论文部分内容阅读
[摘 要]由于梁家楼油藏中渗透率小于3×10-3μm 的储层占总储量的88%，存在明显的启动压力梯度，为分类确定开发方式，需要进行不同驱替方式下的启动压力梯度研究，为梁家楼油藏合理开发提供依据。
[关键词]梁家楼；压力梯度；渗流规律
中图分类号：TE326 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0398-01
梁家楼渗透油藏渗流存在启动压力梯度，渗流规律呈非线性特征、岩石的渗透率不是常数，随压力梯度变化，低流速下渗透率随流速的增加而增加的特点，针对这一特点，胜利油田地质院通过室内渗流规律研究定量描述油藏形态，推导出了低渗透油藏的极限供油半径公式，但是它的渗流试验岩心来自一般低渗透，极限供油半径公式在梁家楼特低渗透油藏中适应性差。因此本次试验优选了22块岩心，80%以上气测渗透率小于1个×10-3μm2，属于特低、超低渗储层，代表性较强。
梁家楼油田启动压力梯度产生的原因：
岩石孔隙中的流体分为体相流体（位于孔隙中间不受边界影响）和边界流体（位于边界，受孔隙壁面影响）。低渗透油藏孔隙细小，边界层流体在孔隙中所占的比例较大。流体在岩石孔隙中渗流时往往伴随一些物理化学作用，从而对渗流规律产生很大影响。油、水在油藏中渗流时除粘滞阻力外，还有油与岩石的吸附阻力或水化膜的吸引阻力，只有当驱动压力克服这种附加阻力后，液体才能流动。边界层内流体都存在这种力的作用，当边界层厚度达到孔隙中间时，只有当孔隙两端的压力达到一定值后，孔隙内的流体才开始流动，这就是启动压力。启动压力梯度为启动压力与岩石长度的比值。
当边界层厚度达到岩石最大孔隙中间时，岩石中流体流动存在启动压力梯度；当边界层厚度小于岩石最大孔隙半径时，不存在启动压力梯度，启动压力梯度为零。随压力梯度增加，较大孔隙中参与流动的流体的数量增加，同时当大于较小的孔隙的启动压力梯度后，较小的孔隙中的流体也开始参与流动。因此，随压力梯度增加，流速与压力梯度的关系呈如图1-2-1所示的曲线。
曲线中，A点对应的压力梯度为最小启动压力梯度，压力梯度小于此点对应的值，流体不流动；C点对应的压力梯度为最大启动压力梯度，压力梯度大于此点对应的值，渗流呈现线性渗流（EF段）；B点为直线段EF的延长线与压力梯度轴的交点，称为拟启动压力梯度。
2.1.2束缚水下油相启动压力梯度研究
本次实验主要通过不同渗透率低渗岩心在束缚水下油相的最小启动压力和流速压差实验，研究低渗岩心的渗流规律。实验岩心全部采用纯梁采油厂梁家楼油藏不同渗透率的特低渗透岩心，采用不稳定的方法进行启动压力梯度的测定。测定了22块岩心的启动压力，实验结果如表2-2所示。并得出了最小启动压力梯度与（气测渗透率与油相粘度之比）的关系，由图2-2可知：最小启动压力梯度与渗透率与粘度的比值成乘幂关系（关系式为：）；随渗透率的增大而降低，当渗透率与原油粘度比值<0.5时，最小启动压力梯度随渗透率的降低而迅速增大。
注：岩样标号后的V表示该岩样为垂直于油层所取，测定的渗透率为油层的垂向渗透率。
通过实验进行束缚水下油相单相渗流流量-压差实验，得出束缚水油相流量---压差关系，从曲线中可以看出
①渗透率越低的岩心在同样的压力梯度下流速越小。
②岩心渗透率越低，渗流曲线非线性段延伸越长。因为岩石渗透率越低，孔隙越小，启动压力越大，全部孔隙中的流体参与流动时所需要的压力梯度越大，当流度小于0.5（渗透率小于1）之后，最小启动压力梯度随渗透率的降低而迅速增大。
③渗流曲线直线段的延长线与压力梯度相交于某—点而不经过坐标原点，即存在启动压力梯度，渗透率越小启动压力梯度越大。
