表明:低渗气藏的低速非达西效应、高速非达西效应、压敏效应都会使气藏产能变小;如果忽略其影响,将会造成对产能的乐观评价;其中启动压力梯度和压敏系数(尤其是异常高压储层)对气井产能影响显著,滑脱因子次之,高速非达西效应影响较小。通过实例验证了产能模型的正确性,可以用于指导现场实际开发。     

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低渗透气藏中气体的渗流有其独特的特征，气体渗流受到启动压差、介质变形和滑脱效应三重因素的影响，从而导致气体在储层中的渗流为偏离达西规律的非线性流动。正是由于这种非线性流动的存在，使得低渗气藏的开发动态与中高渗透气藏相比有很大的差异。文章基于大量的实验研究，系统地分析了启动压差、变形介质和滑脱效应对低渗气藏渗流规律的影响，通过实验和机理研究建立了一种新的低渗气藏渗流的基本数学模型。实例计算表明，该模型较传统的气田开发数值模拟模型更能准确地反映低渗气藏开发动态，更好地指导了气田开发生产。     

含水低渗气藏低速非达西渗流数学模型及产能方程研究

在低速非达西渗流实验研究基础上,对含水低渗气藏气体流动特性进行了分析,并建立了含可动水、不动水和束缚水影响下的3类低速非达西渗流数学模型,推导出了气体滑脱效应和启动压力梯度分别存在和同时存在条件下的系列气井产能公式。通过实例计算证明数学模型符合现场实际,气井产能公式可为确定不同含水条件下低渗气藏气井合理的产能提供必要的理论依据。     

考虑非达西渗流的底水锥进临界产量计算模型

底水锥进是底水气藏开发的重要问题。有关临界产量计算模型的物理模型一般假设地层流体为达西渗流,忽略非达西渗流压降。对于高产气井,近井地带流体渗流速度很大,非达西渗流阻力不可忽略。笔者在临界产量计算模型中考虑高速非达西渗流对底水锥进的影响,引入拟表皮系数,建立了考虑非达西渗流的底水锥进临界产量计算模型,计算中避免了非达西渗流半径的复杂计算过程。为量化非达西渗流的影响,应用数值模拟方法,通过建立高渗、中渗、低渗底水气藏数值模型,模拟产能试井过程并建立产能方程,计算了考虑非达西渗流的底水锥进临界产量。结果表明：低渗气藏非达西渗流对临界产量计算结果的影响可以忽略;当渗透率为30 mD、射孔厚度为208.3m、避水高度为31 m时,未考虑非达西渗流的临界产量误差为14.46%,非达西渗流影响不可忽略。因此当渗透率大于30 mD时,应选用考虑非达西渗流的底水锥进临界产量计算模型,更符合实际储层流体渗流规律。     

低渗透气藏中气体低速非达西渗流特征实验研究

近年来，随着低渗透油气藏的不断开发，对低渗透油气藏中流体渗流规律的研究越来越引起人们关注。本文针对低渗气藏中气体低速非达西渗流进行了大量的实验研究。通过对实验现象的探讨认识到：低渗储层岩石中单相气体低速渗流具有非达西渗流特征，表现为渗流曲线直线段的延伸与流速轴相交，即存在一个“拟初始流速”；低渗储层岩石在一定含水饱和度下，气体低速非达西渗流特征更为明显。残余水饱和度存在所产生的毛管阻力，使气体渗流曲线低速段的形态与单相气体渗流时相反，呈现上凹形态。在相应的克氏回归曲线上，存在着明确的临界点。临界点以下，气体渗流受毛管阻力影响，表现为气体(视)有效渗透率随压力增大而增大；临界点以上，气体渗流受滑脱效应影响，表现为气体(视)有效渗透率随压力增大而减小。气体低速渗流曲线特征与储层岩石渗透率和残余水饱和度密切相关，随渗透率增大和残余水饱和度的降低，气体低速非达西型渗流逐渐向达西型渗流过渡。     

