文摘

重力垂直流和流体饱和度的影响,尤其是对重力流时,不经常研究人员感兴趣的主题。这是因为流在地下形成的概念通常是在水平方向,垂直流是不可能的或边际不透水页岩或砂浆覆盖它们。两个液体之间的密度差(通常是油和水)在多孔介质中流动也通常可以忽略不计;因此重力影响被忽视。毛细现象也常常避免相对渗透率测量为了满足一些流方程。这些观念引导大多数实验室核心洪水实验进行水平方向流动,和获得的数据是什么实验倾向于模仿。然而,重力效应中起着重要作用等气液系统有限公司₂封存和某些类型的强化采油技术,特别是那些涉及气体,液体之间存在密度差大对。在这种情况下,实验室实验获得相对渗透率曲线应考虑重力和毛细管作用影响。先前的研究属性定向依赖相对渗透率和残余饱和度岩石各向异性。显示在这项研究中,岩石渗透率、残余饱和度,之间的相互作用和相对渗透率取决于重力,毛细管作用,粘滞力和岩石流体流动的方向,即使是各向同性的。代表不同岩性的岩石样本,通过不稳定的实验研究了覆盖广泛的渗透率排水和自吸在垂直和水平方向流动。实验以非常低的流速进行捕捉毛细现象。获得的结果表明,对于每一个均质岩石,沿着核心长度相同的流动路径,相对渗透率和残余饱和度依赖于流动方向。结果是可再生的样品进行了实验。这种定向依赖,当占在数值模拟中,可以显著提高模拟精度描述的流动过程。

1。介绍

储层岩石通常被称为砂床的水平层通常与不透水层间的页岩岩层之间或泥浆,防止交叉流。因此,流入地下水库通常被认为是主要是在水平方向。为了模拟储层流动条件下,实验室流程试验通常是在水平方向与岩石样本进行的。然而,有现场案例场景发生在垂直方向流动等在水或气体从水平井段洪水,气体向上/垂直迁移由于浮力在厚岩床气体封存或gas-enhanced采油(采油),和好的床垂直渗透率油层之间的交叉流动。在这种情况下,造型向上迁移的有限公司₂羽或储层之间的交叉流动床使用实验室相对渗透率数据从水平获得核心洪水实验不充分和准确的代表。此外,最常用的相对渗透率计算方法是基于假设两个在同一方向流动的流体压力梯度相对重力大于浮力以及毛细管力。因此,重力和毛细管作用往往被忽视。实验室测量获得相对渗透率进行和结束饱和度因此需要遵守这些假设进行核心洪水实验流率高,粘性力主导和毛细管力可以忽略不计。这些假设也变得无效,极大地错误当学习气相系统中,由于存在显著的浮力高流体密度的变化。根据科里(1),忽略重力和毛细管效应的假设在分数流方程并不准确。他认为毛细管效应并不完全消除和位移过程中仍然存在。他还指出,一个大密度差水和油在两区之间发生,这使得它不切实际的忽略重力条件。此外,液体在毛细管流在实际水库主要主导地区的毛细管数10⁻⁶。所以有必要让实验室测量条件密切代表储层条件。这需要结合粘性、毛细管和重力(2]。

Bennion和巴楚3,4)做了一个广泛的工作角色的岩性、渗透率、相对渗透率和粘度比在一个水平的核心洪水有限公司₂/盐水系统在不同储层压力和流体的条件。Akbarabadi和皮尔5)进行了有限公司₂/盐水实验与垂直位置的岩石样本和流动向上垂直方向下毛细管流态为主。然而,没有比较分析垂直流动的影响相对渗透率和残余饱和度时的情况相比,流在水平方向。妞妞et al。6]研究了压力变化的影响,温度和盐水盐度残余捕获的有限公司₂在水平贝雷砂岩的核心洪水。雷诺兹et al。7]研究了粘度比和界面张力的影响(IFT)主导的毛细管流态的有限公司₂/盐水系统在一个单一的Bentheimer砂岩样品淹没在水平方向。许多其他作者(8- - - - - -11)进行了调查,通过模拟或实验室实验中,流速的影响/毛细现象的多相流有限公司₂在水平core-flood /盐水。许多其他出版相对渗透率曲线只考虑粘性的影响力量和被忽视的毛细管和引力的贡献。一些研究[12- - - - - -14]通过实验研究发现,相对渗透率和结束饱和度取决于流方向。然而,定向依赖这些参数被认为是影响岩石渗透率各向异性等异质性和纹理的存在。本研究需要进一步探讨残余饱和度和相对渗透率的定向依赖是否实际上是由于只有岩石非均质性或由于流动方向和主导力量在毛细现象之间的相互影响,粘性和引力。

