国内外油藏研究现状论文

低渗透油藏渗流规律及其开发对策研究现状摘要:低渗透油藏是我国石油工业可持续发展的重要物质基础，其渗流规律和合理开发策略日益成为油气田开发研究的热点。论文对目前低渗透油藏的渗流规律及其开发对策研究现状进行了调研。调研结果表明低渗透油藏渗流不满足经典达西流动规律，而是存在启动压力。国内外学者对引起启动压力的因素及其渗流特点进行了较多的实验和理论研究。此外，人们还针对低渗透油藏的渗流特征，从注水时机的选择，合理井距的确定，压裂开发技术的选择，气驱技术的选择等方面研究了低渗透油藏的开发对策。这些研究成果为高效合理开发低渗透油藏提供了可靠的理论依据。关键词:低渗透油藏;渗流规律;开发对策;研究现状作者简介:徐沽，女(1985斗，在读硕士研究生，主要从事油气藏开发方面的研究工作。随着我国石油工业的发展，东部油田相继进入高含水期，要保持石油稳产、高产需要开发新的油田。目前新探明的石油储量中，低渗透油田占有很大的比例。据初步统计，我国新探明的石油地质储量中，低渗透油田储量约占三分之二。近年来新探明的石油地质储量中，低渗透油田所占的比例又有所增加。可见低渗透油藏是我国今后相当长一段时间内增储上产的主要资源基础。 目前世界上对低渗透油田并无统一固定的标准和界限，只是一个相对的概念。不同的国家根据不同的时期石油资源状况和技术经济条件而制定，变化范围较大。根据实际生产特征，按照油层的平均渗透率可以把低渗透油田分为三类I叫:第一类储层渗透率为1O-50x10讪m ，为一般低渗透油田。此类储层的特点接近于正常储层。地层条件下含水饱和度为25 %-50 %，这类储层一般具有工业性自然产能，但在钻井和完井中极易造成污染，需采取相应的储层保护措施。第二类储层渗透率为l- lOx 1O-3J..Lm ，为特低渗透油田。此类储层含水饱和度变化较大，部分为低电阻油层，测井解释难度较大。这类储层自然产能一般达不到工业性标准，需压裂投产。第三类储层渗透率 ，它属致密低渗透储层，为超低渗透油田。由于孔隙半径很小，因而油气很难进入。这类储层已接近有效储层的下限，几乎没有自然产能，需进行大型压裂改造方能投产。 1 低渗透油藏渗流规律研究现状 国外低渗透油藏海流规律研究概况 对于单相流体低速非达西渗流问题，在1924 年，前苏联学者H. J. 1 布兹列夫斯基就对低渗透油田的渗流问题进行了研究。并提出在某些情况下，只有当外加压力梯度超过某一起始压力梯度时液体才开始流动。在石油渗流的研究中，特列宾首次提出了石油渗流不符合达西流。实验结果也表明，低渗透介质中的渗流不符合达西定律。Von Engelhardt 和Tuun( 1955) ,Hansbo( 1960 ) , Miller 和Low ( 1963) ， Mitchell 和Younger(1967) , Wang 和四auvin( 1999) ，都曾发现低渗透介质中的非达西现象[4]。这些现象包括随着压力梯度的变化渗透率发生明显的变化(即流速与压力梯度不呈线性比例关系)和"启动压力梯度"(低于启动压力梯度渗流不会发生) 。由于缺少一致的实验资料，研究都是建立在一定的假设基础上的。库萨柯夫( 1940) 、特列宾(1945 )、列尔托夫( 1965) 、奥尔芬(1963)通过不同的实验发现[叫:含表面活性物质的原油渗过很细的沙时，渗透率急剧降低，渗流速度与压差不成比例变化。当流体的压力的模Igradpkλ8( 起始压力梯度)时，流体不流动。他们分段(lgradpl~À8 , lgradpl<À8 )给出了运动方程。