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.     

低渗油藏CO2混相驱启动压力梯度实验研究

低渗透油藏开发过程中存在启动压力梯度,CO₂混相驱过程复杂,需要进行深入研究。将CO₂混相驱过程分为原始油相带、注气前缘带、混相油带和注气后缘带,主要采取短岩心驱替实验测定启动压力梯度。研究表明,低渗透岩心的压力梯度与流量关系图都呈凹型分布,存在非线性流动和线性流动。启动压力梯度的主要影响因素有流体粘度、有效渗透率、流体密度和气油比等。启动压力梯度与岩心渗透率成幂函数变化,指数为-0.482。     

低渗油藏束缚水下油相启动压力梯度分析

低渗油藏流体渗流具有一定的启动压力梯度,但目前对启动压力梯度的确定方法不一,且主要考虑的是单相流体（如单相油）的启动压力梯度.文中则通过室内物理模拟实验测试单相水、单相油以及束缚水下的油相流动启动压力梯度.结果表明：通过驱替实验数据回归得到的最小启动压力梯度比直接测得的要小得多,更贴近现场实际;最小启动压力梯度与渗透率呈较好的幂函数负相关关系,即随着渗透率增加,启动压力梯度逐渐减小;渗透率相同时,单相油的启动压力梯度要大于单相水,而束缚水下的油相启动压力梯度要明显大于单相油和单相水.对油井产能来说,在注采井距确定和油藏数值模拟中,应考虑束缚水下的油相启动压力而非单相油.研究结果对低渗—特低渗油藏渗流理论研究具有重要意义.     

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...     

致密砂岩低流速下的达西流动

达西定律是描述储集层中流体流动特征的经典定律,但低速非达西流动现象及理论对达西定律在低流速下的适用性提出了质疑。吉木萨尔凹陷典型致密砂岩的孔隙形状多样,分布不均,呈现极细喉—中大孔组合方式。采用高效精准实验设备开展低速渗流实验,实验流体为矿化水和模拟油,采用高精度注射泵保证流体恒速流动。通过乘幂关系表征压力梯度—达西流速关系,对基于渗透率的阻力系数—雷诺数关系进行分析,来判断流体流动状态。结果表明,压力梯度—达西流速的乘幂关系和阻力系数—雷诺数关系的判断结果一致,在吉木萨尔凹陷致密砂岩储集层中,流体在低流速下均符合线性流动。此外,根据流量—压力梯度曲线分析,吉木萨尔凹陷致密砂岩储集层中单相流体在低流速下基本符合线性流动,且致密砂岩中单相流体的流动行为与岩石的性质有关,与流体类型无关。     

大庆特低渗砂岩单相水启动压力梯度实验研究

实验选取4块大庆低渗透砂岩岩心,渗透率分布0.1～110-3μm2,利用毛细管平衡法研究了岩样的非达西渗流过程。本实验周期长达3个月,精确度高,实验结果表明:低渗砂岩岩样存在启动压力梯度,流量-压力梯度曲线呈上凹变化,且随着气测渗透率的降低,曲线逐渐右移;流度越大,启动压力梯度越小,同时通过建立低渗岩样的启动压力梯度和流度的双对数坐标曲线,回归得到了启动压力梯度和流度的关系;实验后期表现出异常的渗吸现象,通过计算渗吸量与孔隙体积的比值(即渗吸度),得到平均渗吸度在13%左右,这对于提高低渗油藏的采收率有着重要意义。     

稠油油藏启动压力梯度实验

国内外对稠油油藏启动压力梯度主要进行了理论研究,实验研究很少,且多采用管流模型,较少考虑黏度对启对压力梯度的影响,这与稠油在真实岩心或油层中流动状态相差很大。根据稠油油藏渗流特点,设计了合理确定稠油启动压力梯度的实验测试方法,并利用克拉玛依油田天然岩心,研究了存在束缚水情况下稠油油藏的启动压力梯度和流速与压力梯度关系;通过对实验数据回归,得到了启动压力梯度、流速—压力梯度曲线参数与岩石气测渗透率、流体黏度关系的经验公式。实验结果表明,原油黏度对稠油油藏启动压力梯度的影响大于储集层物性的影响;将研究结果应用于稠油油藏,给出了根据启动压力梯度确定极限泄油半径和合理井距的理论计算方法,为稠油油藏的合理开发提供了较可靠的依据。     