本研究的目的是突出相对渗透率和饱和度的定向依赖甚至是均匀和各向同性系统。这种依赖,占在数值模拟时,可以显著提高仿真精度在流动过程中涉及垂直流动。最后,应该注意的是,定向流意味着在这个研究可能不一定只是由于定向渗透率造成的异构特性,如各向异性或薄片,这些已经被充分讨论的文献[12- - - - - -15]。在这里描述的背景下,相对渗透率和残余饱和度的变化存在由于流向即使非常均匀,各向同性岩石渗透率。

2。实验程序

实验用三个样本,包括砂岩和石灰岩获得贝雷砂岩和印第安纳州石灰石,分别。样品的疏密度范围从11.8%到19.5%,而液体渗透率范围从79 mD - 270 mD见表1。索氏回流提取方法被用来清洁样品在高温80°C,然后在真空干燥箱干燥60°C。表1总结了样品的尺寸和物理性质。合成含水层盐水制备与TDS 58 g / l和密度为1.03 g / cc和高纯氮气(99.9%)被用来作为气相。氮气是用来代替有限公司₂避免复杂性饱和度估算由于传质和活性岩石流体的相互作用。然而,使用天然气的结果可以适用于等其他气体有限公司₂。测量液体的属性在45°C和大气压力下表2。

2.1。描述的实验

一系列不稳定、低流速核心洪水实验进行代表实际流动条件有限公司₂注射在盐碱含水层,使用设置如图1。持有人核心是一个静水核心持有者,持有圆柱形岩石样本,样本施加围压的能力。它可以旋转,这样核心洪水是在水平或垂直方向进行。核心持有人也能够持有不同长度的样品只要30.48厘米,直径3.8厘米。储层流体(盐水和氮)存储在浮动活塞式蓄能器Hastelloy和不锈钢制成的。双喷射泵是通过不锈钢管连接到蓄电池的。泵是用于驱动流体从浮动活塞式蓄能器进入核心样本通过另一组不锈钢管连接的蓄电池核心持有人。喷射泵能够连续流体注入在指定的恒定速率(0.01 -50毫升/分钟),注射压力高达10000 psi。另一个自动注射器泵被用来提供一个恒定围压的2000 psi(或净围压450 psi)的样本,而第三个泵是用来提供一个常数1450 psi的反压力。视频器放置反压力调节器和核心之间的出口记录产生的液体量的样本。 High-resolution differential pressure transducers (±50 psi,500 psi,1500 psi的决议满刻度的0.1%)被用来测量样品的压降。工业烤箱包含并应用恒温45°C的蓄电池,核心持有者,分离器,油管。流体流入样本和与空气交替驱动自动化气动阀门控制。所有核心洪水等数据率,压力梯度,烤箱温度、反压力,不断地静压力和流体生产记录在一个规定的时间间隔5秒在电脑站。

的样本presaturated盐水使用真空饱和方法制定。每个样本被放置在2 pv的核心持有人和循环盐水以恒定注入0.5毫升/分钟的速度。这是为了确保所有被困气体移除和示例来与盐水的热力学平衡。盐水的绝对渗透率测量在每个样本在水平和垂直方向流动。所涉及的过程测量样品在不同流压降的利率。达西的方程被用来计算线性情节的绝对渗透率压力梯度和流率。年底的渗透率测量,流量逐渐减少回0.5毫升/分钟和稳定。排水和吸水实验之后,不稳定在每一个岩石样品在不断注入0.5毫升/分钟的速度和在其它实验条件。排水涉及注入天然气取代的盐水样品,直到达到稳定流动和束缚水饱和度。自吸随后注射盐水取代气体,直到残余气体达到饱和。 Stabilized flow at irreducible/residual fluid saturation is indicated by stabilized pressure drop and production curve. Core flooding experiments were repeated multiple times with the same fluids and the same experimental conditions but with different flow directions in order to isolate the effect of heterogeneity and permeability anisotropy. In this way, comparison can be fairly made between horizontal and vertical flows without the influence of rock heterogeneity and anisotropy.

