水驱气藏渗流及其应用课程讲义

1、水驱气藏渗流及其应用水驱气藏渗流及其应用 现代油气藏渗流力学现代油气藏渗流力学地质特征地质特征渗流实验机理渗流实验机理渗流模型渗流模型渗流模型求解方法渗流模型求解方法水驱气藏压力特征水驱气藏压力特征水驱气藏生产特征水驱气藏生产特征地质特征地质特征 水驱气藏根据气藏中的气水关系可以将其划水驱气藏根据气藏中的气水关系可以将其划分为边水气藏和底水气藏，水驱气藏地质特征即分为边水气藏和底水气藏，水驱气藏地质特征即是边水气藏地质特征和底水气藏地质特征。是边水气藏地质特征和底水气藏地质特征。图图1 底水气藏与边水气藏地质构造图底水气藏与边水气藏地质构造图渗流实验原理渗流实验原理（1 1）实验原理）实验原理

2、 测定岩心水测定岩心水- -气两相相对渗透率气两相相对渗透率数据时，在实验过程中不考虑毛细管数据时，在实验过程中不考虑毛细管压力和气休膨胀的影响，驱替过程为压力和气休膨胀的影响，驱替过程为一等温过程，水驱在均质岩心中的流一等温过程，水驱在均质岩心中的流动符合达西定律：动符合达西定律：LpvKwww/LpvKggg/（1）（2）渗流实验原理渗流实验原理根据物质平衡原理，导出连续性方程：根据物质平衡原理，导出连续性方程： 水相：水相：气相：气相：tSLQAww1tSLQAww1（3）（4）（3）（）（4）得出水气两相的总流量）得出水气两相的总流量 ，gwQQtQ)(（1）（）（2）得出分流量方程：

3、）得出分流量方程：wggwwKKf11（5）渗流实验原理渗流实验原理gwwggKKf11（6）因此，水相流量为因此，水相流量为：)(tQfQww气相流量为气相流量为：)(tQfQgg连续性方程推导出岩心水相和气相的饱和度：连续性方程推导出岩心水相和气相的饱和度：ufSSgwwwgSS1（8）（7）渗流实验原理渗流实验原理 对气量进行一定的校正，经过校正后的对气量进行一定的校正，经过校正后的水驱气相对渗透率和饱和度的计算公式为：水驱气相对渗透率和饱和度的计算公式为：TpAKWLKwrwwgfrwrgRKKpwVSGS渗流实验原理渗流实验原理 图图2 非稳态法水驱气相对渗透率实验装置图非稳态法水驱

4、气相对渗透率实验装置图 水驱气前，在模拟地层压力下对岩心饱和气，然后将水压升高至设计的压力，水驱气前，在模拟地层压力下对岩心饱和气，然后将水压升高至设计的压力，缓慢降低回压达到设计的驱替压差，同时打开计时装置，水驱气开始。在驱替过程缓慢降低回压达到设计的驱替压差，同时打开计时装置，水驱气开始。在驱替过程中准确记录累积气量、累积水量和累积时间。整个驱替过程中保持围压和驱替压差中准确记录累积气量、累积水量和累积时间。整个驱替过程中保持围压和驱替压差不变，一直驱到岩心中不出气为止。并测定出残余气下的水相渗透率，用称重法确不变，一直驱到岩心中不出气为止。并测定出残余气下的水相渗透率，用称重法确定残余气

5、饱和度，根据记录的数据按上述计算方法求出水相、气相的相对渗透率。定残余气饱和度，根据记录的数据按上述计算方法求出水相、气相的相对渗透率。水驱气藏渗流模型及求解水驱气藏渗流模型及求解（1）边）边水气藏渗流模型水气藏渗流模型及求解及求解 由李晓平等建立的边水气藏渗流模型如下图所示：由李晓平等建立的边水气藏渗流模型如下图所示：边水驱气藏存在两个渗流区域边水驱气藏存在两个渗流区域,井底附近的一个区域井底附近的一个区域(即即内区内区)为不稳定表皮效应引起的渗流区为不稳定表皮效应引起的渗流区(气区气区),另一个区另一个区域域(即外区即外区)是半径为是半径为re的有界封闭渗流区的有界封闭渗流区(水区水区)

