低渗透油藏开发的渗流理论和方法.

低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学低渗透油藏开发的渗流理论和方法TheoriesofPorousFlowinLowPermeability报告人：朱维耀低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学概述一、低渗透油藏储层物性参数特征1、基本概念、各种分类标准和划分方法2、地质特征和物性参数特点3、渗流物理实验技术4、现有实验技术的不足主要内容低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学二、低渗透油层油水渗流的非线性规律1、非达西渗流规律的基本特征2、启动压力梯度3、非线性渗流规律表达型式4、岩石物性与渗流特征研究5、有效驱动的基本理论主要内容低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学三、低渗透储层井网整体压裂基质-裂缝耦合流动理论研究1、物理本质和概念模型2、井网整体压裂基质-裂缝耦合流动理论体系3、压裂水驱机理和开采数值模拟研究主要内容低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学四、低渗非达西渗流条件下水平井压裂技术研究1、低渗非达西渗流条件下水平井压裂产能预测方法2、多油层水平井压裂开发优化控制技术3、水平井压裂裂缝优化模拟技术主要内容低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学五、展望1、微观结构与宏观渗流过程的深入探索2、低渗透油藏基质－裂缝－井网整体优化开采渗流理论3、开发低渗和特低渗油藏的有效技术主要内容低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学概述需求：随着我国国民经济稳定增长，石油需求不断增加。是世界上除美国之外的第2大石油消费国,年进口的原油量已接近国内石油的年产量。由于我国中、高渗透油藏后备石油储量不足，低渗透特别是特低渗透石油资源开发速度慢，使石油供需矛盾不断加剧,仅2006年对外依存度就达47％,据预测到2020年我国将净进口石油2.7亿吨,国家面临严峻的石油安全问题！！低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学概述资源情况：我国石油工业每年探明的石油储量中，低丰度、低渗透油气田占的比例在50%以上，而且比例逐年上升。中国石油股份公司2000年已探明未开发低渗透与中高渗透地质储量分布图21701245801336229308843104318337694373572448319997152290100002000030000400005000060000700008000090000大庆新疆长庆吉林大港辽河华北青海吐哈塔里木冀东地质储量(万吨)中高渗透低渗透低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学概述迫切要求：加速开采特低渗透油藏，开展理论和技术创新，掌握地质规律，形成一套适合我国特低渗透油藏特征的开发理论和技术体系，使特低渗透油藏的开发获得重大突破。将大大提高我国石油资源的利用率，确保我国石油产量的稳定和增长，维护我国石油安全，满足国民经济发展的重大需求。低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学概述目标：形成低渗透油藏高效开发和提高采收率理论及方法、获得巨大经济效益为目标，解决低渗透油藏油层非均质性强、渗透率低、裂缝发育复杂等对提高石油采收率具有挑战性的理论和技术难题。关键科学问题：1、储层裂缝识别、预测理论和方法；2、非线性渗流机理及复杂渗流理论；3、高效注入剂分子设计理论与合成；4、注入介质流动控制理论。低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学开发过程存在许多理论问题▲多孔介质致密性、非均质、裂缝、耦合▲达西定律的不适用→流动的非线性▲产量预测与实际情况不符●低速非线性渗流------启动压力●储层压力、流体对储层物性的敏感性●低渗、超低渗油层的可动流体●储层岩石微观结构与非线性渗流研究●流－固耦合、基质－裂缝－井网耦合低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学一、低渗透油藏储层物性参数特征1、基本概念、各种分类标准和划分方法•不同国家和地区对低渗透油田的划分标准并不统一美国：渗透率≤100×10-3μm2前苏联：渗透率为50×10-3～100×10-3μm2我国：一般将渗透率在10×10-3～50×10-3μm2的油田称为低渗透油田，1×10-3～10×10-3μm2的称为特低渗透油田，小于1×10-3μm2称为超低渗透油田低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学一、低渗透油藏储层物性参数特征近年来，随着人们对低渗透油田研究的深入，从不同的研究角度，又提出了一些新的划分标准：低渗透、特低渗透油藏等的最新分类标准：分类储集层空气渗透率高渗透≥500×10-3μm2中渗透：50×10-3μm2≤中渗透＜500×10-3μm2低渗透：10×10-3μm2≤一般低渗透＜50×10-3μm21×10-3μm2≤特低渗透＜10×10-3μm2超低渗透＜1×10-3μm2参见：石油天然气行业标准SY/T6169-1995油藏分类低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学通用分类方法：1、按渗透率分类2、按启动压力分类3、按流度分类分类渗透率范围分类渗透率范围分类流度范围Ⅰ类：一般低渗透10-50×10-3μm2Ⅰ类：启动压力梯度变化率的数量级是10-48-30×10-3μm2Ⅰ类：称为低渗透油层30-50×10-3μm2/(mPa·s)Ⅱ类：特低渗透1-10×10-3μm2Ⅱ类：启动压力梯度的变化率的数量级10-31-8×10-3μm2。Ⅱ类：称为特低渗透储层1-30×10-3μm2/(mPa·s)Ⅲ类：超低渗透率0.1-1×10-3μm2Ⅲ类：启动压力梯度的变化率的数量级10-2-10-10.1-1×10-3μm2；Ⅲ类：称为超低渗透储层≤1×10-3μm2/(mPa·s)Ⅳ类：致密层0.1-0.01×10-3μm2Ⅴ类：非常致密层0.01-0.0001×10-3μm2Ⅵ类：裂缝-孔隙非常致密低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学4、按孔隙结构分类5、岩性、物性、油性、电性综合分析分类渗透率范围分类孔吼半径(μm)孔隙度/%渗透率(10-3μm2)含油性Ⅰ类:中喉型C501um，Smin10%，粗歪度，孔喉分选性好。