【文章內(nèi)容簡介】 明的 重稠油、 低滲透、特低滲透石油資源量約 10８ ｔ ，占可探明石油資源量 %。 截至 2020年，我國 陸上 低滲透油田探明儲(chǔ)量為 63億 噸 ，約占探明總儲(chǔ)量的 28%。從 近 5年 新增 探明儲(chǔ)量 統(tǒng)計(jì)報(bào)告可知， 低滲透油 田 儲(chǔ)量的比重已 上升 至 50%60%。 盡管低滲透油田在我國的 各油區(qū)分布情況不同并且差別較大，但每個(gè)油區(qū)均有分布， 探明 地質(zhì) 儲(chǔ)量大于 2億 噸 的油區(qū) 分別是 大慶、吉林、遼河、大港、新疆、長慶、吐哈、勝利、中原等。 截止 2020年底，全國累計(jì)探明低滲透石油 地質(zhì) 儲(chǔ)量 141億 噸 ，占全國石油總儲(chǔ)量的 %左右 。 低滲透 非線性滲流研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外從事低滲透特殊滲流規(guī)律研究的方向主要集中在啟動(dòng)壓力 測試及其影響因素的研究領(lǐng)域。 具體內(nèi)容 是啟動(dòng)壓力梯度的測試方法 及 應(yīng)用 、 影響啟動(dòng)壓力的因素，考慮啟動(dòng)壓力對(duì)油田開發(fā)指標(biāo)的影響、 非線性程度判據(jù)，裂縫性巖心中非線性滲流、 低滲透油田試井等。后來，國外由于市場經(jīng)濟(jì)原因，對(duì)低滲透油田的開發(fā)這方面不夠重視，因此，在歐美等市場經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家除了少數(shù)的研究院所進(jìn)行了少量的滲流規(guī)律和油藏工 程計(jì)算方法的研究外，基本上沒有進(jìn)行這方面的研究工作。在 20 世紀(jì) 50 年代， 前蘇聯(lián)學(xué)者布茲列夫斯基 [31]對(duì)低滲透油田的滲流問題進(jìn)行了研究，取得了一些初步的研究成果， 但由于這方 面 的研究難度大，取得 的主要 認(rèn) 識(shí)還不是很深刻，一直局限在啟動(dòng)壓力的研究。 Von Engelhardt， Tuun， Hansbo， Miller和 Low， Mitchell和 Younger等人都曾發(fā) 現(xiàn)低滲透介質(zhì)中的非達(dá)西現(xiàn)象。這些現(xiàn)象包括隨著壓力梯度的變化滲透率發(fā)生明顯的變化（即流速與壓力梯度不呈線性比例關(guān)系）以及 “啟動(dòng)壓力梯度 ”（低于啟動(dòng)壓力梯度滲流不會(huì)發(fā)生）。由于缺少一致的實(shí)驗(yàn)資料，研究都是建立在一定的假設(shè)基礎(chǔ)上的。一般的西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 3 非達(dá)西滲流多達(dá)十幾種。 國內(nèi) 西安石油 大學(xué) 的閻慶來教授首先對(duì)此問題進(jìn)行研究的，之后中國石油大學(xué)、 中國科學(xué)院滲流流 體力學(xué)研究所 、 西南石油大學(xué) 都 相繼開展了類似的研究，取得了一定的成果 。 隨著 計(jì)算機(jī)的大量應(yīng)用 和 實(shí)驗(yàn)水平的發(fā)展 ，求解非線性問題已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)研究方 面 主要 針對(duì) 在啟動(dòng)壓力的 力學(xué)描述 與 物理實(shí)質(zhì) 這兩個(gè)方面，并在滲流 理論研究 方面已經(jīng)取得了一些認(rèn)識(shí)，但 大多數(shù)研究 都局限于滲流 公式 中附加一 個(gè) 啟動(dòng)壓力，沒有從影響低滲透非達(dá)西機(jī)理的角度來考慮 [5,6]。 