低渗透/特低渗透储层启动压力梯度与非达西渗流相关问题探讨

smartdou

低渗透/特低渗透储层启动压力梯度与非达西渗流相关问题探讨

窦宏恩

在低渗透储集层多孔介质流体渗流中，可将主要的渗流形式分为4种：（1）线性渗流，即达西渗流（见图中紫色直线），称为流型1；（2）存在启动压力梯度，流体流动不一定是非达西渗流（见图中蓝色直线）称为流型2；（3）流体流动是非达西渗流，不一定存在启动压力梯度（见图中粉红色曲线），称为流型3；（4）存在启动压力梯度，也是非达西渗流（见图中黑色曲线），称为流型4。因此，不能将启动压力梯度与非达西渗流混同起来。

究竟什么是启动压力梯度？

       流体在储层中不具备流动条件，需要外加一个压力流体才可能流动，将这个外加的使流体流动的压力，通常称“启动压力”，如果是平面线性流动，将其折算到单位长度的压力，通常称其为“启动压力梯度”。

油藏压力系数低于1，储层属于低压储藏。压力系数=地层压力/静水压力,当测试地层压力为20.0MPa，埋深2800m时。压力系数=20/0.0098×2800×1.0=0.73。此油藏就属于压力系数低于1的低压油藏。

       由于启动压力梯度是低渗透储层原始成藏压力过低，储层既是低孔、低渗又储层能量不足，较低的孔隙压力不足以使原油流到井筒，低渗透储层才表现出来的一种特征。

在这种渗流条件下，需要外部通过注水或注气等补充能量，增加储层孔隙流体的流动压力，以达到油田正常开发的目的。

       拟启动压力梯度：具有启动压力梯度的非线性渗流，沿曲线ae的直线段de处做切线，向X轴（压力梯度）延伸，他们将在X轴上的交点，oc段有人称为 “拟压力梯度图1”。

低渗透低压成藏储层有油，但能量不足不能流出来，不但需要补充能量，还要进行储层压裂改造便可实施开发。

       如果储层虽然属于低渗透，但成藏压力较高，压力系数超过大于1或超过2时，这样的低渗透致密储层流体渗流根本不需要“启动压力梯度”。

        从美国威利斯顿盆地巴肯区带致密油藏开发的实践可知：巴肯低渗透致密储层，渗透率在0.1-0.1×10^-8 mD，储层埋深2800-3100m，原始地层压力在28-45MPa，孔隙度在1.8-7.3%之间。98%以上的井采用水平井裸眼多段压裂完井（OHMS），单井初期平均产量超过200t/d，2011年致密油产量已超过2000×10^4 t。虽然储层非常致密，但储层压力较高，不用外部提供任何驱动压力，储层原油就能正常流动到井筒。但是，巴肯区带的储层如此致密，如果取芯，在实验室测试，肯定能测到“启动压力梯度”，可能会测试出巨高的启动压力梯度值，但它具有什么样的意义？目前需要外界补充能量建立驱动压力体系吗？当然不需要。目前，只要采用重复压裂就可维持水平井正常生产。

       低渗透的高压储层只要有油，对储层通过压裂造成储层多条渗流通道，便可实施开发，就不需要进行补充能量（如注水、注气等）。所以，对于低渗透储层研究，即要研究如何进行储层补充能量，又要研究储层改造。研究储层补充能量后压力系数近于1，储层改造后的储层渗流的意义要比研究低渗透岩石自然属性，启动压力梯度多大意义要大。

      低渗透储层其渗透率有大有小，渗透率较高的岩心，在进行驱替实验时，就不存在启动压力梯度。启动压力梯度是一些低渗透或特低渗透储层岩石在多相驱替时表现出来的一种自然属性（油藏渗流通常都是多相渗流）。实验室与实际储层条件相差甚远，实验测得的数据均偏高。其未经压裂、注水等措施，而测得的启动压力梯度不能代表储层岩石介质在投产前超前注水、整体压裂后的真实渗流特征，由于它不能应用于储层实际渗流。我在以前的文章中提出的实验数据问题，没有怀疑过多数研究者实验数据测试的正确性，主要想告诉大家，这种实验数据不能代表储层的实际渗流。