Ⅰ类:中-细砂岩0.5153油浸Ⅱ类:较细喉型C50为0.1～15um，Smin为10%～20%。较粗-略粗歪度，孔喉分选较好。Ⅱ类:细砂岩0.15-0.5010-151-3油斑-油浸Ⅲ类:细喉型C50为0.1～0.01Lm，Smin为20%～40%。细歪度，分选较差。Ⅲ类:粉细砂岩0.1-0.158-120.2-1.0油斑-油迹Ⅳ类：致密型C500.11Lm，Smi40%。细歪度，分选差。Ⅳ类：粉砂岩0.180.2油迹低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学特低渗透储层分类（细分）分类渗透率原油流度地质储量Ⅰ类≧1.5×10-3µm2≧0.35×10-3µm2/mPa·s5420×104tⅡ类1.5～1.0×10-3µm20.35～0.25×10-3µm2/mPa·s8063×104tⅢ类1.0～0.5×10-3µm20.25～0.15×10-3µm2/mPa·s9507×104tⅣ类储层﹤0.5×10-3µm2﹤0.15×10-3µm2/mPa·s5729×104t•建议：分类的适用性，如：渗透率分类→细分→流体流动特性低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学1、可动流体百分数等级划分标准等级特高高中低特低可动流体饱和度（％）6550～6535～5020～3520→需针对低渗透等级划分细化制定标准•建议：考虑流体流动特性2、喉道半径等级划分低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学2、喉道半径等级划分00.050.10.150.20.250.30.350.40.450246810喉道半径/µm分布频率K=5.58K=19.30K=2.83K=0.09K=0.22K=18.80K=0.39K=1.500510152025300100200300400孔道半径/µm分布频率K=5.58K=19.30K=2.83K=0.09K=0.22K=18.80K=0.39K=1.50低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学2、喉道半径等级划分0123450510152025渗透率/10-3µm2平均喉道半径/µm→喉道半径对特低渗透油层流体流动影响巨大！低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学一、低渗透油藏储层物性参数特征2、地质特征和物性参数特点（1）油藏类型单一●多属于常规油藏类型，以岩性油藏和构造油藏为主，有60％以上的储量存在与上述两种类型的油藏中。（2）储层物性差，孔隙度和渗透率低●50％的油层孔隙度小于10％，平均渗透率小于10mD的油层占61％（3）孔喉细小，溶蚀孔发育●喉道半径一般小于1.5μm，非有效孔隙体积在整个孔喉体积中所占比例较大，平均30％。低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学（4）储层非均质严重●层内非均质受沉积韵律的变化和成岩作用而表现明显不同。（5）裂缝发育●大多是构造裂缝，其分布比较规则，常常成组出现。裂缝密度受构造部位、砂岩厚度、岩性控制十分明显。宽度一般都很小，多数在十几到几十微米之间，裂缝的延伸长度大多小于100m。（6）油层原始含水饱和度高●低渗透油藏原始含水饱和度一般较高，通常在30～50％，有的高达60％。2、地质特征和物性参数特点低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学（7）储层敏感性强●容易收到各种损害。其中水敏和压敏较突出。（8）原油性质好●一般原油密度一般为0.84～0.86g/cm3，地层原油粘度一般为0.7～8.7mPa.s。2、地质特征和物性参数特点低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学一、低渗透油藏储层物性参数特征3、渗流物理实验技术▲（1）启动压力实验研究渗流启动压力曲线y=569.07x+0.4329R2=0.998701020304050607000.020.040.060.080.10.12流量（ml/min）压力梯度（Mpa/m）低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学（1）启动压力实验研究启动压力与渗透率关系y=0.1055x-1.11200.20.40.60.810246810121416182022渗透率/10－3um2启动压力梯度/Mpa/m实验点乘幂(实验点)低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学▲（2）恒速压汞实验研究原理示意图低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学恒速压汞实验研究020040060080010001200140016000123456喉道半径(微米)频率(喉道个数）0100200300400500600700800900050100150200250300350400孔隙半径(微米)频率(孔隙个数)低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学▲（3）可动流体饱和度研究(序号Q03：P33，1696.25米)01020304050607080901000.1110100100010000T2弛豫时间(ms)幅度频率分布累积分布岩心核磁T2谱曲线低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学▲（3）可动流体饱和度研究低渗透岩心可动流体饱和度图3-6渗透率与可动油饱和度关系y=9.1793Ln(x)+20.149R2=0.9568010203040506070050100150渗透率(×10-3um2)可动油饱和度（%）图3-1孔隙度与可动油饱和度关系01020304050607005101520孔隙度(%)可动油饱和度(%)低渗透油藏开发的渗流理论2008北京科技大学北京科技大学▲（3）可动流体饱和度研究可动流体饱和度与孔隙度关系0102030405060051015孔隙度（％）可动流体饱和度（％）实验点乘幂(实验