CN105738252A - 一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法，包括以下步骤：1)建立裂缝开度与岩心的渗透率之间的关系式；2)采用束缚水饱和度下油相拟启动压力梯度测试法对岩心的启动压力梯度进行测量，获取岩心渗透率与拟启动压力梯度的关系；3)由步骤1)得到的岩心的裂缝开度与渗透率之间的关系，以及步骤2)得到的岩心渗透率与拟启动压力梯度的关系，得到岩心的裂缝开度与拟启动压力梯度的关系曲线；4)通过数值实验获得岩心中原油饱和度的变化与启动压力的关系，结合步骤3)得到的岩心的裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，最终获得裂缝稠油油藏可流动裂缝开度界限。

Description

一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量方法，特别关于一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法。

背景技术

裂缝性低渗透稠油油藏开发过程中，由于基质渗透率很低，流体渗流过程中存在启动压力梯度，当驱替压力小于启动压力时，多孔介质中的流体将无法流动。因此采用常规水驱开发时，储层中低渗透基质中的原油很难动用。如果地下流体为稠油，开度相对较小的裂缝由于启动压力无法忽略，因此也很难动用；当裂缝开度达到一定程度时，启动压力梯度可以忽略，流体才可以开始流动。那么针对这种低渗透裂缝性稠油油藏，需要确定地下流体可以流动和比较容易流动时的裂缝开度，从而有效确定动用储量以及储层渗流特征，但是此前尚未发现相关研究报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法，该方法能够定量表征裂缝性低渗透稠油油藏流体开始流动和比较容易流动时的裂缝开度，从而为裂缝性稠油油藏渗流机理及开发规律的研究提供了关键技术手段。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法，包括以下步骤：1)建立裂缝开度与岩心的渗透率之间的关系式；2)采用束缚水饱和度下油相拟启动压力梯度测试法对岩心的启动压力梯度进行测量，获取岩心渗透率与拟启动压力梯度的关系；3)由步骤1)得到的岩心的裂缝开度与渗透率之间的关系，以及步骤2)得到的岩心渗透率与拟启动压力梯度的关系，得到岩心的裂缝开度与拟启动压力梯度的关系曲线；4)通过数值实验获得岩心中原油饱和度的变化与启动压力的关系，结合步骤3)得到的岩心的裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，最终获得裂缝稠油油藏可流动裂缝开度界限。

所述步骤1)中，裂缝开度与岩心的渗透率之间的关系式建立过程如下：

①将裂缝内的流动视为平板流，由布辛列克方程可知，流过单位长度裂缝的液体流量为：

$q=\frac{a^3}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(1\right)$

式中，q表示单位长度裂缝内的液体流量，cm²/s；μ表示液体的动力粘度，mPa·s；a表示裂缝开度，cm；dp/dx表示压力梯度；

②记岩石端面上的裂缝总长度为l，则岩石端面上流过全部裂缝的液体流量Q为：

$Q=l\·q=\frac{{\mathrm{la}}^3}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(2\right)$

将式φ_f·S＝la代入到公式(2)中，得到：

$Q=\frac{S\·{\mathrm{\φ}}_f\·a^2}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(3\right)$

式中，S表示岩心截面积，cm²；φ_f表示裂缝孔隙度，小数；l表示岩石端面上的裂缝总长度，cm；

③裂缝岩石的等效渗透率按达西定律可知：

$Q=\frac{K_f\·S}{\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(4\right)$

式中，K_f表示裂缝岩石的等效渗透率，cm²；

联合公式(3)和(4)，得到：

K_f＝φ_f·a²/12(5)

④一条过岩石截面圆心的微裂缝L，记该微裂缝L的开度为a'，则微裂缝L平均在基质岩心中的渗透率K_f'为：

K_f'＝1000·φ_f·a^'2/12(6)

其中，a'为μm级别；K_f'单位为10^-3μm²；

考虑到单位换算，微裂缝L的孔隙度为：

φ_f＝l·a'/10000S(7)