6、。图图3 边水气藏渗流模型边水气藏渗流模型水驱气藏渗流模型及求解水驱气藏渗流模型及求解)/(1111212DeDeDDeDeDDeDeDCtPCrPrrP)/(1122222DeDeDDeDeDDeDeDCtPCrPrrP边水气藏渗流数学模型：边水气藏渗流数学模型：水驱气藏渗流模型及求解水驱气藏渗流模型及求解 内外边界条件：内外边界条件：0)0 ,()0 ,(21DeDDeDrPrP11DerDwDPP1)/(1DerDeDDeDewDrPCtddPDeDearDeDDeDrPrP211),(),(21DeDeDDeDeDtaPtaP0),(2DeDtP水驱气藏渗流模型及求解水驱气藏渗流模型及

7、求解 由拉普拉斯变换得由拉普拉斯变换得拉普拉斯空间中的无拉普拉斯空间中的无因次井底压力（内区压力）因次井底压力（内区压力）：DeDeDeDeDewDCsKMCsIMCsKMCsIMCssP/102011211外区无因次压力外区无因次压力： SrKSNNPDeD03432水驱气藏渗流模型及求解水驱气藏渗流模型及求解（2）底）底水气藏渗流模型水气藏渗流模型及求解及求解 裂缝型底水气藏的水侵多表现为边底水复合侵入的方式，裂缝型底水气藏的水侵多表现为边底水复合侵入的方式，研究对象均是外边界封闭的气藏研究对象均是外边界封闭的气藏,故可将其简化为一种底水模故可将其简化为一种底水模型来研究气水界面处压力动态

8、表征。对具有底水的裂缝型气型来研究气水界面处压力动态表征。对具有底水的裂缝型气藏可简化为由含气区和含水区构成藏可简化为由含气区和含水区构成,其底水驱模型如下图所示：其底水驱模型如下图所示：图图3 裂缝型底水气藏底水驱渗流模型示意图裂缝型底水气藏底水驱渗流模型示意图水驱气藏渗流模型及求解水驱气藏渗流模型及求解底水气藏渗流数学模型：底水气藏渗流数学模型：rpzpKKrprrpHV112222初始和边界条件为：初始和边界条件为：0), 0(, 0zrpt0,rprra0, 0rpr0, 0zpzaRVwsaRarrrKqrrrzphz0 ,282, 0,2水驱气藏渗流模型及求解水驱气藏渗流模型及求解

9、 在拉普拉斯空间在拉普拉斯空间,由定水侵速度在气水由定水侵速度在气水界面处产生的压力降为界面处产生的压力降为:12211),(1)()(nnxxxssqcsqcsp水驱气藏压力特征水驱气藏压力特征 水驱气藏压力特征可以由渗流模型求解得水驱气藏压力特征可以由渗流模型求解得到的无因次压力和压力导数典型曲线表示。到的无因次压力和压力导数典型曲线表示。(1)边水驱气藏压力特征边水驱气藏压力特征图图5 外边界封闭的边水驱地层压力动态特征典型曲线外边界封闭的边水驱地层压力动态特征典型曲线水驱气藏压力特征水驱气藏压力特征图图6 外边界封闭的边水驱地层压力动态特征典型曲线外边界封闭的边水驱地层压力动态特征典型

10、曲线 从压力导数曲线可以看出：纯井筒储存阶段，表现为单位斜率的直线；从压力导数曲线可以看出：纯井筒储存阶段，表现为单位斜率的直线；气区的径向流阶段，表现为斜率是零其值为气区的径向流阶段，表现为斜率是零其值为0.5的水平直线；气区的拟稳定流的水平直线；气区的拟稳定流动阶段，表现单位斜率直线；水区的径向流动阶段，表现为斜率是零的直线段，动阶段，表现单位斜率直线；水区的径向流动阶段，表现为斜率是零的直线段，其值为气水流度比的一半；总系统拟稳定流阶段，表现为单位斜率直线。其值为气水流度比的一半；总系统拟稳定流阶段，表现为单位斜率直线。(2)底底水驱气藏压力特征水驱气藏压力特征（未调研到）（未调研到）水

