動態毛管力對低滲油藏開發動態的影響

張振濤，姜漢橋，李俊鍵，趙　林，裴艷麗，馬　康

(中國石油大學(北京) 石油工程學院，北京昌平 102249)

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動態毛管力對低滲油藏開發動態的影響

張振濤，姜漢橋，李俊鍵，趙林，裴艷麗，馬康

(中國石油大學(北京) 石油工程學院，北京昌平 102249)

油水兩相滲流過程中，毛管力不僅是飽和度的函數，還是飽和度變化率的函數；動態毛管力與黏度、滲透率、驅替速率等因素相關。通過建立考慮動態毛管力效應的油水兩相滲流數學模型，利用數值模擬軟件研究動態毛管力對油藏開發動態的影響，并考察動態毛管力與儲層非均質性的關系。結果表明，動態毛管力造成水驅油過程中含水率加速上升，產油量下降，產生阻力效應，同時加劇了油藏的非均質性。

動態毛管力；低滲油藏；開發動態；數值模擬；非均質性

1　研究背景

毛管力在油水兩相滲流過程中起到十分重要的作用，為了充分理解流體在地層中的流動狀態與流動特點，應對毛管力與流體飽和度之間的關系進行準確表征。目前普遍認為毛管力是潤濕相流體飽和度的函數，等于潤濕相流體與非潤濕相流體壓力差[1]。 目前，主要通過室內實驗確定毛管力曲線，如半滲隔板法[2]；Topp等人[3]發現，隨著驅替速率的增加，毛管力數值隨之變大，因此在平衡態得到毛管力曲線不能完全適用于動態過程；Hassanizadeh和Gray從熱力學角度得到毛管力本構方程[4-5]；Stauffer于1978年提出了動態毛管力系數的經驗公式，認為動態毛管力系數與多孔介質性質及流體性質相關[6]。

目前，動態毛管力數值模擬主要在孔隙或巖心尺度進行模擬[7-10]，或者在建模過程中沒有考慮動態毛管力的影響[11-12]。針對以上問題，本文在油藏尺度進行建模，并探究動態毛管力對油藏開發動態的影響。

2　考慮動態毛管力油水兩相滲流模型

建立了油水兩相三維滲流數學模型，并使用MRST (MATLAB Reservoir Simulation Toolbox)[13]進行隱式求解。

2.1模型假設

(1)滲流過程在等溫條件下進行。

(2)多孔介質中僅存在油水兩相，并且滲流過程符合達西定律。

(3)油藏中油相為潤濕相，水相為非潤濕相。

(4)考慮重力的影響。

2.2數學模型的建立

油水兩相滲流連續性方程如式(1)所示：

(1)

式(1)中兩個方程4個未知量，求解時需輔助方程：

Sw+So=1

(2)

考慮動態毛細管力：

(3)

(4)

初始條件： p(x,y,z,0)=pini=234atm；

井工作條件：pini=0.5 stb/d，ppro=0.5 stb/d。

計算所用的油藏基本參數如表1所示，根據油藏基本參數，采用一注一采工作制度。

表1　油藏基本參數

3　動態毛管力對油藏開發動態的影響

根據建立的數學模型，研究動態毛管力對油藏壓力、產量和含水率等開發動態的影響，探究油藏非均質性對動態毛管力的影響。

3.1毛管力動態效應

分別建立考慮動態毛管力的模型與不考慮動態毛管力(τ=0)的模型，分析動態毛管力對油藏開發動態的影響。

含水率變化如圖1所示，可以看出，考慮動態毛管力之后，含水率上升變快。由圖2可以看出，考慮動態毛管力之后，日產油量降低，累計產油量少于不考慮動態毛管力的情況。地層壓力場如圖3所示，可見考慮動態毛管力之后地層壓力較大。這說明在親油油藏中，水驅油過程毛管力為阻力，考慮動態毛管力之后，增大了這種阻力效應，滲流阻力變大，含水率上升變快，從而造成了產量的下降。

圖1　含水率曲線

圖2　產量曲線

3.2非均質性影響

為了分析地層非均質性對動態毛管力的影響，建立兩個非均質性不同的模型，如圖4所示，非均質模型的主要參數如表2所示，可以看出模型2非均質性更強。

圖4　非均質模型示意圖

模擬結果如圖5、圖6所示，非均質模型2的含水率上升速度高于非均質模型1。考慮動態毛管力之后，非均質模型2的累計產油量下降率顯著高于非均質模型1。這說明在非均質性較強的模型2中，動態毛管力起到了相對更強的阻力效應。

表2　非均質模型參數

圖5　非均質模型含水率曲線

圖6　非均質模型累計產油量對比

由于儲層非均質越強，孔隙結構越復雜，驅替前緣越難以達到平衡狀態，動態毛管力系數越大，造成的阻力效應越大，相當于動態毛管力加劇了地層的非均質性。

4　結論

(1)通過建立數值模擬理論模型，研究了動態毛管力對油藏開發動態的影響，結果表明動態毛管力造成親油油藏含水率上升變快、產油量下降，起到阻力作用。

(3)建立了兩個非均質性不同的理論模型，探究非均質性與動態毛管力的關系，結果表明非均質性較嚴重的模型，在考慮動態毛管力之后產量下降率顯著變大，說明動態毛管力起到了加劇非均質性的作用。

1673-8217(2016)04-0115-04

2016-02-26

張振濤，在讀碩士研究生，1991年生，現從事油氣田開發理論與提高采收率方面的研究。

國家重點基礎研究發展計劃(973)項目子課題“致密油高效開發油藏工程理論與方法研究”(2015250905)。

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