通过室内单相水条件下启动压力梯度研究，得出单相水与束缚水油相下最小启动压力梯度的关系，从图2-4中可以看出，单相水下最小启动压力梯度随（kg/μ）比值增大而降低；Swc下油相启动压力梯度大于水相。
实验表明：两相渗流时启动压力梯度是随着含水饱和度的改变而变化的。这是由于在水驱油两相渗流过程中，随着含水饱和度的不断增大，油水两相各自所占据的孔隙空间在不断的改变，其流动的通道也在不断的改变。因而，各种阻力也在不断改变，所以启动压力梯度也在不断变化。
梁家楼油田油水共渗时存在一个综合粘度的概念，由于启动压力在渗透率一定的情况下主要与流体的粘度有关，那么含水饱和度不断增加的过程，就相当于地层流体不断被稀释的过程。阎庆来等人认为：油水两相启动压力梯度包含两个部分，一部分是由于流体与孔隙介质表面作用产生的粘滞阻力（即渗流边界层的影响），另一部分是由两种流体间的相互作用产生的毛管阻力。
第一部分和油水单相渗流启动压力产生的机理相同。油水两相为不混融流体，在渗流过程中，油水沿各自占据的孔隙空间流动。在各自的孔隙空间内，油水分别与孔隙壁面产生作用，产生各自的边界层流体和体相流体。这一点与单相渗流启动压力的产生机理是完全相同的。但是由于油水两相渗流是一个动态的过程，地层中的含水饱和度随渗流过程的进行在不断的变化，油层中各点的饱和度也在不断的发生变化。而油相与水相由于粘度和所含极性物质量的不同，各自与孔隙壁面的作用力以及所产生的渗流边界层的厚度也存在很大差异。在这一前提下，由于油水占据孔隙壁面空间比例的变化，油相与水相所产生的启动压力的总和也一定是发生变化的。
以上针对油水两相启动压力的论述是基于渠道流态假设成立的前提下得到的认识。但两相渗流过程中不可避免产生的毛管阻力是否对启动压力值也有所影响呢？秦积舜、李爱芬等人系统的对两相流体通过多孔介质所产生的毛管力进行了分析。认为，在等直径的毛管孔道中，存在着三种类型的毛管力作用，一是流体静止时球形弯液面与柱面所产生的毛管力之差为第一类毛管力；二是流体流动时球形弯液面变形所产生的第二类毛管力；三是非湿相流体通过喉道克服变形所产生的第三类毛管力。流体在多孔介质中渗流时需要克服以上三种毛管力的阻力作用。低渗岩心因孔道细小，毛管力的作用已经不能忽略，对启动压力值的大小也存在一定的贡献。
结论：在多孔介质特征及其对渗流影响的论述中，结合油水在毛细管中的运动特点，系统地对低渗透油藏中的毛管力进行了分析。分析认为第三种毛管力（贾敏效应）是增加渗流阻力的主要因素，贾敏效应是分散的非润湿相堵在喉道处所产生的附加渗流阻力，相当于增加了流体的粘滞力。当施加的驱动力尚未克服贾敏效应所表现出的阻力时，非湿相是不流动的。但微观渗流实验表明，在这种条件下，湿相是可动的，它的流动形式为薄膜流，即湿相沿多孔介质孔隙壁液膜层流动。这就说明了，在低渗岩心中，当有足够的含油饱和度，没有分散的油滴时，不存在贾敏效应给启动压力提供贡献；而当存在分散的油滴时，存在的贾敏效应也不能阻止水相的启动，而水相的流动是能带动其他不在喉道处的油滴的。因此，能够给两相启动压力提供贡献的主要是第一类和第二类毛管力。
两相启动压力的测定实验采用稳定法，稳定法的具体操作是固定油水体积比、多次改变总流量的方法驱替岩心，实验的目的是为了研究不同油水饱和度下两相渗流启动压力的变化规律。当每一次的流量、压力稳定后，记录压力和流量，测定岩心中的含水饱和度（以下实验采用称重法），可以得到某一个饱和度下的油水总的流量压差曲线。把流量压差曲线经拟合并延长至与压力轴相交，则交点所代表的压力值即为该饱和度下的两相启动压力。改变油、水的比例，重复以上步骤，就可以测得不同含水饱和度下，油水两相渗流启动压力，观察启动压力值随含水饱和度的变化规律。