2.2。无量纲数

无量纲数被用来描述流动的行为在两个水平和垂直流动。不同的无量纲数存在派生的此类Fulcher et al。16周],et al。17),Chia-Wei和莎莉18),雷诺和Krevor [19]。在本文中,我们使用毛细管数由Fulcher et al。16)(1)和重力数量由周et al。17)(2)。重力数(2)使用,因为它可以用来比较力的比值在横向和纵向方向水平流如图2(一个)与那里的主要流向是垂直向上的如图2 (b)。(a),重力和毛细管效应相关的垂直方向(H),而粘滞效应与水平方向(左)(即。压降、方向)。因此,(2)被用来计算重力数。在图2 (b)粘性和重力与H,毛细力可以驱动流在L方向。因此,流体在垂直方向的比值(H)由于重力和粘性力在水平方向(左)由于毛细管力是在(3)。 在哪里通过流体流动,高度或垂直距离是流体流在水平方向上的距离,是绝对渗透率在横向流方向((a)和(图b)2医学博士)是总流速在m / s的主要流向,在cp气体粘度,重力加速度是m / s²,界面张力在N / m,气体和盐水密度区别是公斤/米³。

2.3。相对渗透率模型

由于实验条件下的实验数据得到了上述违反Weldge的假设,Johnson-Bossler-Naumann (JBN)方法,和其他明确的相对渗透率的方法,经验相关性用于生成不同的流动过程的相对渗透率曲线。两个最常用的经验相关性是科里的20.)两相关系(理论方法)的排水固结岩石Naar和亨德森的(21自吸)两阶段模型。科里的20.模型如下: 在哪里和非润湿性和润湿相相对渗透率,分别是归一化湿相饱和度,孔隙大小分布指数,水饱和,束缚水饱和度,是剩余非润湿相饱和度。孔隙大小分布指数从毛细管压力数据,获得了经验用布鲁克斯和科里(22),这与毛细管压力规范化润湿相饱和度。 在哪里毛细管压力,是最小阈值压力,是归一化水饱和度。Naar和亨德森的21自吸了两阶段模型如下:

在这项研究中,一个λ值的2是用于所有样品假设他们属于威利方程胶结砂岩和鲕状石灰岩和小晶簇。这个值为近似目的是充分的,因为目的是展示如何流向影响相对渗透率的岩石样本。不影响使用的价值对比垂直和水平流,因为相同的岩石样本用于流方向。

3所示。结果和讨论

盐水的绝对渗透率值的三个样品如图3。盐水的绝对渗透率在水平和垂直核心洪水,分别进行了比较。可以看出低于。这是由于重力项和更高的压力梯度时需要克服重力测量。无量纲数(见(1),(2)和(3)被用来描述不同流实验的三个样本,即水平排水、卧式自吸,垂直排水和立式自吸。

3.1。残余饱和度

正如前面所讨论的,十字架上的残余饱和度与毛管数是一个非常有用的工具在理解粘性和毛细管力量之间的相互作用。它解释了这些力量如何影响残余饱和度在岩石样本非混相位移。所有流的毛细管数实验在这个研究是计算使用(1)的毛细管数0.8×10⁻⁵立式自吸和卧式自吸和2.5×10⁻⁵对垂直排水和水平排水见图4。毛细管数是相同的,因为同样的价值观注入率、流体对,和实验条件用于流方向。此外,毛细管数的范围内排水和吸入毛细管流范围在实际油藏流为主。根据Willhite [23),毛细流动过程主导毛细管数~ 10的范围⁻⁶。重力,另一方面,可以看到在图5改变从样本,样本和垂直流水平流,因为重力的作用和不同样本渗透率变异和垂直流水平流动。重力粘性力与重力的影响数据(2)。见图5,增加重力导致较低的残留/不可约饱和度在所有的样品和流动实验。更高的水平流动重力数据,而较低的垂直流实验。低重力数量意味着重力并不赞成流,因此观察到的残余饱和度高。同样,高重力意味着引力支配和数量的流动。郭和本森的工作10)还表明,高重力数量导致残余饱和度较低,反之亦然。

累计液产品在排水也如图6- - - - - -8水平和垂直方向的核心洪水。排水过程,可以看出水平(即核心洪水产生了更多的盐水生产。,lower residual water saturation) than when the same core sample was flooded from bottom to top in a vertical core orientation. The gravity number in horizontal flow is higher than that in vertical flow. Moortgat et al. [24)在他们的研究中,观察到一个类似的引力效应采油是核心洪水之间在水平相比,垂直,垂直向下有限公司₂洪水。在他们的研究中,有限公司₂密度高于石油密度使用;因此,重力垂直有限公司期间观察额不稳定₂注入从上到下。在我们的研究中,引力不稳定期间观察到氮注射从下到上,因为氮密度远低于盐水密度。引力指法期间将明显高于垂直宽多相流两种液体的密度差异比在相同水平的多相流流体对同一样品在相同的实验条件。因为宽不同液体的密度和非常低的注入率,引力指法由重力偏析主要流动过程相比,粘性和毛细管力。由于注射速率很低,粘性力弱,无法克服重力的影响;因此,残留的盐水在岩石样品底部逐渐取代了注入气体(导致下行流)。自从核心示例相当长和注射速率很低,流体隔离和替换有足够的时间和空间。此外,流体的速度种族隔离和替换可能会高于盐水生产的速度,一个可能的现象可以解释下复苏垂直向上流动和生产速度不等于注射速率可以观察到在生产曲线数据6- - - - - -8。垂直排水和水平排水后的束缚水饱和度也比较图9。图中可以看出,束缚水饱和度在垂直流在水平高于流动。由于重力的原因显然是指法的气体在注气从底部到顶部的样本,这导致了不稳定的位移。正如上面所讨论的,非常低的注射速率允许重力偏析主导粘性和毛细管力,导致样品安定下来的水代替注入的气体产生的出口;因此,没有多少水从顶部产生。

