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1、油气藏储层损害模拟 作者：Henry A. Ohen and Faruk Civan 翻译人：侯佳丽,油气藏储层损害模拟,摘要 引言 公式 参数估计方法 应用和验证 结论,该模型可以通过多孔介质、微粒和液体的相互作用来预测储层渗透率损害。,一、摘 要,粘土膨胀,外部粒子的侵袭,微粒的生成、运移和滞留,渗透率损害,该模型的参数估计值在有效范围内，可用于确定各种损伤机制的比例。成功比较测量值、渗透率变化和颗粒浓度预测值，说明了方法的有效性和地层的损伤模型的价值。,在不良岩化和充填自生高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石和混层粘土矿物的低渗储层中，储层损害尤其严重。储层的损害取决于储层岩石矿物成分和外来流
2、体条件相容性。,地层损害,地层损害,微粒运移,粘土膨胀,主要原因,二、引 言,可能导致渗透率损害的微粒包括粘土矿物、石英、长石、云母、二氧化硅、碳酸盐和重晶石。它们的扁平状结构和小尺寸使粘土矿物的表面积很大。因此，它们与流体接触时迅速反应。,第一类表明尽管孔隙表面无松散颗粒，也会因为侵入地层流体造成的水敏导致储层膨胀。,第二类是孔隙自生粘土颗粒的溶胀。这些颗粒吸收液体并膨胀，然后，他们被水动力流携带。,理化和水动力过程导致的粘土膨胀，微粒释放、运移和捕获，颗粒和孔隙尺寸的相互作用是非常复杂的。 在本文中，考虑油气藏损害的各种过程的影响创建了一个实用的一维模型。制定的唯象方程能很好的表示这些过程
3、的机制。,二、引 言,假设粘土膨胀两种类型,下式分别列出了流动相中液体和微粒的连续性方程： 是粘土多孔介质每单位体积液体的质量损失率。 是粒子沉积速率， 是微粒原位生成率，f是多孔介质允许粒子输运几率。 和 是悬浮液中流体和微粒的质量浓度，悬浮液的质量浓度如下： 也可以写成 下面给出的Forchheimer方程适合达西、非达西流型和因堵漏造成流体通道窄的情况：,三、公 式,P为压力，k是渗透率。是非达西数,可表示为： 是geertsma提出的惯性阻力相关系数： 在流动中遇到不同浓度的微粒，布林克曼通过对爱因斯坦方程扩展来估计固液混合物粘度： 结合方程1-5产生压力方程 膨胀导致的孔隙率变化可以
4、用下式（civan和Knapp）,三、公 式,假设流体根据菲克第二扩散定律扩散到多孔介质且穿透距离非常短。设Z是孔隙表面到多孔介质的垂直距离。然后，液体在固体基质中的扩散遵循下面的瞬态扩散方程； 最初认为 在固体介质中为常数。表示为： 孔隙表面的内边界条件如下： 由于液体渗透在孔隙表面只有很短的距离，故有以下的外边界条件： 对方程11-14方程中常数量 进行解析，civan等人认为计算如下：,三、公 式,悬浮颗粒在多孔介质中渗流的颗粒沉积净速率由于新粒子的保留和以前颗粒的再夹带而产生区别。认为保留率与颗粒质量流量（ ）、孔隙体积( )、和可保留的颗粒量成正比。重新夹带率被假定是水动力的依赖，与
5、表面颗粒数量成比例， 为超过给定临界压力的多余压力， 需要多孔基质中微粒运动。因此，civan等人给出了微粒净沉积速率方程： 膨胀性粘土矿物足够大并被液阻延滞时，它们相互接触并吸收液流。假设放大率与微粒吸液率、最大颗粒扩大程度成正比，并最终成为饱和颗粒，civan等人提出了如下形式的速率方程： 将公式15中与=0的初始条件结合，方程24变成：,三、公 式,自生粘土颗粒运移的速率方程： 沉积引起的孔喉尺寸变化与沉积速率有关，依据如下： 多孔介质的初始孔隙体积中注入流体的累积孔隙体积如下计算： 在出口端累积的微粒量按下式计算： 岩心整体平均渗透率的计算如下：,三、公 式,四、参数估计方法,唯象模型