Irmay( 1986 )也发现流体通过细粒粘土时，当水力梯度的模小于一个值之前不发生流动，并给出了达西定律变化形式。 圈内低渗透油藏渗流规律研究概况 国内，郑祥克，陶永建，门承全等IBl，在Wiggins 等人针对达西流的工作基础上，推导出含启动压力梯度的低速非达西渗流的产能方程，为解析流人动态关系(IPR) 曲线方法在低渗、特低渗透油藏中的应用提供了理论依据。并且根据建立的产能方程分析了实际油田特低渗透储层的生产动态特征，应用结果表明，该方法所得结果比试井分析以及岩心实验结果能够更好地预测特低渗透储集层的产能，且结果可满足工程分析的精度要求;谷建伟，毛振强[9J为解决低渗透油田生产参数变化与中、高渗透油田不同的问题，在考虑低渗透油藏存在启动压力、毛管力、重力等因素情况下，推导了低渗透油田油水两相渗流时生产参数含水率、无因次采油指数、无因次采液指数的变化形式，并具体分析了三种因素对生产参数的影响，结果表明，毛管力和启动压力的存在使得含水率增加，重力对含水率的影响与地层倾角有关，并且两者的存在增加了无因次采液指数，对元因次采油指数无影响;吕成远，王建，孙志刚[IOJ通过实验测定了三个不同渗透率级别的低渗透砂岩油藏岩，心样品的非达西渗流曲线，采用"毛细管平衡法"与传统的"压差一流量法"相结合，保证了非达西渗流曲线的完整性。在每块实验样品的平均渗流速度与单位粘度的驱替压力梯度的关系坐标中，利用一次函数拟合实验数据点，通过一次函数曲线切线的斜率和截距的变化来描述低速非达西渗流中岩心渗透率和启动压力梯度的变化，探讨了启动压力梯度与空气渗透率、流体粘度、驱替压力梯度的关系以及低速非达西渗流段的渗透率变化与空气渗透率和单位粘度的驱替压力梯度的关系，并回归得到了经验公式;黄爽英，陈祖华，刘京军等[11]针对低渗透砂岩油藏存在启动压力梯度的特点，以具有启动压力梯度的渗流公式为基础，求出地层稳定生产时径向流产量公式及压力分布公式，用物质平衡法求解出低渗透油田注水见效时间与注采井距的关系。结果表明低渗透油田压力波传播时间与压力梯度关系密切，注水见效时间与启动压力梯度成正比，与井距的立方成正比。该方法用于宝中区块合理井距。第7 期徐洁等低渗透油藏渗流规律及其开发对策研究现状9的确定，方案实施后，实际注水见效时间与计算值相符。吴景春，袁，贾振岐等(12)选取渗透率在 天然岩心和人造岩心进行了室内渗流实验。通过实验研究了低渗透油藏启动压差的形成机理及变化规律、非达西流动的产生条件及其渗流规律，并建立起三类流体非线性渗流时的流动方程;邓英尔，刘慈群(131根据低渗透介质非线性渗流运动规律三参数连续函数模型，用质量守恒定律及椭圆渗流的概念，建立了低渗透介质中两相流体椭圆非线性渗流数学模型，运用有限差分方法和外推方法求得了模型的解，导出了两相流体椭圆非线性渗流条件下油井见水前后开发指标的计算公式，并进行了实例分析。结果表明:非线性渗流对含水饱和度分布影响较大;非线性渗流使得水驱油推进速度比线性渗流的快，使油井见水时间提前，使得石油开发指标变差;非线性渗流使得同一时刻的压差比线性渗流的大，使石油开发难度加大。这为低渗油藏垂直裂缝井开发工程提供了科学依据;贾振岐，王延峰，付俊林等(14认为流体在低渗低速下渗流时，具有一定的弹塑性。实验证明，这种特性与介质和流体的种类和性质有关。低渗透油藏的孔隙越小、喉道越窄，孔喉比就越大，因此具有很大的比表面能和自由能。而固、液表面的分子作用力越强，则启动压力就越高。在注水开发过程中，相界面的变化引发了多种物理过程和化学反应，进而引起流体的非达西渗流特征。