利用水驱特征曲线确定低渗透油藏启动压力梯度

李文青，王晶，刘俊刚



利用水驱特征曲线确定低渗透油藏启动压力梯度

李文青，王晶，刘俊刚

（中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院， 陕西 西安 710021）

低渗透油藏普遍存在启动压力梯度，地下流体表现非达西渗流特征，对油田生产具有一定的影响。目前确定启动压力梯度常用方法是利用室内岩心分析或者试井资料来确定，但这两种方法存在测试资料少、测试费用高等问题。本文利用水驱特征曲线反推启动压力梯度，具有快速简便的特点，经过验证，可靠性较高，应用效果较好。

低渗透油藏；启动压力梯度；水驱特征曲线

1 启动压力研究现状

大量低渗透岩心实验已经证明，低渗透多孔介质中，流体的流动为非达西渗流[1-2]，如图1所示。低渗透多孔介质中，当压力梯度较小时，渗流速度与压力梯度为非线性关系，而只有当压力梯度达到一定值后，渗流速度与压力梯度之间才会呈现拟线性关系。长庆低渗透油田普遍存在启动压力梯度，流量与压差是非线性关系，当驱替压差达到某一值时，呈现出近似直线关系。以三叠系油藏为例，启动压力梯度分布在0.001～0.016 MPa/m。

图1 低渗透油藏多孔介质中流体渗流动态特征曲线

目前研究启动压力梯度的方法主要有数学计算、室内实验、数值模拟、IPR 和试井解释等 5 种方法[3]，但是这5种方法也有一定的局限性，表现为：数学计算法需要建立许多假设条件，实用性较差；数值模拟法需要准确获得孔喉分布曲线，室内实验法室内实验时间长、数据难以准确测得；IPR 法需要得到油藏的实际生产数据，如井底流压和流体流度等，受生产数据的准确性影响较大；试井解释法能真实地反映油藏的渗流规律，实用性强，但此方法对压力数据比较敏感。

2 研究方法

甲型水驱特征曲线是比较符合我国油田实际开发过程中所呈现出来的水驱规律的，现将以油水两项驱替理论为基础，推导考虑启动压力梯度的低渗透油藏甲型水驱特征曲线。

假设在低渗透油藏中油相存在启动压力梯度，而水相不存在启动压力梯度，忽略毛管力和重力引起的油水两相流体压力差，则含水率可以表示为：

将压差利用率代入式（1），含水率可表示为：

根据含水率的定义，式（2）变形得：

油水两相渗流条件下，油、水的相对渗透率比随出口端含水饱和度变化而变化的关系式为：

联立式（3）、式（4）得油田的产水量为：

令：

则式（6）变为：

随着油田的持续开发，累积产油、累积产水不断增加，常数D的影响越来越小，可以忽略不计，则式（9）又可表示为：

式（10）即为考虑启动压力梯度的低渗透油藏甲型水驱曲线，它与不考虑启动压力梯度的甲型水驱曲线在对数项中相差一个压差利用率E。可以看到，流体与储层静态参数可以确定甲型水驱特征曲线系数，由于确定系数的静态参数较多，所以对这些静态参数的取值要有足够的准确性，实际应用中发现，参数对系数的确定具有很大影响，那么具有代表性的相渗曲线就显得尤为重要。

假设不考虑启动压力时，甲型水驱特征曲线表达式为：

对比式（10）、（11），可知：

b2=b1，a2=a1-lgE （12）

因此，只要利用式（7）、式（11）确定出a1、a2，再利用公式（13）、（14）就可快速求得启动压力梯度G。

3 实例应用

3.1 水驱特征曲线确定启动压力梯度

M区水驱油测试成果表明，该区原始含水饱和度Swi为0.26，残余油饱和度Sor为0.38，与中高渗透油层相比，相渗透率曲线上表现出以下主要特征：束缚水饱和度高，原始含油饱和度低；两相流动范围窄，驱油效率低；油相渗透率下降快；水相渗透率上升慢，最终值低；无水期采收率和最终采收率低(见图2、图3)。

全区平均孔隙度11.7%，空气渗透率0.92×10-3μm2，属储层物性差的构造岩性油藏，1995年投入注水开发，目前区块综合含水47.2%，地质储量采出程度10.53%。

