火成岩影响的砂岩油藏井底压力动态分析.pdf
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1、第 卷第期陕西科技大学学报V o l N o 年月J o u r n a l o fS h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g y A u g 文章编号:X()火成岩影响的砂岩油藏井底压力动态分析高鹏宇,曹龙,孟中华,吴春新,马栋(中海石油(中国)有限公司 天津分公司,天津 ;中国石油川庆钻探公司 地质勘探开发研究院,四川 成都 )摘要:由于火成岩的侵入,常规砂岩地层不仅在宏观上被火成岩改造和分割,而且砂岩的微观孔隙结构也因复杂的物理化学作用而发生改变储层强烈的平面和纵向非均质性给试井解释带来了困难基于渗
2、流力学理论和数学物理方法,针对砂岩储层的非均质性特征,建立了任意多层与多区复合的试井模型,并对影响井底压力动态的主要因素进行了分析结果表明:高渗透层的复合特征与边界条件主要反映在系统流动阶段初期,低渗透层的复合特征与边界条件主要反映在系统流动阶段晚期,当储层边界为封闭或定压时,压力导数曲线将发生相应的上翘或下掉实例分析证明了模型的可靠性与实用性,研究成果为同类油藏的试井解释提供了理论支持关键词:火成岩;砂岩油藏;试井分析;多层多区复合模型;压力动态中图分类号:T E 文献标志码:AB o t t o m h o l e t r a n s i e n tp r e s s u r eb e h
3、 a v i o ra n a l y s i s i ns a n d s t o n e r e s e r v o i r sa f f e c t e db y i g n e o u s r o c k sGAOP e n g y u,C AOL o n g,ME NGZ h o n g h u a,WUC h u n x i n,MAD o n g(C NO O C(C h i n a)L i m i t e dT i a n j i nB r a n c h,T i a n j i n ,C h i n a;I n s t i t u t e o fG e o l o g i c
4、 a lE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n t,C h u a n q i n gD r i l l i n gC o m p a n yo fC N P C,C h e n g d u ,C h i n a)A b s t r a c t:D u e t ot h e i n t r u s i o no f i g n e o u sr o c k s,c o n v e n t i o n a lc l a s t i cf o r m a t i o n sa r en o to n l yd i v i d e da n dm
5、o d i f i e db y i g n e o u s r o c k so nam a c r o s c o p i c s c a l eb u t t h ep o r es t r u c t u r eo f s a n d s t o n e s i sa l s oa l t e r e db yc o m p l e xp h y s i c o c h e m i c a l e f f e c t so nam i c r o s c o p i cs c a l e T h es t r o n gp l a n a ra n dl o n g i t u d i
6、 n a l i n h o m o g e n e i t yo ft h er e s e r v o i rp o s e sd i f f i c u l t i e sf o rw e l l t e s t i n t e r p r e t a t i o n B a s e do nt h et h e o r yo fs e e p a g em e c h a n i c sa n dm a t h e m a t i c a l p h y s i c a lm e t h o d s,aw e l l t e s tm o d e lw i t ha r b i t r
7、 a r yc o m b i n a t i o n so fm u l t i l a y e ra n dm u l t i z o n ec o m p o s i t e f e a t u r e si se s t a b l i s h e df o r t h en o n h o m o g e n e o u s c h a r a c t e r i s t i c so f s a n d s t o n e r e s e r v o i r s T h em a i n f a c t o r sa f f e c t i n gt h eb o t t o m
8、h o l ep r e s s u r ed y n a m i c sa r ea n a l y z e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o m p o s i t e r e s e r v o i r c h a r a c t e r i s t i c s a n db o u n d a r yc o n d i t i o n so f t h eh i g hp e r m e a b i l i t y l a y e r a r em a i n l y r e f l e c t e da t t h e e a r
