油藏工程原理(二)教学课件

第二章 非混相驱替注水开发指标计算1、混相与非混相2、驱替与吸吮3、稳定与不稳定4、为什么要计算开发动态第二章 非混相驱替注水开发指标计算计算注水开发指标的方法：1 岩心试验2 数值模拟3 解析解4 各种经验方法第二章 非混相驱替注水开发指标计算 1 一维不稳定驱替 2 重力分异情况下的驱替 3 底水锥进动态 4 面积注水开发指标计算 5 剩余油饱和度及其流动性 6 改善注水开发效果的水动力学方法第二章 非混相驱替注水开发指标计算2-1 一维不稳定驱替假设条件：1)油水两相流动，且运动方向相同；2)岩石是水湿的；水驱油过程；3)流体不可以压缩，是刚性流体；4)毛管力和重力使流体饱和度在纵向上达到瞬时平衡。2-1 一维不稳定驱替本节讨论：1 分流量方程 2 恒速注水开发指标计算 3 恒压注水开发指标计算 4 前缘推进方程的恒速与恒压关系 5 具有可流动初始饱和度下的水驱动态 6 前缘推进方程解的局限性（含水率）、密o已知端面面积A，渗透率为K，流体粘度度 o 已知。求解出口端面的含水率变化？2-1 一维不稳定驱替1、分流量方程计算一维考虑重力、毛管力下的出口端面动态q=kkro A Poo x+o g sin kkrw A Pw w x+w g sin 达西定律可以描述PLkA对于油相：qo =对于水相：qw =qw =f w qtqt =qo+qwqo =(1 f w)qtkk ro A Poo x+o g sin kk rw A Pw w x+w g sin Po+o g sin Pw+w g sin Po Pw+=xqto A（1 f w)qt 1A wqt 1A oqto A+(o w)g sin x xf w =f w +两式相减：为油的流度为水的流度kkrookkrw w令 o=令 w =qo =qw =xqtw Af w1 1o wqtAqtAof w(+(o w)g sinPcx)=+pc=po pw+1 t f w(+)=A c+P(o w)g sin A+1 (wwow+)=oo)1o+Ac+o(APco+P(cw+)(gsin)gsingsin f w+(ffwo=xo w w)wwo w ww qt qx q xx oo+(o w)g sin wo A g sin w o APc qt(w +o)x +ww +of w=qt Pcxf w=1+w+o 分析：什么因素影响含水率的大小？流体物性参数、油水相界面情况、地层性质、生产参数考虑毛管力、重力，一维均质地层出口端的分流量方程q 1 1 PqtAo t two A g sin Pc Pcswx=x sw1）水油流度油水流度，粘度关系,含水饱和度2）毛管力qt Pcxf w=1+w +o wo A g sin qt Pcxf w=1+w+o 3)重力作用与地层倾角地层倾角的范围不同，重力差起的作用不同低部位注水，高部位采油（0）向上驱油 g sin 为正值。（0=tan =Cdydx=tan =0dydxKkrw A+o g sin=qtKkro A po oxKkrw A pwo+w g sin=qt 油水流量相等Kkro AKkro A Kkrw Ao w在稳定驱替条件下，在油水界面上：x qo=qw =wo+w g sin+o g sinpwxpoxqt =qt =本节的主要内容1234水平油藏的重力分异倾斜油藏的重力分异重力分异流动时的相对渗透率多层油藏动态预测对于倾斜的油藏，存在重力和毛管力的情况下，如何计算动态？方法同水平分异条件下的相同，只有找到地层垂向上的油水分布比例与各参数的关系即可以。主要是含水饱和度的关系在地层的截面上进行厚度的加权平均，得到平均的参数。S wz =hb(1 Sor)+(1 hb)S wchb =S wz S wc1 Sor S wckroz(S wz)=(1 hb)krokrwz(S wz)=hb krw在地层的截面上进行厚度的加权平均，得到平均的参数。