利用水驅特征曲線確定低滲透油藏啟動壓力梯度

李文青，王晶，劉俊剛

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利用水驅特征曲線確定低滲透油藏啟動壓力梯度

李文青，王晶，劉俊剛

（中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院， 陜西 西安 710021）

低滲透油藏普遍存在啟動壓力梯度，地下流體表現非達西滲流特征，對油田生產具有一定的影響。目前確定啟動壓力梯度常用方法是利用室內巖心分析或者試井資料來確定，但這兩種方法存在測試資料少、測試費用高等問題。本文利用水驅特征曲線反推啟動壓力梯度，具有快速簡便的特點，經過驗證，可靠性較高，應用效果較好。

低滲透油藏；啟動壓力梯度；水驅特征曲線

1 啟動壓力研究現狀

大量低滲透巖心實驗已經證明，低滲透多孔介質中，流體的流動為非達西滲流[1-2]，如圖1所示。低滲透多孔介質中，當壓力梯度較小時，滲流速度與壓力梯度為非線性關系，而只有當壓力梯度達到一定值后，滲流速度與壓力梯度之間才會呈現擬線性關系。長慶低滲透油田普遍存在啟動壓力梯度，流量與壓差是非線性關系，當驅替壓差達到某一值時，呈現出近似直線關系。以三疊系油藏為例，啟動壓力梯度分布在0.001～0.016 MPa/m。

圖1 低滲透油藏多孔介質中流體滲流動態特征曲線

目前研究啟動壓力梯度的方法主要有數學計算、室內實驗、數值模擬、IPR 和試井解釋等 5 種方法[3]，但是這5種方法也有一定的局限性，表現為：數學計算法需要建立許多假設條件，實用性較差；數值模擬法需要準確獲得孔喉分布曲線，室內實驗法室內實驗時間長、數據難以準確測得；IPR 法需要得到油藏的實際生產數據，如井底流壓和流體流度等，受生產數據的準確性影響較大；試井解釋法能真實地反映油藏的滲流規律，實用性強，但此方法對壓力數據比較敏感。

2 研究方法

甲型水驅特征曲線是比較符合我國油田實際開發過程中所呈現出來的水驅規律的，現將以油水兩項驅替理論為基礎，推導考慮啟動壓力梯度的低滲透油藏甲型水驅特征曲線。

假設在低滲透油藏中油相存在啟動壓力梯度，而水相不存在啟動壓力梯度，忽略毛管力和重力引起的油水兩相流體壓力差，則含水率可以表示為：

將壓差利用率代入式（1），含水率可表示為：

根據含水率的定義，式（2）變形得：

油水兩相滲流條件下，油、水的相對滲透率比隨出口端含水飽和度變化而變化的關系式為：

聯立式（3）、式（4）得油田的產水量為：

令：

則式（6）變為：

隨著油田的持續開發，累積產油、累積產水不斷增加，常數D的影響越來越小，可以忽略不計，則式（9）又可表示為：

式（10）即為考慮啟動壓力梯度的低滲透油藏甲型水驅曲線，它與不考慮啟動壓力梯度的甲型水驅曲線在對數項中相差一個壓差利用率E?？梢钥吹?，流體與儲層靜態參數可以確定甲型水驅特征曲線系數，由于確定系數的靜態參數較多，所以對這些靜態參數的取值要有足夠的準確性，實際應用中發現，參數對系數的確定具有很大影響，那么具有代表性的相滲曲線就顯得尤為重要。

假設不考慮啟動壓力時，甲型水驅特征曲線表達式為：

對比式（10）、（11），可知：

b2=b1，a2=a1-lgE （12）

因此，只要利用式（7）、式（11）確定出a1、a2，再利用公式（13）、（14）就可快速求得啟動壓力梯度G。

3 實例應用

3.1 水驅特征曲線確定啟動壓力梯度

M區水驅油測試成果表明，該區原始含水飽和度Swi為0.26，殘余油飽和度Sor為0.38，與中高滲透油層相比，相滲透率曲線上表現出以下主要特征：束縛水飽和度高，原始含油飽和度低；兩相流動范圍窄，驅油效率低；油相滲透率下降快；水相滲透率上升慢，最終值低；無水期采收率和最終采收率低(見圖2、圖3)。

全區平均孔隙度11.7%，空氣滲透率0.92×10-3μm2，屬儲層物性差的構造巖性油藏，1995年投入注水開發，目前區塊綜合含水47.2%，地質儲量采出程度10.53%。