⑤联合公式(6)和(7)，得到岩心的裂缝开度与渗透率的关系：

$a^{\′}=\sqrt[3]{120\·S\·{K_f}^{\′}/l}---\left(8\right)$

所述步骤2)中，获取岩心渗透率与拟启动压力梯度的过程如下：①取至少5块目标油田的岩心，放入抽滤瓶中，先对各岩心进行抽真空，然后对抽真空后的岩心进行饱和水；②设置包括岩心夹持器、活塞容器、氮气瓶、移液管的实验设备，其中，氮气瓶通过调压阀连接活塞容器的输入端，活塞容器内装有试验用油，活塞容器的输出端通过压力表连接岩心夹持器的输入端，岩心夹持器的输出端连接移液管；将上述实验设备放置于恒温环境中，然后将饱和水的岩心放入岩心夹持器中，采用氮气瓶对活塞容器加压，从而对岩心夹持器中的岩心加恒定围压，进行实验用油饱和，直至不再有水产出，此时岩心中含水饱和度为束缚水饱和度；③采用氮气瓶通过调节调压阀，在压力表恒定的前提下进行驱油实验，通过移液管观察流量是否稳定，等待流量稳定后测定岩心中流体的稳定渗流速度；④改变驱替压差，每个岩心改变次驱替压差，记录不同驱替压差下的流体渗流速度，建立x轴为驱替压差，y轴为渗流速度的实验结果图版；⑤通过数据整理，将每个岩心不同驱替压差下的渗流速度曲线反向延长，反向延长线与x轴的交点为每块岩心的拟启动压力梯度值；⑥以各岩心的渗透率作为x轴，各岩心的拟启动压力梯度作为y轴，建立拟启动压力梯度与渗透率图版，并对拟启动压力梯度和渗透率数据进行幂指数拟合。

所述步骤4)的实施过程如下：①建立与岩心尺度一样的数值实验模型，采用目标油田实际的相渗曲线与地下原油PVT参数，在模型网格间设置不同的启动压力，模拟将岩心垂直浸没在水中由于岩心中饱和原油的重力与驱替水产生的浮力不平衡，从而获取仅靠油水密度差造成的压差对原油的驱动能力；②通过不同启动压力的数值实验，把模型中原油饱和度刚开始发生变化时对应的启动压力值作为浮力驱动裂缝性多孔介质原油的最大启动压力，结合步骤3)中裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，计算出裂缝稠油油藏可流动裂缝开度界限；③当浮力驱替稳定后，记录模型中原油饱和度变化超过50％时对应的启动压力值，此启动压力作为浮力驱动裂缝性多孔介质原油的易动启动压力，结合步骤3)中裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，此时计算得到的裂缝开度为油藏易动裂缝开度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过实验测得的启动压力和渗透率关系，结合油藏工程可以有效计算出实验岩心开度。2、本发明结合数值模拟方法，可以有效直观反映岩心中饱和度变化，解决了仅采用物理模拟方法无法直观反映出多孔介质和裂缝中的饱和度变化的问题。3、在实施本发明方法的过程中，如果遇到裂缝发育程度比较相似的油藏，可以采用先前的启动压力实验结果，结合油藏工程和数值模拟方法，进行油藏地下原油的可动和易动裂缝开度测定，避免再次进行物理模拟实验从而节约成本。

附图说明

图1是本发明实施束缚水饱和度下油相拟启动压力梯度测试法所采用的实验设备示意图；

图2是本发明所建立的数值实验模型示意图；

图3是本发明数值实验中岩心浮力驱替饱和度场示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提出了一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法，包括以下步骤：

1)建立裂缝开度与岩心的渗透率之间的关系式，具体过程如下：

①将裂缝内的流动视为平板流，由布辛列克方程可知，流过单位长度裂缝的液体流量为：

$q=\frac{a^3}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(1\right)$

式中，q表示单位长度裂缝内的液体流量，cm²/s；μ表示液体的动力粘度，mPa·s；a表示裂缝开度，cm；dp/dx表示压力梯度。

②假设岩石端面上的裂缝总长度为l，则岩石端面上流过全部裂缝的液体流量Q为：

$Q=l\·q=\frac{{\mathrm{la}}^3}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(2\right)$

将式φ_f·S＝la代入到公式(2)中，得到：

$Q=\frac{S\·{\mathrm{\φ}}_f\·a^2}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(3\right)$

式中，S表示岩心截面积，cm²；φ_f表示裂缝孔隙度，小数；l表示岩石端面上的裂缝总长度，cm。

③裂缝岩石的等效渗透率按达西定律可知：

$Q=\frac{K_f\·S}{\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(4\right)$

式中，K_f表示裂缝岩石的等效渗透率，cm²。

联合公式(3)和(4)，得到：

K_f＝φ_f·a²/12(5)

④假设一条微裂缝L过岩石截面圆心，并且该微裂缝L的开度为a'(a'为μm级别)，则微裂缝L平均在基质岩心中的渗透率K_f'(K_f'单位为10^-3μm²)为：

K_f'＝1000·φ_f·a^'2/12(6)

考虑到单位换算，微裂缝L的孔隙度为：

φ_f＝l·a'/10000S(7)