S wz =hb(1 Sor)+(1 hb)S wchb =S wz S wc1 Sor S wckrwz(S wz)=hb krw(S w)+(1 hb)krw(S w)1SorSwckrwz(S wz)=hb krwk roz(S wz)=hb kro(S w)+(1 hb)kro(S w)kroz(S wz)=(1 hb)kro)krw厚度平均相对渗透率和厚度平均含水饱和度是线性关系。在稳定驱替条件下没有跃变前沿。)kroS wz S wc1 Sor S wc1 Sor S wz1 Sor S wckrwz(S wz)=(kroz(S wz)=(本节的主要内容1234水平油藏的重力分异倾斜油藏的重力分异重力分异流动时的相对渗透率多层油藏动态预测当油藏存在多层时动态如何计算？剖面压力均等模型K1,h1K2,h2K3,h3K4,h4K5,h5粘滞力远远大于毛管力和重力；纵向上的渗透发生在瞬间完成；活塞式驱替动态计算时，首先将地层按渗透率的大小进行排序，对于不同时刻的参数，如渗透率，饱和度等采用厚度加权平均方程求出。K1,h1K2,h2K3,h3K4,h4K5,h5k w dpw dzA dz+k w dpw ko dpo dzB K1,h1K2,h2K3,h3K4,h4K5,h5ABAuwx dz+B uox dzA uwx dzf wz =Aw dx w dx o dx 每一层的生产压差相等，即任一剖面上压力梯度相等wA(kf wz =A(k w/w)S or dz/w)Sor dz+B(ko/o)S wi dzS wz wok j krwjk j kroj w h S(1 Sk j krwjK1,h1K2,h2K3,h3K4,h4K5,h5ABwA(kf wz =A(kw/w)Sor dz/w)Sor dz+B(ko/o)S wi dzoiS wi dzA,B Sor)dz+hA (Sh jf wz =h jnj=m+1mj=1mj=1h j +wj h j h jS wz=mj=1nj=m+1orj)j h j+hjjnj=1=k h1M h hj jf wz =nj=m+1mj=1mj=1k j h j +k j h jjjh+S wcS wz =mj=1nj=m+1(1 Sor)若各层油水相渗端点值相同、孔隙度相同：第m1小层的前缘推进速度：=v swz(m+1)qt f wz(m+1)f wzmA S wz(m+1)S wzmfwSwz本节掌握内容1 什么是毛管力重力垂向平衡，油水分布特征？2 端点流度比？3 了解水平油层重力分异条件下的油层动态计算方法。4 掌握倾斜油藏重力分异条件下，稳定驱替的条件即影响因素。5 了解重力分异条件下的相对渗透率处理。6 了解多层油藏的动态计算方法。第二章 非混相驱替注水开发指标计算23 底水锥进油井生产时的压力梯度使近井地带的油气界面降低，油水界面升高。油层之上较轻的气及油层下面较重的水使流体梯度得以平衡。这些平衡力使油气及油水界面呈锥状分布。油气界面油水界面油气界面油水界面第二章 非混相驱替注水开发指标计算23底水锥进影响流体在井底附近流动分布的三种基本力是：（1）毛细管力；（2）重力；（3）粘滞力。毛细管力对锥进的影响通常很小而被忽略不计。重力是垂向的，其影响随流体密度而变；粘滞力是与流体渗流有关的压力梯度。流体界面和射孔层段之间的重力和粘滞力处于平衡当井眼处动力（粘滞力）大于重力时，一个“锥进”就会最终突破井眼。第二章 非混相驱替注水开发指标计算23底水锥进三个概念来阐述锥进的具体特征。（1）稳定锥进；（2）不稳定锥进；（3）临界产量如果油井以定产量生产而且泄油区域内的压力梯度也保持稳定，就达到了稳定状态。此时，如果油井中动力（粘滞力）小于重力，那么已形成的气或水的锥进就不会到达井筒，锥进也不会前进或后退，形成一个稳定锥进。第二章 非混相驱替注水开发指标计算23底水锥进如果井底流动压差足以克服重力作用，不稳定锥进就会继续推进，并最终突入井中。