[关键词]梁家楼；压力梯度；渗流规律
中图分类号：TE326 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0398-01
梁家楼渗透油藏渗流存在启动压力梯度，渗流规律呈非线性特征、岩石的渗透率不是常数，随压力梯度变化，低流速下渗透率随流速的增加而增加的特点，针对这一特点，胜利油田地质院通过室内渗流规律研究定量描述油藏形态，推导出了低渗透油藏的极限供油半径公式，但是它的渗流试验岩心来自一般低渗透，极限供油半径公式在梁家楼特低渗透油藏中适应性差。因此本次试验优选了22块岩心，80%以上气测渗透率小于1个×10-3μm2，属于特低、超低渗储层，代表性较强。
梁家楼油田启动压力梯度产生的原因：
岩石孔隙中的流体分为体相流体（位于孔隙中间不受边界影响）和边界流体（位于边界，受孔隙壁面影响）。低渗透油藏孔隙细小，边界层流体在孔隙中所占的比例较大。流体在岩石孔隙中渗流时往往伴随一些物理化学作用，从而对渗流规律产生很大影响。油、水在油藏中渗流时除粘滞阻力外，还有油与岩石的吸附阻力或水化膜的吸引阻力，只有当驱动压力克服这种附加阻力后，液体才能流动。边界层内流体都存在这种力的作用，当边界层厚度达到孔隙中间时，只有当孔隙两端的压力达到一定值后，孔隙内的流体才开始流动，这就是启动压力。启动压力梯度为启动压力与岩石长度的比值。
当边界层厚度达到岩石最大孔隙中间时，岩石中流体流动存在启动压力梯度；当边界层厚度小于岩石最大孔隙半径时，不存在启动压力梯度，启动压力梯度为零。随压力梯度增加，较大孔隙中参与流动的流体的数量增加，同时当大于较小的孔隙的启动压力梯度后，较小的孔隙中的流体也开始参与流动。因此，随压力梯度增加，流速与压力梯度的关系呈如图1-2-1所示的曲线。
曲线中，A点对应的压力梯度为最小启动压力梯度，压力梯度小于此点对应的值，流体不流动；C点对应的压力梯度为最大启动压力梯度，压力梯度大于此点对应的值，渗流呈现线性渗流（EF段）；B点为直线段EF的延长线与压力梯度轴的交点，称为拟启动压力梯度。
2.1.2束缚水下油相启动压力梯度研究
本次实验主要通过不同渗透率低渗岩心在束缚水下油相的最小启动压力和流速压差实验，研究低渗岩心的渗流规律。实验岩心全部采用纯梁采油厂梁家楼油藏不同渗透率的特低渗透岩心，采用不稳定的方法进行启动压力梯度的测定。测定了22块岩心的启动压力，实验结果如表2-2所示。并得出了最小启动压力梯度与（气测渗透率与油相粘度之比）的关系，由图2-2可知：最小启动压力梯度与渗透率与粘度的比值成乘幂关系（关系式为：）；随渗透率的增大而降低，当渗透率与原油粘度比值<0.5时，最小启动压力梯度随渗透率的降低而迅速增大。
注：岩样标号后的V表示该岩样为垂直于油层所取，测定的渗透率为油层的垂向渗透率。
通过实验进行束缚水下油相单相渗流流量-压差实验，得出束缚水油相流量---压差关系，从曲线中可以看出
①渗透率越低的岩心在同样的压力梯度下流速越小。
②岩心渗透率越低，渗流曲线非线性段延伸越长。因为岩石渗透率越低，孔隙越小，启动压力越大，全部孔隙中的流体参与流动时所需要的压力梯度越大，当流度小于0.5（渗透率小于1）之后，最小启动压力梯度随渗透率的降低而迅速增大。
③渗流曲线直线段的延长线与压力梯度相交于某—点而不经过坐标原点，即存在启动压力梯度，渗透率越小启动压力梯度越大。
