3 低渗非达西渗流特征讲解

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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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不同渗透率岩石样品孔隙结构参数表（引自李道品）
类别
• 流体性质参数：流体粘度和密度。
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4.2 低渗非达西渗流的判别依据
低渗非达西渗流特征判别依据： 拟启动压力梯度。 拟启动压力梯度为0，即达西线性渗流； 拟启动压力梯度大于0，即为低渗非达西渗流。
影响拟启动压力梯度的物理量主要有： 渗透率(K)、孔隙半径(R)、喉道半径(r)、流体粘度
(μ)、流体密度(ρ)
在拟线性段，流动孔隙数和附加渗流阻力都为定值。 但随压力梯度的的增大，附加渗流阻力的影响相对 减小，渗透率仍呈上升趋势。
非线性段和拟线性段，随压力梯度的增大渗透率变 化规律不相同。
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5.2 视渗透率
如果仍以渗流量和压力梯度的关系来定义 储层渗透率的话，则可用下式计算视渗透率：
Q.
Ks A.gradP
❖ 提高注采压差和生产压差
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谢谢
40
1.1 达西公式
Q K AgradP

4
1.1 达西公式
达西公式是描述单项牛顿流体通过多孔 介质渗流规律的数学表达式
反映线性渗流规律
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1.2 达西公式的适用条件
渗流流体为单相牛顿流体，服从牛顿内摩擦定律， 应力与应变呈线性关系；
多孔介质性质稳定。渗流过程中孔隙结构保持不变， 反映多孔介质渗流能力的渗透率值为一常数；
生产井附近地层压力梯度大，视渗透率大， 也具有易流动半径，同样影响范围小。
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6.5视渗透率分布对注水开发的影响
注入水不易通过不易流动带扩散到远处地层， 积聚在注水井附近地层，形成局部高压区。 使注水压力升高，注水量减小。
不易流动带不能及时向生产井附近地层和生 产井补充地层流体，在生产井附近地层形成 局部低压区。使生产井供液不足，产量递减 快，产能低。
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（六）视渗透率分布对
油田开发的影响
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6.1 低渗透储层中的压力分布
注水开发过程中储层压力分布不均衡： 注水井附近地层压力高； 注采井之间地层压力较低； 生产井附近地层压力最低。
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6.2 低渗透储层中的压力梯度分布：
注水井附近地层压力降落大，压力梯度大； 注采井之间广大地带地层压力较平稳，压力 梯度小； 生产井附近地层压力降落大，压力梯度大。
所以，把低渗透储层中，随压力梯度的变化所引 起的渗透率变化，称为低渗透储层的视渗透率。
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5.5 视渗透率变化特征
视渗透率远比气测渗透率低。 视渗透率是变量，与压力梯度直接有关。压力梯度 越低，视渗透率越低。 大于临界压力梯度的情况下，视渗透率明显较高。 小于临界压力梯度时，视渗透率明显较低。 临界压力梯度前后，视渗透率变化规律不相同。
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（七）低渗透油田 改善注水开发效果的途径
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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
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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。
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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。
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（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
性段的反向延长线不通过坐标原点，而与压力梯度 轴有一正值交点。拟线性段渗流量和压力梯度的关 系式如下:
Q a2 gradP b
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2.2 低渗非达西渗流特征曲线
临界点
由非线性段过渡到拟线性段的点称为临界点C。
临界点所对应的压力梯度为临界压力梯度 gradPc
渗透率越低临界压力梯度越大，非达西渗流特征 越显著。
0
0.1 0.2 0.3 0.4
压力梯度(MPa/cm)
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0
0
0.1 0.2 0.3 0.4 压力梯度(MPa/cm)
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5.4 视渗透率定义
启动压力梯度，流动孔隙数，附加渗流阻力都和 压力梯度有关，又都影响储层的渗流能力。压力梯度 的大小不仅直接影响渗流量的大小，而且影响储层的 渗透率。因此，在低渗透储层中压力梯度不同，渗透 率也不同，渗透率是压力梯度的函数。
低渗透储层的 基本渗流特征
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要点：
1. 达西公式及其适用条件 2. 低渗非达西渗流特征 3. 低 渗 非 达 西 渗 流 机 理 4. 低渗非达西渗流综合判据 5. 低渗非达西渗流的视渗透率 6. 视渗透率分布对油田开发的影响 7. 改善低渗透油田注水开发效果的途径
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（一）达西公式及其适用条件
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储层中的孔隙系统是由无数孔径大小不等的 孔隙组成。 孔径越小，启动压力越大。 在非线性段，随压力梯度的增大，参与流动 的孔隙数增多。 达到临界压力梯度以后，流动孔隙数成为定 值。
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3.3 附加渗流阻力
拟启动压力梯度反映附加渗流阻力。 在非线性段，随流动孔隙数增多附加渗流阻 力增大。 在拟线性段，附加渗流阻力为定值。 不管是非线性段还是拟线性段，附加渗流阻 力的影响都存在。
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（四）低渗非达西渗流的 综合判据
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4.1 渗流状态的影响因素
❖ 从中高达西渗流到低渗非达西渗流是个渐变过程。 ❖ 两种渗流状态的判别标准并非是渗透率的单值函数。 ❖ 它取决于多孔介质孔隙结构参数和流体性质参数，主
要有：
• 孔隙结构参数：孔隙半径、喉道半径、孔喉比、 配位数、孔隙迂回度、孔隙分布密度等。
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4.3 低渗非达西渗流的判别式
通过各物理量的因次分析，可得如下判别式:：
N