程时清，张盛综，黄延章等问研究了低渗透油藏低速非达西径向渗流的动边界问题，给出了高精度的积分解，分析了启动压力梯度对压力分布的影响，发现启动压力梯度越大，井底附近压力下降越快，外边界传播越慢;周涌'忻，彭仕必，李阳等问认为流体渗流的非线性和流态的多变性是复杂介质储层中的主要特征。根据实验渗流曲线的非线性特征，并结合微分原理，提出了一种广义的渗流描述法。该方法不但可以描述流体渗流的非线性，而且还能方便地确定出流体在任一流速或者任一压力梯度下的渗流方程，从而可以有效地描述渗流过程中流体流态的多变性;薛芸，石京平，贺承相[1η根据表面与胶体化学近代原理和有关实验资料，将低速非达西流动归咎于测试系统受污染而引起的实验误差、流动边界层性质异常或水膜等均难以成立。他们认为，液体在干岩样中的低速非达西流动可能与多孔介质中胶体颗粒进入孔隙流体引起的塑性流动有关，气体在含水岩样中的低速非达西流动可能与相渗透率滞后导致的水在岩样中的重新分布有关。黄延章(18)通过对大量实验资料的分析，总结给出了低渗油层中油水渗流的基本特征:( 1 )当压力梯度在比较低的范围时，渗流曲线呈下凹型非达西渗流曲线;(2) 当压力梯度较大时，渗流速度呈直线增加，直线段的延伸与压力梯度轴的交点不经过坐标原点，该点称为平均启动压力梯度; (3)渗流特征与渗透率和流体性质有关，渗透率越低或原油粘度越大，下凹型非达西曲线段延伸越长，启动压力梯度愈大。2 低渗透油藏开发对策研究现状 国外低渗透油藏开发对策研究概况国外低渗透油藏开发时间长，从美国1871 年发现著名的勃莱德福油田起，已有100 多年的历史了。国外认为，低渗透油田尤其是高压低渗透油田初期压力高、天然能量充足，最好首先选用自然能量开采，尽量延长无水和低含水开采期，他们一般都先利用弹性能量和溶解气驱能量开采，但是油层产能递减快，一次采收率低，只能达到8 %-15 %。进人低产期时再转人注水开发，采用注水保持能量后，二次采收率可提高到25 %-30 %。 经过对美国、原苏联、加拿大及澳大利亚(19)等20多个低渗透砂岩油田的调研发现，天然能量以溶解气驱为主，其次为边水驱和弹'性驱。含水饱和度最高为55 %，最低为8 %，平均为 %，一次采收率最高为30 %(美国的快乐泉弗朗梯尔"A"油藏) ，最低为 %(加拿大帕宾那油田) ，平均为 %。二次采收率最高为31 %(苏联的多林纳维果德油藏) ，最低为 %(美国的斯普拉柏雷油田)。平均为 %。据对国外油田的统计，大部分是优先利用天然能量开采，只有极少数油田投产即注水。注气也成为许多低渗透油田二次和三次开采方法，如西西伯利亚低渗透油田，采用注轻短馆分段塞、干气段塞和气水混合物达到混相驱，驱油效率比水驱提高13 %-26 %，取得了令人鼓舞的效果。斯普拉柏雷油田从1995 年起着手进行注CO2 开发可行性研究， 1997 年底已完成室内研究，随即进行矿场试验，第一年采油速度达6% 。根据国内外不同规模矿场实际，见到一定效果的三次采油方法有:混相侄驱油法、二氧化碳驱油法、水气交注、水气混注和周期注气等。据俄罗斯《石油业》2000 年报道，注气和水气混合驱油开采低渗透储层是比较有前景的。他们利用自动评价系统，对低渗透油藏的层系进行评价分析，建议对低渗透油藏进行注二氧。 化碳、注气态;怪、周期注蒸汽驱油、热水等开发方法。国外大量研究和实践证明，当前低渗透油田开发中，广泛应用并取得明显经济效益的主要技术，仍然是注水保持油藏能量、压裂改造油层和注气等技术，储层地质研究和保护油层措施是油田开发过程中的关键技术。 国内低渗透油藏开发对策研究概况 注水时机的研究:我国低渗透油田一般天然能量小，弹性采收率和溶解气驱采收率也非常低，所以需要采用早期注水、保持地层压力的开发方式，才能获得较高的开采速度和最终采收率。