贾然
中国石油长城钻探工程有限公司录井公司
Jia Ran
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
收稿日期: 2018-11-23
网络出版日期: 2018-12-25
版权声明: 2018 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有
作者简介:
作者简介：贾然 工程师,1987年生,2009年本科毕业于长江大学资源勘查工程专业,2016年取得东北石油大学地质工程专业硕士学位,现于中国石油长城钻探工程有限公司录井公司从事提高采收率实验工作。通信地址:124010 辽宁省盘锦市石油大街77号。电话:15942782626。E-mail:63619105@qq.com
展开
摘要
常规油藏开采日渐匮乏,而低渗透油藏储量高,其开发成为当前研究热点。鉴于室内启动压力梯度实验结果可反映储集层的渗流规律,为低渗透油藏开发方案设计、井距选取及储集层动用情况提供数据支撑,选取福山凹陷低渗透油藏天然岩心,在参考前人研究成果的基础上,总结出一种以气体作为输出动力,通过定值器精密调节输出压力的实验方法。该实验研究表明:福山凹陷低渗透油藏启动压力梯度与气体渗透率有较好的乘幂负相关关系,通过实验数据拟合求得的最小启动压力梯度贴近生产实际;现阶段注采压差小、注采井接近极限井距是该区块注水难、采收率降低的主要原因。最终研究结果可有效验证研究区采油井改为注水井效果的优劣,为下一步选取注水井改造提供理论图板。
关键词：
Abstract
With the shortage of conventional reservoir exploitation and the high reserves of low permeability reservoir, its development is the current research hot spot. In view of the fact that the results of laboratory start-up pressure gradient test reflect the seepage law of reservoir, it provides data support for the design of low permeability reservoir development plan, well spacing selection and the drainage volume of reservoir. Based on selecting natural core of low permeability reservoirs in Fushan sag,referring to the previous research results, and using air as the output power, an experimental method of minutely adjusting the output pressure with set point device was summarized. The experimental results showed that start-up pressure gradient of low permeability reservoirs in Fushan sag has a good power negative correlation with gas permeability. The minimum start-up pressure gradient obtained by fitting the experimental data is close to the production practice. At present, small injection-production pressure difference and near critical well spacing between injection wells and production wells are the main reasons for the difficulty of waterflooding and the decrease of recovery efficiency in this block. The results of the final study can effectively verify the effect of changing production wells into water injection wells in the study area, and provide a theoretical chart for next step to select water injection wells for modification.
Keywords：
福山油田位于海南省北部,福山凹陷是福山油田的一个地质构造,位于北部湾盆地南斜坡东段,是该地区重要的含油气单元。随着油气勘探开发进程的深入,低渗透油藏已得到广泛关注。低渗透油藏平均孔喉半径较小,连通性差,非均质性严重,受表面分子作用力影响,启动压力梯度现象明显[1,2]。鉴于油藏启动压力梯度的存在制约着低渗透油藏的开发效果[3],而启动压力梯度实验还没有相应的标准可循,其实验研究方法多样化,往往存在很多不确定性,经常出现相同的低渗透岩心,启动压力梯度实验数据却不一致的结果。这就需要在前人研究成果的基础上,通过大量的实验数据对比,找出一套更完整准确、更适于本研究区的实验方法。
