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低渗透变形介质油藏流入动态关系及应用研究

王厉强  
【摘要】: 油井流入动态关系最初只是经验地描述油井产量与给定平均地层压力、井底流压之间的相互作用和影响,属于产能试井范畴。其方程因简洁、实用而应用广泛,是油井生产动态分析、产能预测、举升工艺设计以及优化的理论基础之一。目前流入动态的研究成果较为丰富,但针对低渗透油田,特别是低渗透变形介质油藏的研究很少。随着低渗透和特低渗透油田储量在我国未动用石油地质储量中所占的比例越来越大,低渗透油田经济、有效开发对我国石油工业的可持续发展已变的至关重要,且已成为现在和将来的重要开发目标。低渗透储层的渗流特征与中、高渗透层显著不同,表现为油层物性差,渗流阻力大,渗流规律偏离达西定律。特别是微裂缝、裂缝发育的储层,普遍具有变形介质的渗流特征。随着低渗透油田开发的不断进行,对油井流入动态及产能预测提出了更高的要求。如何综合利用已有理论对低渗透变形介质油藏的流入动态进行研究,建立适用于油气水三相、形式统一、适用性广的无因次流入动态模型,并在此基础上,综合分析制约油藏高效开发的各种敏感性因素的作用,已经越来越得到人们的关注,对于提高低渗透油田的开发水平和开发效果有重要的理论意义和实际应用价值。 论文通过对国内外有关低渗透油藏非达西渗流、变形介质渗流以及流入动态等方面的研究方法、成果的调研,认为以下研究趋势值得关注: ①目前在矿场上应用的流入动态方程形式多样,各有特色,但也给不同区块、不同油田的产能评价及对比分析工作带来很多的困难,推广应用形式单一,适用性广的流入动态关系是大势所趋; ②已有的针对低渗透油藏的流入动态研究,虽然考虑了启动压力梯度等对产能的影响,但对于油藏参数随压力变化较大的低渗透变形介质油藏,却并不适用,建立与此相适应的流入动态方程是后续研究中一个较为重要的方向; ③对酸化、压裂等措施井的流入动态研究手段较为缺乏,此类研究需要进一步深入。 结合国内外流入动态的研究趋势,确定了研究目标和技术路线,即:在论证低渗透储层具有较强应力敏感性的前提下,以变形介质渗流理论和低渗透渗流理论为指导,利用经验法建立垂直井流入动态通式及以解析法表示的对应形式。其后,在推导水平井流入动态关系的基础上,对七类斜井及水平井流入动态方程的适用性进行评价。并进一步推广到油气水三相流动状态,形成适用于低渗透变形介质油藏产能评价的一整套体系,为低渗透油藏的高效开发提供理论依据。 论文综合运用油层物理、岩石力学、流体力学、渗流力学及油气田开发理论等学科的方法、原理,在低渗透变形介质流入动态研究方面开展了大量工作。通过研究取得了如下主要成果: ①针对不同学者在低渗透储层应力敏感性研究上的不同观点,通过对毛管束和网络微观孔隙模型优缺点的对比、分析。首次采用不等径迂曲毛细管模型,通过引入有效毛细管半径分数的概念,发现高渗透与低渗透储层微观孔隙结构的差异是导致有效毛细管半径分数不同的主要原因,并直接导致了两类储层在应力敏感性上的差异。从而从理论上论证了低渗透储层,特别是微裂缝和裂缝发育的储层,具有很强的应力敏感性。 ②以纯梁油田樊31-13井和梁112-1井岩心实验结果为例,采用线性、指数、乘幂和对数四种曲线类型对孔隙度、渗透率随有效应力变化数据进行数理统计分析。拟合结果表明四种类型的关系式都能很好的反映孔隙度、渗透率与有效应力之间的变化关系。选择何种关系式要根据油气田开发中地层压力的变化情况来确定,通常采用指数关系式。 ③在孔隙度、渗透率与有效应力变化规律讨论的基础上,结合渗透率在微裂缝和裂缝发育及不发育的低渗透储层上损失程度的差异,为深入细致地研究低渗透油藏流入动态关系,并方便数学处理,将低渗透储层细化为线性及非线性变形介质。 ④针对低渗透储层物性差,渗流阻力大及应力敏感性强的特点,在不等径迂曲毛细管模型的基础上,推导了应力敏感性介质条件下平均毛细管半径与渗透率、孔隙度的关系,并进一步讨论了启动压力梯度与渗透率、孔隙度的关系,为后续影响流入动态关系的敏感性因素研究打下了基础。 ⑤在保持与Vogel方程在理论研究上的连续性前提下,推导了适用于低渗透变形介质油藏垂直井单相流及溶解气驱油藏的无因次流入动态关系(经验分析法),并利用解析法建立了溶解气驱油藏的无因次流入动态关系。 ⑥综合运用等值渗流阻力法、势的叠加原理、保角变换及复变函数关系,推导了低渗透变形介质油藏水平井和分支水平井单相流及油气两相流的无因次流入动态关系。评价了现有斜井、水平井IPR方程与本文建立的流入动态关系对斜井、水平井的适用性。结果表明,本文建立的IPR方程是斜井及水平井流入动态关系的最优选择,winggins-Russell-Jennings型、Klins-Majc-herx型次之,Fetkovich型、Bendak-hlia-Aziz型及Harrison型最差。 ⑦采用Petrobras的改进方法研究了适用于油藏压力高于饱和压力情况的组合型流入动态方程,并将其扩展到油、气、水三相的情况,建立了一套适用于油、气、水三相和整个油藏压力范围的油井流入动态模型和计算方法。 ⑧利用本论文建立的流入动态通式,对影响低渗透油藏高效开发的敏感性因素进行了分析。在启动压力梯度和变形系数动态变化的前提下,讨论了影响线性及非线性变形介质油藏高效开发的敏感性因素的制约机制。结果表明,两种油藏类型不仅在流入动态曲线形状上有所差别,而且即使相同的敏感性因素在开采过程中所产生的影响也有所不同。对于非线性变形介质油藏的开发而言,压力的监控及保持合理的压力水平是最为关键的因素。 ⑨通过建立酸化、压裂等措施油井与污染井表皮因子的关系,从表皮因子的变化角度,将所建立的流入动态通式引入到措施井的动态分析中,该方法是对现有措施井动态分析方法的一种有益补充。在已有油井未来IPR预测方法的基础上,采用最大产量法预测油井未来IPR方程,结合改进的产量叠加Petrobras方法或流压叠加Petrobras方法实现了油井在油气水三相状态下的未来IPR预测。 ⑩纯梁油田樊125井和马岭油田中304-4井启动压力梯度的求解结果及验证表明,利用生产数据通过流入动态关系进行启动压力梯度计算是可行的,其结果是基本可信的。但该方法对现场生产数据的精度要求较高。


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