第七章_油水两相渗流理论

1、油气层渗流力学Mechanics of the Oil and Gas Flow in Porous Media第七章 油水两相渗流理论 第一节 影响水驱油非活塞性的因素 第二节 油水两相渗流理论 第三节 油水两相渗流理论的应用关键词：两相渗流、分流方程、非活塞驱替n 前几章的假设条件：单相流体（1）不考虑微量可动水、束缚水的气藏 单相气（2）高于泡点压力的纯油藏 单相油n 实际渗流环境：多相流体共存、共流（1）边水、层内可动水不能忽略时 气水两相（2）水侵或水驱油藏 油水两相（3）低于泡点压力的油藏 油气两相（4）气顶驱，气侵入油环 油气两相第七章 油水两相渗流理论n 水驱油的两种方式第七章

2、 油水两相渗流理论水油（1）活塞式水驱油n 油水接触面均匀推进n 油水接触面始终垂直于流线n 含水区和含油区截然分开（2）非活塞式水驱油n 油水没有清晰接触面n 存在油水驱替过渡带n 原因：流度差、密度差、润湿性差异、渗透率非均质性水油过渡带油气层渗流力学Mechanics of the Oil and Gas Flow in Porous Media第七章 油水两相渗流理论 第一节 影响水驱油非活塞性的因素 第二节 油水两相渗流理论 第三节 油水两相渗流理论的应用关键词：两相渗流、分流方程、非活塞驱替第一节 影响水驱油非活塞性的因素非活塞驱替多孔介质中非均匀的渗流受力分析（不均匀受力）原因分

3、解重力密度差惯性力孔喉结构贾敏效应启动压差粘滞力粘度及粘度差弹性力油水弹性差及脱气膨胀能毛管力润湿性差异及孔径差异ccrpcos2LPKv渗流特征（不均匀流速）渗透率孔喉结构非均质粘度粘度及粘度差渗流路径喉道形态优势通道压力扰动邻井激动连通程度第一节 影响水驱油非活塞性的因素一、毛细管力n 单根理想毛细管内的水驱油满足活塞驱替特征n 较大尺度（含有多根不等径毛细管）为非活塞驱替n 若考虑到实际渗流通道的连通程度、配位数、表面润湿性差异，单根内的驱替也非绝对活塞式ccrcos2p实际岩石简化修正理想土壤模型驱替非均匀毛管驱替特征毛管力密度差流度差润湿性非均质扰动力第一节 影响水驱油非活塞性的因素

4、二、润湿性n 同一毛管内，管壁各处非均匀润湿，使得管内流动非均匀n 对于等径毛管、不同润湿性，其流速也存在差异n 润湿性是孔隙内油水分布的决定因素之一毛管力密度差流度差润湿性非均质扰动力亲水亲油动力阻力第一节 影响水驱油非活塞性的因素三、油水密度差毛管力密度差流度差润湿性非均质扰动力 当油水密度差很大，油层很厚，液流速度不大时，油水重力分异较明显，在较大尺度上形成“上油下水”的两相区油区水区第一节 影响水驱油非活塞性的因素四、非均质n 微观：孔隙结构（毛管力）、介质润湿性（毛管力）、流体性质（密度、粘度）的非均质n 宏观：平面及纵向渗透率的非均质、压力梯度分布的非均质毛管力密度差流度差润湿性非

5、均质扰动力采油井注水井岩芯薄片驱替岩芯薄片驱替激光刻蚀薄片驱替激光刻蚀薄片驱替第一节 影响水驱油非活塞性的因素五、流度差毛管力密度差流度差润湿性非均质扰动力相流度：LrLLKKM W = 0.51 mPas o = 150 mPa sn 在压差下，水首先进入大直径毛管n 水连通的区域总流度较大，总阻力小，成为优势通道，导致严重的指进 大部分区域，水比油的流动要容易得多实际岩石实际岩石微观优势通道微观优势通道第一节 影响水驱油非活塞性的因素六、扰动力n 纵向：各层是否投产、投注？物性？n 平面：井周围压力梯度分布的非对称性毛管力密度差流度差润湿性非均质扰动力采油井注水井油气层渗流力学Mechan

6、ics of the Oil and Gas Flow in Porous Media第七章 油水两相渗流理论 第一节 影响水驱油非活塞性的因素 第二节 油水两相渗流理论 第三节 油水两相渗流理论的应用关键词：两相渗流、分流方程、非活塞驱替第二节 油水两相渗流理论一、运动方程n 油、水的流动分别服从达西定律n 忽略重力和毛细管压力的影响 xpKKxpKvorooooxpKKxpKvwrwwww第二节 油水两相渗流理论二、状态方程n 假设岩石及流体不可压缩ConstConstConstwo第二节 油水两相渗流理论三、连续性方程xyzdxdydzMMM1、油藏中取出一微元体2、中心M点的油、水质量