黃延章等 [7]人研究了低滲透油層中油水滲流 規(guī)律 及 特征 ,得 出 啟動(dòng)壓力梯度 與原油極限剪切應(yīng)力成正比 ,與滲透率成反比的結(jié)論。 由于 原油的極限剪切應(yīng)力和井距越大，單井產(chǎn)量減小幅 度越大而 啟動(dòng)壓力梯度 存在 ， 若 滲透率越小，單井產(chǎn)量 波動(dòng) 幅度 也 越大 。谷建偉等 [8]在考 慮啟動(dòng)壓力、 重力 、 毛管力 等 眾多 因素情況下 并 推導(dǎo) 出 低滲透油田 油水兩相滲流時(shí) 無因次采油指數(shù)、無因次采液指數(shù)和 含水率 的變化形式 ， 還對(duì) 3 種因素 影響生產(chǎn)參數(shù)的 情況作了具體分析 ， 提 出 由于 毛管力和啟動(dòng)壓力的存在 增加了無因次采液指數(shù)和含水率 。 王健等 [9]人 得出 了低滲透砂巖油藏的 滲流特征不符合 達(dá)西滲流曲線 。 為了保證 所測巖樣的 非達(dá)西滲流曲線的完整性 則 采用 “毛細(xì) 管 平衡法 ”與傳統(tǒng)的 “壓差流量法 ”相結(jié)合 。利用實(shí)驗(yàn) 所 獲取的數(shù)據(jù)點(diǎn)來 探討 啟動(dòng) 壓力梯度與空氣滲 透率 ， 流體黏度、驅(qū)替壓力梯度的關(guān)系 等 ， 同時(shí) 回歸得到了經(jīng)驗(yàn)公式。 時(shí)宇等 [11]人 通過恒速壓汞實(shí)驗(yàn)確定了大慶低滲透油田喉道分布密度函數(shù)，然后基于邊界層理論 及 毛管模型 ，建立了非線性滲流模型。 并 準(zhǔn)確界定了 低滲透儲(chǔ)層中產(chǎn)生非線性滲流的壓力梯度區(qū)域，并 定量分析 影響非線性滲流的因素。結(jié)果表明，在非線性滲流過程中儲(chǔ)層滲透率與啟動(dòng)壓力梯度是產(chǎn)生非線性滲流的主要因素。其中，滲透率 對(duì)非線性滲流的 影響程度較大，但影響的范圍較窄而啟動(dòng)壓力梯度的影響程度相對(duì)較小， 相對(duì)于滲透率其 影響范圍較大。 楊正明等 [12]人通過 實(shí)驗(yàn) 及 礦場 試驗(yàn) 表明 Darcy 公式不符合 低滲油藏流體滲流 而且低滲油藏流體滲流 存在明顯的非線性。從非線性滲流的形成機(jī)理出發(fā)，利用恒速壓汞技術(shù)確 定 低滲儲(chǔ)層喉道分布密度函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)毛管模型與邊界層理論，建立了低滲儲(chǔ)層非線性相滲模型，并結(jié)合大慶油田某區(qū)塊進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明，在非線性滲流壓力梯度范圍內(nèi)，地層中壓力梯度的增加，儲(chǔ)層絕對(duì)滲透率逐漸增加、水相滲透率逐漸降低，油相滲透率逐漸升高，油井含水率上升速度降低。 低滲透 注水 開發(fā) 研究現(xiàn)狀 低滲透油田開發(fā)不僅受 啟動(dòng)壓力梯度的影響 ，而且也受裂縫的影響 。 低滲透油田由于 裂縫的存在 ， 對(duì)注水井網(wǎng)的部署就極為敏感， 低滲透油注水開發(fā)成敗的關(guān)鍵因素是 確定合理的井網(wǎng)部署 [13]。 低滲透油藏注水開發(fā)技術(shù)對(duì)策研究 —— 以白馬中南部工區(qū)為例 4 Goued和 Salem認(rèn)為提高油水井對(duì)砂體的鉆遇率是提高水驅(qū)采收率的一項(xiàng)新措施，所以一般采用面積注水井網(wǎng) [3840]。 在美國，人們多采用 “反九點(diǎn)法注水 —五點(diǎn)法 —加密井網(wǎng) —三次采油 ”的思路開發(fā)低滲透油田，并取得了較好的效果 [39]。 