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大庆扶杨低渗透油层渗流机理研究与应用

王延峰  
【摘要】: 本文从影响渗流的三大要素,即流体(主要是流体的组成和物理化学性质)、孔隙介质(主要是多孔介质的孔隙结构和物理化学特性)、流动状况(主要是流动的环境、条件和流体与固体之间的相互作用)的变化出发,通过室内实验研究了大庆外围油田扶余、杨大城子(简称扶杨)油层的孔隙介质和流体的物理化学特征、渗流特征。在室内实验研究和全面总结前人研究成果的基础上,对其渗流机理进行了深入的研究,建立了描述扶杨油层渗流规律的数学模型,并应用解析方法和数值方法对数学模型进行了求解,分析了扶杨油层稳定渗流和不稳定渗流的特征。主要完成了以下研究内容: 1、选取渗透率分别为>5×10~(-3)μm~2、1-5×10~(-3)μm~2、<1×10~(-3)μm~2的三类岩心进行油水单相渗流实验,绘制了表示流速与压力梯度关系的渗流曲线。岩心流动实验表明,压力梯度较小时,扶杨油层的渗流为具有启动压力梯度的非线性渗流,压力梯度增大到某一值后,渗流为线性渗流。通过流动实验,研究了启动压力与渗透率的关系,并测取了岩心的毛管力曲线,对孔隙大小分布和结构特征进行了分析。压汞实验表明,扶杨储层以中、小孔隙和中、细喉道组合的孔隙系统为主,储层孔隙度和渗透率低,渗流阻力大。 2、选取以上三类岩心分别进行水驱油、微生物驱油实验研究,绘制了油水相对渗透率曲线,分析了相渗曲线和油水两相非达西流动的特征。与水驱相比,微生物驱油可降低启动压力梯度,降低渗流阻力,扩大有效驱动距离。 3、采用朝阳沟油田扶余油层的原油进行流变性实验,绘制了原油的稠度和有效粘度曲线。实验表明高含蜡、含胶质、沥青质原油具有结构力学性质,为非牛顿流体,这种流体易形成胶凝结构,渗流阻力更大。 4、根据室内实验结果,证明扶杨油层具有变形介质特征,即储层介质的孔隙度和渗透率等参数随孔隙压力变化而变化。研究了弹性变形介质变渗透率条件下的稳定渗流问题。首次建立了考虑启动压力梯度的弹性变形介质油藏试井分析模型和塑性变形介质油藏试井分析模型。 5、依据室内实验测得的低速渗流曲线,分析了低速非线性渗流的特征,证明这种非线性渗流特征与非牛顿流体的渗流特征是一致的。研究了考虑启动压力梯度的非线性稳定渗流问题。首次建立了单一介质考虑启动压力梯度的非线性不稳定渗流试井分析模型、双重介质考虑启动压力梯度的非线性不稳定渗流试井分析模型、达西线性渗流和考虑启动压力梯度的非线性渗流复合油藏不稳定试井分析模型。 6、研究了以上非线性渗流试井分析模型的有限元数值求解方法,应用有限元方法对不稳定试井分析问题进行求解,分析了压力不稳定特征。应用所建立的试井分析模型分析了大庆外围油田的试井实例,得到了较好的应用效果,进一步发展了低渗透油藏的试井分析技术。 以上研究成果将有助于更准确地描述扶杨油层的渗流机理,指导有效开发扶杨油层。其中在低速非线性稳定渗流和不稳定渗流方面所取得的研究成果,是低渗透油层渗流理论的新进展。推导建立的考虑启动压力梯度的弹性变形介质油藏不稳定试井分析模型、塑性变形介质油藏不稳定试井分析模型、单一介质和双重介质考虑启动压力梯度的非线性渗流试井分析模型、达西线性渗流和考虑启动压力梯度的非线性渗流复合油藏不稳定试井分析模型,发展了低渗透油田试井分析技术,在理论和实际应用上都具有重要意义。


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