低渗非达西渗流特征及影响因素
低渗油藏渗流机理
低渗油藏渗流机理毛锐中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉（430074）Email：***********************摘要：低渗油藏孔隙细小，渗流不符合达西定律，流体在其中流动存在启动压力。
低渗透油气藏渗流规律有着不同于中高渗油气藏渗流规律的特殊性，二者在油田开发效果上存在的差异正是这种渗流规律的特殊性引起的。
因此，必须加快特低渗油气藏渗流机理研究，为低渗油气藏稳产增产奠定基础。
本文在阅读文献的基础上对低渗透油藏的渗流规律做综合性的论述。
关键词：非达西流启动压力介质变形渗流规律前言油藏工程和渗流力学研究中一直以达西定律为主要基础。
达西定律的假设条件为：流体为牛顿流体，液流为层流状态，流体与孔隙介质不起反应。
低渗透油层的许多特点和现象与达西定律所假设的条件相差很大，受固体表面影响边界层在孔隙中所占的比例很大。
因此，达西定律不适用于描述低渗透油藏的渗流规律。
早在20世纪50-60年代，国外就有非达西渗流的提法。
我国西安石油学院阎庆来等人最先用地层水和原油通过天然岩心进行渗流试验，试验结果表明，在渗透率较低时，无论是水，还是原油都有较为明显的启动压力梯度显示，即产生非达西渗流现象。
低渗透油藏由于渗透率低，孔隙结构复杂，渗流环境复杂，因而其油、水渗流特点、规律要比中高渗透储层复杂得多。
油田开发实践表明：与中高渗油田相比，低渗透油田在开发效果上存在很大差异：(1)绝大部分低渗油藏天然能量不足，产量下降快，注水井吸水能力差；(2)注水压力高，而采油(气)井难以见到注水效果；(3)见水后含水上升快，采液指数和采油(气)指数急剧下降；(4)油田最终采收率低等特征。
其原因在于低渗透油气藏渗流规律有着不同于中高渗油气藏渗流规律的特殊性，二者在油田开发效果上存在的差异正是这种渗流规律的特殊性引起的。
因此，必须加快特低渗油气藏渗流机理研究，为低渗油气藏稳产增产奠定基础。
正文1.低渗透油藏相对渗透率规律研究现状目前求取两相渗流相对渗透率的方法，主要有稳定法和不稳定法两种，对于稳定法，因为测试时间长、受限于实验仪器设备的精密度还未被大部分学者所采纳。
《2024年低渗透非均质油藏渗流特征及反问题研究》范文
《低渗透非均质油藏渗流特征及反问题研究》篇一一、引言在油气藏的勘探与开发中，低渗透非均质油藏的渗流特征研究具有重要地位。
这类油藏因其独特的物理性质和复杂的渗流行为，对提高采收率、优化开发策略和保障油田长期稳定生产具有重要意义。
本文旨在深入探讨低渗透非均质油藏的渗流特征，并对其反问题进行研究，为油田开发提供理论依据和指导。
二、低渗透非均质油藏的渗流特征1. 物理性质与分类低渗透非均质油藏通常指渗透率较低、孔隙度变化较大的油藏。
根据地质条件和物理性质的不同，可将其分为多种类型，如微裂缝型、致密砂岩型等。
不同类型的油藏在渗流特征上存在明显差异。
2. 渗流机制低渗透非均质油藏的渗流机制复杂，主要受控于岩石的微观结构、流体性质及外部条件。
在渗流过程中，存在启动压力梯度、非线性渗流等现象，导致流体在油藏中的流动行为与常规油藏存在显著差异。
3. 渗流特征表现低渗透非均质油藏的渗流特征主要表现为渗透率低、启动压力高、非线性流动明显等。
