CN115110931B - 一种低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低渗油藏压驱注水增渗程度定量表征方法，包括：开展压驱过程中渗透率随净压力变化的实验测试；根据实验数据回归曲线，得出渗透率K与净压力P的关系；构建压驱过程岩石渗透率变化的液固耦合方程；得出压驱过程中渗透率变化的方程。本发明通过压驱注水增渗实验的方式，模拟低渗油藏注水过程中渗透率变化的过程，得出渗透率变化的规律，为低渗油藏压驱注水开发效果预测提供了理论依据。

Description

一种低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法
技术领域
本发明涉及低渗油藏高压注水开发领域，特别是一种低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法。
背景技术
据不完全统计，我国低渗透油藏的探明地质储量约为40×108吨，占全部探明地质储量的1/4。而根据勘探趋势，低渗透储层的比例将越来越大，低渗透储层的产量也将越来越大。因此，对低渗透储层的勘探开发不可忽视。世界上对低渗透油田的划分并没有一个统一的标准或者界限，由于地质条件和生产条件的差异，根据低渗透油层上限和下限的分类，把渗透率为0.1×10-3～50×10-3μm2的储层通称为低渗透油层。由于大部分低渗透储层天然能量较小，在开发过程中，注水作业是非常重要的一部分，对低渗透油田开发效果有直接影响，研究低渗透油田水驱开发效果意义重大。
在注水开发过程中，由于储层物性差，孔隙的喉道半径比较小，所以流动过程中固液界面的分子力比较强，会对流体的正常流通产生很大的影响，尤其是天然裂缝不发育的储层，水驱压力梯度很大，欠注问题严重。
压驱与气驱、水驱起类似的作用。压驱作用原理：(1)压驱增大孔隙喉道半径，在压差的驱动下，岩石颗粒胶结处的胶结物质在被运移至其他部位，连通的孔隙和喉道数增加，孔隙和吼道尺寸变大。(2)压驱增加了渗滤距离，相同条件下，选择胍胶和聚合物作为压裂液，在短时间内达到压力平衡，基本不发生渗滤，胶体堵塞在岩心断面。选择水作为压裂液，其渗滤速度和渗滤距离比表活剂压裂液大。(3)压驱改变波及形态和扩大波及体积，促使剩余油重新分布。(4)压驱采取大压差大排量减小了注采距离，有利建立有效驱替。(5)耦合注水使剩余油重新分布。
压驱的目标是“注得进，采得出”，通过大排量的高压注水，激发注水井井周孔隙压力快速提升，降低岩石骨架有效应力，扩大孔隙尺度、沟通微裂缝，形成一定范围的增渗区域，从而提高吸水能力，实现快速有效注入，解决低渗透储层注不进的问题。技术的关键在于压驱注入参数优化设计，而增渗区域的大小及范围的表征又是设计的关键所在。而当前对于高孔隙压力激发基质渗透率变化的理论研究大都基于压裂损伤，计算的不可逆的渗透率变化，实验研究缺乏单独注水压驱增注，很多是符合其它增注工艺的实验。
综上，当前还没有一种低渗透油藏高压注水增渗程度的表征方法，这已成为制约低渗油藏注水开发的关键问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法，采用实验和数学表征相结合的方式，可为压驱增注技术的现场应用提供支撑。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法，包括以下步骤：
S1：开展压驱过程中渗透率随净压力变化的实验测试；
S2：回归渗透率K与净压力P的关系；
S3：构建压驱过程渗透率K变化的液固耦合方程；
S4：绘制不同岩心的K-P关系二维图版。
在本发明的一个较佳实施例中，步骤S1包括以下步骤：
S1.1：制作带孔的渗透砂岩岩心；
S1.2：用高压注水实验系统进行压驱注水增渗实验。
在本发明的一个较佳实施例中，步骤S1.1中制作带孔渗透砂岩岩心的步骤为：