李松泉等 [14]根據(jù) 低滲透油田 特點(diǎn)， 合理注采井網(wǎng) 應(yīng)該 是不等井距的沿裂縫線狀注水井網(wǎng) ， 該 井網(wǎng) 類型所具有的優(yōu)勢 ： （ 1） 可以獲得較大的波及體積、油井見效明顯、防止油井發(fā)生 暴 性水淹 ； （ 2） 由于注水井距加大使井網(wǎng) 密度變小即 總井?dāng)?shù)減少，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。 侯建峰 [15]利用數(shù)值模擬手段 對(duì)具有代表性的長慶安塞油田坪橋區(qū)特低滲透油藏 的合理開發(fā)井網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)淪證。 在 特低滲透油藏開發(fā)初期 ，部署 正方形反九點(diǎn)井網(wǎng)其生產(chǎn)井 壓裂縫 長度 將 受到限制、邊井見效差 ，單井產(chǎn)能低 而 且 角井又容易水淹； 與正方形反九點(diǎn)井網(wǎng)相比較， 菱形反九點(diǎn)井網(wǎng) 盡管 改善了平面上各油井的均勻受效程度， 開發(fā)效果較好， 但仍未 完全 解決對(duì)壓裂規(guī)模的限制以及單并產(chǎn)能低 等關(guān)鍵性 問題。 屈雪峰等 [16]通過數(shù)值模擬、 油藏工程計(jì)算、 現(xiàn)場試驗(yàn)和 室內(nèi)化驗(yàn)分析 的方法，對(duì)西峰油田白馬區(qū)長 8 地質(zhì)特征制定合 理 的開發(fā)對(duì)策。 在白馬 中 工區(qū)，采用 合理的井網(wǎng)系統(tǒng)和注水時(shí)機(jī) 從而 獲得了較好的開發(fā)效果。 因此，采用菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)實(shí)施超前注水開發(fā) 可以改善長 8 油藏的開發(fā)效果。 另外，合理井網(wǎng)密度 也 是低滲透油田開發(fā)的一個(gè)主要問題?？茖W(xué)合理的井網(wǎng)密度 即可以 達(dá)到儲(chǔ)量損失小、最終采收率高、采油速度較高和開發(fā)效果較好，又能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 國內(nèi)外 都著重于統(tǒng)計(jì)研究 水驅(qū)采收率與井網(wǎng)密度的關(guān)系， 目前， 北京石油研究院統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式（簡稱國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)公式），謝爾卡喬夫公式，前蘇聯(lián)石油研究院統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式（簡稱 前蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)公式）等已 在油田開發(fā)中 得到了廣泛的應(yīng)用，尤其 謝氏公式 ，大部分油田將其 與 投 入 產(chǎn)出原理 結(jié)合， 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析計(jì)算 [13]。 在超前注水研究方面， 王瑞飛 [53]根據(jù)同步注水、超前注水 7 個(gè)方案進(jìn)行數(shù)值模擬研究，擬合出超前注水時(shí)間與超前注水中壓力保持水平的關(guān)系式，并推導(dǎo)出超前注水開發(fā)低滲透油田中合理超前注水時(shí)間和極限注水時(shí)間的計(jì)算公式。王鵬 [52]研究獲得超前注水量越大，地層壓力越大，開發(fā)效果也越好。金拴聯(lián) [46]在注水參數(shù)優(yōu)化方面提出了強(qiáng)化注水、不穩(wěn)定注水的特點(diǎn)和方法以及超前注水及油井投產(chǎn)的時(shí)機(jī)選擇。