动态毛管力对低渗油藏开发动态的影响

张振涛，姜汉桥，李俊键，赵　林，裴艳丽，马　康

(中国石油大学(北京) 石油工程学院，北京昌平 102249)



动态毛管力对低渗油藏开发动态的影响

张振涛，姜汉桥，李俊键，赵林，裴艳丽，马康

(中国石油大学(北京) 石油工程学院，北京昌平 102249)

油水两相渗流过程中，毛管力不仅是饱和度的函数，还是饱和度变化率的函数；动态毛管力与黏度、渗透率、驱替速率等因素相关。通过建立考虑动态毛管力效应的油水两相渗流数学模型，利用数值模拟软件研究动态毛管力对油藏开发动态的影响，并考察动态毛管力与储层非均质性的关系。结果表明，动态毛管力造成水驱油过程中含水率加速上升，产油量下降，产生阻力效应，同时加剧了油藏的非均质性。

动态毛管力；低渗油藏；开发动态；数值模拟；非均质性

1　研究背景

毛管力在油水两相渗流过程中起到十分重要的作用，为了充分理解流体在地层中的流动状态与流动特点，应对毛管力与流体饱和度之间的关系进行准确表征。目前普遍认为毛管力是润湿相流体饱和度的函数，等于润湿相流体与非润湿相流体压力差[1]。 目前，主要通过室内实验确定毛管力曲线，如半渗隔板法[2]；Topp等人[3]发现，随着驱替速率的增加，毛管力数值随之变大，因此在平衡态得到毛管力曲线不能完全适用于动态过程；Hassanizadeh和Gray从热力学角度得到毛管力本构方程[4-5]；Stauffer于1978年提出了动态毛管力系数的经验公式，认为动态毛管力系数与多孔介质性质及流体性质相关[6]。

目前，动态毛管力数值模拟主要在孔隙或岩心尺度进行模拟[7-10]，或者在建模过程中没有考虑动态毛管力的影响[11-12]。针对以上问题，本文在油藏尺度进行建模，并探究动态毛管力对油藏开发动态的影响。

2　考虑动态毛管力油水两相渗流模型

建立了油水两相三维渗流数学模型，并使用MRST (MATLAB Reservoir Simulation Toolbox)[13]进行隐式求解。

2.1模型假设

(1)渗流过程在等温条件下进行。

(2)多孔介质中仅存在油水两相，并且渗流过程符合达西定律。

(3)油藏中油相为润湿相，水相为非润湿相。

(4)考虑重力的影响。

2.2数学模型的建立

油水两相渗流连续性方程如式(1)所示：

(1)

式(1)中两个方程4个未知量，求解时需辅助方程：

Sw+So=1

(2)

考虑动态毛细管力：

(3)

(4)

初始条件： p(x,y,z,0)=pini=234atm；

井工作条件：pini=0.5 stb/d，ppro=0.5 stb/d。

计算所用的油藏基本参数如表1所示，根据油藏基本参数，采用一注一采工作制度。

表1　油藏基本参数

3　动态毛管力对油藏开发动态的影响

根据建立的数学模型，研究动态毛管力对油藏压力、产量和含水率等开发动态的影响，探究油藏非均质性对动态毛管力的影响。

3.1毛管力动态效应

分别建立考虑动态毛管力的模型与不考虑动态毛管力(τ=0)的模型，分析动态毛管力对油藏开发动态的影响。

含水率变化如图1所示，可以看出，考虑动态毛管力之后，含水率上升变快。由图2可以看出，考虑动态毛管力之后，日产油量降低，累计产油量少于不考虑动态毛管力的情况。地层压力场如图3所示，可见考虑动态毛管力之后地层压力较大。这说明在亲油油藏中，水驱油过程毛管力为阻力，考虑动态毛管力之后，增大了这种阻力效应，渗流阻力变大，含水率上升变快，从而造成了产量的下降。

图1　含水率曲线

图2　产量曲线

3.2非均质性影响

为了分析地层非均质性对动态毛管力的影响，建立两个非均质性不同的模型，如图4所示，非均质模型的主要参数如表2所示，可以看出模型2非均质性更强。

图4　非均质模型示意图

模拟结果如图5、图6所示，非均质模型2的含水率上升速度高于非均质模型1。考虑动态毛管力之后，非均质模型2的累计产油量下降率显著高于非均质模型1。这说明在非均质性较强的模型2中，动态毛管力起到了相对更强的阻力效应。

表2　非均质模型参数

图5　非均质模型含水率曲线

图6　非均质模型累计产油量对比

由于储层非均质越强，孔隙结构越复杂，驱替前缘越难以达到平衡状态，动态毛管力系数越大，造成的阻力效应越大，相当于动态毛管力加剧了地层的非均质性。

4　结论

(1)通过建立数值模拟理论模型，研究了动态毛管力对油藏开发动态的影响，结果表明动态毛管力造成亲油油藏含水率上升变快、产油量下降，起到阻力作用。

(3)建立了两个非均质性不同的理论模型，探究非均质性与动态毛管力的关系，结果表明非均质性较严重的模型，在考虑动态毛管力之后产量下降率显著变大，说明动态毛管力起到了加剧非均质性的作用。

1673-8217(2016)04-0115-04

2016-02-26

张振涛，在读硕士研究生，1991年生，现从事油气田开发理论与提高采收率方面的研究。

国家重点基础研究发展计划(973)项目子课题“致密油高效开发油藏工程理论与方法研究”(2015250905)。

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