动静结合预测低渗油藏储层吸水能力

汪全林 周军良 耿红柳 张 弛 潘 杰

中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院, 天津 300459

0 前言

随着油气勘探开发的深入,低渗油藏越来越多,已成为石油工业发展的重要潜力,开发好低渗油藏具有重要的现实意义和深远的战略意义。目前低渗油藏的开发仍主要以注水开发为主,注水前确定储层的吸水能力,对预测注水效果及配备相应施工设施均有重要的参考价值。因此在不增加测试资料的情况下,仅通过探井数据或动态数据等前期资料准确预测储层吸水能力,对于低渗油藏特别是增取资料困难的油藏有着极其重要的指导意义。现有研究[1-10]主要通过静态法预测储层吸水能力,但尚无将试油等动态数据与静态数据相结合来预测低渗储层吸水能力的相关报道,本文就此展开探索性研究。

1 低渗油藏储层物性特征

储层物性决定了相应的吸水能力,高、低渗储层物性差异决定了两者吸水能力的不同。从图1高、低渗储层微观孔喉特征来看,高渗储层孔喉大,渗流通道连通性好,渗流阻力小,渗流满足达西定律;低渗储层孔喉小,连通性较差,流体渗流时存在启动压力,渗流规律满足低速非线性渗流。

a)高渗a)High permeability

b)低渗b)Low permeability

高、低渗储层渗流差异主要是由微观孔隙结构差异导致,其中毛细管压力曲线就能较好地反映两者的差异,见图2。两者差异主要有以下几方面:

图2 高、低渗储层典型毛管压力曲线图Fig.2 Typical capillary pressure curve of high and low permeability reservoir

1)曲线平坦段差异较大,高渗储层平缓段较长,低渗储层平缓段较短,反映低渗储层较高渗储层分选性差。

2)毛管中值压力差异明显,低渗储层中值压力较高渗储层高,表明低渗储层物性差,渗流阻力大,流体流动困难。

3)最大进汞饱和度差异显著,低渗储层最大进汞饱和度仅为60%左右,较高渗储层低,表明低渗储层吸水能力较高渗储层差[11-15]。

2 确定吸水能力方法

高渗储层渗流符合达西定律,主要采用采油指数与采液指数的关系确定储层吸水能力,但低渗储层渗流规律非线性渗流,因此必须采用新方法预测低渗储层吸水能力。

现有生产井资料包括毛管压力曲线、相渗曲线、流体性质及生产数据等。将毛管压力曲线归一化处理[16-20],再根据式(1)计算储层中各孔道半径区间渗透率占总渗透率的百分数Kri以及累计渗透率百分数。以累计渗透率贡献值99.99%为上限,获得可流动孔隙体积占储层总孔隙体积比例,从而确定可流动最小毛管半径。

(1)

实际岩石中的孔隙空间多由不规则孔道组成,毛细管束模型将其简化为孔隙空间由不同直径的平行毛管束组成，见图3。

a)真实岩石模型 b)简化岩石模型a)Real rock model b)Simplified rock model

根据式(2)泊谡叶方程,可求出各类毛管半径对应的单根毛管日吸水量。

(2)

式中:qi为流体流量,m3/S;ri为毛管半径,m;Δp为压差,Pa;μ为流体黏度,mPa·S;L为毛管长度,m。

要确定储层吸水能力,关键是要确定出单位吸水剖面内单个毛管半径根数n1、n2…nk。考虑面积为A,长度为L的一维流动模型,当孔隙度为φ时,则可渗透孔隙体积可表示为:[2]

Vmobile=A×L×φ×SHg mobile

(3)

可渗透孔隙体积Vmobile由最大毛管半径到最小毛管半径所有毛管按渗透率贡献值并联组成,则：

Vmobile=A×L×φ×SHg mobile

(4)

根据经验毛管迂曲度τ=1.4[14],则A截面积内各半径毛管根数可由式(5)确定。

(5)

确定毛管根数后,求出单位面积毛管日吸水量,最后可得储层累积吸水量:

(6)

利用毛管压力曲线确定吸水量,是基于岩石由理想毛管束组成的假设条件,因此由理想模型计算出的吸水量与实际情况之间必然会存在较大误差。因此在此基础上,引入相渗曲线、流体物性及生产数据加以校正,得到更准确的储层吸水能力。

试采时生产压差为Δp,根据式(6)计算得出相应注水压差下理想毛管束的日吸水量。储层产液与吸水时储层面积相等,相同压差下储层具有相同的产液能力,则可得初期日产油量为:

(7)

由模型计算所得产油量应与实际产油量相等,则模型校正系数f1可表示为:

(8)

式中:qo为生产压差Δp下实际产油量,m3/d。

式(8)主要根据探井初期采油时情况,流体为油单相流动,注水时转换为水相流动,且流动跟流度成正比，因此需再引进流度关系系数f2。

(9)

式中:Krw(Sor)为残余油饱和度水相渗透率;Kro(Swi)为束缚水饱和度下油相渗透率;μo(w)为地层条件下油(水)黏度,mPa·s;M为流度比。

因此,最终计算储层吸水量的表达式为:

(10)

3 实例应用

渤海BZ油田原始地层压力33.0 MPa,束缚水饱和度Sw=37.6%,射开储层厚度h=22.4 m,地层油、水油黏度分别为μo=0.825 mPa·s、μw=0.220 mPa·s,孔隙度φ=14.5%,渗透率K=30.0×10-3μm2。油藏试采数据：有效厚度5.0 m，日产油量149.8 m3/d,生产压差23.17 MPa,渗透率29.2×10-3μm2。

根据归一化毛管曲线,由式(1)计算得出储层最大渗流毛管半径为97.84 μm,最小渗流毛管半径为46.36 μm,可流动孔隙体积占41.4%。该井吸水厚度22.4 m,注水压差9.0 MPa,由式(6)计算得出理想毛管束模型储层日吸水量为150.0 m3/d,再由式(9)预测该油田低渗吸水量为267.2 m3/d,与该储层实际平均吸水量252.0 m3/d基本保持一致,表明了该方法的准确可靠。

4 结论

探井试油数据是各油田投产前的必备资料,它不仅从本质上反映了储层物性及流体渗流特征,而且压力、产量等数据较生产后期数据准确。将实际储层简化为理想毛管束，采用泊谡叶方程，并结合探井动、静态资料，预测低渗油藏储层吸水能力，计算结果与实际情况基本一致。因此本方法在低渗油藏注水开发方案制定、开发效果预测和注水设施配置中有着非常重要的意义。