低渗储层特殊渗流机理和低渗透气井动态特征探讨

本文针对低渗储层气体低速非达西渗流机理这一前沿课题,介绍了开展实际低渗岩样特殊渗流实验的结果和认识,探讨了低渗岩石气体低速非达西渗流的物理实质和一般规律,认识到了含水状态下岩样渗流偏离达西定律的现象并可以用"启动压差"和"临界压力梯度"两个参数来描述.在实验研究基础上建立了描述气体低速非达西渗流的数学模型,采用幂级数解法求得低渗储层气体低速非达西渗流模型繁荣通解.在此基础上通过大量的计算和分析理论曲线,提出了低渗气井不稳定试井曲线的后期段连续上翘的原因在于气体低速非达西渗流的新观点.文章最后介绍了上述研究成果在四川低渗气井试井分析中的应用实例,对低渗气井的试井分析具有一定指导作用.     

低渗透气藏非达西渗流三项式产能方程的建立

低渗透气藏由于存在启动压力梯度,气体的渗流不再符合达西定律。考虑启动压力梯度影响,从气体多孔介质渗流力学理论出发,基于低渗透气藏非达西低速稳定渗流微分方程,建立了考虑启动压力梯度影响的低渗透气藏三项式产能方程,并提出了求解方法。通过某气藏的实际资料计算结果表明提出的方法切实可行,计算结果可靠。     

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低渗气田的开发在我国油气田开发中起着越来越重要的作用，故研究低渗气层中气体的基本渗流规律有着理论和应用价值。文章通过实验方案的设计和优化，选取典型的岩心, 记录了CO₂、N₂和He等气体在不同岩心中渗流时的进出口压力和流量值。对以上实验数据进行分析，其结果为：气体在低渗透岩心中的渗流不遵循达西渗流规律，表现为视渗透率在渗流过程中随气体性质、外界温度和压力等因素的变化而变化。从岩心、气体的物理性质以及力学角度分析认为，低渗透岩心中的气体非达西渗流是由克林贝尔效应引起。文章还从岩心和气体的特性，以及温度、压力等因素系统地研究了气体渗流克林贝尔效应的影响因素，确定出克林贝尔效应常数的变化规律为：克林贝尔效应常数（b）与岩心综合参数成正比，与绝对温度（T）成正比，与气体的黏度成正比，与气体分子量的平方根成反比。所建立的低渗气层中气体的渗流规律为低渗透气田开发方案的制定奠定了理论基础。     

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在低渗透气藏开发领域的理论研究与工程实际应用中,需要根据渗流运动定律建立渗流数学模型,以对工程技术指标进行定量计算与分析。文章分析了在含束缚水条件下低渗透岩石介质气体渗流实验结果,得到了其渗流规律及特征,即在气体渗流速度与压力梯度的关系图上表现为从较低压力梯度下的凹形曲线至较高压力梯度下的直线连续变化的非线性渗流曲线。根据渗流实验结果,建立了含束缚水的低渗渗透岩石介质气体非线性渗流定律。该定律与气体渗流实验结果吻合很好。达西线性渗流定律只是本定律的特例。新的非线性渗流定律可运用于低渗透介质气体非线性渗流理论及工程应用研究,为低渗透介质天然气资源开发与低渗透岩石介质环境地质工程评价奠定了理论基础,对多种领域的工程实际应用具有重要指导意义。     

低渗透油藏毛细管压力动态效应

通过实验测定和数值模拟研究,分析低渗透油藏油水两相渗流毛细管压力动态效应,以明确其对水驱油特征的影响规律。建立了动态毛细管压力测量实验装置,对动态毛细管压力和含水饱和度变化率之间的关系进行了测定,并求得低渗透岩心的毛细管动态系数。基于测定结果建立了一维水驱油渗流数学模型,并用其研究了注水过程中动态毛细管压力对低渗透油藏水驱油渗流规律的影响。结果表明,低渗透油藏毛细管压力的动态效应非常显著,不能忽略;动态毛细管压力和湿相饱和度变化率之间近似为线性关系,且不同渗透率岩心的毛细管动态系数大小不尽相同,岩心渗透率越低,毛细管动态系数值越大,毛细管动态效应越明显,启动压力梯度越大。认为毛细管压力动态效应是造成低渗透油藏油水两相流动符合非达西渗流规律的原因之一,会对水驱油前缘的推进速度、沿程压力分布、见水时间、产油量、采出程度等开发指标产生影响。     

