裂缝性油藏渗吸采油机理数值模拟

基于渗吸采油机理和渗流理论,建立考虑重力和毛管压力的静态和动态渗吸机理数学模型,并利用室内实验数据验证了模型的可靠性,然后利用该模型研究了原油黏度、基质渗透率、岩块尺寸、界面张力以及驱替速度对渗吸采油的影响。研究表明:渗吸采收率随原油黏度增加而降低,黏度越小,初期渗吸速度越快;基质渗透率与渗吸采出程度正相关,低渗油藏至致密油范围内渗吸采油效果差异显著;岩块尺寸与渗吸采出程度负相关;不考虑重力时,界面张力较低导致渗吸采油无法发生,考虑重力时,超低界面张力下渗吸采油也能发生,总体呈现出随着界面张力降低渗吸采收率先升后降的趋势,并且不同界面张力范围内毛管压力和重力的作用存在差异;裂缝性油藏驱替速度存在最优取值范围,应在保证产油速度的条件下优选驱替速度以获得较高采收率。     

裂缝性碳酸盐岩油藏脉冲注水研究

在裂缝性碳酸盐岩油田注水开发主要是利用毛细管的渗吸作用。注入水驱油时,毛管自吸作用使注入水进入基质系统并将原油驱替至裂缝系统。采用脉冲注水方式能够有效的利用渗吸作用来改善此类油藏的水驱开发效果,可以提高油藏的最终采收率。本文在实验室岩芯的渗吸规律与脉冲注水的分析基础上,论证合理的开发指标。实验研究表明,碳酸盐岩基质系统物性较差,从而在渗吸作用中驱油效率较低。相对自然渗吸作用,脉冲注水可提高0.61%~8.92%的驱油效率。在数值模拟与实际开发的验证中也表明脉冲注水能提高裂缝性碳酸盐岩油藏的采出程度。     

致密油藏裂缝动态渗吸排驱规律

为明确裂缝性致密油藏注水动态渗吸特征,解决水驱采收率低下等问题,以姬塬油田延长组长6油层组为研究对象,采用高压压汞、核磁共振T₂谱、扫描电镜和铸体薄片分析等方法研究了目标储层微观孔隙结构特征,建立了3类储层分类评价标准,并对代表性岩心开展了基于核磁共振在线扫描的动态渗吸实验,模拟了水驱过程中裂缝-基质间的动态渗吸过程,从微观孔隙尺度定量表征了不同孔径孔隙原油的动用程度,评价了8个储层物性参数对动态渗吸效率的影响程度。实验结果表明,目标储层孔隙结构可划分为3类,随着储层孔隙结构变差,孔隙类型逐渐单一化、储集性能和渗流能力不断降低,导致动态渗吸效率不断下降。Ⅰ类和Ⅱ类储层动态渗吸过程可以划分为3个阶段：大孔隙在驱替作用下采出程度快速上升阶段、微小孔隙在渗吸作用下采出程度缓慢上升阶段和动态渗吸平衡阶段;而Ⅲ类储层在实验中仅存在前2个阶段。随着储层孔隙结构变差,微小孔隙动用比例增大,渗吸作用明显,虽然对岩心总采收率贡献程度增加,但总采收率低下。渗透率、可动原油饱和度、孔隙半径、可动原油孔隙度、黏土矿物含量和润湿性是影响动态渗吸效率的主要因素,对渗吸效率的影响程度依次逐渐减弱。分选系数和孔隙度是影响动态渗吸效率的次要因素,对渗吸效率的影响程度相对较小。     

渗吸效应对裂缝性低渗砾岩油藏开发的影响——以玛湖乌尔禾组储层为例

玛湖砾岩低渗储层的开发依赖裂缝，裂缝-基质间的渗吸效应对开发效果具有重要影响，但目前相关研究还极其薄弱。借助核磁共振技术研究了玛湖乌尔禾组砾岩的渗吸效应孔隙动用特征，并对其裂缝-基质间渗吸规律进行了量化表征，进一步将表征方程考虑到双孔、双渗模型中，在油藏尺度对比了渗吸效应对玛湖低渗砾岩油藏水平井开发的影响。研究发现，玛湖乌尔禾组砾岩岩心主要为中小孔隙（T₂<100 ms），渗吸效应平均采收率可达32.43%，其中小孔隙（T₂<10 ms）平均采收率为31.27%，中孔隙（10 < T₂ < 100 ms）平均采收率为37.11%，渗吸规律较好，符合改进后的MA指数模型。依据实验结果改进双孔、双渗模型后，模拟水平井开发5 a后发现，玛湖低渗砾岩油藏考虑渗吸效应时裂缝采收率下降了24.3%，基质采收率提高了4.6%，平均采收率提高了2.0%。该研究对后期制定合理的提采措施具有指导意义。     

