特低渗透油藏动态毛管压力对水驱油效果影响分析

特低渗透油藏动态毛管压力对水驱油效果影响分析马旭;田树宝;周少伟;雷刚【摘要】特低渗透油藏油水两相渗流过程中毛管力的动态效应是影响两相渗流机理及水驱油效果的重要因素,掌握其规律有助于提高这一特殊油藏的水驱开发效果.分析了特低渗透油藏油水两相渗流中毛管力的动态效应以及动态毛管力的影响因素,定量研究了动态毛管力对多孔介质油水两相渗流的影响,建立了特低渗透油藏一维水驱油模型和渗流微分方程;并进行了求解.研究了动态毛管力、注水强度、井距等因素对特低渗透油藏水驱油效果的影响.研究结果表明:动态毛管力效应对特低渗油藏的水驱效果影响非常明显,动态毛管力越大,水驱油效果越差;存在一个最佳注入量,在最佳注入量下动态毛管力的影响作用最小,水驱油效果最好;对于特低渗透油藏若井距过大,水驱油效果交差.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)028【总页数】6页(P151-155,159)【关键词】特低渗透油藏;动态毛管压力;两相渗流;注水;井距;开发效果【作者】马旭;田树宝;周少伟;雷刚【作者单位】中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院,西安710018;中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京102000;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院,西安710018;中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京102000【正文语种】中文【中图分类】TE357.5特低渗透油藏岩石渗透率低，原油渗流阻力大，一般采取注水开发。

但注水效果与常规的中高渗油藏相比较差，主要表现在注水井压力高，能量传递困难，油井见效慢，产量递减快，难以建立有效的驱替系统，导致水驱效果差。

对于特低渗透油藏由于孔喉特别细小，渗透率低，毛管力是影响水驱油渗流机理的重要因素之一，在实际的储层条件下油水渗流始终处于运动状态，在这种非稳态状态下，油水界面产生的毛管力作用同通常考虑的静态毛管力(油水界面达到平衡或静止状态下的毛管力)作用有很大差异。

这种毛管力动态效应将会对水驱油效果产生非常显著的影响。

国内很多学者研究了毛管力对低渗透油藏水驱油效果的影响，但都是只考虑了油水接触界面达到平衡状态下静态毛管力的影响。

通常认为毛管力只与含水饱和度有关系，而没有考虑非平衡状态下动态毛管力的效应和影响。

特低渗透油藏由于孔喉特别细小，渗流速度很慢，油水渗流处于非平衡状态。

国外Hassanizadeh等学者[1—5]对毛细管压力的动态效应进行了研究，认为油水接触界面未达到平衡时，毛细管压力会不断变化，其不仅是湿相流体饱和度的函数，同时还是湿相流体饱和度变化率的函数。

但这些文献没有针对特低渗透油藏描述毛细管压力动态效应及其对水驱开发效果的影响。

目前国内学者针对这种非平衡状态下动态毛管力的研究很少。

田树宝[6]首次利用实验研究和数值模拟研究的方法对低渗透油藏的毛管压力动态效应和规律进行了定量分析和描述。

针对特低渗透油藏，考虑毛管力同时受湿相流体(水)饱和度和含水饱和度变化率的影响，建立了动态毛管力方程：式(1)中,和分别为动态毛管力和静态毛管力，MPa；po为油相压力，MPa；pw为水相压力，MPa；Sw为含水饱和度；τ为毛管动态系数，可由实验测得[6]。

