感性油藏油水两相渗流数值模拟.doc
应力敏感性油藏油水两相渗流数值模拟摘要：本文给出了应力敏感性介质油水两相渗流的数学模型，并采用有限差分方法进行求解。计算过程中，每个时间步的渗透率根据实验测得的无因次渗透率与有效应力关系曲线求得，根据新的渗透率分布求解下一时间步的压力分布。通过数值模拟方法分别研究了不存在应力敏感性、以及三种不同敏感程度的算例，并给出无因次渗透率的空间分布图、日产油量以及平均地层压力的对比曲线图。结果表明：应力敏感性越强，平均地层压力的变化范围越小，无水采油期内的日产油量越低；应力敏感性越弱，平均地层压力的变化范围越大，无水采油期内的日产油量越高。在生产井和注水井附近，渗透率分布变化较为急剧，远离井的区域变化较为平缓。关键词：应力敏感性；数值模拟；渗流数学模型；无因次渗透率Numerical simulation of oil and water tow-phase seepage in stress sensitivity reservoirsAbstract: The mathematical model of oil and water two-phase seepage was derived and solved by numerical limited difference method in the paper. During the simulation, permeability values of every time step were calculated by relation curves between dimensionless permeability and effective stress obtained by experiment. Then the pressure distribution of next time step was calculated by the new permeability distribution. The situation of non-stress sensitivity and three different kinds of sensitive degree are studied respectively through numerical stimulation method. Figures of the dimensionless permeability space distribution, the daily oil production and the average reservoir pressure were drawn. Results show the stronger the stress sensitivity is, the variation range of the average reservoir pressure is small and the daily oil production is lower during the water free oil production period. While the weaker the stress sensitivity is, the variation range of the average reservoir pressure is large and the daily oil production is higher during the water free oil production period. Permeability distribution changes sharply around production and injection wells, while smoothly far from wells. Key words: stress sensitivity; numerical simulation; mathematical model of seepage; dimensionless permeability引言流体压力、岩石骨架应力与上覆岩层压力在油气藏开发之前处于平衡状态，油气藏投入开发后，地层压力下降从而引起有效应力增加，导致渗透率减小，这个现象就是储层的应力敏感性14。本文将实验测得的渗透率随有效应力变化关系应用到数值模拟中，研究渗透率应力敏感性对油水两相渗流的影响。1、岩芯应力敏感性实验将岩芯放入夹持器中，入口和出口压力一定，入口连接氮气瓶，压力保持0.5MPa，出口通向大气，通过逐步改变围压的方法改变岩芯的有效应力，围压加载过程选取5MPa，10MPa，15MPa，20MPa，25MPa，30MPa六个压力点，卸载过程按相同的围压点从25MPa依次减小至5MPa，详细的实验和数据处理方法可参照文献5和6。 图1围压加载过程无因次渗透率变化曲线图1展示了三块不同渗透率级别岩芯的无因次渗透率变化曲线(围压加载过程)，表明相同静覆压下，岩芯的渗透率越低，其渗透率的损失率越大。