应注意：稳定锥进只是拟稳态的，因为整个油藏泄油体积内压力分布都在不断变化。如在衰竭式开采中，油水界面会逐渐推进，进入井的完井层段，增大了锥进发生的可能。临界生产速度是指在生产中保证锥进不进人井筒的极限产量，如果超过这个数值，相应井筒处的压力梯度会导致气或水锥进人井筒，在临界生产速度下，气或水锥处于稳定第二章 非混相驱替注水开发指标计算23底水锥进计算锥进的公式大致有以下三类。（1）临界产量公式；（2）突破时间预测：（3）突破后井的生产动态预测。上述公式可用于计算直井和水平井的锥进问题。第二章 非混相驱替注水开发指标计算23底水锥进锥体上升的高度取决于由(w o)引起的重力与垂向压力梯度的平衡。当qo小于临界产量qoc，底水的锥体是稳定的。2-3底水锥进一、临界产量的计算在锥体表面以下任意点（r，z）的势：=0 wz w(r,z)=常数在锥体内，po =pw =p由势的定义：2-3底水锥进若流体不可压缩：gzp o o(r,z)=o =w =gz gzpo0pw0dpo odpw w 为常数，且考虑毛管力0 o o(r,z)+gz o=p o(o(r,z)+gz)=w(w(r,z)+gz)o w(,)o (,z(,o r )(ow rr zz+=gz gz=(w)r+zgz)gz w gzp w w(r,z)=w w(r,z)+gz w =p o d o o w dz w o od o o2-3底水锥进 w(r,z)=(o(r,z)+gz)gz o w+g g=常数=g+w g=常数d odz=g w od odzrre 处，油相中的势油水接触界面处的势=g w o=dz v e ovhv定义生产压差的势 常数d o()v =ho o2-3底水锥进 w o o=g dz v e ovhv定义生产压差的势 常数 (r,z)zhoz D =无因次高度 DVhDV=e ov hohv =Dz D o/z /ho令 hDV =hV /ho=g w o DVhDV纵向上无因次势梯度 o DrDe qoc =2 r ro wc orD r ro DrDe rDqoc =2gho(w o)D rDe rD2-3底水锥进=g DVhDV w o ho o re dzho0k k (s )Bo o临界产量：kvkrrho令 rD =10dz DqocrDe okr kro(swc)Bo o=2hohDV DV o =g(w o)ho因为：无因次化：102dz DrDekr kro(swc)hDVBo o DVqoc =2gho(w o)10dz DhDV DV(rDe,bD)=rDe令2(rDe,bD)kr kro(swc)Bo obhobD=qoc =2gho(w o)2-3底水锥进kr kro(swc)Bo o2如何确定：1、图版法：使用范围：(rDe,bD)5rDe800.1bD0.75rDebD2-3底水锥进2(rDe,bD)kr kro(swc)Bo oqoc =2gho(w o)如何确定：2、回归公式法1B(bD)+C(bD)ln rDe(rDe,bD)=A(bD)其中系数：2gho(w o)kr2gho(w o)kr二、预测底水锥进时间（1）水锥体突破完井段的时间；（2）当时间t突破时间，油井含水变化hDVH Dvqo Bo o2=tg(w o)kV(1+M )2ohot D =无因次突破高度：(hDv)BT =1 bD=1 b/ho无因次突破时间：t BTg(w o)kV(1+M )2oho(t D)BT =tBT时无因次水锥高度：2(H Dv)BT(1 bD)=qo Bo o(t D)BT(H Dv)BT :(t D )BT2(H Dv)BT 16+7(H Dv)BT 3(H Dv)BT4 7 2(H Dv)BT=0.94 lg f wc t+0.24t/tBT二、预测底水锥后含水变化f wc/(f wc)lim水锥突破后，油井以大于临界产量生产时，含水变化 5.7 5.7 0.56f wc =1.0tt BT(f wc)t t BTtt BTf wc =0tt BT当当 0.56 当第二章 非混相驱替注水开发指标计算2-4面积注水开发指标计算1、精确解2、近似解o(log+0.682 0.798)w(log+0.682 0.798)一、精确解油水粘度相同，刚性驱替。