       目前有人在进行的渗透的驱替实验时，在将压力憋到一定值，在开启出口端阀门，进行测量，测不到压力梯度，就是我说的它们模拟了一个非常高的孔隙流体压力，类似储层压力大于1的成藏储层渗流。这时，即是没有启动压力梯度，但折算的驱替压力梯度也高的可怕。同样，这个测试得到的驱替压力也没有什么实际意义，也与实际储层补充能量，又进行储层改造后的实际渗流相差甚远。

       低压成藏的低渗透或特低渗透储层的多相渗流存在启动压力梯度是毫无疑问的。但目前地面测试值是正确的，可无法应用到储层实际渗流，这就是低渗透目前研究的重点。

    目前，在低渗透研究的理论领域还存在3大矛盾：

    矛盾之一：承认流动是非达西渗流，但在处理低渗透储层渗透率与孔隙半径的关系时，还不断有人使用科兹尼公式；

                K=Φ*R^2/8

    式中：R为储层孔道半径；Φ为储层孔隙度；K为科兹尼公式求得的渗透率。

    矛盾之二：在求低渗透和超低渗透储层渗透率时，就承认流动是达西流动，因为需要采用达西方程计算渗透率。但在解释流动现象、产能预测时，就突然把研究转到非达西渗流上进行问题处理；

     矛盾之三：在做相对渗透率曲线时，需要计算出实验得到的每个点渗透率值，就把达西定律拿过来进行计算，使用过后，又转到非达西渗流上来，进行油藏数值模拟。

    同时，在低渗透理论研究方面，主要理论问题归纳为3个：

    理论问题之一：低渗透多相渗流启动压力梯度是否与非达西渗透有直接关系？

    理论问题之二：低渗透储层低速渗流是否呈现非牛顿流体渗流性质，是否就必然存在边界层效应？存在边界层效应是否就一定是非达西渗流？

    理论问题之三：非达西渗流的形式方程究竟如何表述？如果非达西渗流，就意味着有无数条切线，也就是说渗透率不是一个常量，这时，渗透率如何计算？还会有相对渗透率曲线吗？如果没有，这些做非达西渗流建模的研究者在数值模拟中如何建模？

    本人认为低渗透储层多相流动存在启动压力梯度，但当一旦启动压力体系建立起来后，就不需要再考虑启动压力梯度，笔者在多篇文章中已经多了较详细论述。但就上述问题请大家展开讨论。

smartdou

the-one 发表于 2013-12-11 11:28
窦老师您好，我仔细看了您发了这些内容，有些疑问想请教您一下：
（1）可不可以认为低渗储层中的启动压力梯 ...

The-one 的问题：（1）可不可以认为低渗储层中的启动压力梯度是由于“毛管力”引起的，因为对于油来说，边界层的存在是引起启动压力梯度的一个重要原因。但是对于低渗气藏来说，也存在“启动压力梯度”。所以，我可不可以认为，是由于水相的存在，使得气“看起来”存在启动压力梯度？
答：对于多相渗流而言，毛管力是引起低渗透储层启动压力梯度的一个重要原因。但的确还需要进行较多的实验数据来支持。我目前只做了低渗透储层的单相流实验，得到的结果是驱替压力梯度较高，但不是非达西渗流也不存在启动压力梯度。

The-one 的问题： （2）您说“由于启动压力梯度是低渗透储层原始成藏压力过低，储层既是低孔、低渗又储层能量不足，较低的孔隙压力不足以使原油流到井筒，低渗透储层才表现出来的一种特征。”您的意思是，如果储层是正常压力系统或者是异常高压，是不是就不存在启动压力梯度了？但是通过我的观察，启动压力梯度并不是低压储层的“专利”，这个怎么解释？
答：请您提供您的实验数据和理论依据，供大家分析讨论。

The-one 的问题： （3）巴肯低渗透致密储层那个例子，您说“虽然储层非常致密，但储层压力较高，不用外部提供任何驱动压力，储层原油就能正常流动到井筒。”您是说它不存在启动压力梯度了呗。“但是，巴肯区带的储层如此致密，如果取芯，在实验室测试，肯定能测到“启动压力梯度”。这个怎么解释呢？或者说，实验室测得的启动压力梯度又有什么意义呢？
答：巴肯区带属于高压储层，压力系数多数高于2，但100%的油井采用水平井体积压裂开发，在储层中都形成了网络缝，改变了原来的岩石孔隙结构，不用外界施加任何动力及能量，原油就可顺利流到井筒，高产井达200立方米/天。但如果我们取芯进行驱替实验，一定会测试出高的驱动压力梯度，多相流的话，也一定会测试出启动压力梯度。当巴肯区带储层压力系数低于1以下，类似长庆的压力系数0.6-0.8时，巴肯区带就一定会停止产油，这时，就一定需要外界提供压力，达到油井正常生产。