不同水淹速度下的渗吸实验研究

水自发渗入基质岩块从而驱替出其中的油是天然裂缝性油藏提高采收率的重要机理。油藏岩心的室内实验测试发现因自然渗吸产生的渗吸采收率对评估油藏动态具有重要作用。当前大部分室内渗吸实验都是水淹程度不变的情况下进行的,而在实际油藏生产过程中,油水界面是不断上升的,导致之前所处油环境中的基质岩块被水所包围,引起自然渗吸过程中渗吸接触面的变化。文章基于水自发渗入饱和了模拟油的砂岩系统,对不同水淹速度下的自然渗吸进行了实验研究。研究发现水淹速度的快慢对早期渗吸驱油效率以及最终的渗吸采收率具有重要影响。水淹速度过快,早期的渗吸采油效率较高,最终采收率较低;水淹速度越慢,早期采油效率较低,但最终采收率较高。     

裂缝性油藏渗流特征及驱替机理数值模拟研究

通过双重介质数值模拟,详细研究了裂缝性油藏的渗流特征与驱替机理,并对开发效果的影响进行了敏感性分析。结果表明:岩石应力敏感性是制定裂缝性油藏开发策略的关键,它决定着开发方式、油藏压力保持能力及基质系统与裂缝系统采收率;基质系统与裂缝系统间的窜流作用在边底水能量充足或人工注水保压开发情况下很难发生,仅在降压开发过程中显现;对于基质系统,毛管压力渗析作用是最主要的渗流特征及驱替机理,采收率可达4%以上;对于裂缝系统,油水流动近似管流,采收率可达75%以上;重力作用在裂缝性油藏开发过程中虽客观存在,但作用较微弱。基质系统与裂缝系统油水相渗曲线形态的选取仅影响油水两相渗流能力,对采收率影响很小。     

JZS油田裂缝性潜山油藏基质驱油效率研究

为研究裂缝性潜山油藏基质与裂缝的出油过程,定量基质驱油效率,以JZS油田裂缝性潜山油藏为原型,建立单裂缝模型,研究基质的驱油效率,绘制基质驱油效率图版。驱油动力研究表明,当基质渗透率小于3×10~(-3)μm~2时,基质驱油主要动力为渗吸作用,其次为驱替作用,当基质渗透率大于3×10~(-3)μm~2时,基质驱油主要动力为驱替作用,其次为渗吸作用。驱油效率研究表明,基质驱油效率随地层原油黏度增加急剧降低,以JZS油田物性特征为例,当基质物性为1×10~(-3)μm~2时,地层原油黏度由3mPa·s增至200mPa·s,基质驱油效率由12.5%降至3.2%。JZS油田裂缝性潜山油藏基质驱油效率为12.5%,其中渗吸作用贡献10.1%,驱替作用贡献2.4%。研究成果对裂缝性潜山油藏制订开发策略具有指导意义,同时驱油效率图版可为该类油藏标定采收率提供依据。     

潜山裂缝性油藏水驱后提高采收率三维物理模拟

潜山裂缝性油藏非均质性强、基质渗透率低,水驱开发效果较差。以渤海JZ25-1S潜山裂缝性油藏为例,根据相似原理设计了三维大尺度裂缝性油藏高压物理模型,开展了注水开发及水驱后非混相气驱、凝胶颗粒驱和表面活性剂驱实验,并探究了不同提高采收率方法的作用机理。研究表明:注水开发阶段采出油主要来源于宏观裂缝,基质贡献较低,宏观裂缝储量比例越大,水驱采收率越高;脉冲式周期注水采收率高于间歇式周期注水;水驱后非混相气驱主要依靠气液密度差异驱替油藏顶部剩余油,采收率提高幅度主要取决于生产井垂向位置;凝胶颗粒可以较好地改善裂缝系统的非均质性,扩大注入水的波及范围,原油采收率提高2～4个百分点;表面活性剂驱可以通过清洗宏观裂缝表面的剩余油提高采收率,焖井一段时间后则通过促进基质微裂缝的自发渗吸作用提高采收率,原油采收率可提高3～5个百分点。     