（1）直线排状注水系统i=0.1178 KK ro(S wc)hPa drw aad上式可以计算当初始注水和含水100%时的注水量，即产量。i=0.1178 KK rw(Sor)hPa drw ao(log+0.682 0.798)o(log 0.2688)o(log 0.2472)o(0.1183)2+R 0.1183)2+R(2)交错排状注水系统i=0.1178 KK ro(S wc)hPa drw a(3)五点井网0.1178 KK ro(S wc)hPdrwi=(4)反七点井网0.1571KK ro(S wc)hPdrwi=(5)反九点井网0.1178 KK ro(S wc)hPic1+R d)(logrwi=0.3012+R0.1178 KK ro(S wc)hPis3+R d)(logrwi=o(角井边井二、近似解dd（1）见水前：三个阻力区间：注水井到油水前沿、油水前沿到排油坑道、排油坑道到生产井底注水井底到油水前沿的阻力：rfrwln w2KhK rw(S wm)R1=油水前沿到排油坑道的阻力：drfln o2KhK ro(S wc)R2 =排油坑道到生产井底的阻lnd2(m+1)rw力：R3 =o 12KhK ro(S wc)m内部阻力 w K ro(S wc)r f d 1o K rw(S wm)rw r f2(m+1)rw 产量驱动力除以阻力d qL =lno ln +ln +2KhK ro(S wc)PhmqLmqo =)rfd油水前沿的移动计算：q L dt=2r f hdr f (S wf S wc(S wf S wc)oq L dt=r f dr fKK ro(S wc)Po qlql =2khkro(swc)pdr fr frw+Cq L =A ln1+B lndt=E(A B)ln r f +Dr f dr fln1md2(m+1)rwB=1C=A=w K ro(S wc)o K rw(S wm)ql =o ql2khkro(swc)p1ql(A B)ln r f +D=在前缘处：ql dt=(sw swc)2r f hdr fr f dr fql dt=(sw swc)okkro(swc)p式中：D=C+B ln d A ln rwE(S wf S wc)o KK ro(S wc)P 式中：E=r f(A B)(ln r f )+D(A B)(ln d )+DE=dt=E(A B)ln r f +Dr f dr f(S wf S wc)o KK ro(S wc)P 1222t=E12d 22T f =E前沿移动公式油井见水时间 w ln+wo K ro(S we)m2(m+1)rw（2）见水以后：注水井底到排油坑道排油坑道到生产井底注水井底到排油坑道drwln w2KhK rw(S wm)R1=排油坑道到生产井底lnd2(m+1)rwR2 =o 12KhK ro(S we)m注入速度产液速度drwq L =K rw(S wm)1 d ln 2KhK rw(S wm)Phq Lmq pL=w ln+2(m+1)rw K rw(S wm)1Be +drwqL =K rw(S wm)1 d 2KhK rw(S wm)PhlnK rw(S we)m含水较高后出口端含水饱和度随时间的变化规律单位时间内产油量等于地层中含水量的上升。2drw dS we+dt=d2(m+1)rwlnK rw(S we)m1 f(S we)ln wd 22 KK rw(S wm)PdS weS wmS wft=AeC eK rw(S we)1 f(S we)drwlnkrw(S wm)md2(m+1)rwCe =Be =lnAe =wd 22 Kkrw(swm)p以上的注水面积开发指标计算只是简单的估算，在数值模拟技术没有应用之前，是主要的计算动态的方法。