余貝貝 [49]基于長慶特低滲透油田的開發(fā)實(shí)踐，采用滲流力學(xué)和油藏工程等手段，在超前注水開發(fā)模式下對(duì)特低滲透油藏注水井等注入量二源速度場與壓力梯度場等進(jìn)行研究，得到了不同滲透率及注水井井底流壓下合理井距理論圖版。趙春鵬 [54]針對(duì)長慶莊 19 井區(qū)低滲油藏的物性特征，通過實(shí)驗(yàn)得到以壓力傳播到巖心長度 32%時(shí)的速度為合理的注水速度。 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 5 本文研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線 本文的技術(shù)路線 本文首先從低滲透油藏地質(zhì)特征，開采方式，井網(wǎng)部署及滲流規(guī)律來闡述低滲透油藏特性，總結(jié)目前常用的剩余油研究方法并重點(diǎn)介紹運(yùn)用數(shù)值 模擬技術(shù) 研究 剩余油分布。然后 對(duì)白馬中南部工區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景進(jìn)行了簡要介紹，分析了油藏早期生產(chǎn)特征；并對(duì)油田沉積特征、油藏流體 性質(zhì) 、儲(chǔ)層各種物性等進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，開展油藏工程研究，對(duì)目前工區(qū)產(chǎn)能，滲流特征進(jìn)行簡要的介紹，重點(diǎn)研究白馬中南部工區(qū)的注水開發(fā)效果，井網(wǎng)適應(yīng)性及油藏壓力。 通過數(shù)值模擬技術(shù)掌握 白馬中 南部工區(qū)目前剩余油分布情況，結(jié)合剩余油研究成果， 設(shè)計(jì)三類調(diào)整措施，并展開油藏合理開發(fā) 對(duì)策 論證，從而 得出 最優(yōu)方案 。 技術(shù)路線如圖 11。 圖 11 技術(shù)路線圖 本文研究的主要內(nèi)容及成果 （ 1）全面調(diào)研和總結(jié)低滲透油藏的基本特征及滲流機(jī)理， 并歸納目前常用的剩余油研究方法并重點(diǎn)介紹運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù) 研究 剩余油分布 。 （ 2） 分析了 白馬中 南部 工區(qū)地質(zhì)特征 以及流體特征 ，并為制定合理開發(fā)技術(shù)對(duì)策低滲透油藏特性及滲流特征 剩余油分布預(yù)測研究 白馬中工南部工區(qū)概況及開發(fā)現(xiàn)狀 剩余油分布 白馬中南部工區(qū)開發(fā) 對(duì)策 論證 對(duì)比優(yōu)選調(diào)整方案 地質(zhì)模型建立與歷史擬合 國內(nèi)外調(diào)研 白馬中南部工區(qū)油藏工程研究 低滲透油藏注水開發(fā)技術(shù)對(duì)策研究 —— 以白馬中南部工區(qū)為例 6 的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 （ 3） 對(duì)白馬中南部工區(qū)產(chǎn)能特征進(jìn)行了分析，并研究了白馬中南部工區(qū)地層壓力現(xiàn)狀，地層壓力保持水平及受控因素，地層壓力保持水平界限和合理的井底流壓。 （ 4）對(duì)白馬中南部工區(qū)生產(chǎn)井的見水特征及注采井網(wǎng) 的合理性評(píng)價(jià)展開分析，并采用水驅(qū)動(dòng)用程度、含水變化規(guī)律、存水率、耗水率和水驅(qū)開發(fā)指數(shù)等指標(biāo)對(duì)開發(fā)效果進(jìn)行了研究，評(píng)價(jià) 工區(qū) 水驅(qū)開發(fā)效果。 （ 5）利用 Eclipse 軟件，建立白馬中南部工區(qū)地質(zhì)模型 ，并 對(duì) 439 口單井進(jìn)行歷史擬合。 （ 6） 采用數(shù)值模擬方法，對(duì)白馬中 南部工區(qū) 剩余油分布展開研究，結(jié)合剩余油研究成果，設(shè)計(jì)三類調(diào)整措施，從而優(yōu)選出白馬中南部工區(qū)油藏的開發(fā) 對(duì)策 。 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 7 第 2章 低滲透油藏 特性及滲流特征 低滲透油藏劃分方法、標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù) 低滲透油 藏 是一個(gè)相對(duì)的概念，而且 對(duì)低滲透油田 （ 或油藏 ） 的界定， 國內(nèi)外 尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。前蘇聯(lián) 專家 根據(jù) 地層產(chǎn)能、導(dǎo)水性、孔隙空間結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將低滲透油藏的上限定為 50103μm2， 但是 各油田低滲透儲(chǔ)層的形成和埋藏的地質(zhì)條件 各有不同 ，其滲透率上限也就互不相同，應(yīng)視具體情況而定。實(shí)驗(yàn)證明， 不考慮油層的厚度與原油的粘度，僅用滲透率作為低滲透儲(chǔ)層的定量標(biāo)準(zhǔn)是不夠的 。美國 把滲透率大于 10103μm2 的低滲透油藏劃為好儲(chǔ)層，故低滲透儲(chǔ)層的上限就等于10103μm2。加拿大對(duì)低滲透油藏的分類與油田的實(shí)際情況比較適應(yīng)。他們主要根據(jù)某一壓汞飽和度所對(duì)應(yīng)的 喉道大小，配合滲透率、孔隙度和其比值等參數(shù)對(duì)油層進(jìn)行分類。 目前，我國根據(jù)低滲透油田的滲流特征和開采特征，將儲(chǔ)層滲透率不大于50103μm2 的油田算作低滲透油田。 我國依據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，低滲透儲(chǔ)層通常指滲透率小于 10103μm2， 見表 21 可知 II 級(jí)為低滲透儲(chǔ)集巖， III級(jí)為特低滲透儲(chǔ)集巖。 表 21 低滲透儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn) 儲(chǔ)層級(jí)別 克氏滲透率（ 103μm2） 孔隙度（酒精法）（ %） 中值喉道半徑 （ μm） 排驅(qū)壓力（ MPa） 孔隙結(jié)構(gòu)類型 孔隙類型 裂縫狀況 備注 碳 酸鹽巖 碎屑巖 碳酸鹽巖 碎屑巖 低滲 10～ 12～ 6 12～ 6 2～ ～ 1 中孔小喉、小孔小喉 溶孔 粒間孔、溶孔 有 裂縫 Ⅱ 類 特低滲 ～ 6～ 6～3 ～ 1～ 5 微孔 小喉 粒間孔晶間孔 粒間孔 裂縫少 Ⅲ 類 致密巖 3 =5 微孔 微喉 晶間 孔 雜基 孔 裂縫不發(fā)育 非儲(chǔ)集層 低滲透油藏注水開發(fā)技術(shù)對(duì)策研究 —— 以白馬中南部工區(qū)為例 8 低滲透油藏地質(zhì)特征 我國低滲透油藏類型 比較 單一， 大多數(shù) 屬于常規(guī)油藏類型， 60%以上儲(chǔ)量存在于 構(gòu)造油藏及巖性油藏這 兩種油藏類型。大多數(shù)低滲透油藏儲(chǔ)層物性 較 差， 滲透率低 ， 孔隙度 低 。 低滲透砂巖儲(chǔ)層具有 巖屑含量高、粘土或碳酸鹽膠結(jié)物較多的普遍 特點(diǎn) 。 根據(jù)國內(nèi) 統(tǒng)計(jì) 結(jié)果 表明 低滲透 油層平均 孔隙度為 %， 最小孔隙度為 %， 最大孔隙 %。以 油層孔隙度分布而言， %的油層 平均孔隙度小于 10%， %的油層 平均孔隙度在 10%～ 15%之間； %油層 平均孔隙度在 15%～ 20%之間； %