利用岩心钻取机在岩块中钻取直径为D，高H的圆柱体岩样，H是D的2倍；利用岩心切割机对圆柱体的岩样在H/2高度处沿径向进行等分切割处理，得到两端面皆平滑且高约为H/2的岩样；利用岩心钻取机在岩样中间处钻孔，制得带孔渗透砂岩岩心。
在本发明的一个较佳实施例中，所述渗透砂岩岩心渗透率为10～50mD。
在本发明的一个较佳实施例中，步骤S1.2具体包括以下步骤：
S1.2.1：高压注水实验系统组装，组装好后将渗透砂岩岩心夹持器置于实验台；
S1.2.2：测试系统密封性能；
S1.2.3：加入围压、轴压；
S1.2.4：液体注入，收集数据；
S1.2.5：渗透率测量，并读数记录；
S1.2.6：更换渗透砂岩岩心，进行下一组测试；
S1.2.7：注入结束，关闭设备，对实验数据进行分析。
在本发明的一个较佳实施例中，步骤S2中根据实验测试得到的数据，利用Origin软件绘制渗透率K与净压力P的关系曲线，并回归出曲线方程。
在本发明的一个较佳实施例中，步骤S3中利用平面径向流压力分布公式和产量公式，形成渗透率变化公式。
在本发明的一个较佳实施例中，步骤S4中根据得出的方程关系，绘制渗透率K变化的二维图版。
在本发明的一个较佳实施例中，步骤S1.2.1：高压注水实验系统包括实验台、围压泵、液压泵、恒温恒速泵和数据采集箱；所述围压泵、液压泵、恒温恒速泵和数据采集箱分别连接实验台，所述围压泵和液压泵上也分别对应设有压力表。
本发明的有益效果是：本低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法借助岩心压驱实验，以此来研究低渗透油藏压驱过程中渗透率的变化规律，可以实现模拟不同水平地应力、孔隙压力、注入压力等参数，可为低渗油藏压驱注水提供一种增渗程度表征方法，从而解决低渗油藏压驱注水开发注入参数优化问题，从经济角度为现场指定最优注水方案。
附图说明
图1是本发明高压注水实验系统结构示意图；
图2是渗透砂岩岩心结构示意图；
图3是井眼周围圆周总应力分布图；
图4是岩心渗透率K与净压力P的关系曲线；
图5是岩心渗透率变化图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一种低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法，包括以下步骤：
S1：开展压驱过程中渗透率随净压力变化的实验测试；
S1.1：制作带孔渗透砂岩岩心；制作直径为50mm，高度为50mm的带孔的低渗透砂岩岩心；
首先利用岩心钻取机将岩块钻取为直径50mm，高100mm的圆柱体；利用岩心切割机对圆柱体的岩样进行切割处理，得到两端面皆平滑且高约为50mm的岩样；将切割处理后的岩样放在水平测试台上观察端面是否水平。若两端面水平，则可备用，否则，需进一步对岩样断面进行打磨直至端面水平；利用岩心钻取机在岩样中间处钻直径约为6～8mm、深约30～40mm的孔，制得带孔渗透砂岩岩心；将处理好的岩心进行编号，备用，见图2；
S1.2：用高压注水实验系统进行压驱注水增渗实验：
S1.2.1：高压注水实验系统组装，如图1所示，高压注水实验系统包括实验台1、围压泵2、液压泵3、恒温恒速泵4和数据采集箱5；所述围压泵2、液压泵3、恒温恒速泵4和数据采集箱5分别连接实验台1，所述围压泵2和液压泵3上也分别对应设有压力表6；设有孔的岩心一端向下，在岩心下端加入两片带孔的防水垫片，上端加入两片不带孔的防水垫片，将制作好的带孔的岩心试样放入岩心夹持器中，将组装好的岩心夹持器置于实验台上，接入注入阀、围压阀；
S1.2.2：测试系统密封性能，给岩心加围压，观察围压是否稳定，若围压稳定，则系统的密封性较好；若围压不稳定，则说明系统漏水；同时观察加载系统是否出现漏油的现象，反复检查，直到不出现漏水、漏油现象为止；
S1.2.3：加入围压、轴压：首先将围压加载至预设值，然后将轴压加载至预设值后，检测加载系统是否出现漏油现象，待压力稳定后，再进行下一步实验；