图2 M区相渗曲线

图3 M区水驱特征曲线

利用M区相渗曲线数据，据公式（6）、式（7）可求得a1=0.9696，b1=0.0025

利用全区历史生产数据回归甲型水驱特征曲线方程，可求得累产水与累产油的关系式：

因此，可求得：2=1. 1648，2=0.0025

根据式（13）、式（14）求得该区块启动压力梯度=0.00776 MPa/m

3.2 检验方法

3.2.1 利用经验公式确定启动压力梯度

前人对长庆油田大量岩心进行室内实验分析后，建立了启动压力梯度与渗透率的关系图版（见图4），并回归得到了长庆低渗透油藏的启动压力梯度经验公式：

因此，只要得到长庆某一油藏的岩心渗透率，利用该经验公式可快速求取相应的启动压力梯度值。

M区平均渗透率值为0.92 mD，根据式（15）可得区块启动压力梯度G大小为0.007 49 MPa/m。

3.2.2 利用试井测试数据确定启动压力梯度

宋付权等[4]在质量守恒定律和压力分布公式的基础上，推导出启动压力梯度的表达式，根据压力恢复资料求出低渗油藏的启动压力梯度，实用性较强。

试井方法得到启动压力梯度计算公式：

若考虑到一般情下，当压力恢复稳定时，R≫rw，且忽略井筒体积时：

这样通过一次关井压力恢复至稳定，测出稳态井底压力，再根据实验室取得的岩石物性数据，就可利用式（17）可求出油藏的启动压力梯度。该方法的优势在于：对于生产时的产量、压力条件不加限制，求启动压力梯度时无须知道油藏渗透率。根据试井测试数据计算M区平均启动压力梯度为0.007 41 MPa/m。

表1 M区单井启动压力梯度统计表

以上三种方法计算结果表明：M区启动压力梯度值分布在0.007 4~0.007 8 MPa/m之间，三者较为接近，说明利用水驱特征曲线确定低渗透油藏启动压力梯度是较为可信。

4 结 论

（1）低渗透油藏的启动压力梯度是真实存在的，通过水驱特征曲线法可以推导出包含启动压力梯度的表达式，进而确定其值。

（2）对比传统的经验公式法、试井数据确定法、水驱特征曲线法等三种方法确定低渗透油藏启动压力梯度的结果，可知三种方法比较接近，表明本文提出的水驱特征曲线法也是较为可信的。

（3）相比传统的经验公式法、试井数据确定法，本文提出的水驱特征曲线法具有应用快速、简便、经济的优点。

注释：文中公式中一些符号的意义如下。

、N、W分别为油藏地质储量、累计产油量、累计

产水量，104t；

r、r分别为采油井泄油半径、井筒半径，m。

［1］葛家理. 油气层渗流力学[M]. 北京:石油工业出版社，1982.

［2］黄延章, 等. 低渗透油层渗流机理[M]. 北京:石油工业出版社，1999.

［3］陈志明，蔡雨桐，刘冰. 低渗透油藏启动压力梯度的研究方法[J]. 石油化工应用, 2012，31（7）：7-10.

［4］宋付权，刘慈群，胡建国. 用压力恢复试井资料求油藏启动压力梯度[J]. 油气井测试, 1999，8（3）：5-7.

Study on Calculating Threshold Pressure Gradient Based on Water Drive Characteristic Curve

,,

(Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company, Shaanxi Xi'an 710021, China）

The threshold pressure gradient commonly exists in low permeability reservoir development, and the liquid flows by way of Non-Darcy Flow, which can influence the oilfield development. Currently, the threshold pressure gradient is obtained by means of core analysis or well testing. But theyare not widely used because of high cost or testing data deficiency. In this paper, the threshold pressure gradient was derived from water drive characteristic curve. The results show that the method is convenient, and has relatively high reliability and good application effect.

low permeability reservoir; threshold pressure gradient; water drive characteristic curve

TE 357

A

1004-0935（2017）10-0976-04

2017-07-04

李文青（1981-），女，工程师，硕士，青海省湟中县人，2007年毕业于西北大学地质学系矿产勘探与开发专业，从事油田开发工作。