这些特征使得油藏开发过程中存在较大的挑战，如开发成本高、采收率低等。
因此，准确掌握渗流特征对优化开发策略至关重要。
三、反问题研究1. 反问题概述反问题研究主要指通过对已知的流体流动数据进行处理和分析，反推出油藏的物理性质和参数。
在低渗透非均质油藏的开发中，反问题研究对于提高采收率、优化开发策略具有重要意义。
2. 反问题研究方法（1）数值模拟法：通过建立数学模型，对实际流体流动数据进行模拟和计算，反推出油藏的物理性质和参数。
（2）统计法：通过对大量实际生产数据的统计和分析，得出油藏的物理性质和参数。
（3）地球物理测井法：利用地球物理测井技术，获取油藏的物理性质和参数信息。
3. 反问题研究应用通过反问题研究，可以更加准确地掌握低渗透非均质油藏的物理性质和参数，为优化开发策略提供依据。
例如，通过反推出的渗透率数据，可以优化注水策略和采收策略，提高采收率；通过反推出的启动压力梯度数据，可以更好地预测流体在油藏中的流动行为等。
低渗油藏非线性渗流特征及其影响
低渗油藏非线性渗流特征及其影响肖曾利;蒲春生;秦文龙;宋向华【摘要】针对低渗透油藏渗流阻力大,注水效果差等问题,根据物理模型实验资料,推导了低渗透油层的渗流数学方程,并研究了低渗油层中油、水渗流特征及其规律.研究表明:低渗储层中的渗流具有启动压力梯度,启动压力梯度与储层的渗透率成反比,与原油极限剪切应力成正比.低渗储层的渗透率越小,单井产量减小幅度越大;同时,单井产量减小幅度随原油的极限剪切应力和井距的增大而增大.因此,可采用压裂或打水平井等技术手段对油层实施有效改造,通过降低原油剪切应力、使用小井距和较大的生产压差来改善开发效果.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2007(029)003【总页数】3页(P105-107)【关键词】低渗透;非达西渗流;特征;影响【作者】肖曾利;蒲春生;秦文龙;宋向华【作者单位】中国石油大学石油与天然气工程学院,北京,102249;西安石油大学石油工程学院,陕西西安,710065;中国石油大学石油与天然气工程学院,北京,102249;西安石油大学石油工程学院,陕西西安,710065;西安石油大学石油工程学院,陕西西安,710065;西安石油大学石油工程学院,陕西西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TE311低渗透油藏的渗透率很低、油气水赖以流动的通道很微细、渗流阻力很大、液固界面及液液界面的相互作用力显著，并导致渗流规律产生某种程度的变化而偏离达西定律。
这些内在因素反映在油田生产上往往表现为单井口产量小，甚至不压裂就无自然产能；稳产状况差，产量下降快；注水井吸水能力差，注水压力高，而采油井难以见到注水效果；油田见水后，含水上升快，而采液指数和采油指数急剧下降，对油田稳产造成很大困难。
笔者利用物理模型实验资料，对低渗透油层油水渗流机理和特征进行研究，并研究其对压力分布、产能等带来的影响。
1 低渗透油藏非线性渗流的特征1.1 油水渗流的非线性规律许多研究资料表明，由于固体与液体的界面作用，在油层岩石孔隙的内表面，存在一个原油的边界层。
低渗透油藏非达西渗流规律研究.