延长油田典型致密油储层渗吸-驱替采油机理定量分析

渗吸法驱油是致密油储层重要的采油方式之一,目前主要针对裂缝系统与基质系统之间的渗吸机理进行了较为深入的研究,但对于渗吸和驱替作用对渗流阶段采出程度的影响和贡献却未形成统一的认识。为此,基于延长油田水磨沟区长8致密油储层的孔隙结构分布特征以及裂缝系统和基质系统驱替压力特征分析,利用核磁共振技术定量表征驱替法和渗吸法对采出程度和可动流体分布的影响。实验结果表明:研究区致密油储层渗流能力的主控因素为喉道半径;裂缝性岩心样品基质系统的采出程度主要受控于渗吸作用,裂缝系统的采出程度主要受控于驱替作用;核磁共振定量分析驱替法和渗吸法的采收率分别为32.30%~39.32%和9.60%~19.49%;致密油储层岩心样品的微观孔隙结构复杂,且渗吸-驱替过程中流体流动方向受微观孔喉润湿性影响,因此渗吸法与驱替法的可动流体分布没有严格的孔隙尺寸界限。     

致密岩心带压渗吸规律实验研究

致密油藏体积改造压后闷井过程中发生的渗吸置换，通常在压差（基质外部流体压力与孔隙压力之差）作用下进行，但渗吸置换物理模拟却通常在常压下进行（即自发渗吸），带压条件下的渗吸置换特征尚未提及。为研究压差作用下的渗吸置换（即带压渗吸）规律，首先，建立基于低场核磁共振测试技术的带压渗吸实验方法；其次，分析自发/带压渗吸的异同；最后，建立带压渗吸无因次时间模型。结果表明，质量分数为96.76%~97.25%的油相集中分布于纳米孔（1 ms ≤ T₂ ≤ 100 ms）内，纳米孔是主要储集空间；相比于自发渗吸，带压渗吸置换效率大幅提升是由强化的渗吸作用和压实作用共同造成的；岩心尺度建立的带压渗吸无因次时间模型可行，为确定油藏尺度压后闷井时间提供了新思路。      

鄂尔多斯盆地超低渗透油藏渗吸特征及其影响因素——以渭北油田三叠系延长组三段储层为例

鄂尔多斯盆地渭北油田属于超低渗透油藏,具有孔隙细小、孔喉结构复杂的特点。在前期的注水开发中存在明显的渗吸现象,对油田开发效果有一定的提高,但渗吸作用特征以及通过渗吸作用提高采收率的幅度认识不清。选取渭北油田三叠系延长组三段(长3)储层样品,通过物性测试、铸体薄片分析、扫描电镜、高压压汞和各类渗吸等实验,分析了研究区储层物性和孔喉结构特征,进行了不同介质类型以及不同含油饱和度下的渗吸实验。结果表明研究区储层溶蚀孔、粒间孔以及晶间孔三类孔隙比较发育,不同孔隙类型为主储层对应的孔喉结构特征差异较大,溶蚀孔、晶间孔为主的储层其孔喉结构逐渐变差。直接渗吸实验表明,裂缝型储层渗吸驱油效率均高于基质型储层,平均渗吸驱油效率分别为34.8%和23.2%;残余油下渗吸作用可以提高储层驱油效率,但幅度有限(5.3%~6.7%)。储层物性、介质类型、孔喉结构、渗吸时机等是影响渗吸驱油效率的主要因素,当储层物性越高、孔喉结构越好、含油饱和度相对较低时,储层渗吸作用相对较弱,渗吸驱油效率相对较低。      

Simulation of counter-current imbibition in water-wet fractured reservoirs

Counter-current imbibition, where water spontaneously enters a water-wet rock while oil escapes by flowing in the opposite direction is a key recovery mechanism in fractured reservoirs. Fine grid, one- and two-dimensional simulations of counter-current imbibition are performed and the results are compared with experimental measurements in the literature. The experimental data are reproduced using two sets of relative permeabilities and capillary pressures. One set is derived from a counter-current experiment and one set is computed using pore-scale modelling.Two-dimensional simulations of water flow through a single high permeability fracture in contact with a lower permeability matrix are run. The results are compared with experimental measurements of fracture flow and matrix imbibition in the literature and with one-dimensional simulations that account for imbibition from fracture to matrix using an empirical transfer function. It is shown that with this transfer function the behavior of the two-dimensional displacement can be predicted using a one-dimensional model.     