9、l ys t a g eo f t h e s y s t e mf l o wp h a s e,w h i l e t h o s eo f t h e l o wp e r m e a b i l i t y l a y e r i sm a i n l yr e f l e c t e da tt h el a t es t a g eo ft h es y s t e mf l o wp h a s e Wh e nt h er e s e r v o i r收稿日期:基金项目:国家科技重大专项项目(Z X );中海石油(中国)有限公司重点科研项目(C N O O C K J Z D
10、 XM T J T J)作者简介:高鹏宇(),男,河北张家口人,工程师,研究方向:油田开发及提高采收率陕西科技大学学报第 卷b o u n d a r y i sc l o s e do ra t c o n s t a n tp r e s s u r e,t h ep r e s s u r ed e r i v a t i v ec u r v ew i l lu n d e r g oa nu p w a r do rd o w n w a r ds h i f t i nr e s p o n s e T h ec a s ea n a l y s i sp r o v e s t
11、h er e l i a b i l i t ya n dp r a c t i c a l i t yo f t h em o d e l,a n d t h e r e s e a r c hr e s u l t sp r o v i d e t h e o r e t i c a l s u p p o r t f o r t h e i n t e r p r e t a t i o no f t e s tw e l l s i ns i m i l a r r e s e r v o i r s K e yw o r d s:i g n e o u s r o c k;s a n
12、 d s t o n e r e s e r v o i r;w e l l t e s t a n a l y s i s;m u l t i i a y e rm u l t i z o n e c o m p o s i t em o d e l;p r e s s u r ed y n a m i c s引言B Z油田位于渤海湾盆地南部,黄河口凹陷中洼南斜坡带,是渤海湾地区有利的油气富集区,目前产能规模已达百万吨油田新生代晚期地层受大规模火山活动影响,火山喷发期次多,形成了火成岩与碎屑岩混杂的地质体火成岩的侵入使常规陆相碎屑岩被强烈改造,形成了受沉积和火山共同控制的具有强烈非均质性的复
13、杂砂岩油藏以地震和井资料为基础开展的储层研究,受限于资料精度,其研究结果有时很难精细化的指导油田开发常规的多层和复合油藏试井模型很难适应同时具有复杂纵向与平面非均质性的特殊砂岩储层为了解决油田储层边界识别和地层参数反演的问题,亟需针对这种多层多区复合油藏试井模型开展研究L e f k o v i t s等提出的渗流模型为多层油藏渗流研究奠定了基础,T a r i q等在L e f k o v i t s等人的研究基础上,推导了考虑井筒储集和表皮效应的多层油藏井底压力在拉普拉斯空间下的解,但当该模型求解层数大于时,存在适用性差的问题 L o l o n等针对无层间窜流的多层油藏,基于各层压降关系
14、求解了井底压力在拉普拉斯空间下的近似解 G a o等针对具有不同边界条件的双层油藏进行了研究 K u c h u k等基于格林函数求解了多区线性复合油藏的井底压力在拉普拉斯空间下的解Am b a s t h a等研究了拟稳态条件下三区径向复合油藏模型的解析解李顺初等对两区复合油藏在不同边界条件下的拉普拉斯空间解进行了研究贾英兰 建立了两区和三区复合油藏在多层情况下的解析模型,但是该模型只适用于特定的两区或三区复合油藏B Z油田砂岩油藏的特殊性在于:一方面,沉积周期与火山活动周期之间存在着复杂的时空匹配关系,另一方面,火成岩通过压力、热和化学等作用使围岩发生复杂的物理化学变化,导致砂岩的矿物成分
15、和孔隙发生改变面对油藏的复杂特性,本文建立了考虑多层和多区复合特征任意组合的试井模型,研究了多层砂岩储层在不同边界与非均质条件下的压力分布特征,为类似油藏的试井资料解释提供了指导火成岩侵入模式及影响 主要侵入模式国内外研究人员对发育火山的沉积盆地进行了大量考察和研究,丰富的研究成果揭示了火山机构在沉积盆地内的形成机制和发育模式由于岩浆与围岩的应力差,造成围岩的剪切或拉伸,并通过一系列的应力薄弱区形成穿过沉积盆地的复杂岩浆网络(图)图火山盆地火成岩侵入模式示意图,大量针对发育火成岩沉积盆地的综合研究明确了沉积盆地中火成岩的主要侵入类型 :()火山/热液喷口火山或热液喷口是岩浆或其他喷发物穿过地壳