变形介质地层低渗非达西渗流的油藏数值模拟

低渗油藏液体渗流存在一定启动压差,即只有当压力梯度超过某一阀值后液体才开始流动,其渗流规律不满足达西定律。通常存在着启动压力梯度阀值和地层绝对渗透率随地层压力动态变化的现象,为此建立了变形介质地层低渗非达西渗流的数学模型与数值模型;研制出了变形介质低渗非达西渗流的油藏数值模拟软件,它能模拟其他油藏数值模拟软件不能有效模拟的地层绝对渗透率动态变化和渗流规律不满足达西定律的油水两相三维渗流问题。     

低渗透气藏气井产能试井资料分析方法研究

低渗透气藏渗流机理不同于常规气藏，尤其是束缚水饱和度（S_wr＞30%）较高的低渗透气藏存在启动压力梯度，从而使测得的气井修正等时试井资料二项式产能分析曲线斜率为负值，无法分析应用。为此，文章基于低渗透气藏非达西低速不稳定渗流微分方程，推导出具有启动压力梯度的低渗透气藏气井稳定产能方程和不稳定产能方程，并提出低渗透气藏等时试井资料优化分析新方法，应用该方法不仅可以快速确定气井产能方程,评价气井产能，同时还能求出气藏的启动压力梯度、渗透率、表皮系数等物性参数。实例应用表明，所提出的产能试井分析新方法具有实用价值。     

特低渗透油藏流体渗流特征试验研究

以长庆油田三叠系长6油藏为例,通过实验研究了压力、温度对低渗油藏渗流特性的影响和加表面活性剂改善两相渗流的效果。结果表明,特低渗透油藏中．提高温度和系统压力,可以降低原油渗流的初始启动压力,改善非达西渗流特性;向注入水中加入表面活性体系,可以有效地增加油水两相同流区,从而提高水驱采收率。     

考虑启动压力梯度的低渗透气藏不稳定渗流模型

低渗透气藏气体渗流存在启动压力梯度,为准确描述存在启动压力梯度的低渗透气藏的不稳定渗流问题,在前人研究成果的基础上,根据存在启动压力梯度的低速非达西渗流的特点(流体流动边界不断向外扩展),建立了一个考虑启动压力梯度的低渗透气藏非线性渗流数学模型.采用格林函数法与数值逼近法相结合的方式对低渗透气藏的非线性渗流数学模型进行求解,建立了单井控制半径的求解方程,同时制作了计算控制半径的图版,利用该图版可以方便地计算出单井的控制半径.实例计算表明,采用考虑启动压力梯度的不稳定渗流模型能够正确地反映低渗透气藏的渗流机理和开采动态.     

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在低渗透油气藏中，油气藏流体的流动一般不遵循达西定律，而是低速非达西流。水力压裂已成为开发低渗透油气藏的较为常用且相当有效的增产措施，试井在分析压裂井动态方面有其独特的作用。文章针对低渗透油气藏中的低速非达西流，从渗流力学基本理论出发，在总结、继承前人成果的基础上，给出了低速非达西流下考虑表皮和井筒存储效应的有限导流垂直裂缝井三线性流动试井分析模型，用积分变换的方法求得了该模型的Laplace空间解，并利用Stehfest方法对此解进行了数值反演，作出了考虑表皮和井筒存储效应、不考虑表皮和井筒存储效应以及不同启动压力梯度下的模型的试井分析曲线。文章对上述典型曲线进行了特征分析，在考虑井储和表皮效应的情况下，对现场实例进行了拟合分析，拟合效果较好。     

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文章针对非均质低渗气藏高、低渗透区动态储量难以确定的问题，建立了复合气藏物质平衡方程，结合产量累计法，提出了计算非均质低渗透气藏动态储量新方法。应用该方法可分别确定非均质气藏高渗区和低渗区的动态储量，估算不同开采时间低渗区对高渗区补给气量的大小，为气井的合理配产提供依据。通过实例分析表明，该方法计算简单、实用，满足工程精度要求，对非均质低渗透气田的开发有重要意义。