第 46 卷第 5 期 中南大学学报(自然科学版) Vol.46 No.5 2015 年 5 月 Journal of Central South University (Science and Technology) May2015 DOI: 10.11817/j.issn.1672­7207.2015.05.022 

致密油藏非达西渗流流态响应与极限井距研究

任龙 1 ，苏玉亮 1 ，赵广渊 2 (1. 中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛，266580; 2. 中海油田服务股份有限公司，天津 塘沽，300452) 

摘要：基于实际岩心流动实验，利用典型非线性渗流数学模型，对致密油藏非达西渗流流态响应和极限注采井距 进行研究，并结合实例，计算不同渗透率级别下采油井的极限布井轨迹，揭示注采井间压力及压力梯度分布特征。 研究结果表明：致密油藏单相流体渗流可分为不流动区域、非线性渗流区域和拟线性渗流区域3个渗流流态响应 区域；考虑压裂时，不同渗透率级别下采油井的极限布井轨迹相似(一条直线和一段 1/4 圆弧组成)；随着距水井 距离的增加，注采井间压力及压力梯度分布的3条近似直线段依次对应注水井附近的径向流、裂缝附近的拟径向 流和裂缝内的线性流3种渗流流态，且渗透率越小，最小启动压力梯度越明显，注水井与裂缝端点之间的压力损 失越严重。 关键词：致密油藏；非达西渗流；流态；极限井距 中图分类号：TE348 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2015)05−1732−07 

Non­Darcy flow pattern response and critical well spacing in tight oil reservoirs 

REN Long 1 , SU Yuliang 1 , ZHAO Guangyuan 2 (1. School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (Huadong), Qingdao 266580, China; 2.China National Offshore Oil Corporation (CNOOC)Oilfield Service Limited, Tianjin 300452, China) 

Abstract: Based on the experiment results of actual cores and the typical non­linear flow mathematical model, the non­Darcy flow pattern response and critical well spacing in tight oil reservoirs were investigated. Based on a case, the critical well spacing in different permeability reservoirs was calculated, which reveals the pressure and gradient pressure distributing regularity between injection well and production well. The results indicate that during the single­phase flow in tight oil reservoir, there are three flow pattern response regions: a non­flow area, a non­linear flow area and a quasi­linear flow area. For fractured well, the track of production well about the injection well (i.e.,a line and a quarter of a circle)is similar. As further away from the injection well, three pressure or gradientpressuredistribution lines can show three flow patterns: radical flow near the injection well, pseudo radical flow around the fracture and linear flow in the fracture. The tighter reservoir is, the greater minimum start­up pressure gradient will be, and the more pressure loss between injection well and the tip point of fracture. Key words:tight oil reservoirs; non­Darcy flows; flow pattern; critical well spacing 