⑤联合公式(6)和(7)，得到岩心的裂缝开度与渗透率的关系：

$a^{\′}=\sqrt[3]{120\·S\·{K_f}^{\′}/l}---\left(8\right)$

2)采用束缚水饱和度下油相拟启动压力梯度测试法对岩心的启动压力梯度进行测量，获取岩心渗透率与拟启动压力梯度的关系，具体过程如下：

①取目标油田的岩心，至少选取5块岩心(各岩心的渗透率最好不同)，放入抽滤瓶中，先对岩心进行抽真空，然后对抽真空后的岩心进行饱和水；

②设置包括岩心夹持器1、活塞容器2、氮气瓶3、移液管4的实验设备(如图1所示)，其中，氮气瓶3通过调压阀5连接活塞容器2的输入端，活塞容器2内装有试验用油，活塞容器2的输出端通过压力表6连接岩心夹持器1的输入端，岩心夹持器1的输出端连接移液管4；上述实验设备放置于恒温环境中；然后将饱和水的岩心放入岩心夹持器1中，采用氮气瓶3对活塞容器2加压，从而对岩心夹持器1中的岩心加恒定围压(比驱替压力高2MPa～3MPa)，进行实验用油饱和，直至不再有水产出，此时岩心中含水饱和度为束缚水饱和度；

③采用氮气瓶3通过调节调压阀5，在压力表6恒定的前提下进行驱油实验，通过移液管4观察流量是否稳定，等待流量稳定后测定岩心中流体的稳定渗流速度；

④改变驱替压差，每个岩心改变5次驱替压差，记录不同驱替压差下的流体渗流速度，建立x轴为驱替压差，y轴为渗流速度的实验结果图版；

⑤通过数据整理，将每个岩心不同驱替压差下的渗流速度曲线反向延长，反向延长线与x轴的交点为每块岩心的拟启动压力梯度值；

⑥以各岩心的渗透率作为x轴，各岩心的拟启动压力梯度作为y轴，建立拟启动压力梯度与渗透率图版，并对拟启动压力梯度和渗透率数据进行幂指数拟合。

3)由步骤1)得到的岩心的裂缝开度与渗透率之间的关系，以及步骤2)得到的岩心渗透率与拟启动压力梯度的关系，得到岩心的裂缝开度与拟启动压力梯度的关系曲线。

4)通过数值实验获得岩心中原油饱和度的变化与启动压力的关系，结合步骤3)得到的岩心的裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，最终获得裂缝稠油油藏可流动裂缝开度界限。

①建立与岩心尺度一样的数值实验模型，模型大小为直径25mm，长度为10cm的圆柱形(如图2所示)，采用目标油田实际的相渗曲线与地下原油PVT参数(气油比、体积系数和粘度随压力的变化曲线)，在模型网格间设置不同的启动压力，模拟将岩心垂直浸没在水中由于岩心中饱和原油的重力与驱替水产生的浮力不平衡(如图3所示)，获取仅靠油水密度差造成的压差对原油的驱动能力。

②对低渗透裂缝性稠油油藏来说，储层存在启动压力梯度，只有当浮力与重力差大于启动压力时，岩心中的原油才能被驱替出。因此，通过不同启动压力的数值实验，把模型中原油饱和度刚开始发生变化时对应的启动压力值作为浮力驱动裂缝性多孔介质原油的最大启动压力，结合步骤3)中裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，计算出裂缝稠油油藏可流动裂缝开度界限。

③当浮力驱替稳定后，记录模型中原油饱和度变化超过50％时对应的启动压力值，此启动压力作为浮力驱动裂缝性多孔介质原油的易动启动压力，结合步骤3)中裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，此时计算得到的裂缝开度为油藏易动裂缝开度。

上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法，包括以下步骤：

1)建立裂缝开度与岩心的渗透率之间的关系式；

2)采用束缚水饱和度下油相拟启动压力梯度测试法对岩心的启动压力梯度进行测量，获取岩心渗透率与拟启动压力梯度的关系；

3)由步骤1)得到的岩心的裂缝开度与渗透率之间的关系，以及步骤2)得到的岩心渗透率与拟启动压力梯度的关系，得到岩心的裂缝开度与拟启动压力梯度的关系曲线；

4)通过数值实验获得岩心中原油饱和度的变化与启动压力的关系，结合步骤3)得到的岩心的裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，最终获得裂缝稠油油藏可流动裂缝开度界限。

2.如权利要求1所述的一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法，其特征在于：所述步骤1)中，裂缝开度与岩心的渗透率之间的关系式建立过程如下：