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无限大油藏动边界条件 ：
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封闭油藏外边界条件：
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ＰＤＩｒｐ ＞ Ｒ（＇ｏ）＝０
（８）
十
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本上也是油层实际渗流的速度范围，可见在低渗透油藏级别上可能普遍存在非达西渗流。大 量的实验表明，低渗条件下的油气渗流有如图３所示的特征，图 １，２ 中实线是实验所得的
渗流曲线，压力梯度大的部分呈直线段，表现为达西流；压力梯度小的部分表现为非达西 流。为便于工程计算，把上面的直线段延长，用延长的直线段代替渗流曲线，２就是启动压 力梯度，可用公式 （１）描述图３所示非达西渗流规律：
下面以无限大油藏为例说明一下差分方法。 对式 （１０）进行数值离散，得：
，‘一，一‘，·箭 ，，、，·，‘一 △一“Ｄｅｒ，－， ＇ＯＤ ｅｒ２２＇ｅＯ２，ｔ
（１５）
（ｉ二０，…，１一１；，＝０，’·’，Ｎ）。
由式 （１１），（１２），（ １３）分别可得 ：
Ｐｉ．ｏ＝０
（１６）
，。，一“＋瓮，Ｐｉ，十，２，一，△·“＋“一‘，一鄂１，ｊ一 （１７）
定压外边界条件：
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｜ ．．！
ＰＤＩｒｐ ＞ Ｒ（ｎｏ）＝０
（９）
｜ ＰＤＩＲ Ｏ Ｄ）＝Ｒ ．＝０
气体低速非达西渗流机理及渗流特征研究
低， 致使渗透率急剧下降。水膜水和毛细管水对气
体流动产生堵塞作用 ， 即所谓 的“ 阈压效应” 具体 ，
表现为 ： 喉道两端的水膜水在初始状态阻碍气体通 过， 一旦气体冲破喉道水膜水束缚后 ， 续流气体通 过这一喉道处就不再有堵塞效应 ； 毛管水始终 占据 喉道空间 ， 使得气体只能以气泡形式通过， 对气 体
比液 固之间的分子作用力小得多， 在管壁处 的气体 分子仍处于运 动状态 ， 并不全部粘 附于管壁上 ， 特征 ．
邻层的气体分子由于动量交换 ， 可连 同管壁处的气 体分子一起沿管壁定 向流动 ， 这就增加 了气体的流
量。由于液体渗流时在孔壁上的不流动液膜 占去了
Ｖ０ ． ３ Ｎｏ ６ １１ ．
Ｄｅ ．２ ｏ ｅ ０６
气 体 低 速 非 达 西渗 流 机 理 及 渗 流 特 征 研 究
刘晓旭 ， 勇， 胡 朱 斌， 李 宁 ， 曦 冯
成 都 ６０ ５ ） １０ １ （ 中油西南油气 田公 司 ， 四川
摘要 ： 为明确 气体在 低速渗流状 态下的渗流规律 以厦产 生低 速非迭西渗流 的实质性原 因， 用 运 分子动 力学、 力学和渗 流力学等相关知识 ， 于滑脱效应和 阈压效应 两方面分析 了气体在 低 热 基 速渗 流状 态下的渗流机理及渗 流特征 。研 究认 为 ， 气体 滑脱效应是 毛细 管壁 处气体 分子 滑流
低速非达西渗流一直存在争论 。目前 ， 国内外在这 方面的研究也基本处于停滞不前 的状态 ， 对于气体 低速非达西渗流 的内涵与表现仍是人们认识 的盲 区。针对上述提出的问题 ， 本文展开 了对于气藏气 体低速非达西渗流产生的条件 、 渗流机理及渗流特
征 的研 究与 分 析 。
图 １ 滑脱效应作用下气体 渗流规律 示意 图
低渗透油藏非达西渗流视渗透率及其对开发的影响
一
、
低 渗 透 储 层 的非 达 西 渗 流 机 理
。低 渗透储 层 中的 流体 流 动 是非 达
量 克服 固液 界 面分 子 作 用 力 ， 能使 吸附 滞 留层 流 才 体参 与 流动 。 因此 ， 小孑 隙 中 的 流体 流 动 应具 有 细 Ｌ 启动 压 力 。流体 流动 的阻 力 除 了粘 滞 力 ， 还有 固液