实际油藏开发过程中，孔隙中流体压力不断降低，相当于净覆压逐渐增大的过程，因此，选取加载过程的无因次渗透率曲线用指数函数进行拟合7，以便应用于数值模拟之中810： (1)K0 ，K初始渗透率，渗透率，m2；，eff外应力，净覆压， MPa，Pl孔隙中流体压力，MPa；a，b回归系数，无因次；2、应力敏感性介质油水两相渗流数学模型二维油水两相渗流控制方程1112：油相： (2) 水相： (3)辅助方程： (4) (5)渗透率修正方程： (6)c，c体积转换因子，传导率转换因子，无因次；Ax，Ayy方向，x方向网格方向渗流面积，m2； Bo，Bw 油体积系数，水体积系数，无因次；µo，w油粘度，水粘度，mPa.s； Cf，Co，Cw岩石、油和水的压缩系数，MPa-1；Vb网格总体积，m3；Po，Pw，Pc油相压力，水相压力，毛管力，MPa；孔隙度，无因次；qo，qw油流量，水流量，m3/d；So，Sw含油饱和度，含水饱和度，无因次。通过有限差分方法对式(2)、(3)离散化：(7)(8)其中， ，。 采用隐式压力显式饱和度(IMPES)法求解(7)、(8)，并在进行第n+1时间步计算时，每个网格的渗透率由第n时间步的压力代入式(6)得到，然后用新的渗透率分布隐式求第n+1时间步的压力。3、计算实例模拟区域为210m×210m×10m，孔隙度0.15，上覆岩石压力40MPa，原始地层压力25MPa，生产井以10MPa定压生产，注水井以35MPa定压注入，网格尺寸为10m×10m×10m，网格数共21×21×1=441，注水井坐标(1,11,1)，生产井坐标(21,11,1)，水平方向的初始渗透率K0=1×10-3m2，垂直方向渗透率0.1×10-3m2（模拟中垂向渗透率不存在应力敏感性），所模拟四种情况的渗透率应力敏感性程度如表1所示，其中Case1为不存在渗透率应力敏感性的情况。表1 模拟四种情况的渗透率压敏程度算例代号系数 b渗透率应力敏感系数 aCase110Case21.0222-0.0053Case31.0343-0.0114Case4待添加的隐藏文字内容21.1602-0.04164、结果分析4.1渗透率场分布特征从图2中可以看出，应力敏感性油藏渗透率的分布与压力分布特征是相似的，渗透率变化较急剧的区域主要集中生产井和注水井附近，远离井的区域变化较为平缓。注水井生产井图2 Case3在t=30天时的水平方向无因次渗透率分布4.2 日产油量对比分析 图3 日产油量对比图 图4 平均地层压力对比图图3表明：从投产到t2000天，这段时间内Qo（Case1）> Qo（Case2）>Qo（Case3）>Qo（Case4），即在无水采油期内，应力敏感性对日产油量有着比较明显的影响，应力敏感性越强，日产油量越高；应力敏感性越弱，日产油量越低。投产约2000天以后，由于生产井见水导致了Case1Case3的日产油量呈现出较剧烈的下滑趋势，Case4在t3000天时，日产油量呈现出剧烈下降趋势，表2给出了Case1Case4的见水时间。表2 Case1Case4的见水时间表算例代号Case1Case2Case3Case4见水时间/天22001873205029554.3 平均地层压力对比分析图4表明在无水采油期内，由于初期产油量大，平均地层压力均呈现急剧下降趋势；在稳产期内，平均地层压力微有上升，当生产井见水后，平均地层压力迅速升高；并且应力敏感性越强，平均地层压力变化区间越小，反之则越大。从图4中还可看出Case2和Case3的平均地层压力值相差不超过0.5MPa，而且平均地层压力绝大多数时间内在19.525MPa之间变化，上覆岩层压力为40MPa，因此，有效应力的范围为1520.5MPa，从图1可以看出，相应的Case2渗透率损失率小于10%，Case3的小于20%，所以绝大多数时间内，Case2和Case3的油藏平均渗透率是相近的，因此日产油量相差不多，如表3所示，最终的采收率二者仅相差1.37%。四种算例中，在t=3500天时，应力敏感性最强的Case4与不存在压敏效应的Case1相比，采收率低12.2%。表3 Case1Case4在t=3500天时的采收率表算例代号Case1Case2Case3Case4采收率/%47.3944.0442.6735.195、结论 通过对应力敏感性油藏油水两相渗流的数值模拟和对结果的分析，可得如下结论：(1) 应力敏感性油藏的渗透率分布与压力分布特征较为相似，渗透率分布变化较急剧的区域主要集中生产井和注水井附近，在远离井的区域变化较为平缓。(2) 应力敏感性越强，平均地层压力的变化范围越小，在无水采油期内，日产油量越低；应力敏感性越弱，平均地层压力的变化范围越大，无水采油期内，日产油量越高。(3) 应力敏感性对原油采收率存在影响，在t=3500天时，不存在应力敏感性油藏的原油采收率比敏感系数为-0.0416油藏的原油采收率高12.2%。参考文献：1 R.A. 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