CN106769745A - 单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法，该单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法包括：步骤1，测量岩心常规物性参数；步骤2，测量流体参数；步骤3，根据静态法测量单相流体通过低渗透岩心的最小启动压力梯度；步骤4，实验测量不同驱替压力梯度下流体流量，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线；步骤5，拟合驱替压力梯度与流量的关系曲线，获得非线性渗流参数。该单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法为分析渗流规律对油田生产过程及各种经济技术指标提供可靠的研究工具，为低渗透油藏数值模拟软件开发提供可靠的渗流数学模型。

Description

单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法。

背景技术

目前，在我国石油探明储量和未动用储量中，低渗透油藏储量占了较大的比例，投入开发的低渗透油藏也越来越多。由于低渗透储层孔隙几何形状的复杂性、流体性质的特殊性和同时受到流动条件的制约，使得流体在低渗透储层中渗流特征不再符合传统的达西渗流规律，表现为明显的非线性渗流特征，同时具有一定的启动压力梯度。因此，迫切需要对低渗透油藏甚至是特低渗透油藏中流体的渗流规律进行深入分析，研究实际渗流过程中的变化特点，建立表征流体通过低渗透储层渗流过程的非线性表征方法，为分析渗流规律对油田生产过程及各种经济技术指标提供可靠的研究工具；其次，也需要为低渗透油藏数值模拟软件开发提供可靠的渗流数学模型。

流体在低渗透岩心中的流动特征明显不同于中、高渗透油藏油水渗流规律不再符合传统的达西渗流规律，存在一定的启动压力梯度同时具有明显的非线性渗流特征。这种特点在低渗透岩心驱替实验和低渗透油藏开发的实践中得到证实。上个世纪的二十年代，学者们通过实验发现，流体在通过低渗透多孔介质时需要克服某个阀门压力，此后很多学者从实验过程、低渗透岩心的孔隙结构特征及机理分析等多个角度对低渗透多孔介质的非达西渗流进行了一系列的深入研究，建立了拟启动压力梯度模型、分段模型和多参数模型等表征流体通过低渗透油藏的非线性渗流特征。但是上述非线性渗流的表征方法仍存在着较多的问题，如模型参数物理意义不明确、参数获取困难等；然而最主要的问题在于现有的表征方法不能同时表征流体通过低渗透岩心时体现的启动压力梯度和非线性流动特征。为此，本发明提供了一种单相流体通过低渗透岩心时非线性渗流特征的表征方法，从而解决了上述技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种反映了流体在低渗透岩心渗流时流体的性质、岩心的性质和流体与岩心孔隙界面之间的相互作用情况的非线性渗流特征的表征方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法，该单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法包括：步骤1，测量岩心常规物性参数；步骤2，测量流体参数；步骤3，根据静态法测量单相流体通过低渗透岩心的最小启动压力梯度；步骤4，实验测量不同驱替压力梯度下流体流量，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线；步骤5，拟合驱替压力梯度与流量的关系曲线，获得非线性渗流参数。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，测量的岩心常规物性参数包括孔隙度、渗透率、岩心横截面积和岩心长度。

在步骤2中，测量的流体参数包括流体粘度和体积系数。

在步骤4中，实验测量不同驱替压力梯度下流体流量，记录不同驱替压力梯度下的压力和对应的瞬时流量，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线。

在步骤5中，拟合驱替压力梯度与流量的关系曲线时，所采用的拟合公式为：

式中，Q为不同驱替压力梯度下的流量，ml/s；Δp为驱替压力，MPa；μ为流体的粘度，mPa/s；A为岩心横截面积，cm²；k为岩心绝对渗透率，mD；δ₀为流体渗流非线性系数，无量纲；c为流体渗流非线性系数，m/MPa；G_min为该单相流体通过低渗透岩心的最小启动压力梯度，MPa/m；l为岩心长度，cm。

本发明中的单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法，涉及石油、天然气等地下流体在多孔介质内的渗流理论研究。低渗透储层中流体渗流具有一定的启动压力梯度，同时表现出非线性渗流特征，而现有的非线性渗流的表征方法存在着模型参数物理意义不明确、参数获取困难等问题；然而最主要的问题在于现有的表征方法不能同时表征流体通过低渗透岩心时体现的启动压力梯度和非线性流动特征。应用本发明中提供了单相流体通过低渗透岩心时非线性渗流特征的表征方法，准确描述了单相流体在通过低渗透岩心时不仅具有一定的启动压力梯度，同时呈现流体流动过程的非线性渗流特征。