圖2 M區相滲曲線

圖3 M區水驅特征曲線

利用M區相滲曲線數據，據公式（6）、式（7）可求得a1=0.9696，b1=0.0025

利用全區歷史生產數據回歸甲型水驅特征曲線方程，可求得累產水與累產油的關系式：

因此，可求得：2=1. 1648，2=0.0025

根據式（13）、式（14）求得該區塊啟動壓力梯度=0.00776 MPa/m

3.2 檢驗方法

3.2.1 利用經驗公式確定啟動壓力梯度

前人對長慶油田大量巖心進行室內實驗分析后，建立了啟動壓力梯度與滲透率的關系圖版（見圖4），并回歸得到了長慶低滲透油藏的啟動壓力梯度經驗公式：

因此，只要得到長慶某一油藏的巖心滲透率，利用該經驗公式可快速求取相應的啟動壓力梯度值。

M區平均滲透率值為0.92 mD，根據式（15）可得區塊啟動壓力梯度G大小為0.007 49 MPa/m。

3.2.2 利用試井測試數據確定啟動壓力梯度

宋付權等[4]在質量守恒定律和壓力分布公式的基礎上，推導出啟動壓力梯度的表達式，根據壓力恢復資料求出低滲油藏的啟動壓力梯度，實用性較強。

試井方法得到啟動壓力梯度計算公式：

若考慮到一般情下，當壓力恢復穩定時，R?rw，且忽略井筒體積時：

這樣通過一次關井壓力恢復至穩定，測出穩態井底壓力，再根據實驗室取得的巖石物性數據，就可利用式（17）可求出油藏的啟動壓力梯度。該方法的優勢在于：對于生產時的產量、壓力條件不加限制，求啟動壓力梯度時無須知道油藏滲透率。根據試井測試數據計算M區平均啟動壓力梯度為0.007 41 MPa/m。

表1 M區單井啟動壓力梯度統計表

以上三種方法計算結果表明：M區啟動壓力梯度值分布在0.007 4~0.007 8 MPa/m之間，三者較為接近，說明利用水驅特征曲線確定低滲透油藏啟動壓力梯度是較為可信。

4 結 論

（1）低滲透油藏的啟動壓力梯度是真實存在的，通過水驅特征曲線法可以推導出包含啟動壓力梯度的表達式，進而確定其值。

（2）對比傳統的經驗公式法、試井數據確定法、水驅特征曲線法等三種方法確定低滲透油藏啟動壓力梯度的結果，可知三種方法比較接近，表明本文提出的水驅特征曲線法也是較為可信的。

（3）相比傳統的經驗公式法、試井數據確定法，本文提出的水驅特征曲線法具有應用快速、簡便、經濟的優點。

注釋：文中公式中一些符號的意義如下。

、N、W分別為油藏地質儲量、累計產油量、累計

產水量，104t；

r、r分別為采油井泄油半徑、井筒半徑，m。

［1］葛家理. 油氣層滲流力學[M]. 北京:石油工業出版社，1982.

［2］黃延章, 等. 低滲透油層滲流機理[M]. 北京:石油工業出版社，1999.

［3］陳志明，蔡雨桐，劉冰. 低滲透油藏啟動壓力梯度的研究方法[J]. 石油化工應用, 2012，31（7）：7-10.

［4］宋付權，劉慈群，胡建國. 用壓力恢復試井資料求油藏啟動壓力梯度[J]. 油氣井測試, 1999，8（3）：5-7.

Study on Calculating Threshold Pressure Gradient Based on Water Drive Characteristic Curve

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(Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company, Shaanxi Xi'an 710021, China）

The threshold pressure gradient commonly exists in low permeability reservoir development, and the liquid flows by way of Non-Darcy Flow, which can influence the oilfield development. Currently, the threshold pressure gradient is obtained by means of core analysis or well testing. But theyare not widely used because of high cost or testing data deficiency. In this paper, the threshold pressure gradient was derived from water drive characteristic curve. The results show that the method is convenient, and has relatively high reliability and good application effect.

low permeability reservoir; threshold pressure gradient; water drive characteristic curve

TE 357

A

1004-0935（2017）10-0976-04

2017-07-04

李文青（1981-），女，工程師，碩士，青海省湟中縣人，2007年畢業于西北大學地質學系礦產勘探與開發專業，從事油田開發工作。