低（特低）渗透油藏极限注采井距确定的新方法探索

国内外许多实验表明,当储层渗透率低到一定程度后,其渗流特征不符合达西定律,即当驱动压力梯度较小时,流体不能流动,只有当驱动压力梯度达到一定值后,流体才开始流动。而低（特低）渗透油藏具有低孔、低渗的特点,因此具有较高的启动压力梯度,即渗流呈“非线性”特征,在低（特低）渗透油藏井网部署中必须考虑该因素。低渗油藏油水渗流时启动压力现象的存在,使注采井距理论上存在一个最大值,结合单井产量公式,可以计算出给定注采压差条件下低渗油藏的最大注采井距,从而为合理注采井网的部署提供依据。为此,本文基于低渗透油藏的渗流机理的分析和研究,推导出了适合低渗透油藏的极限注采井距的新的方法。     

特低渗透储层油水渗流特征研究

通过室内实验，研究分析了特低渗透储层岩样启动压力梯度与渗透率的关系，利用建立的恒压法油水测定公式测定了油水相对渗透率曲线，描述了特低渗透储层样品的不同压力梯度对渗流特征的影响。这将为特低渗透储层开发提供理论实验依据，对合理开发特低渗透油田有着十分重要的意义。     

Ultra-low Permeability Rocks: Laboratory Measurement and Low Pressure Gradient Analysis

The flow curve of standard brine (salinity: 80 g/L), kerosene, and light crude oil in the ultra-low permeability core plugs with full diameter drilled from the Erdos basin have been measured through fully automatic flooding system-AFS300 provided by Core Lab of America (Houston, TX) under low pressure gradient (0.005–0.3 MPa/m) with the steady-state approach. The experiments indicated that the flow rate of the downstream of the core plug increases linearly as the increase of the pressure gradient and nonlinearity was not observed. In a way, the experiments indicated that the Darcy law holds in the ultra-low permeability in the experiment and the interaction force between the porous surface of the cores and the brine, kerosene, and light crude oil cannot cause nonlinearity.     

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。     

低渗透油藏拟启动压力梯度

对大庆外围和长庆西峰油区低渗透油藏岩心进行了恒速压汞、核磁共振和渗流实验,从不同角度研究了低渗透储集层拟启动压力梯度形成原因及影响因素.由于储集层中固液作用形成的边界层的存在,且低渗透油藏喉道非常微细,因而低渗透油藏流体流动需要克服启动压力梯度.在低压力下,参与渗流的喉道少,岩心断面上的渗流截面小,随着驱动压力增加,参与渗流的喉道数量增加,岩心断面上的渗流截面增大.储集层的孔隙结构特征、可动流体饱和度对拟启动压力梯度有显著的影响.主流喉道半径及可动流体饱和度越大,拟启动压力梯度越小.拟启动压力梯庹是储集层渗流非线性程度和渗流能力的表征参数,是孔隙结构、固液作用的综合体现.图6参14     

表面活性剂对超低渗透油藏渗流特征的影响

针对超低渗透岩心,通过宏观驱替实验研究不同界面张力的表面活性剂对单相启动压力、油水两相启动压力、相对渗透率曲线、降压效果及提高采收率效果的影响,分析表面活性剂对超低渗透油藏渗流规律的影响。研究结果表明,随驱替液界面张力的降低,单相启动压力明显降低。油水两相启动压力实验中,在油水两相相同流速比下,随界面张力的降低,油水两相启动压力梯度逐渐降低,含水饱和度逐渐增大。从束缚水饱和度到残余油饱和度,随含水饱和度的增加,油水两相启动压力梯度先缓慢下降,后迅速下降。相渗曲线实验中,随表面活性剂质量分数的增加,油水两相渗流区增大,油相相对渗透率增大,残余油下水相相对渗透率增加,残余油饱和度降低,油气采收率升高,水相(端点以内)渗透率基本没有变化。表面活性剂段塞驱替实验中,岩心一次水驱后,注入表面活性剂可明显降低超低渗透岩心的注入压力、提高岩心采收率,且油水界面张力越低,降压效果越好,提高采收率幅度越大。     