本发明针对现有的单相流体在低渗透岩心非线性渗流表征方法中存在的技术难题，在获取岩心及流体物性参数的基础上，实验测量不同驱替压力梯度下流体通过岩心的瞬时流量，应用本发明中提供的非线性渗流模型拟合驱替压力梯度与流量的关系曲线，从而获得两个表征渗流特征的非线性渗流参数。这种表征方法克服了现有非线性渗流表征方法中参数获取困难的问题，其主要是解决了单相流体在通过低渗透岩心时体现启动压力梯度和非线性特征共存的难题，实际上反映了流体在低渗透岩心渗流时流体的性质、岩心的性质和流体与岩心孔隙界面之间的相互作用情况，准确描述了单相流体在通过低渗透岩心时不仅具有一定的启动压力梯度，同时呈现流体流动过程的非线性渗流特征，为分析渗流规律对油田生产过程及各种经济技术指标提供可靠的研究工具；其次，为低渗透油藏数值模拟软件开发提供可靠的渗流数学模型。

附图说明

图1为本发明的单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中岩心A压力梯度与流量的实验数据的非线性渗流曲线拟合的示意图；

图3为本发明的一具体实施例中岩心B压力梯度与流量的实验数据的非线性渗流曲线拟合的示意图；

图4为本发明的一具体实施例中岩心C压力梯度与流量的实验数据的非线性渗流曲线拟合的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法的流程图。

步骤101，测量岩心常规物性参数，主要是孔隙度、渗透率、岩心横截面积和岩心长度.

步骤102，测量流体参数，主要是流体粘度和体积系数.

步骤103，根据静态法测量单相流体通过低渗透岩心的最小启动压力梯度。

步骤104，实验测量不同驱替压力梯度下流体流量，记录不同驱替压力梯度下的压力和对应的瞬时流量，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线。

步骤105，拟合实验曲线，获得非线性渗流参数。应用特定的数学分析软件拟合步骤104中绘制的驱替压力梯度与流量的关系曲线，所采用的拟合公式：

式中，Q为不同驱替压力梯度下的流量，ml/s；Δp为驱替压力，MPa；μ为流体的粘度，mPa/s；A为岩心横截面积，cm²；k为岩心绝对渗透率，mD；δ₀为流体渗流非线性系数，无量纲；c为流体渗流非线性系数，m/MPa；G_min为该单相流体通过低渗透岩心的最小启动压力梯度，MPa/m；l为岩心长度，cm。

以下为应用本发明的几个具体实施例。

实施例1：

在步骤1中，实验用岩心常规基本参数：岩心长度为52mm，直径25mm，孔隙度0.09、渗透率为1.5mD。

在步骤2中，实验用模拟油参数：模拟粘度为2mPa/s，体积系数为1.1。

在步骤3中，应用静态法测量模拟通过低渗透岩心的最小启动压力梯度为0.006MPa/m。

在步骤4中，用多功能岩芯驱替装置测量稳态压力梯度－流量关系，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线。

在步骤5中，将步骤1-3中获得的岩心常规参数和流体参数带入下述公式，并应用该公式拟合步骤4中的驱替压力梯度-流量关系曲线。所使用的拟合公式为

Q＝0.000368·(1-δ₀·e^{-c|19.23Δp-0.006|})·(19.23Δp-0.006)

式中，Q为不同驱替压力梯度下的流量，ml/s；Δp为驱替压力，MPa；δ₀为流体渗流非线性系数，无量纲；c为流体渗流非线性系数，m/MPa。

应用上述对步骤4中的驱替压力梯度-流量关系曲线进行了拟合，拟合相关系数大于0.98，拟合得非线性渗流参数δ₀＝0.91511，c＝13.66m/MPa。

实施例2：

在步骤1中，实验用岩心常规基本参数：岩心长度为69mm，直径25mm，孔隙度0.15、渗透率为2mD。

在步骤2中，实验用模拟油参数：模拟粘度为2mPa/s，体积系数为1.1。

在步骤3中，应用静态法测量模拟通过低渗透岩心的最小启动压力梯度为0.002MPa/m。

在步骤4中，用多功能岩芯驱替装置测量稳态压力梯度－流量关系，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线。

