特低滲透儲層產量遞減規律物理模擬實驗＊

薛成國 楊正明 劉學偉 徐 軒 齊亞東 王名春

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

隨著特低滲透油藏的不斷開發,對特低滲透油藏產量遞減規律的分析與預測也變得越來越重要。與中、高滲透儲層相比,特低滲透儲層最明顯的特點是具有啟動壓力梯度,其對特低滲透儲層的產量遞減規律具有不可忽略的影響[1-2]。近年來,一些學者開展了關于特低滲透儲層產量遞減規律的理論研究[3-5],但目前還未見有通過物理模擬實驗進行研究的報道。筆者采用四川特低滲透砂巖露頭巖樣進行特低滲透儲層產量遞減規律物理模擬實驗研究,以期為分析、預測特低滲透儲層產量遞減規律提供實驗基礎。

1 實驗方法

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,結合吉林某油田實際生產情況,應用量綱分析方法確定實驗所需的各項動態參數(如平板模型的尺寸,實驗的初始壓力、生產時間等),以確保實驗可以較為真實、準確地反映實際生產情況。

1.1 平板模型制作

圖1 特低滲透平板模型產量遞減規律物理模擬實驗流程

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),沿對角線在平板兩角鉆取深孔模擬注采井(本次實驗模擬五點法井網的1/4單元),在注采井主流線上及其兩側鉆取表層淺孔(降低鉆孔對平板模型流場的影響)布置測壓點,注采井及測壓點的分布如圖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并用膠固定,最后用按照一定比例混合的環氧樹脂和固化劑進行模型的整體澆鑄。待封膠固結后,將模型抽真空,在常壓下對平板模型進行地層水初步飽和,之后用驅替泵向模型中注入地層水,將泵壓穩定在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,可以更真實地模擬特低滲透儲層特征。

1.2 平板模型物性參數獲取

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)小巖心進行氣測滲透率測量,并計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行非線性滲流測試實驗[7],得到每塊平板模型的啟動壓力梯度。4個平板模型的物性參數見表1。從表1可以看出,M 0模型不存在啟動壓力,M 1、M 2、M 3模型均具有啟動壓力梯度,并且啟動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

1.3 實驗流程

實驗流程見圖1。實驗時,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,然后進行衰竭式生產實驗。在測壓點處連接高精度壓力傳感器,用壓力巡檢儀監測壓力傳感器的壓力變化,設定每隔一定時間采集一次壓力數據,并將信號傳輸給計算機,實現壓力數據的自動采集;在采出井處用微流量計每隔一段時間人工采集流體流量。

2 實驗結果分析與討論

2.1 實驗結果分析

圖2和圖3分別為模型生產井的無因次產量及模型壓力隨生產時間的變化曲線,其中無因次產量為生產井的瞬時產量與初始產量的比值。

根據阿普斯(A rps)產量遞減模型[8],油氣田的產量遞減公式為

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

根據試湊法[9],利用式(1)對實驗結果進行擬合,得到各個平板模型進行衰竭生產的初始產量、初始遞減率和累積產量(表2)。

表2 相同初始壓力衰竭生產時平板模型產量遞減參數

據表2、圖2、圖3分析可知,平板模型滲透率越低,初始產量、初始遞減率、累積產量越小,模型壓力及生產井產量下降的速度越慢。

2.2 實驗結果討論

由表1可知,模型的滲透率越低,模型的啟動壓力梯度越大。啟動壓力梯度實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的能量是在克服掉啟動壓力梯度后剩余的地層能量。因此,啟動壓力的存在降低了地層的初始產量、產量遞減速度以及累積產量,也降低了地層能量虧空及地層壓力下降的速度。徐運亭等[10]定義了特低滲透油藏有效驅動因子的概念,由其物理意義,特低滲透儲層產量遞減時的遞減參數與有效驅動因子有著密切的關系。

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

因此,特低滲透平板模型的有效驅動因子(E)為

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

根據式(3)可以計算得到各個平板模型在0.1 M Pa壓力下進行衰竭生產時初始時刻的有效驅動因子分別為 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動因子的關系如圖4所示。

圖4 平板模型初始遞減率與有效驅動因子關系曲線

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

式(4)中:D′i、Di分別為特低滲透儲層和常規儲層產量初始遞減率,h-1;E為有效驅動因子。

因此,在低滲透儲層(尤其是特低滲透儲層)的產量遞減分析時,必須考慮啟動壓力梯度的影響。

3 結論

(1)本文建立了進行特低滲透儲層產量遞減規律實驗的方法,為特低滲透油藏產量遞減規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地模擬特低滲透儲層特征。

(2)對于特低滲透儲層,在儲層初始壓力相同的情況下進行衰竭式開采時,滲透率越低,儲層壓力下降的速度越慢,儲層的初始產量、初始遞減率和累積產量也越小,這是由于儲層滲透率低,啟動壓力梯度較大,儲層內部流體流動阻力較大造成的。

(3)特低滲透儲層產量遞減規律與特低滲透油藏有效驅動因子有著密切的關系,因此,在低滲透儲層(尤其是特低滲透儲層)的產量遞減分析時,必須考慮啟動壓力梯度的影響。

[1] 姜瑞忠,張曉亮,馬江平,等.特低滲透油藏彈性采收率計算新方法[J].中國海上油氣,2010,22(1):27-29.

[2] 黃延章.低滲透油層非線性滲流特征[J].特種油氣藏,1997,4(1):9-14.

[3] 劉義坤,孫娜,文華.大慶外圍低滲透油田產量遞減分形特征及預測[J].油氣地質與采收率,2008,15(6):80-82.

[4] 鄧玉珍.異常高壓特低滲透油藏產量遞減規律預測方法[J].油氣地質與采收率,2009,16(6):84-87.

[5] 楊正明,劉先貴,孫長艷,等.低滲透油藏產量遞減規律及水驅特征曲線[J].石油勘探與開發,2000,27(3):55-56.

[6] 秦積舜,李久娣,孟紅霞.平面物理模型的擬相滲規律研究[J].重慶大學學報:自然科學版,2000,23(增):111-113.

[7] 劉志遠,楊正明,劉學偉,等.低滲透油藏非線性滲流實驗研究[J].科技導報,2009,27(17):57-60.

[8] 姜漢橋,姚軍,姜瑞忠.油藏工廠原理與方法[M].東營:中國石油大學出版社,2006:247-250.

[9] 王金多,劉國靜,秦凱峰,等.產量自然遞減類型的綜合判斷及構成分析[J].斷塊油氣田,2007,14(2):44-45.

[10] 徐運亭,徐啟,郭永貴,等.低滲透油藏滲流機理研究及應用[M].北京:石油工業出版社,2006:64-66.

[11] 何賢科,陳程.低滲透油田建立有效驅替壓力系統研究[J].特種油氣藏,2006,13(2):56-57.

[12] 吳柏志.低滲透油藏高效開發理論與應用[M].北京:石油工業出版社,2009:80-83.