在低 压 力梯 度下 ， 只有 少数 大孑 隙 中 的流 体 参 与 流 Ｌ
动 ， 着压 力梯 度 的逐 渐提 高 ， 小 的孑 隙孑 道 中的 随 较 Ｌ Ｌ 流 体逐 渐参 与 流 动 。 因此 ， 低 渗透 非 达 西 渗 流 曲 在 线 的非 线性 段 ， 同压 力梯 度 条件 下 的流 动 孑 隙 数 不 Ｌ 是不 同的 。 当达 到 临 界 压力 梯 度 时 ， 所有 可 流 动 孑 Ｌ 隙的 流体 均参 与流 动 。随着 压 力 梯 度 的继 续 提 高 ， 流动孔 隙数不 再增 加 ， 成为 定值 。
治理措施 ， 减小 各种不利 因素的影响 ， 有利 于改善低渗 透油 田的开发效果 。 关键词 ：低渗透 ；非达西渗流 ； 启动压力梯度 ；视渗透率
中 图 分 类 号 ：ＴＥ ３８ ４ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ ７ ８ ２ ０ ）３—０ ４ ０ ６ ６ Ｘ（０ ６ （ ） ０ ８—０ ２
流动 ， 只有 当驱 替压 差达 到一定 程 度时 ， 才能 克服表 面分子 作用 力 的影 响参 与流动 。低 渗透储 层 孑 隙孔 Ｌ
道异常 细 小 ， 附滞 留 层 对 流 体 流 动 的 影 响 较 大 。 吸
一
细 小 孑 隙孑 道 在 压 力 梯 度 达 到 启 动 压力 梯 度 Ｌ Ｌ 后 ， 体 开始参 与 流 动 。启 动 压力 梯 度 所 反 映 的 是 流
(整理)低渗透非达西流的进展
一低渗透非达西流的进展无论在地下水领域还是石油工程领域以及核废液处理工程中，由于不同原因都存在对地下水污染问题，而研究地下水的污染，需要从渗流方程和溶质运移方程耦合角度出发，才能得到比较理想结果Hansbo 、Mitchell、Miller 都曾发现低渗透介质中的非达西现象,这些现象包括随着水力梯度的变化渗透率发生明显的变化(即流速与水力梯度呈非线性比例关系) 和所谓的“启动压力梯度”(低于启动压力梯度渗流不会发生) 。
“八五”研究表明,低渗透多孔介质渗流曲线表现出非达西渗流特征。
吴景春、闫庆来等通过室内实验证明流体在低渗透储层内渗流时,存在非线性段和启动压力梯度。
陈永敏通过实验,针对低速非达西渗流曲线普遍近似于线性通过坐标原点的表观现象,用实验数据特征分析的方法,论证了存在渗流启动压力和低速渗流时出现非线性的规律。
低渗透介质上界限因工程需要不同而划分不同,即使在同一工程界学者划分的依据也不一样。
尽管低渗透介质上界限因不同行业而要求不同,但是资料表明,渗透率越小,非线性特征越明显。
虽然背离达西定律的低渗渗流有很多,但是有一部分是由实验误差或错误造成的。
这些实验误差和错误主要包括:测量水力梯度上的错误、细菌和微粒阻塞、泄漏、骨架的变化以及气体的产生和溶解等。
当前还有部分学者对低渗非达西渗流的存在还存在异议,认为低渗非达西渗流是由实验误差和错误产生的。
他们否认低渗非达西渗流存在的证据有:1) 一些精心进行的试验是达西流[16 ,17 ] ; 2) 所发现的所谓非达西流在类型和量级上都不一致。
例如通常认为粘土中的渗流是低渗非达西渗流,存在启动压力梯度(有的高达30) 。
但是王秀艳[18 ] 通过实验发现,粘土中的水渗流不存在启动压力梯度和临界压力梯度。
王慧明[19 ] 分析了产生这种现象的原因:1) 实验中非达西现象不明显,实验失真;2) 实验者按常规思维把异常现象当误差处理。
他提出了两种改善方法:1) 设计能够测量试样中微小流速的方法;2) 在非稳定流试验中开发监测非稳定流压力的新技术。
低渗非达西渗流特征
6.3 低渗透储层中地层压力、压力梯度、 视渗透率分布
示意图
压 力 分 布
水井 压
油井
压 力 梯 度 分 布
压
gradPC
视 渗 透 率 分 布
压
r1
KSC D
r2
34
