启动压力梯度对稠油油藏开发指标的影响.pdf

第 19 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.19 No.3Mar.2024中 国 科 技 论 文CHINA SCIENCEPAPER启动压力梯度对稠油油藏开发指标的影响柯文丽，张文艳，郭伟泽，喻高明（油气钻采工程湖北省重点实验室（长江大学），武汉 430100）摘 要：稠油启动压力梯度的存在加剧了稠油渗流的阻力，为稠油开发造成了一定困难。针对该问题，利用NRSNL非线性渗流模拟软件建立机理模型，研究稠油油藏在不同韵律、渗透率级差和原油黏度条件下启动压力梯度存在与否对剩余油分布、含水率、采出程度等开发指标的影响。结果表明：启动压力梯度的存在会降低油藏采出程度，油井含水率上升较快，开采20年，采出程度降低1.72%3.09%，含水上升1.31%2.78%；相同启动压力梯度条件下，反韵律储层采出程度低于正韵律与复合韵律；原油黏度越大、渗透率级差越大，启动压力梯度对采出程度的影响越大。关键词：稠油启动压力梯度；剩余油分布；韵律；渗透率级差；原油黏度中图分类号：TE345 文献标志码：A文章编号：2095-2783（2024）03-0390-09开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Influence of threshold pressure gradient on development indicators in heavy oilKE Wenli，ZHANG Wenyan，GUO Weize，YU Gaoming（Hubei Key Laboratory of Oil and Gas Drilling and Production Engineering（Yangtze University），Wuhan 430100，China）Abstract：The existence of the starting pressure gradient of heavy oil aggravates the resistance of heavy oil seepage，which causes certain difficulties in the development of heavy oil.In order to solve this problem，a mechanistic model was constructed using the NRSNL non-linear flow simulation software to investigate the effects of the presence or absence of threshold pressure gradient on residual oil distribution and water saturation under different reservoir rhythms，permeability ratio，and crude oil viscosities.The research findings demonstrate that the presence of the threshold pressure gradient reduces the extent of oil recovery and accelerates water breakthrough in the wells.After 20 years of exploitation，the recovery rate decreases by 1.72%to 3.09%，and the water content increases by 1.31%to 2.78%.Under the same initial pressure gradient conditions，the recovery efficiency of anti-rhythmic reservoirs is lower than that of rhythmic and compound rhythmic reservoirs.When the viscosity of crude oil and the permeability ratio are larger，the impact of the initial pressure gradient on the recovery efficiency is greater.Keywords：threshold pressure gradient of heavy oil；residual oil distribution；rhythm；permeability ratio；crude oil viscosity稠油油藏具有渗透率高、孔隙度大等良好的地层物性特征，还具备地层流体重质组分含量较高、分子结构复杂（通常存在三维空间网络结构）、黏度大等流体特征。稠油在地层多孔介质中的渗流具有非常典型的非线性渗流特征，往往存在启动压力梯度，启动压力梯度加剧了稠油渗流的阻力1-3。在稠油油藏开发过程中，通常会受到启动压力梯度的影响，其剩余油分布以及最终的采出程度等与常规油藏不同4。油井压降漏斗可以分成2个部分：渗流区和滞流区。在渗流区域内，油层压力梯度大于启动压力梯度，原油可以流动。在外面的滞流区域，因压力梯度太小，不能够克服启动压力梯度，所以原油无法流动，从而形成剩余油5。受启动压力梯度影响而无法流动的滞流区域是稠油剩余油分布的主要区域，即死油区域，并且死油区域与启动压力梯度有重要的关系6-9。