S1.2.4：液体注入：待所有压力表实数稳定后，设置液体注入压力，打开数据采集箱，启动恒速恒压泵的同时开始收集数据，液体采用模拟地层水；
S1.2.5：渗透率测量：待岩心上的孔压力示数稳定之后，用量筒测量岩心夹持器驱替出口一分钟的液体流量，并读数记录。
S1.2.6：更换岩心，改变恒速恒压泵的注入压力，重复步骤S1.2.5。
S1.2.7：注入结束：待所有预设压力下岩心的渗透率测量完成后，停止注入，依次将轴压、围压卸载，关闭加载系统，取出岩心样品并拍照保存，导出数据采集箱所收集的数据，对实验数据进行分析。
S2：回归渗透率K与净压力P的关系；利用Origin软件绘制渗透率K与净压力P的关系曲线，见图4，并回归出曲线方程，得出方程为：
K＝-0.0025P4+0.0737P3-0.3609P2+0.471P+10.398；
S3：构建压驱过程渗透率K变化的液固耦合方程：利用平面径向流压力分布公式和产量公式，形成渗透率变化公式；
地下一般的原位应力(有时是原位主应力)可以用三个正交应力来定义：沿垂直方向的覆岩应σv，单位MPa；沿两个相互正交的水平方向的水平应力σH和σh，单位MPa，实际中的三个原位应力一般是不相等的，本实验中σH＝σh，；
本实验模拟注水井的应力情况，当在地层中钻一个垂直井时，当注入流体时，该流体在井壁上施加一定的压力。井眼周围的应力分布可以局部改变，导致应力集中较大。如果假设地层保持线弹性和不透水性，则可以得到公式(1)和公式(2)来计算井眼周围的周向应力分布。公式(1)中σinsitu表示由于两个水平主应力产生的应力分量，单位MPa；公式(2)中σpw表示由于井底pw处的注入压力引起的应力分量，单位MPa；公式(1)和公式(2)中α为井眼半径，单位m；r是距孔中心的水平径向距离，单位m；
然而，岩石地层可以假定为孔隙弹性体系，其具有在孔隙内具有流体的线性弹性固体骨架，在压驱过程中，液体以高流速渗透地层，导致井眼周围孔隙压力发生显着变化。因此，由于通过岩石的孔隙压力分p(r,t)，单位MPa，引起额外的周向总应力分量σp，单位MPa；如果假设井底压力随着恒定的加压速率C而增加，则可以使用以下表达式获得附加应力分量σp和孔隙压力分布p(r,t)；
其中：公式(3)和公式(4)中p是孔隙压力，单位MPa；α是井眼半径，单位m；r是距孔中心的水平径向距离，单位m；t是计算时间，单位s；ρ是压裂液密度，单位Kg/m3；A是可以通过公式(5)计算的参数，f(r,t)可以通过公式(6)计算；
其中，公式(5)中ν是岩石泊松比；KB和KM是岩石框架和岩石基质模量，单位GPa；公式(6)中J0和Y0是第一类和第二类零阶贝塞尔函数，u是距井眼中心轴线的距离，单位m；α是井眼半径，单位m；t是时间，单位s；κ是可以通过公式(7)计算的参数；
κ＝k/μnβ (7)；
其中，公式(7)中k是岩石的渗透率，单位D；μ是流体的粘度，单位Pa·s；n是岩石的孔隙率；β是流体的压缩系数，单位MPa-1；
因此，可以通过叠加三种不同的应力分量来计算井眼周围圆周总应力的完整分布，见图3；
σinsitu+σpw+σp+αp＝σθ (8)；
其中，公式(8)中α是孔隙弹性系数，无量纲；σinsitu表示由于两个水平主应力产生的应力分量，单位MPa；σpw表示由于井底pw处的注入压力引起的应力分量，单位MPa；p是孔隙压力，单位MPa；σθ是井眼周围总应力，单位MPa；
把S2回归得到的渗透率K与净压力P的关系代入公式(7)，并整理得到最终渗透率变化方程；
S4：根据得出的方程关系，绘制不同岩心的K—P关系二维图版。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可做各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：开展压驱过程中渗透率随净压力变化的实验测试；其中S1包括S1.1:制作带孔渗透砂岩岩心；S1.2：用高压注水实验系统进行压驱注水增渗实验：