lx2005556

高深，学习了

smartdou

lx2005556 发表于 2013-12-10 23:52
高深，学习了

    本话题是从上世纪80年代初就已近在我国开始讨论的一个热点话题，已经持续有几十年的历史，研究者都做了大量的研究工作，硕士、博士论文及发表的研究论文数量已经不下上万篇，希望大家进行深入讨论，提供自己的理论研究、实验研究及现场的实例，这样可以是问题讨论更深入一些，是大家都能从中受益。此外，由于低渗透油田开发永远终止不了，所以，欢迎大家参与讨论，以期能推动本话题在本论坛能持久下去。

skxv

the-one

窦老师您好，我仔细看了您发了这些内容，有些疑问想请教您一下：
（1）可不可以认为低渗储层中的启动压力梯度是由于“毛管力”引起的，因为对于油来说，边界层的存在是引起启动压力梯度的一个重要原因。但是对于低渗气藏来说，也存在“启动压力梯度”。所以，我可不可以认为，是由于水相的存在，使得气“看起来”存在启动压力梯度？
（2）您说“由于启动压力梯度是低渗透储层原始成藏压力过低，储层既是低孔、低渗又储层能量不足，较低的孔隙压力不足以使原油流到井筒，低渗透储层才表现出来的一种特征。”您的意思是，如果储层是正常压力系统或者是异常高压，是不是就不存在启动压力梯度了？但是通过我的观察，启动压力梯度并不是低压储层的“专利”，这个怎么解释？
（3）巴肯低渗透致密储层那个例子，您说“虽然储层非常致密，但储层压力较高，不用外部提供任何驱动压力，储层原油就能正常流动到井筒。”您是说它不存在启动压力梯度了呗。“但是，巴肯区带的储层如此致密，如果取芯，在实验室测试，肯定能测到“启动压力梯度”。这个怎么解释呢？或者说，实验室测得的启动压力梯度又有什么意义呢？
本人水平有限，问题有点多，希望得到老师的指点。

我爱发明

本人才疏学浅，在这个问题是还是感觉楼主说的很有道理，有学者提出低渗透油层不

存在启动压力梯度的概念，我感觉从基本的油层物理学原理也解释不通，因为在任意

弯曲界面的附加压力和学习润湿滞后时，由于三相周界点的移动滞后，会造成喉道内

液滴两端变形，产生附加压力（如图1）。

因此，本人观点与楼主相仿：即在理想光滑的毛细管中，不存在启动压力梯度；但是

在胶结物含量很高、比面大、孔喉迂曲度很高的实际的油藏岩石孔隙中（如图2），而

且又是两相（油&水）或者三相（油&气&水）这种复杂的界面系统下，低渗透油层应该

会存在启动压力梯度。欢迎各位专家指教。

                         图2

齐成伟

smartdou 发表于 2013-12-11 19:51
The-one 的问题：（1）可不可以认为低渗储层中的启动压力梯度是由于“毛管力”引起的，因为对于油来说，边 ...

窦老师，能加一下我的qq【1261621】吗？
        您四年前的肯定和鼓励帮我度过了人生中最难的半年

smartdou

齐成伟 发表于 2013-12-11 23:36
窦老师，能加一下我的qq【1261621】吗？
        您四年前的肯定和鼓励帮我度过了人生中最难的半年

没有问题。您是一个搞科研难得的人才。

admin

本人才疏学浅，在这个问题是还是感觉楼主说的很有道理，有学者提出低渗透油层不

存在启动压力梯度的概念，我感觉从基本的油层物理学原理也解释不通，因为在任意

弯曲界面的附加压力和学习润湿滞后时，由于三相周界点的移动滞后，会造成喉道内

液滴两端变形，产生附加压力（如图1）。

因此，本人观点与楼主相仿：即在理想光滑的毛细管中，不存在启动压力梯度；但是

在胶结物含量很高、比面大、孔喉迂曲度很高的实际的油藏岩石孔隙中（如图2），而

且又是两相（油&水）或者三相（油&气&水）这种复杂的界面系统下，低渗透油层应该

会存在启动压力梯度。欢迎各位专家指教。