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1、1,非线性渗流力学 在试井分析中的应用,2,3,主要讲授的内容,1、研究油气渗流的意义及非线性渗流的概念 2、油气藏中出现不符合线性渗流的现象分析 3、非线性的分类与描述方法 4、解决非线性渗流的理论方法研究 5、应用研究,4,一、研究油气渗流的目的意义及非线性渗流的概念,5,研究的意义及目的,渗流是油藏数值模拟的基础 渗流是现代试井分析的基础 渗流是油藏动态分析的基础,油气田科学开发的基础,6,为什么要研究渗流？,首先要知道油气的流动规律，才能选择正确的开发方法,7,油气田开发进入新阶段,老油田处于 开发中后期,新开发的 油气田特征,高粘度,低渗透,深埋藏,油气田渗流变得十分复杂,需研究新的
2、渗流理论,8,什么是非线性渗流？,传统的渗流核心理论是：达西渗流理论,压力梯度,渗流速度,渗流速度与压力梯度成正比,9,非线性渗流理论,渗流速度,压力梯度,渗流速度与压力梯度不再是直线关系，而是曲线关系，无法用达西公式来进行描述其渗流速度与压力梯度之间的关系式,10,二、非线性渗流引起的油气藏中出现的异常现象分析,11,（一）油井产能曲线的异常现象,12,传统的油井流入曲线（IPR),特点：随着油井的压力降低、产量增加，,13,在大庆、胜利、中原和新疆，先后出现了这样的异常产能试井曲线：如下图所示：,特点是：在井底压力下降不大时，流压下降，产量增加，井底压力下降到一定的程度、流压下降，产量也随
3、着下降。,14,新疆下乌尔和油藏 x1井的实测的产能试井曲线,15,上述现象，用目前的达西渗流理论是无法进行分析的，那么，用新的解释方法就能够解决这样的问题,16,出现这种现象的问题分析,（1）井底周围压力下降，会产生孔隙度渗透率的变形、渗透率下降，渗流阻力增加； （2）井底周围压力下降，出现油藏的脱气，气体出来，占据流动通道、导致渗流阻力增加； （3）油气的流动不再满足达西渗流定律。,17,（二）气井产能曲线的异常现象分析,18,1、凝析气井产能异常试井曲线,正常井产能测试曲线，特征：在二相式曲线上是斜率为正的直线,qsf,(Pe-pwf)/qsf,19,板深7井系统试井产能曲线图,20,板
4、深7井第一次中途测试资料产能分析曲线,21,板深7井系统试井产能分析曲线,22,板深8井中途测试资料,23,板深7井产能数据直接分析,24,长庆气田的产能试井曲线,25,26,分析结果对比图,原分析图,新分析图,27,分析结果对比图,原分析图,新分析图,28,分析结果对比图,原分析图,新分析图,29,新疆塔里木气田克拉2气田的产能试井曲线 四川泸州气矿的气井产能测试资料有1/3的井是异常的资料,30,（三）压力恢复曲线导数上翘,31,对于出现非线性渗流的压力恢复曲线都表现为存在边界的特性，但是地质上研究又是整装油藏,压力恢复试井曲线,32,33,34,35,出现试井压力导数上翘的井有：,低渗透
5、油藏 稠油油藏 注入聚合物驱油的油藏 低渗透气藏 低渗透压裂井油藏,36,（三）、压力波波及范围有限,37,（2）一口井开采了两年，在旁边两百米的地方，再打一口井，所测试得到的地层静压与储层的原始压力一样,38,（四）产量下降很快，甚至出 现完井后没有产量的情况,39,（1）产量没有稳定期，一开始生产产量就下降,生产产量,生产时间,40,（五）等时试井解释结果异常,41,修正等时试井测试方法,42,t,表2.9 CQ气田气井不同产量下的渗率值,44,45,46,特征：随着测试产量的增加，测试得到的渗透率降低，降低的幅度能够达到40%以上。,47,生产特征,生产产量的大小问题：产量大，产量很快下