gas-EOR方法在水平井中,重力指法效应可以通过注射抑制气体的最佳注入率高。注射率高只能在井筒附近区域,远场区域将继续在低流量政权。抑制重力指法的另一种方法是通过设计注入井的完井等放置在顶部和底部的生产井,注入气体从上到下扫油。对于气体封存等公司₂封存,低注入量在一个垂直向上流动最渴望,自优化的目标是增加永久气体被困。重力指法将促进毛细管注入气体的捕获。最佳注入率将导致最大残余气饱和度将寻求通过dimensionless-saturation相关性。获得这些相关性研究正在进行。

数据10- - - - - -12显示,累积在次级吸入气体复苏。类似于排水试验,复苏在水平洪水期间也一直高于恢复垂直洪水。较高的气体恢复观察在二级水平核心洪水自吸,可以解释为initial-residual (IR)气体理论。原始气体饱和度越高,越高气体中恢复过来。气体注入水平高于核心洪水注入在垂直洪水期间因为较低的束缚水饱和度达到水平注入。图13比较了残余气体饱和度在水平和垂直方向流动。人们所预料的,在相同的初始气体饱和,垂直向上气恢复注水将高于预期的水平流动,因为更稳定的位移。然而,由于初始气体饱和度水平排水期间相当高于原始气体饱和度在垂直排水对于一个给定的样本,卧式自吸实验将产生更多的气体比垂直二次自吸实验相同的样本。这就解释了更高的气体(图中恢复过来10- - - - - -12)或更高的困气饱和度(图13在横向流)。自吸过程的另一个重要特性是气体的活塞式驱替曲线体现在生产。从线性增加生产曲线急剧发展没有生产(平稳定线)。

3.2。相对渗透率曲线

每个样本的相对渗透率曲线生成,使用(4)(7)。从这些方程可以看出,相对渗透率是强烈依赖于饱和值。自从结束在垂直流不同于水平饱和流相同的样本,相对渗透率曲线也会相应不同,如图14- - - - - -16。所有样品的相对渗透率测试显示强烈依赖流动方向。相对渗透率的差异,最终饱和度可以产生重大影响的数值模拟进行了预测有限公司₂分布(在有限公司₂封存)或复苏(在三次采油中)。例如,预测公司₂饱和度分布和有限公司₂旅行时间可能大大低估或高估了。因此,关键是选择正确的相对渗透率曲线所代表的实际流向水库。

4所示。结论

在这项研究中,储层条件核心洪水实验在两个方向流动,也就是说,水平和垂直流动。流条件获取不稳定流动、重力和毛细管作用,在实际领域常见的场景,但常被忽视的许多实验室估计气液系统的相对渗透率。这项研究的结论是:(1)定向依赖相对渗透率和结束的饱和度的不仅是由于异质性(渗透率各向异性和非均质性造成的),但也由于流方向本身在均匀和各向同性岩石测试。(2)残余流体饱和度较高时流在水平方向与垂直流动方向甚至在一个各向同性岩石。(3)粘性和重力流之间的相互作用在水平和垂直方向上的重力数据表明,重力垂直流数低于水平流,因为重力指法和流量对重力的影响。重力残余饱和度和残余饱和度图还显示数量减少随着重力数量增加(4)核心持有人取向和流方向实验室流研究很重要,因为流向影响岩石和流体性质如渗透率、残余流体饱和度和相对渗透率。核心取向应该决心代表实际储层流动。(5)残余饱和度越高产生的垂直流可以在公司作为一个优势₂封存,高残留(困)气体饱和(6)最后,本研究支撑的重要性测量残余饱和度,渗透率、相对渗透率的插头样品中流体流动方向相同的2 d或3 d流在实际油藏流场景。插头提取水平层面应该测量水平,而插头提取垂直于层理面应测量垂直流在这种情况下应该从下到上如果数据的最终用途是模拟有限公司₂迁移的形成。因此强烈建议储层模拟专家了解细节的核心洪水实验用于生成相对渗透率曲线。他们必须确保被移植到相对渗透率曲线代表实际的身上流方向下的储层研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者承认综合石油研究中心和大学的石油工程和法赫德国王大学地球科学研究支持石油和矿产。