7、流速在x方向分量为：oxowxw3、X方向油、水（左端面）流入的质量流速：2)(dxxvvoxooxo2)(dxxvvwxwwxw4、X方向油、水（右端面）流出的质量流速：2dxx)v(voxooxo2dxx)v(vwxwwxw第二节 油水两相渗流理论三、连续性方程5、经过dt时间，左端面油水流入质量：dydzdtdxxvvoxooxo2)(dydzdtdxxvvwxwwxw2)(6、经过dt时间，右端面油水流出质量：dydzdt2dxx)v(voxooxodydzdt2dxx)v(vwxwwxw7、经过dt时间，微元体在x方向的流入-流出油水质量差：dxdydzdtxvoxo)(dxdydz

8、dtxvwxw)(xyz第二节 油水两相渗流理论三、连续性方程8、经过dt时间，微元体在y方向的流入-流出油水质量差：dxdydzdtx)v(oyodxdydzdtx)v(wywxyz9、经过dt时间，微元体在z方向的流入-流出油水质量差：dxdydzdtx)v(ozodxdydzdtx)v(wzwxyz第二节 油水两相渗流理论三、连续性方程10、经过dt时间，微元体流入-流出油水总质量差：dxdydzdtzvyvxvozooyooxo)()()(dxdydzdtzvyvxvwzwwywwxw)()()(单相渗流：单相渗流：dxdydzdtzvyvxvzyx)()()(xyz第二节 油水两相渗

9、流理论三、连续性方程11、在dt时间内，流入-流出引起微元体油、水相饱和度发生变化，从而导致微元体内的油、水相质量发生变化dxdydzdttSoo)(dxdydzdttSww)(xyz单相渗流：单相渗流：dxdydzdtt 第二节 油水两相渗流理论三、连续性方程12、物质平衡原理 对于每一相，dt时间内，流入-流出=微元体质量变化tSzvyvxvooozooyooxo)()()()(tSzvyvxvwwwzwwywwxw)()()()(单相渗流：单相渗流：tzvyvxvzyx)()()()(忽略油、水和岩石压缩性 （设 o、 w和 为常数）第二节 油水两相渗流理论三、连续性方程13、简写xyz

10、tSzvyvxvooozooyooxo)()()()(tSzvyvxvwwwzwwywwxw)()()()(tSzvyvxvoozoyoxtSzvyvxvwwzwywx第二节 油水两相渗流理论四、约束条件1wo SS)(wwocSfPPP第二节 油水两相渗流理论五、分流方程owwowwtwwvvvqqqqqfn 含水率fw：渗流总液量中的含水量orowrwwrwwKKKfxpKKvorooxpKKvwrwwrworowwKK11f开发过程中o及w基本不变)S(ffww第二节 油水两相渗流理论五、分流方程rworowwKK11f忽略粘度差rwrowKK11fwS0110rwkorSwcSwf10

11、rok第二节 油水两相渗流理论六、单向流动等饱和度平面移动方程（xt）tSxVwwxwtwfVVxSSfVxfVxVwwwtwtwdd0ddwwwtwxSSfVtS),(wtxfS1tx2twS水相一维流动连续性方程含水率定义饱和度分布函数第二节 油水两相渗流理论wwtwwSdfdVxS/tS0ddwwwtwxSSfVtS饱和度分布函数六、单向流动等饱和度平面移动方程（xt）等饱和度平面 Sw为常数 dSw=0dttSdxxSdSwww),(wtxfS xS/tSdtdxww第二节 油水两相渗流理论wwtwwSdfdVxS/tS六、单向流动等饱和度平面移动方程（xt）xS/tSdtdxwwww

12、tdSdfvdtdxA/ ) t (qvtwwdSdfAtqdtdx)(第二节 油水两相渗流理论七、计算饱和度平面分布规律wwdSdfAtqdtdx)(twwxxdttqAdSdfdxo0)(1x0 两相区的初始位置x 两相区任一点位置)(0tWAfxxw从开始到t时刻的累计注入量 tdttqtW0)()(WwwdSdff第二节 油水两相渗流理论八、计算两相区中含水饱和度分布的步骤1、计算相渗透率相相对对渗渗透透率率SwKroKrwrwwrooKKKKKK2、计算含水率wwoowwKK11)S(f第二节 油水两相渗流理论八、计算两相区中含水饱和度分布的步骤2、计算含水率wwoowwKK11)S