2 K
R r
N 的单位为帕，故称压力数。
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4.4 数据分析
压力数小于某一数值，拟启动压力梯度趋近于0，流 动状态表现为达西线性渗流。
压力数大于某一数值，拟启动压力梯度对渗流的影 响不可忽略，表现为低渗非达西渗流特征。
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（二）低渗非达西渗流特征
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2.1 低渗非达西渗流的渗流条件
❖ 低渗多孔介质孔隙孔道细小，流体与孔隙介 质之间的作用力对流体流动的影响已不能忽 略。
❖ 细小孔隙孔道，尤其是细小喉道存在明显的 启动压力梯度。
❖ 使渗流规律不具备达西渗流所适用的渗流条 件，呈现低渗非达西渗流特征。
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2.2 低渗非达西渗流特征曲线
非线性段 拟线性段 临界压力梯度 拟启动压力梯度
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2.2 低渗非达西渗流特征曲线
非线性段 在低压力梯度范围内，渗流曲线呈非线
性。随压力梯度的增大，渗流量增大。渗流 量与压力梯度呈指数关系，指数大于1。关 系式如下：
Q a1gradPn
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2.2 低渗非达西渗流特征曲线
拟线性段 在较高压力梯度下，渗流曲线呈拟线性。拟线
通过岩心实验得到：
压力数小于2时，呈现达西渗流特征； 压力数大于5时，呈现非达西渗流特征； 压力数在2－5之间，视为过渡区。
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（五）低渗非达西渗流的 视渗透率
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5.1 渗透率的变化
在非线性段，随压力梯度的增大，流动孔隙数增多， 附加渗流阻力增大。但流动孔隙数增多起主导作用， 渗透率呈上升趋势。
对比层
中低 渗透层 一般低 渗透层
特低 渗透层
渗透率 （10-3 μm2） >100
100-50
50-10
10-1
平均喉道 半径
（μm ）
4.491
比表面积 （m3/g）
0.48
排驱压力 (MPa)
0.076
1.725
1.36
0.112
1.051
3.23
0.236
0.112
14.26
0.375
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3.2 流动孔隙数
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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
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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；
多孔介质性质和流体性质分别为渗流方程中的独立 参数。多孔介质和渗流流体之间的相互作用对流体 流动的影响很小，可以忽略；
多孔介质中流体以层流状态流动。
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1.3 各种非达西渗流
自然界和某些工程领域有许多渗流现象并不能满 足达西渗流的条件，因此存在各种非达西渗流现象， 主要有以下几种：
非牛顿流体渗流 非层流流态渗流 变形多孔介质渗流 非等温渗流 低渗多孔介质渗流
此式与达西公式的不同点在于，适用于中高渗透 性储层的达西公式中，渗透率是定值。而在低渗非达 西渗流的情况下，渗流量和压力梯度关系式中的视渗 透率是个变量，它随压力梯度的增大而增大。27源自流量(ml/s) 视渗透率
5.3 视渗透率曲线
渗流曲线和视渗透率曲线