6、方程包含十二个参数：液体吸收速率常数k7，封堵效率Ep，光滑表面的沉积率k1，重新夹带速率常数k2，微粒膨胀速率常数k3，水动力控制微粒释放的常数k4和k5，临界累积膨胀孔隙体积Qcr，流体力学控制微粒运移的临界压力 ， 沉积形态孔喉尺寸的变化率k6，膨胀常数1和2，微粒的初始浓度 可以从实验室测定。十二个参数中的五个可以通过实验测定。然后，通过下面的方法确定其余参数。,五、应用和验证,对典型案例实验数据的论证评价了模型的有效性。在每一种情况下，模型参数可由上述参数估计的方法确定。,情况1是外部微粒入侵粘土多孔介质,情况2是外部微粒入侵非粘土多孔介质,情况3将澄清溶液注入粘土多孔介质,情况4涉
7、及化学稳定剂对微粒运移的影响。,外部微粒入侵粘土多孔介质,实验数据来自哈特等人的9号泥芯。哈特等人获得和推断的数据如表1所示。,表1 模拟中输入的数据,表2 估计参数,表1和表2显示在不同时期，沿岩心的测量数据和预测的局部初始渗透率是合理匹配的。大多数由粒子沉积造成的注射点附近渗透率损害用相对大值k1表示。入口超出约3厘米的损伤机理主要是粘土质地层膨胀。表2中显示的估计参数也可证明这点，液体吸收速率常数k7和膨胀常数1和2值较高。,外部微粒入侵粘土多孔介质,外部微粒入侵非粘土多孔介质,Gruesbeck和Collins的实验数据模拟了这种情况，将玻璃珠的水悬浮液注射进15.24cm沙粒填充柱得
8、到的实验数据。做了2个试验研究。,情况2a中估计参数的相对大小表明损伤主要是由于尺寸排阻。k1是比较小的，k6较大。这种情况认为多孔介质中微粒运移具有相对低的孔喉大小/粒径比。,情况2b中造成的损害认为单独由表面沉积导致的损伤很小。,外部微粒入侵非粘土多孔介质,图3 情况2测量、模拟渗透率损害比较（gruesbeck和collins9号岩心）,外部微粒入侵非粘土多孔介质,表2 估计参数,情况3为khilar、福格勒将澄清溶液注入粘土多孔介质中的数据。本情况涉及“现场运移”、孔隙表面微粒释放和随后的沉积下降。图4显示了模拟渗透率下降剖面和纵断面的比较。,澄清溶液注入粘土多孔介质,在表2中，比较k
9、1、k6的值表示发生表面沉积和堵塞。在模拟过程中观察到，注入流体孔体积时，堵用尺寸排阻才生效。表2中k2是零，这意味着没有夹带微粒。与khilar和福格勒假设相一致，微粒从孔隙体表面释放，并沉积在孔喉处造成阻塞和/或桥接。,图4 情况3测量、模拟渗透率损害的比较,情况4a通过砂组和第一和第二化学稳定剂对微粒产生和渗透率损害的影响来研究二氧化硅粉的迁移。哈里伯顿提供的信息为模拟过程提供所需数据。输入数据列于表1。图5-7表示在未经处理的砂体分别用第一和第二化学稳定剂处理后，比较模拟和实测累计出口微粒产量。,化学稳定剂对微粒运移的影响,图5 情况4a化学处理前测量和模拟微粒产出量比较（wilson
10、lo）,情况4涉及化学稳定剂对微粒运移的影响。使用了哈利伯顿公司提供的数据服务，预测化学处理稳定微粒效果的能力。分析了两组数据情况4a和情况4b。,图6 情况4a第一化学稳定剂处理后比较测量、模拟微粒产出量（wilsonlo）,图6中由于设备故障和数据源的确认，第二种化学处理实验数据并不是十分准确。然而，得到了验证该模型所需的基本特征。第二化学处理与第一种相比，在本质上降低微粒量和造成较高的储层损害。化学处理的涂层作用在不稳定微粒的情况下使流动通道变窄。因此大部分生成的微粒被困在多孔介质中造成储层损害。因此，产生微粒量不能衡量化学稳定剂的有效性，因为很少或者无微粒也可造成储层损害。,图7 情况
11、4a第二化学稳定剂处理后比较测量、模拟微粒产出量（wilsonlo）,化学稳定剂对微粒运移的影响,表2 参数估计,化学稳定剂对微粒运移的影响,情况4b研究由于微粒运移和评价第三、第四化学稳定剂效果预测威尔考克斯的岩心渗透率损害。,证明测量和模拟渗透趋势吻合良好。,图8 流量测试1时情况4b测量、模拟的渗透率,图9 流量测试2时情况4b测量、模拟的渗透率,化学稳定剂对微粒运移的影响,六、结 论,开发了实际地层损伤模型和参数估计的方法。研究了不同情况，预测和实测地层损害的比较表明，该模型很好的体现了在地层岩石与流体的相互作用时，微粒沉积、运移、再夹带、粘土膨胀和随后的渗透率损害的复杂情况。,24,谢谢观赏 望大家批评、指正！,