致密油藏孔喉分布特征对渗吸驱油规律的影响

自发渗吸是致密油藏中一种重要开发机理,构建准确的渗吸驱油数学模型对明确致密油藏渗吸驱油规律具有重要意义。基于毛管束模型,考虑束缚水和残余油饱和度,利用二维高斯分布函数拟合从高压压汞测量得到的致密砂岩孔喉分布,构建岩心尺度致密砂岩基质渗吸驱油数学模型,并通过致密砂岩渗吸实验对数学模型进行验证,开展渗吸规律影响因素分析,明确孔喉分布、润湿角、界面张力等因素对渗吸驱油速率的影响。结果表明,致密砂岩微纳米孔喉分布在半对数图中呈二维高斯分布特征;在自发渗吸初期,渗吸驱油速率主要取决于大孔分布特征,岩心渗透率越高,渗吸驱油速率越大;在自发渗吸中后期,渗吸驱油速率主要受纳米孔喉分布影响;渗吸驱油速率随润湿角降低、油水界面张力增大、原油黏度降低而增大。明确致密储层孔喉分布特征能够准确预测致密油藏渗吸驱油速率,对致密油藏开采制度的确定具有一定的指导作用。     

低渗透/致密油藏驱替-渗吸数学模型及其应用

在亲水性低渗透/致密油藏注水开发过程中存在驱替和渗吸双重作用开发机理。为定量表征驱替和渗吸作用在低渗透/致密油藏注水开发中的贡献，明确影响低渗透/致密油藏注水开发过程关键因素，基于毛细管束模型，开展驱替和渗吸双重作用下驱油过程力学机制分析，明确驱替压力梯度、孔喉大小、润湿性、油水黏度、界面张力等因素对驱油速度的影响；基于孔喉分形分布特征，考虑束缚水和残余油赋存特征，构建岩心尺度驱替-渗吸数学模型，给出不同驱替压力梯度下岩心尺度驱油流量和采收程度随时间变化关系；构建驱替压力梯度-渗透率双对数图版，将低渗透/致密油藏注水开发分为驱替为主、渗吸为主和驱替-渗吸共同作用3类不同注水开发机理。驱替压力梯度-渗透率双对数图版可以判定低渗透/致密油藏任一点处注水开发机理类型，定量表征驱替与渗吸对注水开发驱油速率的贡献，为低渗透/致密油藏注水开发方案设计与调整提供一定依据。     

低渗透/致密油藏驱替-渗吸数学模型及其应用

在亲水性低渗透/致密油藏注水开发过程中存在驱替和渗吸双重作用开发机理。为定量表征驱替和渗吸作用在低渗透/致密油藏注水开发中的贡献，明确影响低渗透/致密油藏注水开发过程关键因素，基于毛细管束模型，开展驱替和渗吸双重作用下驱油过程力学机制分析，明确驱替压力梯度、孔喉大小、润湿性、油水黏度、界面张力等因素对驱油速度的影响；基于孔喉分形分布特征，考虑束缚水和残余油赋存特征，构建岩心尺度驱替-渗吸数学模型，给出不同驱替压力梯度下岩心尺度驱油流量和采收程度随时间变化关系；构建驱替压力梯度-渗透率双对数图版，将低渗透/致密油藏注水开发分为驱替为主、渗吸为主和驱替-渗吸共同作用3类不同注水开发机理。驱替压力梯度-渗透率双对数图版可以判定低渗透/致密油藏任一点处注水开发机理类型，定量表征驱替与渗吸对注水开发驱油速率的贡献，为低渗透/致密油藏注水开发方案设计与调整提供一定依据。     

润湿程度,渗透率对吸渗排油作用的影响

利用美国ＳＳＩ公司的ＣＯＭＰ模拟软件，考察了润湿性、基质渗透率和裂缝渗透率对吸渗排油过程的影响，岩石的润湿程度对基质吸渗速度有显著影响，一般亲水性越强，吸渗排油速度越快，适宜于采用较大的采油速度开采。基质渗透率同样影响吸渗速度，其值越高，吸渗排油越快；如果基质渗透率较低，因其吸渗排油速度低，不宜采用较高的采油速度。裂缝渗透率对整个基质－裂缝系统的驱替过程有显著影响，当裂缝渗透率过高时，整个系统的驱替过程很短，但基质的吸渗排油过程可能还未完毕，从而导致采收率不高。     