收稿日期：2014−05−26；修回日期：2014−08−20 基金项目(Foundation item)： 国家科技重大专项(2011ZX05051)； 长江学者和创新团队发展计划项目(IRT1294) (Project(2011ZX05051) supported bythe National Science and Technology Major Project; Project(IRT1294) supported by the Program for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University) 通信作者：任龙，博士研究生，从事油气渗流理论与应用方面的研究；E­mail: dragon_rmb@163.com第 5 期 任龙，等：致密油藏非达西渗流流态响应与极限井距研究 1733 致密储层的物性界限一般定义为地面空气渗透率 小于 1.0×10 −3 μm 2 、地下覆压渗透率小于 0.1×10 −3 μm 2 [1] 。致密油藏具有与常规油藏不同的地质特征， 主要表现为储层致密、资源丰度低和物性差等 [2−4] ，普 遍存在压力异常及改造后初期产量高、递减快和生产 周期较长等特点。流体在致密储层多孔介质流动过程 中，由于流体流动状态、多孔介质的结构以及两者之 间的相互作用等影响，流体的流动不再符合线性达西 公式，表现为流动存在启动压力梯度，在流速−压差 关系图上存在明显的非线性段，而这个非线性流动段 对油藏中各点的流态分布和开发指标的计算具有重要 影响 [5−8] 。目前，描述低渗油藏渗流规律的模型大多为 拟线性模型，即引入拟启动压力梯度的概念，利用不 同渗透率与拟启动压力梯度的关系，对低渗透油藏中 的流态分布进行研究。吕成远等 [9] 通过二次函数曲线 描述了岩心渗透率和启动压力梯度的变化，并根据最 小驱替压力梯度和最大驱替压力梯度绘制了流态判定 应用图版；王端平等 [10] 根据渗流流量方程和流速方 程，结合室内实验和现场资料，提出了技术极限井距 计算公式；燕良东等 [5] 利用非线性数学模型，从理论 上给出了低渗透油藏中流态分布的计算方法，指出了 流体在低渗透油藏中以特低速度流动时压力分布的特 点；卢丽等 [11] 运用达西径向渗流模型、一维条带状渗 流模型和拟线性渗流模型相结合的方法，求解了注采 压力分布；王胜华等 [12] 以低渗透油藏渗流规律的连续 数学模型为基础，分析了低渗透油藏压裂后注采井间 的渗流特点、压力及压力梯度变化规律。上述研究主 要针对低渗透油藏存在非线性渗流现象，分析了拟启 动压力梯度对注采井距的影响，但对致密油藏非线性 渗流流态研究较少，没有考虑到不同启动压力梯度对 渗流流态及注采井距的影响。为此，本文作者在前人 研究的基础上，基于典型非线性渗流数学模型，通过 致密油藏实际岩心流动实验，对岩心渗透率与 3 种启 动压力梯度进行了拟合，研究了致密油藏非达西渗流 流态响应及极限注采井距，并结合实例计算，分析了 不同渗透率级别下以注水井为中心、考虑压裂的采油 井的极限布井轨迹，揭示了注采井间压力及压力梯度 分布特征。 1 非达西渗流数学模型 致密油藏由于储层微孔隙结构复杂，油气水赖以 流动的通道非常细微，渗流阻力很大，流体在渗流过 程中受到的固壁作用影响较大，渗流规律已经不再符 合经典达西定律，形成低速非线性渗流，其重要特征 就是渗流过程中存在着启动压力梯度。流体在致密油 藏中的流动最本质也是最明显的一点，就是其流动规 律不再符合经典的渗流规律——Darcy 定律， “流速− 压差”曲线表现为 1条曲线段和1 条不过原点的拟直 线段的组合 [13−16] 。 典型非达西渗流规律曲线如图 1所示，其渗流数 学方程为： OA不流动阶段， v=0 (1) AD非达西渗流阶段， 

2 012 () vApApA =Ñ+×Ñ+ (2) 

DE达西渗流阶段，vkpb =×Ñ+ (3) 式中： v为渗流速度， cm/s； p Ñ 为压力梯度， MPa/cm； A0，A1，A2，k和b为拟合系数。式(1)~(3)为各渗流阶 段的渗流速度与压力梯度的变化关系式。A，B和C 3 个点的驱替压力梯度分别对应最小启动压力梯度 Gmin(GA)、拟启动压力梯度G 拟 (GB)和最大启动压力梯 度Gmax(GC)，其中，最小启动压力梯度Gmin 和拟启动 压力梯度G 拟 分别可由式(2)和(3)求得。

图1 典型非达西渗流规律曲线 Fig. 1 Typical non­Darcy flow law curve 

在非达西渗流阶段，渗流速度为0 cm/s时对应的 驱替压力梯度为最小启动压力梯度Gmin，即式(2)的正 根： 

min 2 1102 

0 

4 2 AAAA G A -+-×

= (4) 

通常定义拟启动压力梯度 Gf 为线性段反向延长 线与驱替压力梯度坐标轴的交点，即 

f b G k =- (5)