6、降,生产产量增加，气藏出水,48,（六）中途测试或者完井测试产量大，但生产后产量下降很快。,长庆气田中期，陕126井，初期测试产能126万方/天，但是，后来采用系统试井得到的产能只有55万方/天,49,三、非线性的分类及其描述方法,50,什么是非线性渗流？,传统的渗流核心理论是：达西渗流理论,压力梯度,渗流速度,渗流速度与压力梯度成正比,51,非线性渗流理论,渗流速度,压力梯度,渗流速度与压力梯度不再是直线关系，而是曲线关系，无法用达西公式来进行描述其渗流速度与压力梯度之间的关系式,52,非达西渗流的分类,（1）低速启动压力梯度情况,压力梯度,渗流速度,渗流特点： 在渗流速度比较小的情况下，存
7、在启动压力梯度，尤其是气藏、凝析气藏、深层气藏，都存在这种情况,53,（2）高速非达西流动,现象,渗流速度,压力梯度,渗流特点 当渗流速度达到一定值的时候，渗流速度的增长与压力梯度不成正比关系，而是低于直线增长 井眼周围将出现这种情况,54,（3）变粘度的情况,特点： 由于粘度发生变化，此时，渗流速度与压力梯度不再满足直线关系，而是复杂的关系,出现的情况：注聚合物驱油的情况，或者是稠油油藏,现象：在渗流过程中，粘度将发生变化，是渗流速度的函数,55,（4）变渗透率情况,特点是：孔隙度、渗透率将在渗流过程中发生变化，是压力的函数或者是压力梯度的函数渗流速度与压力梯度将是复杂的非线性关系。,现象：
8、在渗流过程中，储层的渗透率将发生变化,56,(5)渗透率、粘度均是压力梯度的函数,现象：渗透率、粘度都压力的函数,特点：渗流速度与压力梯度是非常复杂的函数关系表达式,实际情况：稠油热采的问题、裂缝性稠油油藏的问题等,57,四、解决非线性渗流问题的方法,58,主要方法,考虑启动压力梯度的存在 考虑介质和裂缝的变形 考虑流体的粘弹性效应,考虑因素,解决的方法,（1）用新的表达式描写渗流速度与压力梯度的关系 （2）用流固耦合方法解决,59,（一）只考虑流体的特性，而不考虑岩石变形的非线性渗流理论,此时，不考虑岩石渗透率的变化，只考虑流体特性的变化，如启动压力梯度，流体粘弹性等,60,考虑启动压力梯度
9、的非线性渗流,运动方程的描述,61,气体渗流过程中存在启动压力梯度,气体在多孔介质流动过程中存在启动压力梯度的原因分析：储层孔隙表面存在水膜孔吼处存在贾敏效应,压力剃度,后果井眼周压力梯度随作距离的增加，其值越来月小，当压力梯度小于启动压力梯度后，气体就流不过来，表现为存在边界的情况，如下图所示。,62,63,低渗砂岩压裂气井渗流理论研究,低渗砂岩压裂气井渗流地质模型的建立 假设条件及地质模型建立,64,65,低渗砂岩压裂气井渗流数学模型的建立,66,渗流数学模型的求解方法研究,数学模型的解:,长时渐进解,短时渐进解,67,考虑表皮效应下的压裂气井渗流解的表达式,表皮系数组成：一是污染引起的表
10、皮系数Sb，二是气体非线性效应引起的表皮效应 运用duhamei原理坚决存在表皮效应的问题,存在表皮效应的井底压力拉斯空间解,68,低渗压裂气井试井曲线特征,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,数值模拟结果：用目前的软件来进行模拟，将得到与实际结果差别比较大的结果，主要是模拟得到的结果比实际结果要好得多。,79,N=.7时的图版,80,N=.3 时的图版,81,图版的特点,早期井筒效应段为45度直线(这与牛顿流体的早期数据一样 在径向流动期,无0.5直线存在,而是大于.5的上升的直线 随着n的变小,斜率增加,82,出现非牛顿特性的油藏情况,高粘原油油藏 原油粘度高,流体
11、具有非牛顿特性 注聚合物驱的油藏 由于聚合物的存在,将使得流体具有非牛顿性,83,非牛顿流体的试井资料分析中的注意事项,传统的horner方法已经不再适用 传统的Gringtan方法已经不再适用 如果用传统的方法来进行分析,将导致错误的结果,很多的情况下,计算出的结果存在边界.,84,如何分析具有非牛顿特性的 试井数据,运用专门的非牛顿流体软件进行分析 主要的分析方法是采用图版拟合方法,85,（三）异常高压气藏非达西流的情况-气井,86,研究的国内外现状,异常高压气藏开发方面研究最多的是异常高压气藏的物质平衡方法计算储量的问题，比如陈元千教授等人作过很多研究，在渗流方法，主要还是运用传统的达西