但对于弹性能较大和异常高压油田，可适当推迟注水时间，尽量增加无水采油量，以改善油田总的开发效果。我国低渗透油田研究表明:随着上覆压力的上升，渗透率和孔隙度呈下降趋势，而且其变化过程是一个不可逆过程。因此，低渗透油田必须早注水，以保持较高的低层压力，防止油层孔隙度和渗透率大幅度下降，保持良好的渗流条件。合理井距研究:目前低渗透油田普遍存在着注水井注不进水，形成高压区;采油井降为低压区，采不出油，油田生产形势被动，甚至走向瘫痪。解决这一矛盾的重点是适当缩小井距，合理增大井网密度。只有这样，才能建立起有效的驱动体系，使油井见到注水效果，保持产量稳定和提高采收率。合理注人压力研究:低渗透油田一般采用高压注水。但随着注水压力的不断提高， 地层压力水平也不断上升。这对低渗透油田的开发造成了一定程度的危害。如何保持合理的注人压力，是低渗透油田需要深入研究的问题。矿场试验和研究表明:对于一般低渗透油田为了恢复地层压力，提高油井产量和改善油田开发效果，注水压力可以适当提高，可以在油层微破裂情况下注水，但注人压力不能高于能够诱发套管变形或错断的临界压力。而对于裂缝性低渗透油田则要特别注意，要严格控制注水压力不能超过地层裂缝张开和延伸压力，以防止大量产生套管损坏和油井暴性水淹等严重问题。 气驱技术的研究:C02 71昆相驱、短类气体混相驱及氮气驱是提高低渗透油藏采收率的有效手段，采收率可以提高10 %-25lJ毛l观[21J。针对目前低渗透油田采收率较低的状况，应积极开展海相驱提高采收率的研究和现场试验。( 1 )注人怪类混相驱:在高压下，使注人的天然气与油层的油发生混相，形成混相带，随着注人压力的提高，混相前缘不断向前驱扫，从而把油采出来。实践证实该方法提高采收率效果良好; (2) 注CO2 : 高压下将CO2 注人油层榕解于原油中，使原油粘度降低、体积膨胀、流动性变好，如果形成混相或局部混相带，则可降低界面张力，大幅度提高原油采收率; (3)注氮气:注N2 开发由于其独特的优越性，自20 世纪70 年代中期以来，得到了迅速发展。实践证明，埋藏深的低渗透油藏最适宜注N2。在国内，注N2 开发起步较晚，于1994 年后，华北的雁领油田和江汉油田都进行了现场试验，取得明显的开发效果。压裂开发技术研究:低渗透油藏自然产能较低，一般达不到工业油流标准，必须进行压裂改造才能进行有效的工业开发，因而，压裂开发技术是低渗透油田开发的关键技术。目前"整体压裂"优化设计技术[22J是世界近期水力压裂工艺的一个重要发展，它已不是一般单井增产增注方法。而是油田总体开发方案中的一个重要组成部分。目前针对低渗透油藏的压裂工艺技术有:限流法完井压裂工艺技术、投球法多层压裂工艺技术、封隔器多层分层压裂工艺技术、COz 压裂工艺技术、高能气体压裂、复合压裂工艺技术等。 3 存在的主要问题 如前所说，低渗透渗流机理和开发技术研究已经受到国内外学者的重视，并取得了许多成果。但由于低渗透油田的开发是一项涉及面很广、技术性很深的复杂庞大的系统工程。还有许许多多的方面需要我们去探索。 主要存在的问题还有: ( 1 )低渗透油藏的注水水质对开发效果的影响，包括注人水中的水质对低渗透油藏注入压力、地层伤害、产能和井网部署的影响;(2)低渗透油藏注水压力过高，易造成套管变形等危害;(3)低渗透油田自然产能低，往往通过压裂改造，才能具有工业开采价值， 需要研究适合低渗透油田的压裂工艺技术; (4)低渗透油田原油日产量较低，用常规开采方式开采，操作成本高，经济效益差，使得这些油田难以经济有效动用; (5) 低渗透油藏的渗流存在一个启动压力。