13、(fSw1Ko1Kw1fw1Sw2Ko2Kw2fw2SwnKonKwnfwnwS010rwkorSwcSrokwf第二节 油水两相渗流理论八、计算两相区中含水饱和度分布的步骤3、计算fw( Sw） fwSw1 fw1Sw2 fw2Sw3fwn ,w1n ,wn ,w1n ,wwwSSff)S(f第二节 油水两相渗流理论八、计算两相区中含水饱和度分布的步骤)S(x) t (WAfxxww04、计算两相区中含水饱和度分布Sw fwx第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布 某活跃水驱气藏，沿走向均匀布置三口生产井，每口井的产量均为q=31.8m3/d已知：油层宽度b=420m 油

14、层厚度h=6.1m =0.25，Bo=1.5， o/ w=2Kro、KrwSw 已知油油x0 x水水两相区两相区bh求：经过60d、120d、240d后，任一恒定饱和度推进的距离，并绘成曲线第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布油油x0 x水水两相区两相区bh求解：I（两相区内（两相区内SwSw分布公式）分布公式）twwdttqASfxx00)()(?dt) t (qt0三口井每天的总采液量：oB3qq（地下产量）dm /2 .1433t2 .143dt) t (qt0第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布求解：II公式化简：twwdttqASfxx00

15、)()(将已知条件带入：2 .1431 . 640225. 0)(0wwSfxx)S(ft233. 0ww第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布求解：II经过60d、120d、240d后，两相区内含水饱和度的分布)(14)(60233. 00wwwwSfSfxx)(28)(120233. 00wwwwSfSfxx)(56)(240233. 00wwwwSfSfxx)S(ft233. 0 xxww0公式化简：第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布求解：IIIKro、KrwSw fw(Sw)（1）计算）计算fw(Sw)KK1/(1fwwoowSw Kro/K

16、rw fw(Sw)0.2 00.3 24.0 0.0770.4 7.6 0.2080.5 1.75 0.530.9 0 1.0SwKrwKrofw第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布求解：IIIKro、KrwSw fw(Sw)（2）计算）计算fw(Sw)SwKrwKrofw fwn ,w1n ,wn ,w1n ,wwwSSff)S(fSw Kro/Krw fw(Sw)0.2 00.3 24.0 0.0770.4 7.6 0.2080.5 1.75 0.530.9 0 1.0 fw(Sw)00.751.714.101.900.950.

17、360第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布求解：IV计算不同时刻两相区内含水饱和度的分布)S(f14)S(fd60233. 0 xxwwww0Sw Kro/Krw fw(Sw)0.2 00.3 24.0 0.0770.4 7.6 0.2080.5 1.75 0.530.9 0 1.0 fw(Sw)00.751.714.101.900.950.360 x60-x0010.523.957.526.613.35.040第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布求解：V作出不同时刻含水饱和度的分布图计算出现了多解！xSw原始饱和度分布原始饱和度

18、分布601202401.00.80050100150200250油油x0 x水水两相区两相区bh第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布求解：V作出不同时刻含水饱和度的分布图修正xSw原始饱和度分布1.00.80050100150200250油油x0 x水水两相区两相区bh60120240nSwc=20%nSwf=60%第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布水驱过程示意图xSw原始饱和度分布1.00.80050100150200250nt = 0dnSwc=20%nSwf=60%第二节 油水两相渗流理论

19、举例：计算两相区中含水饱和度的分布水驱过程示意图xSw原始饱和度分布1.00.8005010015020025060nt = 60dnSwc=20%nSwf=60%第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布水驱过程示意图xSw原始饱和度分布1.00.80050100150200250nt = 120dnSwc=20%nSwf=60%60120第二节 油水两相渗流理论举例：计算两相区中含水饱和度的分布水驱过程示意图xSw原始饱和度分布1.00.80050100150200250nt = 240dnSwc=20%nSwf=60%60120240油气层渗流力学Mechanics of the Oil and Gas Flow in Porous Media第七章 油水两相渗流理论 第一节 影响水驱油非活塞性的因素 第二节 油水两相渗流理论 第三节 油水两相渗流理论的应用关键词：两相渗流、分流方程、非活塞驱替第三节 油水两相渗流理论的应用一、确定前缘含水饱和度（Swf）n 要点：Swf位置与两相区（xf -x0）内含水量有关n 方法：t 时间