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1、无供给溶洞的弹性开采实验研究摘要：大型溶洞是塔里木油田缝洞型储层的重要储集空间，通过模拟油井自喷期阶段的弹性开采情况，来认识该阶段井底压力和产量的变化规律，提出了累积产量与累积压降关系特征，并给出了该曲线斜率的物理意义，说明了该曲线在估算溶洞体积上的应用，为进一步溶洞属性计算提供一定的依据，通过理论分析得到结果与实验结果一致，产量和井底压降呈指数递减，累积产量与累积压降关系曲线呈直线；并进行了实验室模拟油与矿场原油的实验对比，得到结果一致，证明了实验室模拟油的可靠性。关键字：溶洞；缝洞型油藏；弹性开采；碳酸盐岩；无供给前 言 大型溶洞是塔里木油田缝洞型碳酸盐岩储层的重要储集空间之一，其成因复杂
2、，结构相对简单，分布极不规律，是构成复杂缝洞型油藏的一个基础1-6。针对这类油藏目前主要的开采方式主要是依靠弹性能量开采，后期部分油井采用注水补充能量的方法7-9。在塔里木油田缝洞型储层中，大部分油井都是油水同产，说明溶洞内油水共存的情况较多，故本文针对大型溶洞进行弹性开采的模拟实验，力求通过简单的物理模拟，揭示出油井在自喷期阶段，产量和井底压力的变化特征，并进行了实验室模拟油和矿场原油的实验对比及相应的理论分析，为溶洞属性识别方面奠定一定的基础。1 物理模型及实验设计1.1 物理模型 塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏储集空间类型复杂，分布极不规律，其中存在部分较大的溶洞，从地震资料及生产数据上分析
3、，一些学者认为这些溶洞的体积可大达几十万方，故本文针对这些大尺度的无能量供给溶洞在弹性能量下开采进行实验研究。无供给溶洞作为最简单的缝洞单元，是研究复杂缝洞型油藏基础，其结构如图1所示，油井钻遇溶洞的顶部或周围大裂缝，溶洞内油水共存，且无能量供给，主要依靠流体和岩石的弹性膨胀能量进行开采，设溶洞内原始压力Pi，溶洞内油的体积为Vo、水的体积为Vw，溶洞总体积为V，井底压力为Pw，油井的产量为Q，在岩石压缩系数的前提下，采用实验模拟和理论分析的方法，对该类油藏的弹性开采情况进行分析。图1 物理模型示意图1.2 实验流程及实验方法实验流程如图3所示，实验采用高压ISCO泵为实验提供原始动力，采用体
4、积为1000ml的高压容器模拟未充填溶洞，采用具有贯穿裂缝的岩心模拟洞间裂缝，通过电子天平和巡检仪自动记录出口质量和溶洞内压力变化。图2 实验流程图孤立溶洞模型分别以溶洞内油水比例7:3、3:7进行弹性开采实验，地层原始压力为30MPa，实验选用蒸馏水模拟地层水，实验室测得压缩系数为0.000475MPa-1；选用模拟油模拟地层原油，实验室测得压缩系数为0.000628 MPa-1，粘度为27.6mPas；实验还选用塔里木油田某区块的高粘度原油和地层水进行实验，与模拟油实验结果对比。2 数学分析 针对这种简单的缝洞单元结构，主要依靠流体的弹性能量开采，假设流体微可压缩，且压缩系数为常数；综合压
5、缩系数以流体压缩系数为主忽略岩石压缩系数；油藏温度在开发过程中保持不变，油藏动态仅与压力有关；油井的产量完全由溶洞中流体的弹性膨胀得到；根据弹性理论可知10：首先，根据层流理论，出口瞬时流量满足如下关系： （1）式中：q(t)出口瞬时流量； P(t)溶洞内相对压力；比列系数。根据弹性定律有： （2）式（1）和式（2）联立起来可得： （3）据式（3）积分，可得溶洞内相对压力压降公式，代入式（1）得出口产液量公式： （4）式（4）为从0时刻积分到t时刻，可得生产t时刻溶洞内累计压降P(t)与出口累计产液量Q(t)的关系式： （5）式中： Q(t)截止t时刻时累计产量；P(t)截止t时刻时溶洞内累计
6、压降。依据假设，引入油嘴控制方程，溶洞的产量为： （6）整理带入（2）式得井底压力变化公式： （7）从0时刻积分到t时刻，出口累计产量Q(t)的关系式： （8） 由上述理论分析可知，对于无供给溶洞在弹性开采条件下，井底压力呈单指数递减趋势，递减指数与井口油嘴控制和溶洞内油水体积及压缩系数有关，油井产量也呈单指数形式递减；累积产量与累积压降呈线性关系，其斜率为常数，且只与溶洞内油水体积和压缩系数有关，由此可估算溶洞体积范围，分析可知该斜率的物理意义为单位压差作用下的累积产液量。3 实验结果及分析 图3为模拟油实验油水体积3:7时的压力递减曲线，由拟合结果可知，井底压力呈单指数形式递减；图4为模拟
7、油实验累积产量与累积压降关系曲线，可知累积产量与累积压降关系曲线呈直线，且溶洞内油的体积越大，则累积产量与累积压降曲线的斜率越大，分析其原因为模拟油的压缩系数大于蒸馏水的压缩系数；由此可知，实验结果与理论分析一致。 图3 油水体积3:7时压力递减拟合曲线（模拟油） 图4 累积产量与累积压降曲线（模拟油） 图5为矿场原油实验不同油水体积时压力的递减曲线，由图可知，溶洞内油的体积越小，则压力递减越快，递减幅度越大，分析其原因为矿产原油的压缩系数大于地层水的压缩系数；图6为矿场原油实验累积产量与累积压降关系曲线，可知规律与模拟油实验结果一致。 图5 不同油水体积时压力递减曲线（矿场原油） 图6 累积