16、到达地表的主要通道,纵向上通常具有上大下小的锥形结构()岩床岩床是平行于沉积地层发育的火成岩侵入体,第期高鹏宇等:火成岩影响的砂岩油藏井底压力动态分析通常横向发育,在围岩接触面形成尖灭()蝶形岩脉蝶形岩脉一般沿纵向发育,表现为中心较厚,向顶端及两翼逐渐变薄,平面上通常具有弧形特征的火成岩岩墙()席状岩脉席状岩脉是沿纵向发育的火成岩岩墙,整体上厚度变化不大,具有较好的纵向继承性()火山锥/岩盖火山锥/岩盖是岩浆在压力的作用下,在向上侵入围岩的过程中,由于自身能量消减或围岩压力过大而发生终止,形成的局部隆起 火成岩侵入体对围岩的影响火成岩侵入体对砂岩的影响主要表现为:()在宏观上,由于火成岩的侵入
17、(如岩床、岩盖等),使连片沉积的砂岩地层形成类似尖灭的中断;纵向发育的侵入体(如蝶形岩脉、席状岩脉),对连片沉积砂岩地层进行切割或分隔,由B Z油田地震剖面(图)可以看出,横向和纵向发育的火成岩侵入体在宏观结构上对常规碎屑岩沉积地层的改造;()在微观上,由于火成岩的侵入,砂岩受到压力、化学和热作用的影响,一系列复杂的物理化学变化使火成岩侵入体一定范围内的砂岩发生物性改变 通常这种改变是向孔隙度、渗透率减小的方向发展,图B Z油田地震剖面图模型研究 物理模型综合考虑火成岩侵入体对砂岩储层的改造作用,试井模型需要考虑:()辫状河三角洲沉积形成的多层特征,即平面上稳定发育的泥岩隔层将连片发育的砂岩分
18、隔为上下不连通的小层;()受不同类型的侵入体影响,各砂岩小层由于物性变化,具有相对独立的边界和复合特征通过建立多层多区复合油藏模型(图),模拟受火成岩侵入体影响的砂岩储层内的压力响应特征图渗流物理模型模型假设:各层之间被稳定隔层隔开,各层物性参数为常数;原油和岩石微可压缩,且压缩系数恒定;考虑表皮和井筒储集效应的影响;各层等温流动,不考虑毛管力和重力;开井后各层流体瞬间完成混合 数学模型根据图所示物理模型和假设条件,以基本渗流力学理论为依据,推导多层多区复合油藏试井解释模型陕西科技大学学报第 卷第j层区渗流方程:rrrpj,r j,pj,t,(rwrr)()第j层区渗流方程:rrrpj,r j
19、,pj,t,(rrr)()第j层m区渗流方程:rrrpj,mr j,mpj,mt,(rmrrm)()其中,j,mk Ctj,m初始条件为模型内各处压力等于原始地层压力:pj,|tpe()pj,i|rripj,(i)|rripe,(i,m)()定产量生产内边界条件:rpj,rrrw Cjpwt qjj,kj,hj,()pwpj,sjrpj,rrrw()mjqjq,(j,n)()复合储层各区交界面处压力、流量连续:pj,i|rripj,(i)|rri,(i,m)()pj,irrriMj,ipj,(i)rrri,(i,m)()Mj,ikj,i/j,ikj,i/j,i()外边界条件:()无穷大边界:l
20、 i mre jpj,mpe()()定压边界:pj,m|rre jpe()()封闭边界:pj,mrrre j()式()()中:为原油粘度,P as;为孔隙度,无因次;Ct为综合压缩系数,MP a;h为地层厚度,c m;r为距井中心的距离,c m;rw为井筒半径,c m;re为外边界半径,c m;s为表皮系数,无因次;t为时间,s;C为井筒储集系数,m/P a;q为井底产量,m/s;p为压力,P a;pe为第j层原始压力,P a;pw为井底压力,P a 模型求解采用有限差分法对上述偏微分方程组进行离散差分可得渗流差分方程组:第j层区:(pj,)ni Zij,(pj,)ni(pj,)niZij,(
21、pj,)ni()第j层区:(pj,)ni Zij,(pj,)ni(pj,)niZij,(pj,)ni()第j层m区:(pj,m)ni Zij,(pj,m)ni(pj,m)niZij,m(pj,m)ni()Zixrweix ti()初始条件:pj,pj,pj,mpe,(j,n;m,n)()内边界条件:(CjsjtCjx)(pj,)n(Cjsjt)pnwqjTj,xtCj(sjx)(pj,)n(Cjsj)pnw()Tj,j,kj,hj,()连续条件:kj,aj,axLapnLakj,aj,axLakj,aj,axLapnLakj,aj,axLapnLa()外边界条件:()无穷大边界:(pj,m)n
22、npe()()定压边界:(pj,m)ni Zij,m(pj,m)niZij,m(pj,m)nipe,(in)()()封闭边界:(pj,m)ni Zij,m(pj,m)ni第期高鹏宇等:火成岩影响的砂岩油藏井底压力动态分析Zij,m(pj,m)ni,(in)()定义无因次量纲如下:pj,Dmj(k h/)j,q(pepj,)()tD mj(k/Ct)j,rwt()Cj D Cjmj(Cth)j,rw()对上述差分方程组进行数值迭代求解可以得到井底压力随时间变化的动态响应,同时根据无因次量纲定义对模拟结果进行无量纲化压力动态特征分析模型考虑火山活动中复杂的物理化学过程对围岩物性造成的影响,通过差分
23、方程计算得到井底压力随时间变化值,绘制无因次压力和压力导数随无因次时间变化的关系曲线为便于分析,将多层油藏简化为高/低渗双层,并以此为基础讨论两重复合油藏不同影响因素下井底压力的动态响应特征根据模型研究可知,井底压力变化的早期流动阶段主要受井筒储集系数和表皮系数控制,不反映被测试地层的任何特征井储和表皮响应阶段之后为两层共同流动的系统流动阶段,其中高渗透层由于物性较好是主力产出层,系统流动阶段初期井底压力响应主要受高渗透层物性变化及边界特征控制系统流动阶段晚期高渗透层压力响应接近尾声,此时主要反映低渗透层的压力变化,井底压力特征主要受低渗透层物性变化及边界特征控制 边界条件的影响各层边界条件不
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