特低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)量遞減規(guī)律物理模擬實(shí)驗(yàn)＊

薛成國 楊正明 劉學(xué)偉 徐 軒 齊亞東 王名春

(1.中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所; 2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院; 3.中海油研究總院)

隨著特低滲透油藏的不斷開發(fā),對(duì)特低滲透油藏產(chǎn)量遞減規(guī)律的分析與預(yù)測也變得越來越重要。與中、高滲透儲(chǔ)層相比,特低滲透儲(chǔ)層最明顯的特點(diǎn)是具有啟動(dòng)壓力梯度,其對(duì)特低滲透儲(chǔ)層的產(chǎn)量遞減規(guī)律具有不可忽略的影響[1-2]。近年來,一些學(xué)者開展了關(guān)于特低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)量遞減規(guī)律的理論研究[3-5],但目前還未見有通過物理模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究的報(bào)道。筆者采用四川特低滲透砂巖露頭巖樣進(jìn)行特低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)量遞減規(guī)律物理模擬實(shí)驗(yàn)研究,以期為分析、預(yù)測特低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)量遞減規(guī)律提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

選用取自四川某天然砂巖露頭巖樣制作二維平板模型用以模擬,結(jié)合吉林某油田實(shí)際生產(chǎn)情況,應(yīng)用量綱分析方法確定實(shí)驗(yàn)所需的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)(如平板模型的尺寸,實(shí)驗(yàn)的初始?jí)毫Α⑸a(chǎn)時(shí)間等),以確保實(shí)驗(yàn)可以較為真實(shí)、準(zhǔn)確地反映實(shí)際生產(chǎn)情況。

1.1 平板模型制作

圖1 特低滲透平板模型產(chǎn)量遞減規(guī)律物理模擬實(shí)驗(yàn)流程

將取自天然露頭的巖樣首先加工成尺寸為40 cm×40 cm×30 cm的砂巖平板(共4塊),沿對(duì)角線在平板兩角鉆取深孔模擬注采井(本次實(shí)驗(yàn)?zāi)M五點(diǎn)法井網(wǎng)的1/4單元),在注采井主流線上及其兩側(cè)鉆取表層淺孔(降低鉆孔對(duì)平板模型流場的影響)布置測壓點(diǎn),注采井及測壓點(diǎn)的分布如圖1所示。烘干平板模型,將連接壓力傳感器的接頭置于鉆孔內(nèi)并用膠固定,最后用按照一定比例混合的環(huán)氧樹脂和固化劑進(jìn)行模型的整體澆鑄。待封膠固結(jié)后,將模型抽真空,在常壓下對(duì)平板模型進(jìn)行地層水初步飽和,之后用驅(qū)替泵向模型中注入地層水,將泵壓穩(wěn)定在0.5 MPa保持24 h,最后將模型靜止放置48 h,以使其充分均勻地飽和地層水。該模型與人工填砂模型[6]相比,可以更真實(shí)地模擬特低滲透儲(chǔ)層特征。

1.2 平板模型物性參數(shù)獲取

從每塊制作二維模型的巖樣的邊緣處分別鉆取8塊(水平、垂直方向各4塊)小巖心進(jìn)行氣測滲透率測量,并計(jì)算出每塊平板模型的平均氣測滲透率;選擇具有代表性的小巖心進(jìn)行非線性滲流測試實(shí)驗(yàn)[7],得到每塊平板模型的啟動(dòng)壓力梯度。4個(gè)平板模型的物性參數(shù)見表1。從表1可以看出,M 0模型不存在啟動(dòng)壓力,M 1、M 2、M 3模型均具有啟動(dòng)壓力梯度,并且啟動(dòng)壓力梯度隨滲透率的減小而增大。

表1 4塊平板模型的物性參數(shù)

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程見圖1。實(shí)驗(yàn)時(shí),在常溫下選用高精度的定壓裝置將平板模型的壓力升高至0.1MPa,然后進(jìn)行衰竭式生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。在測壓點(diǎn)處連接高精度壓力傳感器,用壓力巡檢儀監(jiān)測壓力傳感器的壓力變化,設(shè)定每隔一定時(shí)間采集一次壓力數(shù)據(jù),并將信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集;在采出井處用微流量計(jì)每隔一段時(shí)間人工采集流體流量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖2和圖3分別為模型生產(chǎn)井的無因次產(chǎn)量及模型壓力隨生產(chǎn)時(shí)間的變化曲線,其中無因次產(chǎn)量為生產(chǎn)井的瞬時(shí)產(chǎn)量與初始產(chǎn)量的比值。