在步骤5中，将步骤1-3中获得的岩心常规参数和流体参数带入下述公式，并应用该公式拟合步骤4中的驱替压力梯度-流量关系曲线。所使用的拟合公式为

Q＝0.000491·(1-δ₀·e^{-c|14.493Δp-0.002|})·(14.493Δp-0.002)

式中，Q为不同驱替压力梯度下的流量，ml/s；Δp为驱替压力，MPa；δ₀为流体渗流非线性系数，无量纲；c为流体渗流非线性系数，m/MPa。

应用上述对步骤4中的驱替压力梯度-流量关系曲线进行了拟合，拟合相关系数大于0.98，拟合得非线性渗流参数δ₀＝0.93094，c＝9.64m/MPa。

实施例3：

在步骤1中，实验用岩心常规基本参数：岩心长度为127mm，直径25mm，孔隙度0.11、渗透率为8.25mD。

在步骤2中，实验用模拟油参数：模拟粘度为2mPa/s，体积系数为1.1。

在步骤3中，应用静态法测量模拟通过低渗透岩心的最小启动压力梯度为0.0016MPa/m。

在步骤4中，用多功能岩芯驱替装置测量稳态压力梯度－流量关系，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线。

在步骤5中，将步骤1-3中获得的岩心常规参数和流体参数带入下述公式，并应用该公式拟合步骤4中的驱替压力梯度-流量关系曲线。所使用的拟合公式为

Q＝0.00202·(1-δ₀·e^{-c|7.874Δp-0.0016|})·(7.874Δp-0.0016)

式中，Q为不同驱替压力梯度下的流量，ml/s；Δp为驱替压力，MPa；δ₀为流体渗流非线性系数，无量纲；c为流体渗流非线性系数，m/MPa。

应用上述对步骤4中的驱替压力梯度-流量关系曲线进行了拟合，拟合相关系数大于0.98，拟合得非线性渗流参数δ₀＝0.9375，c＝53.44m/MPa。

从图2-4中明显可以观察到模拟油通过低渗透岩心时出现了非线性渗流情况，显然应用达西线性渗流关系不能准确描述其流动关系；应用拟启动压力梯度的表征方法亦无法描述其非线性流动特征，而本发明中提供的表征方法可以较为准确的实现从非线性到线性的整个流动过程。

Claims (5)

1.单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法，其特征在于，该单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法包括：

步骤1，测量岩心常规物性参数；

步骤2，测量流体参数；

步骤3，根据静态法测量单相流体通过低渗透岩心的最小启动压力梯度；

步骤4，实验测量不同驱替压力梯度下流体流量，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线；步骤5，拟合驱替压力梯度与流量的关系曲线，获得非线性渗流参数。

2.根据权利要求1所述的单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法，其特征在于，在步骤1中，测量的岩心常规物性参数包括孔隙度、渗透率、岩心横截面积和岩心长度。

3.根据权利要求1所述的单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法，其特征在于，在步骤2中，测量的流体参数包括流体粘度和体积系数。

4.根据权利要求1所述的单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法，其特征在于，在步骤4中，实验测量不同驱替压力梯度下流体流量，记录不同驱替压力梯度下的压力和对应的瞬时流量，绘制驱替压力梯度与流量的关系曲线。

5.根据权利要求1所述的单相流体通过低渗透岩心的非线性渗流特征的表征方法，其特征在于，在步骤5中，拟合驱替压力梯度与流量的关系曲线时，所采用的拟合公式为：

$Q={10}^{-4}\·\frac{k\·A}{\mathrm{\μ}}\·(1-{\mathrm{\δ}}_0\·e^{-c|\frac{\mathrm{\Δ}p}{l}-G_{\min }|})\·\left(\frac{\mathrm{\Δ}p}{l}-G_{\min }\right)$

式中，Q为不同驱替压力梯度下的流量，ml/s；Δp为驱替压力，MPa；μ为流体的粘度，mPa/s；A为岩心横截面积，cm²；k为岩心绝对渗透率，mD；δ₀为流体渗流非线性系数，无量纲；c为流体渗流非线性系数，m/MPa；G_min为该单相流体通过低渗透岩心的最小启动压力梯度，MPa/m；l为岩心长度，cm。