①将裂缝内的流动视为平板流，由布辛列克方程可知，流过单位长度裂缝的液体流量为：

$q=\frac{a^3}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(1\right)$

式中，q表示单位长度裂缝内的液体流量，cm²/s；μ表示液体的动力粘度，mPa·s；a表示裂缝开度，cm；dp/dx表示压力梯度；

②记岩石端面上的裂缝总长度为l，则岩石端面上流过全部裂缝的液体流量Q为：

$Q=l\·q=\frac{{\mathrm{la}}^3}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(2\right)$

将式φ_f·S＝la代入到公式(2)中，得到：

$Q=\frac{S\·{\mathrm{\φ}}_f\·a^2}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(3\right)$

式中，S表示岩心截面积，cm²；φ_f表示裂缝孔隙度，小数；l表示岩石端面上的裂缝总长度，cm；

③裂缝岩石的等效渗透率按达西定律可知：

$Q=\frac{K_f\·S}{\mathrm{\μ}}\·\frac{dp}{dx}---\left(4\right)$

式中，K_f表示裂缝岩石的等效渗透率，cm²；

联合公式(3)和(4)，得到：

K_f＝φ_f·a²/12(5)

④一条过岩石截面圆心的微裂缝L，记该微裂缝L的开度为a'，则微裂缝L平均在基质岩心中的渗透率K_f'为：

K_f'＝1000·φ_f·a^'2/12(6)

其中，a'为μm级别；K_f'单位为10^-3μm²；

考虑到单位换算，微裂缝L的孔隙度为：

φ_f＝l·a'/10000S(7)

⑤联合公式(6)和(7)，得到岩心的裂缝开度与渗透率的关系：

$a^{\′}=\sqrt[3]{120\·S\·{K_f}^{\′}/l}.---\left(8\right)$

3.如权利要求1所述的一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法，其特征在于：所述步骤2)中，获取岩心渗透率与拟启动压力梯度的过程如下：

①取至少5块目标油田的岩心，放入抽滤瓶中，先对各岩心进行抽真空，然后对抽真空后的岩心进行饱和水；

②设置包括岩心夹持器、活塞容器、氮气瓶、移液管的实验设备，其中，氮气瓶通过调压阀连接活塞容器的输入端，活塞容器内装有试验用油，活塞容器的输出端通过压力表连接岩心夹持器的输入端，岩心夹持器的输出端连接移液管；将上述实验设备放置于恒温环境中，然后将饱和水的岩心放入岩心夹持器中，采用氮气瓶对活塞容器加压，从而对岩心夹持器中的岩心加恒定围压，进行实验用油饱和，直至不再有水产出，此时岩心中含水饱和度为束缚水饱和度；

③采用氮气瓶通过调节调压阀，在压力表恒定的前提下进行驱油实验，通过移液管观察流量是否稳定，等待流量稳定后测定岩心中流体的稳定渗流速度；

④改变驱替压差，每个岩心改变次驱替压差，记录不同驱替压差下的流体渗流速度，建立x轴为驱替压差，y轴为渗流速度的实验结果图版；

⑤通过数据整理，将每个岩心不同驱替压差下的渗流速度曲线反向延长，反向延长线与x轴的交点为每块岩心的拟启动压力梯度值；

⑥以各岩心的渗透率作为x轴，各岩心的拟启动压力梯度作为y轴，建立拟启动压力梯度与渗透率图版，并对拟启动压力梯度和渗透率数据进行幂指数拟合。

4.如权利要求1所述的一种裂缝内稠油可流动开度界限的测量方法，其特征在于：所述步骤4)的实施过程如下：

①建立与岩心尺度一样的数值实验模型，采用目标油田实际的相渗曲线与地下原油PVT参数，在模型网格间设置不同的启动压力，模拟将岩心垂直浸没在水中由于岩心中饱和原油的重力与驱替水产生的浮力不平衡，从而获取仅靠油水密度差造成的压差对原油的驱动能力；

②通过不同启动压力的数值实验，把模型中原油饱和度刚开始发生变化时对应的启动压力值作为浮力驱动裂缝性多孔介质原油的最大启动压力，结合步骤3)中裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，计算出裂缝稠油油藏可流动裂缝开度界限；

③当浮力驱替稳定后，记录模型中原油饱和度变化超过50％时对应的启动压力值，此启动压力作为浮力驱动裂缝性多孔介质原油的易动启动压力，结合步骤3)中裂缝开度与拟启动压力梯度的关系，此时计算得到的裂缝开度为油藏易动裂缝开度。