3 低渗非达西渗流特征1

1低渗透储层的基本渗流特征2要点：1.达西公式及其适用条件2.低渗非达西渗流特征3.低渗非达西渗流机理4.低渗非达西渗流综合判据5.低渗非达西渗流的视渗透率6.视渗透率分布对油田开发的影响7.改善低渗透油田注水开发效果的途径3（一）达西公式及其适用条件41.1达西公式AgradPKQ5达西公式是描述单相牛顿流体通过多孔介质渗流规律的数学表达式。反映线性渗流规律。61.2达西公式的适用条件渗流流体为单相牛顿流体，服从牛顿内摩擦定律，应力与应变呈线性关系；多孔介质性质稳定。渗流过程中孔隙结构保持不变，反映多孔介质渗流能力的渗透率值为一常数；多孔介质性质和流体性质分别为渗流方程中的独立参数。多孔介质和渗流流体之间的相互作用对流体流动的影响很小，可以忽略；多孔介质中流体以层流状态流动。71.3各种非达西渗流自然界和某些工程领域有许多渗流现象并不能满足达西渗流的条件，因此存在各种非达西渗流现象，主要有以下几种：非牛顿流体渗流非层流流态渗流变形多孔介质渗流非等温渗流低渗多孔介质渗流8（二）低渗非达西渗流特征92.1低渗非达西渗流的渗流条件低渗多孔介质孔隙孔道细小，流体与孔隙介质之间的作用力对流体流动的影响已不能忽略。细小孔隙孔道，尤其是细小喉道存在明显的启动压力梯度。低渗透储层不具备达西渗流所适用的渗流条件，呈现低渗非达西渗流特征。102.2低渗岩心渗流曲线1112非线性段拟线性段临界压力梯度拟启动压力梯度2.3低渗非达西渗流特征13非线性段在低压力梯度范围内，渗流曲线呈非线性。随压力梯度的增大，渗流量增大。渗流量与压力梯度呈指数关系，指数大于1，关系式如下：ngradPaQ114拟线性段在较高压力梯度下，渗流曲线呈拟线性。拟线性段的反向延长线不通过坐标原点，而与压力梯度轴有一正值交点。拟线性段渗流量和压力梯度的关系式如下：bgradPaQ215临界点及临界压力梯度由非线性段过渡到拟线性段的点称为临界点C。临界点所对应的压力梯度为临界压力梯度渗透率越低临界压力梯度越大，非达西渗流特征越显著。16拟启动压力梯度拟线性段与压力梯度轴有一正值交点，称为拟启动压力梯度：渗透率越低拟启动压力梯度越大，非达西渗流特征越显著。bgradP17（三）低渗非达西渗流机理启动压力梯度流动孔隙数附加渗流阻力183.1启动压力固液界面存在分子作用力，形成吸附滞留层。吸附滞留层的厚度约为0.1μm。低渗多孔介质孔隙孔道细小，孔径和吸附滞留层厚度在同一数量级，甚至更小。细小孔隙中，吸附滞留层对流体流动的影响不可忽略，存在启动压力。19不同渗透率岩石样品孔隙结构参数表（引自李道品）类别渗透率（10-3μm2）平均喉道半径（μm）比表面积（m3/g）排驱压力(MPa)对比层1004.4910.480.076中低渗透层100-501.7251.360.112一般低渗透层50-101.0513.230.236特低渗透层10-10.11214.260.375203.2流动孔隙数储层中的孔隙系统是由无数孔径大小不等的孔隙组成。孔径越小，启动压力越大。在非线性段，随压力梯度的增大，参与流动的孔隙数增多。达到临界压力梯度以后，流动孔隙数成为定值。21岩石中孔径分布223.3附加渗流阻力拟启动压力梯度反映附加渗流阻力。在非线性段，随流动孔隙数增多，附加渗流阻力增大。在拟线性段，附加渗流阻力为定值。不管是非线性段还是拟线性段，附加渗流阻力的影响都存在。23（四）低渗非达西渗流的综合判据24低渗非达西渗流划分的一般界限通过大量岩心实验，对于砂岩岩心，开始明显出现非达西渗流特征的渗透率值在50×10－3μm2左右。目前多以50×10－3μm2作为划分低渗透储层的标准。254.1渗流状态的影响因素从中高达西渗流到低渗非达西渗流是个渐变过程。两种渗流状态的判别标准并非是渗透率的单值函数。它取决于多孔介质孔隙结构参数和流体性质参数，主要有：•孔隙结构参数：孔隙半径、喉道半径、孔喉比、配位数、孔隙迂回度、孔隙分布密度等。•流体性质参数：流体粘度和密度。264.2低渗非达西渗流的判别依据低渗非达西渗流特征判别依据：拟启动压力梯度为0，即达西线性渗流；拟启动压力梯度大于0，即为低渗非达西渗流。影响拟启动压力梯度的物理量主要有：渗透率(K)、孔隙半径(R)、喉道半径(r)、流体粘度(μ)、流体密度(ρ)274.3低渗非达西渗流的判别式通过各物理量的因次分析，可得如下判别式：的单位为帕，故称压力数。rRKN2N284.4数据分析压力数小于某一数值，拟启动压力梯度趋近于0，流动状态表现为达西线性渗流。压力数大于某一数值，拟启动压力梯度对渗流的影响不可忽略，表现为低渗非达西渗流特征。