特低渗透油层原油边界层特征及其对渗流规律的影响

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1、特低渗透油层原油边界层特征及其对渗流规律的影响摘要：对于粘性和可压缩性流体，除了法应力外，实际流体内部各层之间还传递切应力，在浸没于流体中的固壁附近也是如此，真实流体中的切向力(即摩擦力)与称为流体粘性的这一性质有关，切应力的存在造成固壁上的难以滑移的边界流体。利用流管模型描述了原油边界的基本特征，通过实验手段，探索了特低渗透率岩心单相流体渗流过程中原油边界层随驱动压力梯度、流体粘度以及岩心渗透率的变化规律，分析了边界层流体所占总流体的比例以及边界层厚度对油井产能的影响。关键词：特低渗透；原油边界层；渗流规律；流管模型1

2、低渗透油层原油边界层的特征1.1原油边界层基本特征油藏渗流环境中的渗流流体有体相流体和边界流体两部分。体相流体是指其性质不受界面现象影响的流体，它分布在多孔介质孔道的中轴部位。边界流体是指其性质受界面现象影响的流体，它紧靠在孔道壁上形成一个边界层[1，2]。原油边界层中，越靠近固体表面的地方，其原油的流动需要更大的驱动压力梯度。说明越接近固体表面，原油边界层的结构变得更加牢固。即越接近固体表面，原油的粘度和极限剪切应力也越大，其开采难度也越大[1，2]。实际流体和理想流体的本质区别就是前者具有粘性。对层流而言，单位面积摩

3、擦力的大小，可以看出，对于确定的流体的等温流场，摩擦力的大小与速度梯度有关，其比例函数即动力粘度。速度梯度大，粘性力也大，此时的流场称为粘性流场。若速度梯度很小，则粘性力可以忽略，称为非粘性流场。对于非粘性流场，则可按理想流体来处理[3,4]。则纳维-斯托克斯方程可由欧拉方程代替，从而使问题大为简化。雷诺准数当空气、蒸汽，水等小粘度的流体与其它物体作高速相对运动时，一般雷诺数很大。在这些流动中，惯性力远大于粘性力，所以可略去粘性力。但在紧靠物体壁面存在一流体薄层，粘性力却与惯性力为同一数量级。所以，在这一薄层中，两者均不

4、能略去。这一薄层就叫边界层，或叫速度边界层，由普朗特在1904年发现[3]。边界层η(x)xy0图1流体沿毛管边界层速度分布边界层的基本特征有：(1)层流边界层的厚度与成正比，随着沿平板流动的深入边界层厚度不断增长；(2)层内很大，边界层内存在层流和紊流两种流态；(3)边界层内，即认为边界层内各截面上的压力等于同一截面上边界层外边界上的压力；惯性力和粘性力为同一数量级。1.2原油边界层的分类边界层又分为层流边界层（图2），紊流边界层以及起始部分为层流，然后是紊流的，为混合边界层[3,5]。层流边界层η(x)xy0紊流边界

5、层dL图2毛管中原油边界层的类型2存在边界层的渗流特征2.1毛管渗流理论在实际的低渗透油藏中，由于孔隙半径和边界层厚度几乎在同一个数量级上甚至更小，导致边界层流体对渗流产生较大的影响，产生非线性渗流[6~9]。目前，对于边界层的研究主要采用实验室内微毛管实验，一般采用等直径微圆管液体流动公式，即Hagen-Poiseuill方程（1）则：（2）（3）根据毛管束模型有：（4）变形为：（5）其中：——为边界层厚度，；、——为毛管半径、渗流毛管半径，；——为流量，10-12；——为流体粘度，；——为压力梯度，。2.2原油边界层

6、的渗流实验研究实验室内研究表明，随着毛管半径的增大，边界层流体对渗流的影响越小，边界层厚度随毛管半径变大而指数递减。本次研究采用实际的低渗透储层岩心的实验室实测数据，通过视渗透率的变化来推断边界层对渗流的影响程度。图3压力梯度与渗透率的关系研究认为，在低速非达西流动区的每一个准静态过程，仍符合达西公式的形式：（6）其中：K(△p)——表示渗透率为压力梯度的函数。根据岩心实验数据的拟合结果，与存在以下关系（7）图3西28-31井1-41/97-1-1号岩心煤油测试压力梯度与渗透率的关系统计的实验室测试岩心数据如下：表1实验

7、室测试岩心数据统计表井号岩心号ab渗透率(10-3μm2)孔隙度(%)ζ(μm)西28-311-10/97-2-20.010.03711.2812.90.09761-41/97-30.0060.11071.603212.690.11241-41/97-1-20.00660.07670.668311.730.07551-12/97-2-20.00220.01620.785112.410.07951-10/97-1-10.00280.0251.1411.870.0981-41/97-1-10.00070.00590.6388

8、12.590.0712平14-141-11/86-10.00670.0441.296610.90.10911-70/80-10.00090.00330.350617.570.04471-11/86-20.01240.07361.13411.160.1008西33-0331-139/269-20.02250.11121