因此，为了能够高效合理地开发稠油油藏，需要深入研究稠油启动压力梯度对剩余油分布、采出程度、含水率等开发指标的影响。本文利用自研的非线性渗流模拟软件（NRSNL）建立机理模型，研究在不同韵律、渗透率级差和原油黏度条件下，启动压力梯度存在与否对油藏开发指标的影响。1渤海A油田稠油非线性渗流特点渤海A油田稠油具有Bingham流体特点，稠油流变曲线如图1所示，其在多孔介质中的渗流呈现启动压力梯度的非线性特征，如图2所示。当驱替压力梯收稿日期：2023-10-17基金项目：“十三五”国家重大科技专项(2016ZX05025001)第一作者：柯文丽（1987），女，实验师，主要研究方向为非常规油气提高采收率等通信作者：喻高明，教授，主要研究方向为非常规油气提高采收率等，柯文丽，等：启动压力梯度对稠油油藏开发指标的影响第 3 期度小于启动压力梯度时，流体不发生流动，只有当驱替压力梯度大于孔隙中流体的启动压力梯度时，流体才开始流动10。考虑启动压力梯度后稠油的渗流方程为 =-KP()1-|P，P；=0，P复合韵律正韵律，这主要是由于开采过程中受重力作用影响，在纵向上高渗层水流向中、低渗层，增加了中、低渗层的水驱波及面积，从而提高了中、低渗层的采出程度12。由表2可以看出，考虑启动压力梯度的采出程度低于不考虑启动压力梯度的情况。在不考虑启动压力梯度的情况下，水驱前缘几乎均匀推进，没有明显表2不同韵律条件下的剩余油分布图汇总Table 2Summary of residual oil distribution under different reservoir rhythm油藏类型正韵律反韵律复合韵律条件不考虑启动压力梯度考虑启动压力梯度不考虑启动压力梯度考虑启动压力梯度不考虑启动压力梯度考虑启动压力梯度剩余油分布图高渗层中渗层低渗层393第 19 卷 中 国 科 技 论 文的死油区，不符合实际油田的开采。在考虑启动压力梯度时，剩余油更为丰富，在边井与角井连线的区域剩余油较为丰富，并且在距离边井1/3的部位形成死油区。注采井间易形成条带状的启动压力梯度高值区，水驱效果变差，并且渗透率越小，油相的启动压力梯度越大，低渗透率地层的阻力相对较大。在考虑启动压力梯度时，储层的非均质性会加剧层间矛盾，低渗透层的动用效果更差13-14。由图5图7可知，对于正韵律与复合韵律储层，随着渗透率的增加，剩余油减少。但是对于反韵律储层，在不考虑启动压力梯度时，中渗层开采至10年以后的采出程度高于高渗层。结合表 2可以看到，复合韵律储层的中、低渗层的剩余油明显低于正韵律与复合韵律储层的剩余油，说明在没有启动压力梯度的影响下，层间重力驱油作用能够明显提高采油效果。反韵律储层在考虑启动压力梯度后并未出现中渗层采出程度高于高渗层的情况，说明启动压力梯度的存在会在一定程度上抑制重力驱油效果15。由图9可知：不考虑启动压力梯度影响，注水开发20年时，正韵律储层含水率为95.26%，反韵律储层 含 水 率 为 92.34%，复 合 韵 律 储 层 含 水 率 为94.10%；考虑启动压力梯度影响，开采20年时，正韵律储层含水率为 96.58%，反韵律储层含水率为95.12%，复合韵律储层含水率为95.75%。在启动压力梯度的影响下，边井与角井之间区域的启动压力梯度大于驱替压力梯度，此处原油无法流动，在注水井与生产井之间区域的启动压力梯度最小，水驱过程中在此区域形成渗流优势通道，一旦油井见水，含水率会快速上升，正韵律储层在考虑启动压力梯度以后含水率上升相对较快。3.2渗透率级差的影响利用NRSNL非线性渗流模拟软件的油水两相渗流模块建立机理模型。级差为 3时，渗透率分别为300、600、900 mD；级差为5时，渗透率分别为200、600、1 000 mD；启动压力梯度可根据式（2）计算得到。选择反九点井网（中心井注水）研究启动压力梯度对采出程度、含水率和剩余油分布的影响，如图10、图11和表3所示。由表3可以看出，渗透率级差越大，剩余油越丰富。由图10可知：不考虑启动压力梯度条件下，渗透率级差为 3的储层采出程度为 13.43%，级差为 5的储层采出程度为 12.44%；考虑启动压力梯度条件下，渗透率级差为3的储层采出程度为11.14%，级差为5的储层采出程度为10.33%。启动压力梯度的存在会加剧层间矛盾，放大水淹程度的差异。在相同级差下，若考虑启动压力梯度，则各小层油井之间的剩余油更加富集，且油水前缘差异明显。考虑启动压力梯度的情况下，油水前缘以黏性指进向生产井推进，在不考虑启动压力梯度情况下，油水前缘以弯液面推进且面积更大。随着渗透率级差的增大，上部剩余油越富集，层间剩余油饱和度差异愈加明显，即不同渗透率级差下剩余油富集区域面积不同。启动压力梯度的存在会加剧渗透率级差造成的剩余油饱和度场在各个小层分布的非均质性，等效于增大渗透率级差，加剧层间储量动用不均衡16。由图11可知：注水开发20年，当不考虑启动压力梯度影响时，渗透率级差为 3 的储层含水率为93.75%，渗透率级差为 5的储层含水率为 94.28%；考虑启动压力梯度条件下，渗透率级差为3的储层含水率为 95.66%，渗透率级差为 5 的储层含水率为96.05%。考虑启动压力梯度的含水率高于不考虑启动压力梯度的含水率，并且级差为5的最终含水率大于级差为3的情况。这主要是由于在注采压差一定的情况下，渗透率级差大的地层水容易从高渗层窜流，油井一旦见水，含水率上升速度加快。因此，渗透率级差大，层间干扰严重，见水时间早，开发效果图11不同渗透率级差下含水率曲线Fig.11Water content curve under different permeability gradients图10不同渗透率级差下采出程度对比柱状图Fig.10Comparative histogram of recovery degree under different permeability ratio394柯文丽，等：启动压力梯度对稠油油藏开发指标的影响第 3 期差。