低渗透油藏地层压力保持水平对油水渗流特征的影响

油水渗流规律的研究是低渗透油藏水驱开发的关键。相对渗透率曲线能直观反映油水渗流特征,其影响因素研究主要涉及岩石固有性质(润湿性、孔隙结构)、流动介质(油水粘度比)、动力条件(驱替压力梯度及速度)等方面,极少见到地层压力对相对渗透率曲线影响的研究。通过室内流动实验,模拟低渗透油藏地层压力下降过程,建立了不同地层压力保持水平下的相对渗透率曲线,分析了地层压力保持水平对油水渗流特征的影响规律。结果表明,地层压力保持水平下降,孔隙结构非均质性增强,油相相对渗透率下降,水相相对渗透率上升,等渗点左移,油水两相区变窄,残余油饱和度增加,即低渗透油藏渗流规律也存在着应力敏感性特征。分析认为,储层岩石弹性或塑性变形是低渗透油藏油水渗流特征应力敏感性的根本原因,因而提出了储层岩石初始渗透率越低,越应尽早注水保持地层压力开发的低渗透油藏效益开发理念。     

注水压力对低渗透储层渗流特征的影响

低渗透油藏中流体的渗流规律是当前渗流力学重要的研究领域。低渗透油藏储层的主要特征是渗透率低,油水流动的孔道微细,渗流阻力大,固-液界面及液-液界面之间相互作用显著。这些特点造成了低渗透油藏渗流规律的复杂性。通过室内岩心流动实验,研究了注入压力对岩石渗透率和流体渗流规律的影响。结果表明,低渗透储集层存在非线性渗流特征,当注入压力较低时,流体在岩心中流动速度随压力梯度的变化很小,也就是在低压下,注入水很难进入地层;当压力梯度较大时,渗流速度与压力梯度的关系呈近似的直线关系;在上覆压力和压力梯度不变的条件下,注入压力越高,岩石渗透率就越高。由此可见,在考虑储层保护的前提下,对低渗透储层采用高压注水,有利于提高注水效果。     

地面渗透率与地下渗透率的关系

岩石的地面渗透率是在常压、常温下测量的。地层中的压力和温度都比地面高,岩石在地层中因为压力升高而压缩,致使渗透率有所降低;因为温度升高而膨胀,致使渗透率增大。通过研究,给出了通过地面渗透率计算地下渗透率的公式。计算公式综合考虑了压力和温度的影响。计算结果表明,地下渗透率与地面条件下的渗透率相差甚微。     

低渗透砂岩储层压力敏感性对开采速度的影响

采用一套系统的模拟地层上覆压力、模拟油藏原始状态的加压方式及加压后物性平衡时间确定的实验方法,进行低渗透砂岩压力敏感性对开采速度的影响实验研究。通过模拟油田实际开采中压力变化过程,对比研究急速改变有效应力与慢速改变有效压力对储层岩石物性的影响,分析低渗透储层物性参数孔隙度、渗透率随有效应力变化规律及压力敏感性特征,进而研究储层压力敏感性对低渗透油藏开采速度的影响。研究表明:即使低渗透储层孔隙度只发生微小损失,将引起岩石的渗透率显著降低,且其受加压方式影响较大,有效压力增加速度越快,岩心渗透率降低幅度越大,不可逆的渗透率损失越大;反之,有效压力增加速度越慢,岩心渗透率降低幅度越小,不可逆渗透率损失越小。建议在开发低渗透油田时采取多次逐级降低井底流压、保持合理的开采速度,以提高最终采收率。     

储层应力敏感实验评价方法的误差分析

目前国内外对低渗透储层岩石渗透率应力敏感性的评价方法主要是以岩心实验为主,而实验条件与实际地层条件有较大的差别。为此,运用岩石力学理论对储层上覆岩层进行力学分析,建立了储层开发过程中上覆岩石压力的计算方法,提出了储层上覆岩石压力修正系数。研究结果表明：目前关于储层上覆岩石压力的计算方法是按照流体力学的传压方式,适用于研究对象是流体或者研究区域无穷大,而实际储层之上的地层均为具有抗弯、抗剪能力的岩石,具有相互的约束力,并且气井在生产过程中压降漏斗是有限的,即上覆岩石压力是作用在限压力降区域,故而上覆岩石压力的计算公式存在较大误差,从而导致应力敏感评价误差较大;所提出的修正系数表示储层上覆岩层本身所具有的抗弯及抗剪强度,并对储层多孔介质的有效应力进行了修正;现行的实验过程中,岩石围压始终保持在一个恒定值并压在岩心上,这与实际地层情况不符,实验结果在一定程度上夸大了应力敏感的影响。     