低渗透油藏裂缝动态渗吸机理实验研究

根据低渗透油藏裂缝与基质交渗流动的理论模型和物理模型,建立了裂缝与基质之间动态渗吸的实验方法并就裂缝内驱替速度、油水黏度比、润湿性,初始含水饱和度等参数对动态渗吸效果的影响进行了实验研究.对于低渗透裂缝性油藏,在压力梯度作用下水在裂缝内流动,同时由于毛细管力作用水渗吸到基质内,渗吸到基质中的水将油替换出来渗流到裂缝中,注入水再将裂缝中的油驱替到出口端,这就是裂缝与基质之间的交渗流动.动态渗吸实验结果表明:在本实验条件下,存在一个最佳驱替速度(3.0 mL/h),渗吸效率最高为35.5%;在一定的驱替速度范围内,由干毛细管力与黏性力的共同作用,渗吸效果最好.亲水岩心的动态渗吸效果最好.油水黏度比越小,动态渗吸效果越好.初始含水饱和度越高,毛细管力越小,动态渗吸效果越差.图6参20     

边界层对致密油藏逆向渗吸的数值模拟

致密油藏开发过程中一般采用水平井多段体积压裂方法进行开采,近井基质被缝网充分切割,极大的增加了基质与裂缝的接触面积,压裂液或水通过缝网与基质发生逆向渗吸,因此无论压裂过程还是注水吞吐开发过程都不能忽视逆向渗吸作用的影响,另外由于致密储层流动规律不同于普通油藏,这导致致密油藏的逆向渗吸与常规油藏的逆向渗吸作用存在许多不同,为了准确模拟裂缝性致密储层中的渗吸作用,首先采用耗散粒子动力学的方法验证了致密储层微纳米喉道中渗吸过程中边界层的存在并得到渗吸过程中边界层厚度的变化规律,然后利用孔隙网络模型计算考虑边界层的关键渗流参数,主要包括渗透率、毛管力曲线及相渗曲线;并将计算获得的关键渗流参数应用到表征致密储层复杂缝网的数值模拟模型中,模拟结果显示边界层对渗吸作用具有抑制作用,当考虑边界层后储层的渗吸能力大幅度减弱,致密储层的渗吸采收率可能仅为不考率渗吸时的3/8而已,因此应当重视致密储层中边界层的存在,否则可能会高估储层的流动能力。     

中国致密油藏压裂驱油技术进展及发展方向

针对致密储层"注不进、采不出"的难题,提出"压—注—采"一体化作业的压裂驱油技术。梳理中国国内油田低渗致密储层压裂驱油技术发展的4个阶段:基质渗吸-油水置换采油、裂缝—基质动态渗吸采油、缝网压裂-蓄能增渗采油以及压裂驱油-焖井渗吸采油。明确压裂驱油6个方面技术特征:①细分切割体积压裂,提高缝控程度;②近破裂压力注水,形成大量微裂缝,扩大波及体积;③高压力持续注水,增加孔喉尺寸,改善渗流通道;④前置大液量注入,补充地层能量;⑤焖井渗吸置换,提高驱油效果;⑥添加压驱化学剂,增强洗油效率。综合考虑压驱地质特征、作用机理、工艺参数以及配套设施,深度剖析当前中国致密储层改造面临的地质-工程问题,提出压裂驱油未来4个方面技术攻关方向:①加强地质—工程一体化研究,优化油藏工程注采井网布局;②深化水平井立体改造技术,提高致密储层动用水平;③开展压驱技术作用机理研究,助力压驱工艺参数优化;④完善低成本高效率压驱配套技术,助推致密储层开发降本增效。     

页岩油水平井压裂渗吸驱油数值模拟研究

为了提高压裂页岩油水平井产量预测精度、优化闷井时间及压裂液用量等参数,建立了一种考虑压裂液注入、闷井渗吸及开井生产的压裂页岩油水平井油水两相渗流数学模型,利用控制体积有限元法求其数值解,模拟了渗吸作用下基质–裂缝油水置换的过程,获得了油水压力场、速度场、产量及含水率的动态变化。分析了压裂渗吸驱油特征,优化了闷井时间和压裂液用量,并研究了基质渗透率和缝网复杂程度对渗吸驱油的影响。研究结果表明:毛细管力越大,闷井时间越长,则含水率越低,渗吸增产作用越明显;压裂液用量增加能够提高渗吸驱油产量,但同时会引起含水率升高,可通过含水率和产量增幅确定压裂液合理的用量;最优闷井时间受毛细管力、基质渗透率和缝网复杂程度的影响,其中毛细管力和基质渗透率决定了渗吸速度,而缝网复杂程度决定了渗吸面积。所建立的渗吸油水两相渗流模型可为页岩油水平井压裂优化设计提供依据。