11、驱气藏生产特征水驱气藏生产特征（1）边水气藏生产特征边水气藏生产特征 当储层物性分布较均匀，储层为视均质或网状微细裂缝储层时，水侵方式多当储层物性分布较均匀，储层为视均质或网状微细裂缝储层时，水侵方式多为边水延产层推进（舌进侵入）；此时，通过试井解释可以发现，其综合渗透率为边水延产层推进（舌进侵入）；此时，通过试井解释可以发现，其综合渗透率与基质渗透率的比值较小，一般在与基质渗透率的比值较小，一般在510倍以下，可以推测井区附近无断层，气井倍以下，可以推测井区附近无断层，气井无水采气期一般较长，产水情况可控性较好，对气藏或气井危害较小。当地层为无水采气期一般较长，产水情况可控性较好，对气藏或气

12、井危害较小。当地层为裂缝控制渗流通道的储层时，发生水侵的方式多为窜进侵入。此时，气井无水采裂缝控制渗流通道的储层时，发生水侵的方式多为窜进侵入。此时，气井无水采气期一般都很短，气井出水初期产水量上升迅猛，产水量较大，产水情况难以控气期一般都很短，气井出水初期产水量上升迅猛，产水量较大，产水情况难以控制，对气藏气井有很大的危害，严重影响了气藏的采收率、产量和开采效益。制，对气藏气井有很大的危害，严重影响了气藏的采收率、产量和开采效益。水侵方式水侵方式地层特征地层特征出水特点出水特点典型代表典型代表舌进侵入舌进侵入均质网状微均质网状微裂缝地层裂缝地层无水采气期较长，产水无水采气期较长，产水可控性好

13、可控性好中坝气田雷三气藏，龙头中坝气田雷三气藏，龙头吊钟坝石炭系气藏吊钟坝石炭系气藏窜进侵入窜进侵入裂缝控制渗裂缝控制渗流通道储层流通道储层无水采气期短，出水初无水采气期短，出水初期产水量上升快期产水量上升快中坝气田须二气藏，平落坝中坝气田须二气藏，平落坝气田须二气藏气田须二气藏表表1 边水气藏边水气藏不同水侵方式的不同水侵方式的生产生产特点特点水驱气藏生产特征水驱气藏生产特征（2）底）底水气藏生产特征水气藏生产特征 在底水气藏中，其分类类似于边水气藏，当储层物性分布较均匀，储层为视均质或网状在底水气藏中，其分类类似于边水气藏，当储层物性分布较均匀，储层为视均质或网状微细裂缝储层时，多发生气水

14、锥进现象。当地层为裂缝控制渗流通道的储层时，发生水侵的微细裂缝储层时，多发生气水锥进现象。当地层为裂缝控制渗流通道的储层时，发生水侵的方式多为气井裂缝水窜。底水气藏发生水侵以后，将会产生许多危害。裂缝水窜会使气井产方式多为气井裂缝水窜。底水气藏发生水侵以后，将会产生许多危害。裂缝水窜会使气井产水量增大，气井和气藏产量将快速下降；其次，由于气藏被裂缝水窜所分隔，使得地层连通水量增大，气井和气藏产量将快速下降；其次，由于气藏被裂缝水窜所分隔，使得地层连通性变差；并且由于发生了水侵，需要进行排水采气，以及对地层水进行处理，这都将大大增性变差；并且由于发生了水侵，需要进行排水采气，以及对地层水进行处理，这都将大大增加气藏开采成本。加气藏开采成本。参考文献：参考文献：1余进余进.水驱气藏渗流机理及模拟理论与方法研究水驱气藏渗流机理及模拟理论与方法研究.西南石油大学博士论西南石油大学博士论 文文.2005,1-22熊钰熊钰.裂缝型底水气藏水侵动态分析方法裂缝型