毛管动态系数与岩石渗透率和多孔介质的非均质性有关，渗透率越低，孔喉越细，毛管动态系数越大，多孔介质非均质性越强，毛管动态系数越大。

考虑了非平衡状态下毛管力的动态效应，建立了特低渗透油藏一维水驱油模型，定量研究了动态毛管力对特低渗透油藏水驱油渗流机理及对水驱开发效果的影响。

对于特低渗透油藏其渗流规律同达西渗流规律不同，产量和压力梯度关系曲线不是一条过原点的直线。

许多学者提出了启动压力梯度的概念，并在渗流方程中引入启动压力梯度来描述其渗流规律。

但对造成启动压力梯度的确切原因一直存在争论。

田树宝[6]首次通过实验测定和数值模拟研究的方法分析了低渗透油藏非达西渗流规律、启动压力梯度及动态毛管力效应之间的关系。

认为低渗透油藏水驱油动态毛管力是造成非达西渗流规律以及存在启动压力梯度的原因之一。

所以本文在建立特低渗透油藏水驱油渗流模型时考虑了动态毛管力效应，就没有再重复考虑启动压力梯度。

考虑水驱油的动态毛管力的影响，建立了特低渗透油藏一维水驱油模型(左端x=0处为注水井，右端x=150 m处为采油井)，见图1，来模拟研究水驱油的影响因素及其规律。

油藏基本参数见表1。

3.1 模型方程建立的油水两相渗流连续性方程为:式(2)为油相渗流连续性方程，式(3)为水相渗流连续性方程。

式中，ko,kw分别为原油和水有效渗透率；φ为孔隙度；μo,μw分别为原油和水的黏度；Bo,Bw分别为油、水体积系数；So为原油饱和度。

内边界条件：生产井按照定产量采油；外边界条件：注入井按照定流量注水。

3.2 模型的解联立动态毛管力方程(1)及连续性方程(2)和式(3)，采用数值差分方法计算一维水驱油模型的解。

求解时采用IMPES方法，利用隐式方法求解沿程压力场，显示方法求解沿程油水饱和度场，动态毛管力值由式(1)求得。

差分计算过程共分为三步进行。

第一步区域离散化：将区域采用矩形块中心网格剖分，微分方程采用中心差分，x=0为左边界，xend=xm为右边界，xi为长度为Δxi的网格的中心节点坐标，为第i个网格的左右2个界面坐标。

称x0和xm+1分别为x1和xm的镜像点。

给定一组网格长度Δx1,Δx2,…,Δxm有,。

第二步建立油相和水相差分方程，用p代替po，S代替Sw并对方程式(1)、式(2)、式(3)进行差分。

将n+1时刻的沿程压力和n时刻的沿程压力关系取为pn+1=pn+δp，整理可得到方程式(4)、式(5)。

awiδpi-1+bwiδpi+1+cwiδpi=aiδSi-1+biδSi+1+ciδSi+fwi式中，Fi+1/2=aoi=Fi-1/2λoi-1/2;boi=Fi+1/2λoi+1/2;awi= Fi-1/2λwi-1/2;bwi=Fi+1/2λwi+1/2;cwi=-(Fi+1/2λwi+1/2+Fi-1/2λwi-1/2)-fwi=foi=通过求解方程(4)及式(5)可得到沿程的压力分布。

第三步采用显式方法计算沿程油水饱和度和动态毛管力。

利用方程(4)和求出的沿程压力值可求出沿程油水饱和度，再利用方程(1)即可求出沿程的动态毛管力，反复迭代直到满足精度，然后进行下一时间步的求解，最终得到不同时刻油藏水驱油的开发指标。

4.1 不同毛管动态系数对水驱油效果的影响分析动态毛管力的大小与毛管压力动态系数有关，渗透率越低，孔喉越细，油藏非均质性越强，毛管动态系数越大。

利用构建的一维水驱油模型本文分析了不同毛管动态系数对水驱油效果的影响。

4.1.1 不同毛管动态系数τ情况下水驱效果对比(注水量为Q注=2 m3/d)表2比较了不同毛管动态系数情况下水驱的效果，结果显示随着毛管动态系数τ变大，前缘突破见水时间变长，平均剩余油饱和度变大，采出程度变小。