6.4 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；
13
2.2 低渗非达西渗流特征曲线
拟启动压力梯度 在非线性段上任一点作切线，切线都会与压力梯
度轴有一正值交点，称为拟启动压力梯度 gradPb
在非线性段随压力梯度的增大，拟启动压力梯度 增大。
在拟线性段拟启动压力梯度为定值。
14
（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
36
（七）低渗透油田 改善注水开发效果的途径
37
7.1 扩大易流动半径
❖ 通常采用压裂改造的方法
❖ 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
38
7.2 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。
15
3.1 启动压力梯度
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，存在启动压力梯度。
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《高等渗流力学》读书报告----低渗非达西渗流特征及影响因素姓名: 张恒学号：2010050031专业：石油与天然气工程教师：鲁洪江（教授）低渗非达西渗流特征及影响因素1 选题依据及研究现状1.1选题依据随着中国石油工业的发展,低渗透油藏在开发中所占的比例越来越大。
低渗透油藏是我国今后乃至相当长一段时间内增储上产的主要资源基础。
要合理高效地开发这些低渗透油藏,就需要充分合理的认识低渗透油藏本身所具有的特殊规律及其特性参数,并准确地描述低渗透油藏的渗流规律.1.2研究现状国内很多研究人员从实验方面发现了低渗透油藏的启动压力和非线性渗流规律的存在,从理论方面提出了描述启动压力和非线性渗流的模型[1]。
但是,非线性渗流和启动压力梯度的存在并没有得到国内外学术界的普遍认可。
反对者的意见是,引起低渗透油藏非线性达西流和启动压力的原因均为理论推测,而无充分的微观实验科学依据;在流速很低的情况下,受测量手段和如蒸发等现象的影响,对流速和压力的测量误差很大[2]1.3 主要的参考文献[1] 王正波,岳湘安等.影响低渗透油藏低速非线性渗流的实验研究[J].矿物学报,2008,28(1),48-54.[2]王慧明,王恩志等.低渗透岩体饱和渗流研究进展[J].水科学进展, 2003,14(2): 245[3]辛莹娟.低渗透非达西渗流研究[J].西部探矿工程。
2010（10）:115-117[4]中国“八五”科技成果.低渗透油层多相渗流机理[M].北京:科学出版社,1996[5]闫庆来,何秋轩,任晓娟,等.低渗透油层中单相液体渗流特征研究[J].西安石油学院学报,1990,5(6):1-6.[6]吴景春,袁满,张继成,等.大庆东部低渗透油藏单相流体低速非达西渗流特征[J].大庆石油学院学报,1999,23(2):82-84[7]阮敏,何秋轩.低渗透多孔介质中新型渗流模型[J].石油勘探与开发,1996[8]程时清,徐论勋,张德超.低速非达西渗流试井典型曲线拟合法[J].石油勘探与开发,1996.[9]宋付权,刘慈群.低渗透多孔介质中新型渗流模型[J].石油勘探与开发,1996.[10]吴景春,袁满,张继成,等.大庆东部低渗透油藏单相流体低速非达西渗流特征[J].大庆石油学院学报,1999.[11]李道品,等低渗透砂岩油田开发[M].北京:石油工业出版社,1997.[12]诺曼,R莫罗.石油开采中的界面现象[M].鄢捷年等译.北京:石油工业出版1992.23~85.[13]邓英尔,闫庆来,马宝歧.表面分子对低渗多孔介质中液体渗流特征的影响[A].渗流力学进展[C].北京:石油工业出版社,1996.9.[14]阮敏.低渗透非达西流临界雷诺数实验研究[J].