低渗透压敏油藏油井流入动态方程及其应用

注水开发的低渗透油藏存在启动压力和压力敏感性,使开发难度加大。当流压低于饱和压力以后,流入动态指示曲线凹向压力轴,会出现一个产量最大点。在前人研究的基础上,从平面径向拟稳态渗流规律出发,考虑启动压力梯度和压力敏感效应对油藏渗流的影响,与油相和液相相对流动能力方程相结合,建立了具有最大产量点的低渗透压力敏感油藏直井流入动态方程,据此可对油藏产能进行评价预测,确定出油井最低允许流动压力和油井的合理工作制度。在龙南、新站油田的应用表明,预测值与实测值比较吻合,满足矿场工程精度要求,说明所建立的流入动态方程能有效评价预测油井产能和确定油井允许的最小流压界限,为充分发挥油井生产能力、合理高效开发低渗透压力敏感油藏提供了理论依据。     

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。     

低渗透砂岩石油运移及成藏特征模拟实验

采用计算机控制和改变低渗透岩心中流体注入压力的方法,研究低渗透砂岩中石油运移及成藏的特征.模拟实验初步研究结果表明:1)低渗透岩层石油运移表现为非达西流,渗流曲线主要为上凹型曲线,其次为变性达西流曲线;2)岩心渗透率大小对渗流曲线的位置、非线性段的曲率和变化范围及直线段在压力梯度轴的截距具有很大的影响;3)低渗透岩心中含油饱和度的增大过程可划分为快速增长、缓慢增长和稳定3个阶段,其最终含油饱和度大部分在35%～60%;4)低渗透岩心的含油饱和度与孔隙度、渗透率的关系并不是简单的线性关系,但是充注动力与含油饱和度具有相对较好的正相关关系.     

考虑压敏效应的变启动压力梯度试验研究

低渗透变形介质油藏中流体渗流不服从达西定律,存在启动压力以及较强的压敏效应,压敏效应会对启动压力梯度产生影响。采用模拟地层水驱替存在较强压敏效应的天然岩心,测得了有效应力变化对孔隙度和渗透率的影响和单相水驱时的启动压力梯度,获得了不同有效应力作用下的孔隙度和渗透率及不同渗透率岩心所对应的启动压力梯度。采用最小二乘法对试验数据进行回归,得到了孔隙度和渗透率随有效应力变化的模型、启动压力梯度随渗透率变化的模型及考虑压敏效应的启动压力梯度数学模型,提出了变启动压力梯度的概念。研究表明,低渗透变形介质油藏的启动压力梯度随有效应力的增大而增大;在生产过程中应选择合理的生产压差和注水时机,保持合理的地层压力,防止启动压力梯度增大对产量造成影响。      

低渗透砂岩油藏平面径向渗流流态分布

为了研究低渗透储集层中流体非达西渗流规律，在室内非达西渗流实验的基础上，将低渗透储集层中流体的渗流分为非流动、非线性渗流和拟线性渗流3种渗流状态并给出了各渗流状态的渗流方程，以此为依据，推导出了单相平面径向渗流流态分布规律公式，可用以定量地确定油井周围3种流态的分布范围。两相平面径向渗流流场中各点的饱和度不断变化，拟线性渗流区、非线性渗流区的范围也不断变化，因此在确定流态分布范围时，应在单相最小驱替压力梯度和临界驱替压力梯度公式中乘以两相驱替系数。根据流态分布，提出了确定低渗透油藏合理井距的方法和理论公式。应用该研究成果对国内5个典型加密试验区进行了井距计算，取得了较好的效果。图4表1参9     

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。     

特低渗透岩心单相渗流实验研究

为研究特低渗透油藏岩心气、油或水单相流动渗透率的变化，利用朝阳沟油田扶杨油层岩心进行了室内实验，证实了特低渗透岩心单相流体渗流的启动压力和渗透率降低幅度与所用流体性质有关，启动压力增大幅度随气测渗透率减小而增加，渗透率降低幅度随着气测渗透率的降低而增大。