由于启动压力梯度会加剧层间渗流阻力差异，所以在相同级差下若考虑启动压力梯度，油相流体相当于增加一个附加的渗流阻力。相比线性渗流，考虑启动压力梯度的渗流更容易在注水井附近形成高压区且高压波及区面积大，而由于优势通道的形成，4口生产井见水时间早17。3.3黏度的影响利用NRSNL非线性渗流模拟软件的油水两相渗流模块建立1 0001 0003的机理模型，对比黏度分别为200、300、500 mPa s条件下启动压力梯度对采出程度、含水率和剩余油分布的影响，如图12、图13 和表4所示。由表 4 可以看出，原油黏度越大，剩余油越丰富。开采20年，不考虑启动压力梯度时，原油黏度为200 mPa s的储层采出程度为 13.43%，原油黏度为300 mPa s的储层采出程度为 11.42%，原油黏度为500 mPa s的储层采出程度为9.11%；考虑启动压力时，原 油 黏 度 为 200 mPa s 的 储 层 采 出 程 度 为表3不同渗透率级差条件下的剩余油分布图汇总Table 3Summary of remaining oil distribution under different permeability ratio级差35条件不考虑启动压力梯度考虑启动压力梯度不考虑启动压力梯度考虑启动压力梯度剩余油分布高渗层中渗层低渗层图12不同原油黏度条件下采出程度对比柱状图Fig.12Comparative histogram of recovery degree under different oil viscosity395第 19 卷 中 国 科 技 论 文11.14%，原油黏度为 300 mPa s的储层采出程度为9.38%，原油黏度为 500 mPa s 的储层采出程度为7.37%。原油黏度越大，启动压力梯度的值越大，较高原油黏度的地层阻力相对较大。原油黏度对启动压力梯度的影响与渗透率的影响效果正好相反，最终归因为启动压力梯度是流度的函数18。由图13可知：注水开发 20 年，当不考虑启动压力梯度影响时，原油黏度为 200 mPas 的储层含水率为 93.75%，原油黏度为 300 mPas 的储层含图13不同原油黏度条件下含水率曲线Fig.13Water content curve under different crude oil viscosity conditions表4不同原油粘度条件下剩余油分布图汇总Table 4Summary of remaining oil distribution under different oil viscosity黏度/mPa s200300500条件不考虑启动压力梯度考虑启动压力梯度不考虑启动压力梯度考虑启动压力梯度不考虑启动压力梯度考虑启动压力梯度剩余油分布高渗层中渗层低渗层396柯文丽，等：启动压力梯度对稠油油藏开发指标的影响第 3 期水率为 94.34%，原油黏度为 500 mPa s的储层含水率为 95.16%；考虑启动压力梯度条件下，原油黏度为200 mPa s的储层含水率为95.66%，原油黏度为300 mPa s 的储层含水率为 96.20%，原油黏度为500 mPa s的储层含水率为96.64%。考虑启动压力梯度的含水率高于不考虑启动压力梯度的含水率，并且原油黏度越大，含水率越高。主要是由于原油黏度越大，油水流度比越大，越容易发生窜流，油井一旦见水，含水率上升速度加快。4结论1）启动压力梯度的存在会降低油藏采出程度，开采20年，采出程度降低1.72%3.09%，含水上升1.31%2.78%。相同启动压力梯度条件下，反韵律储层采出程度低于正韵律与复合韵律，并且启动压力梯度的存在降低了重力分异作用对水驱的影响。黏度越大、级差越大，启动压力梯度对采出程度的影响越大。考虑启动压力梯度后开发效果明显变差，启动压力梯度的存在相当于增加了一个等效阻力，导致优势通道快速形成，增加注采井间的指进现象，减小水驱波及面积，影响原油驱替效果和开发指标。2）启动压力梯度影响下水驱前缘非均匀推进，具有明显的优势通道与死油区域，剩余油主要分布在油井连线之间区域，形成死油区，在水井与油井之间形成明显的渗流优势通道，并且以靠近边井1/3处剩余油最为丰富，也是死油区域。在考虑启动压力梯度的情况下，注采井间更易形成优势通道，剩余油分布较少，而生产井间增加一个附加渗流阻力导致剩余油相对富集。3）由于边井与角井之间区域的启动压力梯度大于驱替压力梯度，此处原油无法流动形成剩余油，在注水井与生产井之间区域的启动压力梯度最小，水驱过程中在此区域形成渗流优势通道，一旦油井见水，含水率会快速上升。因此，考虑启动压力梯度的含水率高于不考虑启动压力梯度的含水率。另外，渗透率级差越大的地层水越容易从高渗层窜流，见水时间早，且油井一旦见水，含水率上升速度加快。并且黏度越大，含水率越高。考虑启动压力梯度相当于对驱替过程增加一个等效阻力，从而对稠油采出程度、含水率等指标产生巨大影响，导致开发效果变差。（由于印刷关系，查阅本文电子版请登录：http: 孙建芳.胜利油区稠油非达西渗流启动压力梯度研究 J.油气地质与采收率，2010，17（6）：74-77，116.SUN J F.Threshold pressure gradient study on non-Newtonian flow of heavy oil reservoirs in Shengli oilfieldJ.Petroleum Geology and Recovery 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