西安石油学院学报,19992选题研究内容及拟解决的问题达西定律中压力损失完全由粘滞阻力决定,这符合多孔介质比面大这个特点的.而在低渗透岩石中,流体在流动过程中受到岩石孔壁、粘土矿物遇水膨胀以及岩石颗粒的运移等一系列因素的影响而造成附加压力损失,所以流体在低渗透砂岩中的渗流规律不满足达西定律达西定律是渗流的基本规律,但是在低渗透油藏中,渗流表现出对达西定律的偏离,这就使我们有必要对非达西渗流进行深入的研究,从低渗透非达西渗流特征、低渗透非达西渗流模型,非达西渗流过程等几个方面的研究进展进行了总结.为从事相关工作的研究人员提供参考[3]3 方法及路线3.1 低渗透非达西渗流特征同中高渗透率油层相比，低渗透油层具有以下几个特点：低渗透油层一般连续性差、采收率与井网密度关系特别密切；低渗透油层存在“启动生产压差现象”，渗流阻力和压力消耗特别大；低渗透油层见水后，采液和采油指数急剧下降，对油田稳产造成急剧影响；低渗透油田一般裂缝都较发育，注入水沿裂缝窜进十分严重[4].室内实验结果表明,流体在低渗透储层内渗流时,存在非线性段[5,6]压力梯度超过某一定值后,渗流曲线变为直线,见图1.由图1可知,流体通过低渗岩心的渗流特征显示出弹-塑性.低渗透非达西渗流的特征可概括为以下两点.(1)在较宽的渗流速度域内,渗流过程由2个连续过渡而特性各异的渗流曲线段组成,即:低渗流速度下的凹型线性渗流曲线段;较高渗流速度下的直线段;(2)当压力梯度在比较低的范围时,渗流速度是上凹型非线性曲线。
当压力梯度增大时,渗流速度直线性增加,出现线性渗流区.3.2低渗透非达西渗流模型低渗非达西渗流模型与运动方程,不同的研究者通过实验和理论分析,得出了不同的表达。
下面列出比较有代表性的几种:阮敏[7]给出了用分段函数表示的运动方程式中:α1J n(n<1)———与岩体性质及流体性质相关的常数;J0———启动压力梯度;J b———拟启动压力梯度;J c———临界压力梯度,如图2(a)所示程时清[8]出了忽略非线性段的存在启动压力模型:式中:J0———拟启动压力梯度,为低渗透介质线性渗流段的延长线与压力梯度轴的交点,如图2(b)所示Halex[9]据启动压力梯度J0给出如下的表达式:式中:Kn———低于达西定律下限时介质的渗透系数;J0———启动压力梯度,如图2(c)所示吴景春[10]所有低渗非达西渗流曲线由3种基本曲线组成,组合形式有2种。
3种基本曲线为式中:v———渗流速度;K———渗透系数;J———压力梯度;a、b———待定系数,与岩石及流体性质有关; J0———拟启动压力梯度;Jc———临界压力梯度,如图2(d)所示。
3.3渗流过程的分析3.3.1造成非达西渗流的原因自发现非达西渗流现象以来,许多学者都在研究造成非达西渗流的原因。
一般认为孔隙吼道狭窄、孔隙的连通性差、岩石的渗透率低、均质性差是造成非达西渗流的主要原因。
而造成渗透率低、均质性差的原因有以下两个方面[11](1)砂岩的沉积成因。
岩石颗粒的大小、分选性、排列、胶结物成份等都与物源和沉积环境有关,而这些因素都影响到岩石的渗透率。
一般低渗透储层都为近物源沉积和远物源沉积。
近物源沉积的颗粒未经过长距离的搬运及沉积下来,颗粒大小相差悬殊,分选性较差,不同粒径颗粒堆积在一起以及泥质充填在颗粒孔隙建造成孔隙度减小,渗透率降低。
远物源沉积,通常碎屑物质经过长距离的搬运,颗粒较细,悬浮物较多,成岩后形成孔隙细小,泥质等含量较多的低渗透岩石。
(2)成岩作用及后生作用。
成岩后,岩石在压实、胶结及溶蚀作用下,岩石的孔隙度渗透率将发生很大的变化。
在上覆沉积物的作用下,沉积物的孔隙空间和总体积将不断的降低。
沉积物中的矿物质使散砂变为岩石的过程中,石英次生加大、碳酸盐岩胶结等作用同时也使得砂层的孔隙度、渗透率降低。
此外一些特别致密的储层,在溶蚀作用下也会导致致密岩石变为具有储积能力的低渗透岩石。