通过岩心实验得到：压力数小于2时，呈现达西渗流特征；压力数大于5时，呈现非达西渗流特征；压力数在2－5之间，视为过渡区。29（五）低渗非达西渗流的视渗透率305.1渗透率的变化在非线性段，随压力梯度的增大，流动孔隙数增多，附加渗流阻力增大。但流动孔隙数增多起主导作用，渗透率呈上升趋势。在拟线性段，流动孔隙数和附加渗流阻力都为定值。但随压力梯度的的增大，附加渗流阻力的影响相对减小，渗透率仍呈上升趋势。非线性段和拟线性段，随压力梯度的增大渗透率变化规律不相同。315.2视渗透率如果仍以渗流量和压力梯度的关系来定义储层渗透率的话，则可用下式计算视渗透率：此式与达西公式的不同点在于，适用于中高渗透性储层的达西公式中，渗透率是定值。而在低渗非达西渗流的情况下，渗流量和压力梯度关系式中的视渗透率是个变量，它随压力梯度的增大而增大。gradPAQKs..325.3渗流曲线与视渗透率曲线33渗流曲线与视渗透率曲线（Kg=29.08×10－3μm2）0123456700.10.20.30.4压力梯度(MPa/cm)视渗透率4174.02)(1907.9gradpKs8429.01)(835.17gradpKs00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.04500.10.20.30.4压力梯度(MPa/cm)流量(ml/s)8704.11)(346.0gradpQ0117.0)(141.02gradpQ34渗流曲线与视渗透率曲线（Kg=9.45×10－3μm2）00.0020.0040.0060.0080.010.0120.01400.20.40.60.81压力梯度(MPa/cm)流量(ml/s)2356.11)(0139.0gradpQ0079.0)(0263.02gradpQ00.20.40.60.8100.51压力梯度(MPa/cm)视渗透率238.01)(7677.0gradpKs8451.02)(0967.1gradpKs35渗流曲线与视渗透率曲线（Kg=2.92×10－3μm2）00.0050.010.0150.020.0250.030.0350123压力梯度(MPa/cm)流量(ml/s)6445.11)(0058.0gradpQ0543.0)(0425.02gradpQ00.20.40.60.810123压力梯度(MPa/cm)视渗透率6445.01)(319.0gradpKs7846.22)(1272.0gradpKs365.4视渗透率定义在低渗透储层中，压力梯度的大小不仅直接影响渗流量的大小，而且影响储层的渗透率。因此，在低渗透储层中压力梯度不同，渗透率也不同，渗透率是压力梯度的函数。所以，把低渗透储层中，随压力梯度的变化所引起的渗透率变化，称为低渗透储层的视渗透率。375.5视渗透率变化特征视渗透率远比气测渗透率低。视渗透率是变量，与压力梯度直接有关。压力梯度越低，视渗透率越低。大于临界压力梯度的情况下，视渗透率明显较高。小于临界压力梯度时，视渗透率明显较低。临界压力梯度前后，视渗透率变化规律不相同。38（六）视渗透率分布对油田开发的影响396.1低渗透储层中的压力分布注水开发过程中储层压力分布不均衡：注水井附近地层压力高；注采井之间地层压力较低；生产井附近地层压力最低。406.2低渗透储层中的压力梯度分布：注水井附近地层压力降落大，压力梯度大；注采井之间广大地带地层压力较平稳，压力梯度小；生产井附近地层压力降落大，压力梯度大。416.3低渗透储层中地层压力、压力梯度、视渗透率分布示意图水井油井压压力分布压压力梯度分布压视渗透率分布Dr1r2KSCgradPC426.4低渗透储层中视渗透率分布：注水井附近地层压力梯度大，视渗透率大，影响范围称为易流动半径，但范围小；注采井之间地层压力梯度小，视渗透率小，影响范围大，称为不易流动带，对注水开发造成极为不利的影响；生产井附近地层压力梯度大，视渗透率大，也具有易流动半径，同样影响范围小。436.5视渗透率分布对注水开发的影响注入水不易通过不易流动带扩散到远处地层，积聚在注水井附近地层，形成局部高压区。使注水压力升高，注水量减小。不易流动带不能及时向生产井附近地层和生产井补充地层流体，在生产井附近地层形成局部低压区。使生产井供液不足，产量递减快，产能低。44（七）低渗透油田改善注水开发效果的途径457.1扩大易流动半径压裂改造使注入水能够进入地层深处，提高注水量生产井能够得到地层深处的流体供给，提高采液量同时能减小不易流动带，提高生产压差467.2减小不易流动带适当减小注采井距，减小不易流动带，提高地层压力梯度和视渗透率。提高注采压差和生产压差4748结束