这是因为随着τ变大，水驱油渗流阻力变大，造成水驱油更加困难，水驱油变慢，剩余油变多。

4.1.2 不同毛管动态系数τ情况下的油井产油量随时间变化对比分析从图2可以看出：随着毛管动态系数τ变大，油井产油量降低。

这是因为随着毛管动态系数变大，动态毛管力变大，水驱油渗流阻力变大，造成驱油效率降低，产油量减小。

4.2 不同注水量对水驱油效果影响分析对于特低渗透油藏注水开发时注水量的设计非常关键，不同的注水量会对动态毛管力效应、渗流阻力及水驱油效果产生影响。

本文重点考察分析了不同注水量情况下沿程压力分布及变化、流体饱和度分布及变化以及见水时间、采出程度等开发指标的差别。

4.2.1 不同注入量情况下采出端(油井)见水时水驱效果比较由表3可以看出：随着注入量的增大，水驱前缘突破时间变短，驱替速度加快，油井更早见水；随着注入速度的提高，油藏含水饱和度场变化加快，导致动态毛管力效应加强，水驱油阻力增大，采出程度变低，因此单纯从降低水驱油阻力方面来讲，过高的注水强度对驱油不利。

4.2.2 不同注入量情况下采出端见水时沿程含油饱和度分布由图3可以看出：在不同的注水量情况下水波及区域的含油饱和度分布不同，当注入量较小时，含油饱和度分布较均匀，随着注水量变大，沿程含油饱和度分布变化较大。

4.2.3 不同注入量对沿程压力分布影响1)不同注入量对沿程压力分布的影响从图4～图7可以看出：随着注入量的增大，水驱前缘推进速度加快，但沿程饱和度变化加快，水驱渗流阻力变大，造成注入端的压力不断上升。

2)不同注水量情况下产出端见水时沿程压力比较图从图8可以看出：不同的注入量对沿程压力分布的影响不同，存在一个最佳注入量(最佳值在1.5 m3/d左右)。

在最佳的注入速度下，见水时注入端的压力最小，生产端压力下降最慢。

这时渗流阻力最小，水驱油效果最好。

主要原因在于水驱油过程中的渗流阻力受到流体饱和度变化的影响，水波及过的区域流体饱和度变化越快，动态毛管力影响越大，渗流阻力也越大。

所以在注水量较大的情况下，水驱油效果变差。

4.2.4 不同注入量对产量和压力梯度关系的影响分析从图9可以看出：注水量变化对油井产量和压力梯度关系影响非常明显，产量和压力梯度关系曲线的斜率代表渗流阻力，渗流阻力与注水量的关系不是一个单调的关系，存在一个最佳注入量(1.5 m3/d左右)。

在最佳注水量下，渗流阻力最小，水驱油效果最好。

对于低渗透油藏来讲，应合理优化注水速度，降低渗流阻力，提高水驱效果。

4.3 不同井距对水驱油效果影响分析不同井距情况下采出端见水时开发效果对比分析。

由表4可看出：井距越大，水驱前缘推进速度变慢，水突破时间变长，采出端见水时地层平均剩余油饱和度变大，采出程度变小，驱替效果差。

因此单纯从减小水驱油渗流阻力的角度考虑，应选用小井距。

但现场井距的优化应同时综合考虑钻井经济成本、井控储量、井间干扰等问题。

1)特低渗透油藏油水两相渗流的动态毛管力对注水开发效果影响显著。

2)随着毛管动态系数变大，水驱油渗流阻力会变大，造成见水时间变长，见水时剩余油饱和度变大，采出程度变小。

3)注水速度是影响特低渗透油藏开发的一个重要因素。

存在一个最佳注入量，使注水开发效果达到最优。

当注入量超过最佳注入量时，随着注入量的增大，动态毛管力影响增大，水驱油渗流阻力变大，造成见水时剩余油饱和度变大，采出程度变小，水驱效果变差。

4)随着井距的变大，水驱油渗流阻力会变大，造成见水时间变长，见水时剩余油饱和度变大，采出程度变小。

因此单纯从减小水驱油渗流阻力的角度考虑，特低渗透油藏应选用小井距。

但井距的优化应同时综合考虑钻井经济成本、井控储量、井间干扰等问题。

*通信作者简介：雷刚(1987—)，男，博士研究生。

研究方向：油气田开发工程。