根據(jù)阿普斯(A rps)產(chǎn)量遞減模型[8],油氣田的產(chǎn)量遞減公式為

式(1)中:qi為初始時(shí)刻的產(chǎn)量,104t/a;Di為初始產(chǎn)量遞減率,h-1;b為遞減指數(shù),無量綱常數(shù)。

根據(jù)試湊法[9],利用式(1)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合,得到各個(gè)平板模型進(jìn)行衰竭生產(chǎn)的初始產(chǎn)量、初始遞減率和累積產(chǎn)量(表2)。

表2 相同初始?jí)毫λソ呱a(chǎn)時(shí)平板模型產(chǎn)量遞減參數(shù)

據(jù)表2、圖2、圖3分析可知,平板模型滲透率越低,初始產(chǎn)量、初始遞減率、累積產(chǎn)量越小,模型壓力及生產(chǎn)井產(chǎn)量下降的速度越慢。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

由表1可知,模型的滲透率越低,模型的啟動(dòng)壓力梯度越大。啟動(dòng)壓力梯度實(shí)際上是流體在特低滲透地層中的滲流阻力,而地層中真正用于生產(chǎn)的能量是在克服掉啟動(dòng)壓力梯度后剩余的地層能量。因此,啟動(dòng)壓力的存在降低了地層的初始產(chǎn)量、產(chǎn)量遞減速度以及累積產(chǎn)量,也降低了地層能量虧空及地層壓力下降的速度。徐運(yùn)亭等[10]定義了特低滲透油藏有效驅(qū)動(dòng)因子的概念,由其物理意義,特低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)量遞減時(shí)的遞減參數(shù)與有效驅(qū)動(dòng)因子有著密切的關(guān)系。

注采井間建立有效注采系統(tǒng)時(shí),由于啟動(dòng)壓力梯度的存在而消耗的驅(qū)替壓差(Δp消耗)為[11-12]

因此,特低滲透平板模型的有效驅(qū)動(dòng)因子(E)為

式(3)中:Δp為注采壓差,M Pa;G為啟動(dòng)壓力梯度,M Pa·m-1;d為注采井距,m;Rw為注采井半徑,m。

根據(jù)式(3)可以計(jì)算得到各個(gè)平板模型在0.1 M Pa壓力下進(jìn)行衰竭生產(chǎn)時(shí)初始時(shí)刻的有效驅(qū)動(dòng)因子分別為 1.00(M 0)、0.83(M 1)、0.67(M 2)、0.53(M 3)。平板模型初始遞減率與有效驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)系如圖4所示。

圖4 平板模型初始遞減率與有效驅(qū)動(dòng)因子關(guān)系曲線

由圖4可以看出,初始遞減率與有效驅(qū)動(dòng)因子之間有著較好的線性關(guān)系,其斜率大小(為0.799)與M 0模型(啟動(dòng)壓力梯度為零的儲(chǔ)層)的初始遞減率(為0.796)基本吻合。因此,特低滲透儲(chǔ)層的初始遞減率與有效驅(qū)動(dòng)因子具有以下關(guān)系:

式(4)中:D′i、Di分別為特低滲透儲(chǔ)層和常規(guī)儲(chǔ)層產(chǎn)量初始遞減率,h-1;E為有效驅(qū)動(dòng)因子。

因此,在低滲透儲(chǔ)層(尤其是特低滲透儲(chǔ)層)的產(chǎn)量遞減分析時(shí),必須考慮啟動(dòng)壓力梯度的影響。

3 結(jié)論

(1)本文建立了進(jìn)行特低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)量遞減規(guī)律實(shí)驗(yàn)的方法,為特低滲透油藏產(chǎn)量遞減規(guī)律的研究提供了一種新的思路和方法,通過本文方法封裝的物理模型能夠更真實(shí)地模擬特低滲透儲(chǔ)層特征。

(2)對(duì)于特低滲透儲(chǔ)層,在儲(chǔ)層初始?jí)毫ο嗤那闆r下進(jìn)行衰竭式開采時(shí),滲透率越低,儲(chǔ)層壓力下降的速度越慢,儲(chǔ)層的初始產(chǎn)量、初始遞減率和累積產(chǎn)量也越小,這是由于儲(chǔ)層滲透率低,啟動(dòng)壓力梯度較大,儲(chǔ)層內(nèi)部流體流動(dòng)阻力較大造成的。

(3)特低滲透儲(chǔ)層產(chǎn)量遞減規(guī)律與特低滲透油藏有效驅(qū)動(dòng)因子有著密切的關(guān)系,因此,在低滲透儲(chǔ)層(尤其是特低滲透儲(chǔ)層)的產(chǎn)量遞減分析時(shí),必須考慮啟動(dòng)壓力梯度的影響。

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