现在计算油藏的动态，一般采用的是数值模拟计算。第二章 非混相驱替注水开发指标计算2-5剩余油及其可流动性剩余油：在任意驱替阶段，储层中剩余的含油量。残余油饱和度Sor若油相要流动，其油饱和度必须超过某一特定值，也就是残余油饱和度，在这一饱和以下，油相留在孔隙中不流动。剩余油饱和度Sorw在驱替过程中，将有剩余油存在，在数量上用一大于残余油饱和度的值来表征。这种饱和度称为剩余油饱和度Sorw。可动油饱和度Som定义为可动油占孔隙体积的百分比：Som1SwcSor第二章 非混相驱替注水开发指标计算2-5剩余油及其可流动性剩余油相对于水驱后的饱和度（Sorw）在水驱情况下是重要的一个参数，它定义了微观驱油效率，进而确定了采收率。另外，当考虑EOR时，Sorw对项目的经济评估是关键参数。剩余油饱和度的监测方法：1、岩心分析方法2、常规测井数据估算3、生产测井数据估算4、单井示踪剂试验2-5剩余油及其可流动性剩余油饱和度的大小主要受粘滞力和毛管力影响Nca=vwow定义：为毛管数vw oww vw定义：Ncam=2-5剩余油及其可流动性为修正毛管数定义：Nca=为毛管数0.4(soi sor)ow cos o 拐点表示了以毛管力为主过渡到以粘滞力为主的转化。过渡带在Ncam10-410-5范围内。建立剩余油与毛管数关系，有利于判断在何种条件下剩余油与注水速度无关，以及确定水驱后剩余油的最终采收率。vw oww vw定义：Ncam=2-5剩余油及其可流动性为修正毛管数定义：Nca=为毛管数0.4(soi sor)ow cos o=uw owNca*定义：=Nca 为达西速度毛管数剩余油不流动时，N ca*105第二章 非混相驱替注水开发指标计算2-6改善水驱的水动力学方法剩余油富集区通常分布在：（1）断层附近地区。边界断层附近，常留下较大剩余油集中区，井间断层附近也常留下小块滞留区。（2）岩性复杂地区。包括河道砂体的没滩或边滩等部位，以及岩性尖灭线附近地区等。（3）现有井网控制不住的小砂体或狭长条形砂体等。（4）注采系统不完善地区。注采井网布置不规则地区，如注水井过少的地区或受效方向少的井附近等。第二章 非混相驱替注水开发指标计算2-6改善水驱的水动力学方法（5）非主流线地区。虽然该地区的注采系统较完善，但两相邻水井间的分流区仍滞留有剩余油，而且分布分散。如在此打加密井往往初期含水比较低，但很快就会上升。（6）微构造部位。由于注入水常向低处渗流，当微构造部位无井控制时，常会滞留有剩余油。第二章 非混相驱替注水开发指标计算2-6 改善水驱效果的水动力学方法水动力学方法：周期注水（不稳定注水）改变液流方向强化注采系统的变形井网补充点状和完善排状注水系统提高排液量堵水与调剖技术各种调整方法的结合2-6 改善水驱效果的水动力学方法水动力学方法：周期注水（不稳定注水）改变液流方向强化注采系统的变形井网补充点状和完善排状注水系统提高排液量堵水与调剖技术各种调整方法的结合2-6 改善水驱效果的水动力学方法水动力学方法：周期注水（不稳定注水）改变液流方向强化注采系统的变形井网补充点状和完善排状注水系统提高排液量堵水与调剖技术各种调整方法的结合2-6 改善水驱效果的水动力学方法周期注水机理：周期注水就是周期性地改变注入量和采出量，在地层中造成不稳定的压力场，使流体在地层中不断地重新分布，从而使注入水在层间压力差的作用下发生层间渗流，促进毛管吸渗作用，增大注入水波及系数及洗油效率，提高采收率。影响周期注水因素：一是地层参数，包括层状非质性和各层间的水动力不连通程度；二是注水方式参数，包括周期注水前开采时间、注水量变化幅度和注水频率等指标。2-6 改善水驱效果的水动力学方法影响周期注水因素：层状非质性：小层间渗透率差别大，效果好。水动力不连通程度：=0.5 为极限值周期注水时机：尽早实施，效果更好。幅度因数：Bb0.5 L2注水半周期：t半周期谢谢！