低渗透应力敏感性油藏的合理开发

针对低渗透油藏开发效果难以达到预期的现象,通过采用变流体压力应力敏感实验方法,保持围压不变对某低渗透油藏的岩心在不同流体压力下的渗透率进行测试。研究结果表明:随着流体压力的减小,岩心渗透率逐渐降低,但减小幅度趋于平缓;岩石渗透率越低,应力敏感性越强,流体压力恢复后,岩心渗透率并不能恢复到原来水平,其原因是低渗透岩石应力敏感性是不可逆的。利用径向渗流理论,结合应力敏感性对渗透率的影响,建立新的油井产能方程,计算出地层压力变化对单井产能的影响。在保持生产压差为4 MPa不变的前提下,地层压力下降5MPa,单井的产能降低10%~30%,储层渗透率越低,降幅越大。为使低渗透应力敏感性油藏得到合理高效的开发,储层在进行压裂、射孔和作业过程中需注意油层保护;在开采过程中需观察井底流压的变化,维持合理的生产压差;当油井产油量明显下降后,适时对近井地带储层进行酸化,增大近井地带的渗透率。     

低渗透油藏启动压力梯度的应力敏感性实验研究

低渗透油藏由于天然能量不足、岩性致密和压力传导能力差,导致开发过程中地层压力下降幅度较大。地层压力的下降会造成岩石变形而影响其物性和渗流能力,岩石表现出应力敏感性特征。借助室内岩心流动实验,模拟再现地层压力的下降过程,研究了低渗透油藏有效上覆压力对岩石启动压力梯度的影响。结果表明,当地层压力下降时,启动压力梯度随着岩石骨架承受的有效上覆压力的增加而增加,即启动压力梯度具有应力敏感性;且岩石的渗透率越低,当地层压力下降幅度相同时,启动压力梯度的增幅越大,即启动压力梯度的应力敏感程度越强。因此,在根据启动压力梯度计算低渗透油藏合理井距时,要充分考虑地层压力保持水平对启动压力梯度的影响。     

定向井套管应力随地应力条件的变化规律研究

基于坐标变换方法建立了适用于任意井眼轨迹的定向井套管应力三维有限元计算模型.以室内岩心试验结果和现场常用套管尺寸为基础,研究了三种不同地应力条件下软、硬地层内套管最大有效应力随井斜角、方位角的变化规律.地应力条件包括:上覆岩层压力为最大主应力且水平地应力均匀、上覆岩层压力为最大主应力且水平地应力非均匀,上覆岩层压力为中间主应力.计算结果表明,复杂的原地应力场、井眼轨迹及地层性质对定向井套管的受力状态有重要影响,各种组合条件下均存在井眼轨迹优选值.在油井设计时,应充分考虑这些特点,合理确定井眼轨迹.     

倾斜储层压力拱比计算方法

压力拱效应影响储层应力、有效应力的计算,而有效应力又影响孔隙度和渗透率的应力敏感性分析结果。通常用压力拱比来表征压力拱效应的强弱,而常规压力拱比计算模型未考虑地层倾角和方位角的影响。以复合材料细观力学中的夹杂理论为基础,建立倾斜储层压力拱比计算模型,利用张量运算法则进行求解,分析地层倾角、方位角、泊松比和岩石固结系数对压力拱效应的影响;在此基础上理论推导和分析压力拱效应对孔隙度和渗透率的影响。研究结果表明:当地层倾角、泊松比较小,纵横比较大,岩石固结系数较小时,垂向压力拱效应越强;地层倾角较大,纵横比、泊松比较小,岩石固结系数较小时,水平压力拱效应越强;平均压力拱比仅与岩石固结系数和储层泊松比有关。压力拱比一般为正值,但受应力集中的影响,倾斜储层主地应力方向的压力拱比可能为负值。有效应力的计算与压力拱比有关,而有效应力影响储层的应力敏感性。对于垂向、最大水平、最小水平和平均压力拱比分别为0.107 2,0.674 7,0.718 1和0.5的储层,当地层压力降低30 MPa时,利用夹杂理论计算的孔隙度和渗透率较常规变形理论的计算结果分别提高32%和76.7%。压力拱效应的存在降低了储层孔隙度和渗透率的应力敏感性,因此在低渗透致密油气藏开发过程中须考虑压力拱效应的影响。     

地层上覆压力下物性参数特征研究

由于净上覆压力在油田开发过程中变化幅度较大,因此对净上覆压力下物性参数特征的研究就显得尤为重要。利用CMS-300岩心自动分析仪模拟地层上覆压力的变化过程,研究油藏岩石渗透率、孔隙度和孔隙体积压缩系数随净上覆压力的变化关系,得出了各参数的变化规律,给出了它们之间的回归表达式,并从岩石孔隙结构特征和岩石骨架特征等方面进行了机理性分析。研究表明,在净上覆压力作用下,岩石渗透率和孔隙度变化程度不同,低渗透岩石的渗透率比其孔隙度的变化率更大,而低孔隙度岩石的孔隙体积压缩系数变化幅度较大;同时,幂律关系能较好地描述上述变化特征。