3.3.2 相之间的表面性质低渗透油层因低渗、低孔隙度,导致孔道细小,孔喉作用增强,微观孔隙结构复杂,高比表面积,故引发界面效应强烈.在这种油藏中,当油、气、水、化学注剂渗流时,在岩石-液体,岩石-原油-水-气-注剂系统中,所存在的多种相界面现象(界面张力、界面电荷、界面层粘度和润湿性等)起着非常大的作用.根据测量可知,相界面并不是一个简单的分界面,而是由一个相到另一个相的过渡层,通常称为表面相.它的性质与相邻的2个体相的性质不同、状态也不同,这种表面状态与体相内部状态的差异,用表(界)面自由能或表(界)面张力给出定量地热动学描述[12].[13]通过固液表面分子力作用强弱的测定认为,低渗多孔介质中液体渗流具有非达西特征,其主要原因是固液表面分子的强烈作用;在同一低渗多孔介质中,固液表面的分子力越大,则启动压力梯度越高,在相同压力梯度下的流量越小;多孔介质的渗透率越低,则固液表面分子力对渗流的影响越大;当多孔介质渗透率增大到一定值以后,固体表面分子对渗流的影响可以忽略,渗流转变为达西型;随着压力梯度的逐渐增大,固液表面分子力对渗流的影响程度逐渐减小.3.3.3渗流中的物理过程和化学反应外来流体进入油层产生了不良效应,其实质是外来流体与油藏流体、或二者与岩石之间所产生的多种物理过程和化学反应的结果,导致孔隙度减小,渗透率降低.外来的液体或固体侵入油层,与油层中的粘土或其它敏感性矿物(组分)发生物理、化学作用,使油层的岩石结构、表面性质、矿物成分及性质、液体相态发生变化,改变了储层的孔隙度、渗透率、油水饱和度及润湿性等物理参数,从而降低了流体的渗流能力.就物理过程和化学反应来讲,归纳起来有以下几个方面:(1)晶格膨胀.外来液体中的水分子引起油层中粘土矿物的水化膨胀,减小孔喉体积以至堵死孔喉.(2)微粒运移.外来液体中的固相颗粒和油层中原有的地层微粒将油气的渗滤孔道直接堵塞.(3)化学沉淀.外来液体与储集层中的流体发生物理化学作用,造成化学沉淀,形成高粘度的乳化液,产生不溶解的盐类及其它如沥青或蜡之类的固体堵塞孔道.(4)相渗透率的改变.外来液体侵入会造成油气层润湿性的改变,降低油气相渗透率,以至产生水锁.需要强调的是,在钻开油层之前,储层内各相间处于热力学、水动力学、机械力学、化学等相对平衡状态.任何渗流的环境条件、化学成分的改变都将破坏这种平衡,发生相应的物理过程和化学反应,不仅如此,某些过程和反应具有两面性.如粘土矿物在高盐度,pH值呈弱碱性和含有絮凝阳离子的地层盐水接触时,不发生膨胀,因而占据的孔隙空间小;而当地层水转变为浓度小的阳离子溶液,pH值稍呈酸性并含有分散型阳离子时,粘土矿物对这些因素的反映就会引起阳离子交换、膨胀、分散和定向水的增加,从而堵塞孔隙喉道,降低渗透率,3.3.4 低渗非达西渗流的判据在非达西渗流规律研究中,判别非达西渗流的主要依据是渗流曲线呈现非线性曲线形态和不通过坐标原点的特征,但仅从实验的曲线形态上有时难以确定非达西渗流规律特征。
因此研究流体在多孔介质中渗流是否服从达西定律时,大多数情况下采用雷诺数这一准数,因为雷诺数反映了储层(储层孔隙度、渗透率)、物性条件(流体密度、粘度)的综合影响。
但是不同的学者通过实验给出的临界雷诺数值是不同的,所以用雷诺数作为判断流体渗流是否服从达西定律的依据是不全面的。
阮敏[14]这方面做了深入的研究,他们通过实验采用蒙特卡洛数值解法来确定临界点,克服了早期利用图版法确定临界点的不足;同时他们还提出一种临界参数判别法,用于判定低渗透介质中的渗流形式,并给出了粘度与渗透系数之间的临界曲线方程,在低渗透非达西流综合方面提出了压力数λN的概念。
式中:μ———粘度系数;K———渗透率;ρ———流体密度;r/R———孔喉比;λN———对流体通过多孔介质难易程度的一个度量。
λN大则表示流体在该孔隙介质中的渗流比较困难,即流体运移时所要克服的综合阻力大。
3.3.5非达西渗流的计算方法低渗透介质中的非达西渗流是客观存在的,非达西渗流在计算上的困难主要是模型的非线性问题。