为了使启动压力梯度数据在研究区内有更好的应用价值,笔者查阅大量文献,归纳出以液体为驱替动力的恒速法和恒压法[4,5],并通过大量实验数据分析,提出以上两种方法存在的问题及影响因素,最后总结出以气体为驱替动力的恒压法。该方法的实验数据更准确,参考价值更高,据此算出的实验数据贴近实际注采情况,应用效果更好。
对于室内启动压力梯度实验的研究,目前主要采用恒速法和恒压法,并通过求得的渗流速度,利用线性回归方法计算最小启动压力梯度[6],绘制启动压力梯度数据图。笔者应用现有实验设备,采用进口ISCO泵,通过低流量液体稳流驱替的方式得到的启动压力梯度过大,这是由于恒速法具有滞后性,不适用于低渗透样品;笔者采用ISCO泵恒压法稳压驱替岩心,发现驱替泵以较小压力长时间驱替过程中,压力波动大,精度下降明显,数据准确性很难保证。以上两种以液体为输出介质采用泵驱替方式的恒速法和恒压法都存在实验误差。基于此,本文改用气体作为驱替动力,应用高精度定值器控制低压输出的方式,进行室内单相流体驱替实验,这种实验方法有效解决了以液体为驱替动力的恒速法和恒压法存在的弊端。
选取海南福山凹陷30块岩心样品进行驱替实验。所有样品均经过洗油处理,并在105℃烤箱烘烤48 h以上,其直径为2.490~2.520 cm,长度为4.202~4.250 cm(表1),测得岩心气体渗透率为0.85~18.06 mD,地层流体矿化度为1 000~12 000 mg/L。在实验开始前,样品进行24 h抽空,用相同矿化度的模拟地层水加压饱和16 h以上,建立束缚水饱和度。以上过程需要保证室内温差不大于1℃。
表1 福山凹陷岩心实验数据
| 岩心号 | 直径/ cm | 长度/ cm | 气体渗透率/ mD | 岩心号 | 直径/ cm | 长度/ cm | 气体渗透率/ mD | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| J-1 | 2.491 | 4.215 | 2.48 | Y 7-1 | 2.520 | 4.250 | 1.77 | |
| J-2 | 2.495 | 4.205 | 1.20 | Y 7-2 | 2.496 | 4.248 | 0.85 | |
| J-3 | 2.502 | 4.236 | 2.15 | Y 7-3 | 2.495 | 4.245 | 1.82 | |
| L 106-1 | 2.511 | 4.250 | 2.42 | Y 7-4 | 2.498 | 4.218 | 2.53 | |
| L 106-2 | 2.510 | 4.226 | 2.45 | Y 10-1 | 2.501 | 4.215 | 1.27 | |
| L 106-3 | 2.518 | 4.236 | 4.92 | Y 10-2 | 2.505 | 4.225 | 1.23 | |
| Y 11-1 | 2.505 | 4.235 | 1.53 | H 18-3 | 2.509 | 4.248 | 4.01 | |
| Y 11-2 | 2.508 | 4.231 | 1.18 | H 18-4 | 2.508 | 4.225 | 6.85 | |
| Y 11-3 | 2.515 | 4.225 | 3.95 | H 131-1 | 2.505 | 4.231 | 18.06 | |
| Y 11-4 | 2.494 | 4.215 | 2.56 | H 131-2 | 2.498 | 4.205 | 1.08 | |
| Y 13-1 | 2.496 | 4.218 | 2.58 | H 131-3 | 2.495 | 4.202 | 1.85 | |
| Y 13-2 | 2.490 | 4.244 | 0.96 | H 131-4 | 2.490 | 4.215 | 16.91 | |
| Y 13-3 | 2.496 | 4.226 | 0.92 | H 133-1 | 2.498 | 4.225 | 1.65 | |
| H 18-1 | 2.505 | 4.235 | 2.28 | H 133-2 | 2.520 | 4.235 | 1.57 | |
| H 18-2 | 2.501 | 4.238 | 1.22 | H 133-3 | 2.515 | 4.220 | 1.55 |
将处理好的岩心放入夹持器中,环压恒定为2 MPa,检查设备流程气密性,确保实验数据准确,根据气体渗透率选定较小压力作为起始压力,通过定值器调节压力(起始压力一般设定为0.001 MPa),夹持器尾端连接高精度量筒,待死体积排空尾端液体均匀排出,用秒表测定单位时间内卡取液量的变化,并准确算出输出流速,然后继续下一点压力测量(设定压力间隔不宜过大),同时计算流速;经过10个压力点的测量,以压力梯度和流速为横纵坐标绘制曲线图。
通过对表1所示30个岩心样品的驱替实验,得到所有样品的“压力梯度-流速”关系曲线(图1)。通过曲线图可以发现,受启动压力梯度所影响,曲线接近原点而又不经过原点,且曲线形态近似于二阶多项式,压力梯度与流速呈现较好的拟合关系,其中曲线与横轴交点即为最小启动压力梯度。通过二阶多项方程式及实验结果拟合得出公式如下:
y=ax2+bx+c (1)
其中a、b、c为方程回归常数,当y=0(即流速为0 mL/min)时,x正值即为最小启动压力梯度(MPa/m),其求解公式如下:
x=
由于流速y值不可能为0,就要求在实验中尽可能选取较小压力值开始实验,这也是前文提到的以0.001 MPa为起始压力的主要原因。提升流速值测量精度,尽可能设定较小流速值测量相应的压力梯度,可使曲线无限接近x轴,拟合结果更精确。
通过多项式线性回归的数学方法处理数据,尽管对于研究区内低渗透样品有较好的应用空间,但对于达西流和非达西流的界限不明显,达西流的线性特征不规则,有待进一步针对中高流量段压力梯度深入研究[7]。通过实验求得福山凹陷岩心启动压力梯度实验结果(表2)。