S1.2包括：S1.2.1：高压注水实验系统组装，组装好后将渗透砂岩岩心夹持器置于实验台；S1.2.2：测试系统密封性能；S1.2.3：加入围压、轴压；S1.2.4：液体注入，收集数据；S1.2.5：渗透率测量，并读数记录；S1.2.6：更换渗透砂岩岩心，进行下一组测试；S1.2.7：注入结束，关闭设备，对实验数据进行分析；
S2：回归渗透率K与净压力P的关系；利用Origin软件绘制渗透率K与净压力P的关系曲线，并回归出曲线方程；
S3：利用平面径向流压力分布公式和产量公式形成渗透率变化公式，构建压驱过程渗透率K变化的液固耦合方程，包括：
模拟注水井的应力情况，当在地层中钻一个垂直井时，当注入流体时，该流体在井壁上施加一定的压力，假设地层保持线弹性和不透水性，得到公式(1)和公式(2)来计算井眼周围的周向应力分布，
其中，公式(1)中σinsitu表示由于两个水平主应力产生的应力分量，单位MPa；σH和σh表示沿两个相互正交的水平方向的水平应力；公式(2)中σpw表示由于井底pw处的注入压力引起的应力分量，单位MPa；公式(1)和公式(2)中α为井眼半径，单位m；r是距孔中心的水平径向距离，单位m；
假设井底压力随着恒定的加压速率C而增加，使用公式(3)和(4)获得附加应力分量σp和孔隙压力分布p(r,t)，
其中，公式(3)和公式(4)中p是孔隙压力，单位MPa；α是井眼半径，单位m；r是距孔中心的水平径向距离，单位m；t是计算时间，单位s；ρ是压裂液密度，单位Kg/m3；A是可以通过公式(5)计算的参数，f(r,t)可以通过公式(6)计算；
其中，公式(5)中ν是岩石泊松比；KB和KM是岩石框架和岩石基质模量，单位GPa；公式(6)中J0和Y0是第一类和第二类零阶贝塞尔函数，u是距井眼中心轴线的距离，单位m；α是井眼半径，单位m；t是时间，单位s；κ是可以通过公式(7)计算的参数；
κ＝k/μnβ (7)；
其中，公式(7)中k是岩石的渗透率，单位D；μ是流体的粘度，单位Pa·s；n是岩石的孔隙率；β是流体的压缩系数，单位MPa-1；
利用公式(8)，通过叠加三种不同的应力分量来计算井眼周围圆周总应力的完整分布，
σinsitu+σpw+σp+αp＝σθ (8)；
其中，公式(8)中α是孔隙弹性系数，无量纲；σinsitu表示由于两个水平主应力产生的应力分量，单位MPa；σpw表示由于井底pw处的注入压力引起的应力分量，单位MPa；p是孔隙压力，单位MPa；σθ是井眼周围总应力，单位MPa；
把S2回归得到的渗透率K与净压力P的关系代入公式(7)，并整理得到最终渗透率变化方程；
S4：根据得出的方程关系，绘制不同岩心的K—P关系二维图版。
2.根据权利要求1所述低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法，其特征在于，步骤S1.1中制作带孔渗透砂岩岩心的步骤为：
利用岩心钻取机在岩块中钻取直径为D，高H的圆柱体岩样，H是D的2倍；利用岩心切割机对圆柱体的岩样在H/2高度处沿径向进行等分切割处理，得到两端面皆平滑且高为H/2的岩样；利用岩心钻取机在岩样中间处钻孔，制得带孔渗透砂岩岩心。
3.根据权利要求2所述低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法，其特征在于，所述渗透砂岩岩心渗透率为10～50mD。
4.根据权利要求1所述低渗油藏压驱注水增渗程度表征方法，其特征在于，步骤S1.2.1中高压注水实验系统包括实验台、围压泵、液压泵、恒温恒速泵和数据采集箱；所述围压泵、液压泵、恒温恒速泵和数据采集箱分别连接实验台，所述围压泵和液压泵上也分别对应设有压力表。
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