8、产量与累积压降曲线（矿场原油）4 结论 对于无供给的溶洞弹性开采时，井底压力和油井产量都呈单指数递减趋势变化，且递减指数与井口油嘴、溶洞属性有关；累积产量与累积压降关系曲线呈直线，且斜率只与溶洞内油水体积和压缩系数有关。模拟油的实验结果与矿场原油实验结果一致，在油田现场可根据油井自喷期的生产资料进行分析，得出累积产量与累积压降关系曲线斜率，估算溶洞体积大小，对矿场具有一定的指导作用。参考文献1 杨辉廷,江同文,颜其彬等.缝洞型碳酸盐岩储层三维地质建模方法初探J.大庆石油地质与开发,2004,23(4):11-16.2 杨宇,康毅力,张凤东等.塔河油田缝洞型油藏流动单元的定义和划分J.大庆石油地
9、质与开发,2007,26(2):31-34.3 张希明，杨坚，杨秋来，等塔河缝洞型碳酸盐岩油藏描述及储量评估技术J石油学报，2004，25(1)：13-19.4 张希明新疆塔河油田下奥陶统碳酸盐岩缝洞型油气藏特征J石油勘探与开发，2001，28(5)： 17-225 鲁新便,蔡忠贤.缝洞型碳酸盐岩油藏古溶洞系统与油气开发J.石油与天然气质,2010,31(1):22-27.6 修乃岭,熊伟,班凡生,等.缝洞型油藏裂缝-溶洞中流体运动特征研究J.重庆科技学院学报（自然科学版）,2007,9(2):14-16.7 黄孝特.碳酸盐岩裂缝-溶洞型油气藏开发技术探讨J.石油实验地质，2002,24（5）
10、：446-448.8 赵文革,陆正元,向阳. 四川盆地下二叠统碳酸盐岩气藏储渗空间研究J. 大庆石油地质与开发,2006,25(5):9-11.9 班凡生,高树生,熊伟等.裂缝-孔隙型双重介质油藏流体窜流规律J.辽宁工程技术大学学报（自然科学版）,2008,27(5):677-679.10 程倩,熊伟,高树生等.单洞型油藏弹性开采实验研究J.特种油气藏,2009,16(2):47-49.基金项目：国家重点基础研究发展计划项目（“973”项目）“碳酸盐岩缝洞型油藏开发基础研究”资助（编号：2006CB202404）第一作者简介：常宝华（1986-），男，2008年毕业于中国石油大学（北京）石油工
11、程专业，现就读于中国科学院渗流流体力学研究所攻读博士学位，研究方向为油气藏开发与渗流机理。地址：河北省廊坊市44号信箱渗流所，邮政编码：065007，E-mail：shidabaohua，联系电话：（010）69213449。EXPERIMENTAL STUDY OF ELASTIC MINNING IN THE NO SUPPLY CAVEAbstract: The large cave is an important fractured reservoir storage space in the Tarim Oilfield, base on simulation of oil flow
12、ing through the phase of the flexibility of mining conditions, to understand variation of pressure and production since the flush stage, proposed relationship between cumulative production and accumulation of pressure drop characteristics, and gives the physical meaning of the slope of the curve, sh
13、ows the curve in estimating the volume on the application of caves, cave property in order to further provide a basis for calculation, and carried out in laboratory experiments crude oil and mine contrast, get result and proved the reliability of the laboratory simulation of oil; through theoretical analysis and experimental results.Keyword: cave; fracture-vuggy reservoirs; elastic mining; carbonate rock; no supply