通过室内单相水条件下启动压力梯度研究，得出单相水与束缚水油相下最小启动压力梯度的关系，从图2-4中可以看出，单相水下最小启动压力梯度随（kg/μ）比值增大而降低；Swc下油相启动压力梯度大于水相。
实验表明：两相渗流时启动压力梯度是随着含水饱和度的改变而变化的。这是由于在水驱油两相渗流过程中，随着含水饱和度的不断增大，油水两相各自所占据的孔隙空间在不断的改变，其流动的通道也在不断的改变。因而，各种阻力也在不断改变，所以启动压力梯度也在不断变化。
梁家楼油田油水共渗时存在一个综合粘度的概念，由于启动压力在渗透率一定的情况下主要与流体的粘度有关，那么含水饱和度不断增加的过程，就相当于地层流体不断被稀释的过程。阎庆来等人认为：油水两相启动压力梯度包含两个部分，一部分是由于流体与孔隙介质表面作用产生的粘滞阻力（即渗流边界层的影响），另一部分是由两种流体间的相互作用产生的毛管阻力。
第一部分和油水单相渗流启动压力产生的机理相同。油水两相为不混融流体，在渗流过程中，油水沿各自占据的孔隙空间流动。在各自的孔隙空间内，油水分别与孔隙壁面产生作用，产生各自的边界层流体和体相流体。这一点与单相渗流启动压力的产生机理是完全相同的。但是由于油水两相渗流是一个动态的过程，地层中的含水饱和度随渗流过程的进行在不断的变化，油层中各点的饱和度也在不断的发生变化。而油相与水相由于粘度和所含极性物质量的不同，各自与孔隙壁面的作用力以及所产生的渗流边界层的厚度也存在很大差异。在这一前提下，由于油水占据孔隙壁面空间比例的变化，油相与水相所产生的启动压力的总和也一定是发生变化的。
以上针对油水两相启动压力的论述是基于渠道流态假设成立的前提下得到的认识。但两相渗流过程中不可避免产生的毛管阻力是否对启动压力值也有所影响呢？秦积舜、李爱芬等人系统的对两相流体通过多孔介质所产生的毛管力进行了分析。认为，在等直径的毛管孔道中，存在着三种类型的毛管力作用，一是流体静止时球形弯液面与柱面所产生的毛管力之差为第一类毛管力；二是流体流动时球形弯液面变形所产生的第二类毛管力；三是非湿相流体通过喉道克服变形所产生的第三类毛管力。流体在多孔介质中渗流时需要克服以上三种毛管力的阻力作用。低渗岩心因孔道细小，毛管力的作用已经不能忽略，对启动压力值的大小也存在一定的贡献。
结论：在多孔介质特征及其对渗流影响的论述中，结合油水在毛细管中的运动特点，系统地对低渗透油藏中的毛管力进行了分析。分析认为第三种毛管力（贾敏效应）是增加渗流阻力的主要因素，贾敏效应是分散的非润湿相堵在喉道处所产生的附加渗流阻力，相当于增加了流体的粘滞力。当施加的驱动力尚未克服贾敏效应所表现出的阻力时，非湿相是不流动的。但微观渗流实验表明，在这种条件下，湿相是可动的，它的流动形式为薄膜流，即湿相沿多孔介质孔隙壁液膜层流动。这就说明了，在低渗岩心中，当有足够的含油饱和度，没有分散的油滴时，不存在贾敏效应给启动压力提供贡献；而当存在分散的油滴时，存在的贾敏效应也不能阻止水相的启动，而水相的流动是能带动其他不在喉道处的油滴的。因此，能够给两相启动压力提供贡献的主要是第一类和第二类毛管力。
两相启动压力的测定实验采用稳定法，稳定法的具体操作是固定油水体积比、多次改变总流量的方法驱替岩心，实验的目的是为了研究不同油水饱和度下两相渗流启动压力的变化规律。当每一次的流量、压力稳定后，记录压力和流量，测定岩心中的含水饱和度（以下实验采用称重法），可以得到某一个饱和度下的油水总的流量压差曲线。把流量压差曲线经拟合并延长至与压力轴相交，则交点所代表的压力值即为该饱和度下的两相启动压力。改变油、水的比例，重复以上步骤，就可以测得不同含水饱和度下，油水两相渗流启动压力，观察启动压力值随含水饱和度的变化规律。