12、渗流定律来进行描述。后来人们进一步研究了二项式方程以及考虑孔隙度、渗透率为指数式变化规律的达西渗流等,87,目前研究结果运用存在的问题,用常规渗流力学理论难以解释某些气藏所表现出的特征、用常规的气藏渗流力学理论去分析将得出错误的结果、不能达到科学开发气田的目的,气井的测试资料 表现为存在边界,不同生产产量下的测试资料计算得出的储层渗透率不一样,异常的流动动态曲线,无限大油藏,动态曲线特征,88,流固耦合的渗流理论,89,油藏岩石的变形与应力污染,90,主要讲授内容,为什么会产生岩石的变形 岩石的变形特征 变形引起的污染,91,岩石产生变形的原因,储层岩石的受力作用上覆岩石的重力周围测压力的作用
13、孔隙中流体的压力,92,钻井后岩石应力的变化,钻井后应力作用发生变化 由过去的x 、y方向的应力，变成径向和周向的应力,93,应力发生变化引起的后果,岩石受力变化-岩石的压缩 岩石的骨架一般不会压缩、所以造成岩石中的孔隙压缩 孔隙度减小 渗透率也减小,94,距井眼的距离,距井眼的距离,孔隙度分布,渗透率分布,95,岩石变形后孔隙度、渗透率分布特点,孔隙度、渗透率分布为一种漏斗状，越离井壁、其值越小。 根据计算结果表明：钻井完成后，由于应力集中，使得渗透率在井壁处的下降高达20%-30%，对于一些井，可能更大。 在生产过程中，由于压降漏斗的形成，使得岩石的压缩加大，形成的漏斗更大，井壁处的渗透率
14、下降的幅度最大可以达到60%,96,这一理论的应用,在钻井过程中，加大泥浆密度压井，有利于减少应力污染，但是，加大泥浆密度压井，又会引起泥浆对储层的污染，如何平衡二者的关系，是非常复杂的。 在钻井中途测试和完井测试过程中，要求生产压差不能太大，否侧，引起岩石永久性压密。 在生产过程中，要求生产压差不能太大,97,岩石压缩的理论分析,98,根据岩石孔隙度变化确定岩石渗透率变化的研究,储层岩石地质模型的简化,99,渗透率与孔隙度和比面的关系式,等值渗流阻力公式,100,孔隙度、渗透率与体积应变之间的关系,101,体积应变与应力之间的关系,线弹性介质体积应变与应力之间的关系分析,102,非线弹性介质
15、体积应变与应力之间的关系,103,储层岩石渗透率下降与应力之间的关系分析,线弹性岩石渗透率下降与应力之间的关系,104,105,实测岩心变形试验数据分析,106,107,108,109,110,理论与试验分析得出的认识,从理论分析上，得出渗透率、孔隙度随有效应力的变化满足指数变化规律 从实验上测试得到的数据分析也是满足指数变化规律。,111,岩石变形对井眼周围 渗透率变化及产能的影响,112,油气井生产过程中岩石的变形分析,生产过程中井眼周围压力的分布特征,特点：井眼周围存在压降漏斗，在井眼周围一米的范围内有90%的压降都消耗在这一范围内。,113,井眼周围压降漏斗的存在引起的结果,使井眼周围
16、岩石的孔隙将更进一步的压缩 孔隙度也将降低 渗透率也降低,114,井眼周围孔隙度渗透率的变化规律,半径,半径,孔隙度,渗透率,115,岩石变形对气井产能的影响,储层渗透率与压力的变化关系（克拉2气田89块岩心的实验结果分析统计得出）,（k1010-3um2）,（3k1010-3um2）,（1k310-3um2）,（k110-3um2）,116,储层的变形实验的认识,随着净上覆压力增加，岩石渗透率下降增加； 在相同的净上覆压力下，渗透率越低，渗透率下降的幅度越大。,117,克拉201井储层综向上 渗透率分布特点,118,岩石变形对产量影响的定性分析,气井生产存在压降漏斗 井周围压力下降引起渗透率下降 渗透率下降增加渗流阻力 影响压力的重新分布 影响产量,119,定量计算,以克拉201井生产产量为 150万方/天， 生产压差为：2Mpa,井周围压力分布图-压降漏斗,