表2 福山凹陷岩心启动压力梯度实验结果
| 岩心号 | 启动压力梯度/ (MPa·m-1) | 岩心号 | 启动压力梯度/ (MPa·m-1) | 岩心号 | 启动压力梯度/ (MPa·m-1) | 岩心号 | 启动压力梯度/ (MPa·m-1) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| J-1 | 0.030 8 | Y 7-1 | 0.084 8 | Y 13-1 | 0.042 7 | H 131-2 | 0.123 7 | |||
| J-2 | 0.090 4 | Y 7-2 | 0.106 7 | Y 13-2 | 0.070 7 | H 131-3 | 0.052 4 | |||
| J-3 | 0.028 3 | Y 7-3 | 0.052 2 | Y 13-3 | 0.061 5 | H 131-4 | 0.009 5 | |||
| L 106-1 | 0.021 2 | Y 7-4 | 0.034 4 | H 18-1 | 0.047 2 | H 133-1 | 0.066 3 | |||
| L 106-2 | 0.049 7 | Y 10-1 | 0.051 9 | H 18-2 | 0.106 2 | H 133-2 | 0.040 1 | |||
| L 106-3 | 0.011 8 | Y 10-2 | 0.087 4 | H 18-3 | 0.021 2 | H 133-3 | 0.068 7 | |||
| Y 11-1 | 0.042 4 | Y 11-3 | 0.014 2 | H 18-4 | 0.011 8 | |||||
| Y 11-2 | 0.082 4 | Y 11-4 | 0.026 1 | H 131-1 | 0.002 4 |
由表2数据可见,不同气体渗透率的岩心启动压力梯度各不相同。通过对比发现,气体渗透率越高,启动压力梯度越小,随着气体渗透率的降低,启动压力梯度逐渐增大,当气体渗透率下降到一定数值时,启动压力梯度增大明显,说明低渗透样品启动压力梯度对储集层开发影响较大。针对30个岩心样品进行数据统计,发现岩心启动压力梯度和气体渗透率具有良好乘幂关系(图2)。
根据甲方提供的福山凹陷9口井阶段地层数据,选取不同时期最高和最低地层水粘度分别对不同气体渗透率岩心进行驱替实验,从实验结果总结归纳出地层水粘度和启动压力梯度之间的对应关系(图3)。
通过图3得出,随着水粘度不断增加,不同渗透率岩心的启动压力梯度都呈增大趋势,且增大速率不同,气体渗透率较高岩心相对渗透率较低岩心增加缓慢。这表明:渗透率越低,地层水粘度对启动压力梯度影响越大,并且两者之间存在良好的正相关关系。
在低渗透油藏中,启动压力梯度实验结果主要应用于井网的布置和调整。通过启动压力梯度实验数据求得极限井距及最大注采压差,其中极限井距和最大注采压差数据在低渗透油藏开发中意义重大。根据求得的启动压力梯度和公式(3)[8]可求取极限注采井距R,改变注采压差,得到地层气体渗透率和极限井距的对应关系图(图4)。
式中:pH为注水井井底流压,MPa;pW为采油井井底流压,MPa;R为注采井距,m;rW为井筒半径,m;λ为启动压力梯度,MPa/m。
通过图4可以发现,随着注采压差的变大,极限井距也随之增大;气体渗透率和极限井距也存在相对应关系。但对于低渗透油藏而言,受储集层内部微观结构及黏土矿物含量和类型影响,还要考虑储集层敏感性因素,单纯提高注采压差,极限井距增加并不明显[9,10]。
参考福山凹陷目前注采井距离,绘制出现有研究区采油井所需最小注采压差,为下一步开发方案调整提供可靠数据(图5)。
(1)海南福山凹陷低渗透油藏存在启动压力梯度,平均值为0.051 3 MPa/m,启动压力梯度的存在制约着低渗透油藏的开发效果。
(2)通过多种实验方法和实验结果对比,总结出更适用于研究区的室内驱替方法:采用气体作为驱替动力,应用高精度定值器控制低压输出的方式。该方法数据更符合实际,应用效果较好,可在其他区块进行实验研究和推广。
(3)通过实验结果总结出:研究区岩心启动压力梯度和气体渗透率有良好乘幂关系;渗透率越低,地层水粘度对启动压力梯度影响越大,并且两者之间存在良好的正相关性。
(4)通过绘制不同注采压差下地层气体渗透率和极限井距的对应关系图,为现场使用提供理论图板,并依据目前研究区注采井距离,绘制出采油井所需最小注采压差与气体渗透率的对应关系图,为后期产能开发方案调整提供理论依据。
The authors have declared that no competing interests exist.
| [1] |
单一介质、双重介质中非定常非达西低速渗流问题 [J]. |
| [2] |
单一介质、双重介质非达西低速渗流的压力曲线动态特征 [J]. |
| [3] |
界面分子力作用与渗透率的关系及其对渗流的影响 [J]. |
| [4] |
低渗透油田开发的特殊规律——低渗透油田开发系列论文之一 [J]. |
| [5] |
特低渗油藏启动压力梯度新的求解方法及应用 [J]. |
| [6] |
低渗透油藏启动压力梯度实验研究 [J]. |
| [7] |
致密岩心启动压力梯度实验研究 [J]. |
| [8] |
油藏启动压力的规律研究与应用 [J]. |
| [9] |
低速非达西渗流试井典型曲线拟合法 [J]. |
| [10] |
Petrophysical rock physics modeling: acomparison of the Krief and Gassmann equations, and applications to verifying and estimating compressional and shear velocities [C] // |
/
| 〈 |
|
〉 |
