考虑启动压力梯度的致密砂岩储层渗透率分形模型

渗透率是描述储层渗流能力的物性参数。利用孔隙结构参数估算储层渗透率的经验公式是建立在理想化模型基础上的。在致密砂岩储层中,由于孔隙度、渗透率较低,喉道细小,边界层作用比较显著,流体渗流阻力大,存在明显的非达西渗流特征。与岩心分析方法相比,利用这种常规计算方法得到的渗透率与岩心渗透率偏差较大,无法准确进行产能计算。基于分形理论,考虑了毛细管迂曲度的分形维数和流体的非线性流动特征,利用毛管渗流模型建立了启动压力梯度存在时的渗透率分形模型。结果表明渗透率为储层孔隙度φ,储层孔喉分形维数Df、毛细管迂曲度分形维数DT以及最大孔喉半径rmax的函数,充分体现了储层微观孔隙结构和分形维数对渗透率的影响。通过与前人研究结果对比分析,新模型计算值相对误差较小,与实际岩心分析数据拟合趋势基本一致,表明新模型可以较好地预测致密油藏的渗透率。     

常规及非常规储层岩石分形特征对渗透率的影响

为了刻画不同类型储层孔隙结构及其对渗透率的影响,以压汞、核磁共振及N2吸附实验为基础,基于分形理论对砂岩、煤岩及页岩的分形特征进行了分析,建立了砂岩、煤岩、页岩的等效毛管迂曲度模型,探讨了常规及非常规储层岩石分形特征参数对渗透率的影响。结果表明:砂岩、煤岩、页岩的分形维数主要为2.6~3.0,毛管平均迂曲度分形维数主要为1.1~2.3,分形维数大小与岩石渗透率具有负相关性;影响岩石渗透率的微观孔隙结构因素包括岩石的非均质性、孔喉分布、孔隙表面粗糙程度及毛管迂曲度等,其中毛管迂曲度对岩石渗透率的影响最大;煤岩的等效毛管迂曲度较小,砂岩中等,页岩较大。最后,利用分形理论模型对39组岩石样品渗透率进行预测,认为砂岩和煤岩的渗透率预测效果均较好,但对于具有强非均质性的页岩来说,其渗透率已经达到n D级,虽然预测结果具有一定的吻合度,但预测精度仍有待进一步提高。此次研究对深入探讨不同类型储层岩石微观渗流机理具有一定的参考价值。     

基于Kozeny—Carman方程的渗透率分形模型

Kozeny—Carman(KC)方程是渗流领域广泛应用于多孔介质渗透率预测的半经验公式,自该方程首次提出就不断地被修正并加以改进。应用分形理论,通过建立具有分形特征的毛管束模型,基于Posenille定律和达西公式分别确定了多孔介质的渗透率、孔隙度、比面的分形表达式,以经典的KC方程为基础,将三者的分形表达式相结合得出了全新的考虑比面影响的渗透率分形模型,同时得到了具有分形特征的KC常数。结果表明:多孔介质的渗透率是孔隙结构分形维数、迂曲度、宏观物性参数(孔隙度和比面)的函数,KC常数并不为固定值,而与毛细管的迂曲度、孔隙结构的分形维数等微观孔隙参数有着密切的联系。通过计算验证表明,相比于目前使用的KC方程,应用分形方法预测出的渗透率值与实际数值更加接近。     

砂岩孔喉结构复杂性定量表征及其对渗透率的影响——以东营凹陷沙河街组为例

砂岩孔喉结构复杂性是影响其渗透率的重要因素,而渗透率是评价优质储层的重要参数,因此定量表征砂岩孔喉结构复杂性是砂岩储层质量分析的重要基础。为此,以东营凹陷沙河街组砂岩为例,基于薄片鉴定、粉晶XRD和MICP测试,引入孔喉体积分形维数、迂曲度和迂曲度分形维数对砂岩的孔喉结构进行定量描述,并探究其岩石学控制因素,系统地分析体积分形维数、迂曲度和迂曲度分形维数与渗透率之间的关系。结果表明：东营凹陷沙河街组砂岩孔喉结构复杂性及渗透率受沉积微相的影响较大。平均孔喉直径是控制孔喉结构复杂性的重要因素,孔喉结构复杂性（体积分形维数、迂曲度和迂曲度分形维数）是影响砂岩渗透率的关键因素。     

基于分形理论的页岩基质表观渗透率研究

为了表征页岩基质表观渗透率,研究其动态变化规律,基于迂曲毛细管束分形理论及气体微观渗流机理,分别建立考虑吸附、滑脱、扩散及渗流的无机质和有机质表观渗透率模型,并通过面积系数加权得到页岩基质表观渗透率模型。结合实验数据及已有模型验证了新建模型的可靠性,定量分析了页岩基质微观孔隙结构(孔径、孔隙度、分形维数),外界环境(压力、含水饱和度、有效直径修正因子)及气体性质对页岩基质表观渗透率的影响。研究结果表明:随着储层压力的降低,无机质孔隙水膜厚度增大,有效直径减小,迂曲度分形维数增大,孔隙分形维数减小,气体滑脱效应增强,但仍以吸附影响为主,无机质表观渗透率总体呈下降趋势;有机质孔隙吸附气解吸使有效直径修正因子逐渐增大,迂曲度分形维数减小,孔隙分形维数增大,滑脱效应及努森扩散在低压小孔中增强,有机质表观渗透率总体呈上升趋势;有机质与无机质表观物性参数随压力、吸附层变化规律不同,渗透率差值较大,因此在页岩基质表观渗透率研究时应予以区分计算,避免其差异性所带来的误差。     

页岩孔隙结构的分形表征及渗透率预测

基于SEM二维页岩切片图像,采用MATLAB图像处理技术并结合多孔介质分形理论,对页岩二维切片图像的原始二值图像和重建二值图像中孔隙结构进行了分形表征,得到了页岩原始二值图像和重建二值图像的孔隙半径分维数,分析了页岩孔隙结构多重分形的原因。基于分形理论并利用毛细管束模型和Hagen-Poiseuille方程推导了页岩渗透率与孔隙半径分维数的关系式。MCMC方法重建的数字岩心能较好地体现原图的性质;最大孔隙半径、拐点半径、孔隙半径分维数和迂曲度分维数均对页岩渗透率有较大影响,页岩渗透率与最大孔隙半径和拐点半径呈明显的正相关性,与孔隙半径分维数和迂曲度分维数呈明显的负相关性,与孔隙半径分维数的相关性较小。     

基于CT扫描的低渗砂岩分形特征及孔渗参数预测

低渗砂岩孔喉狭小,结构复杂,难以进行岩石孔隙定量表征及物性参数的准确预测。为此,文中结合数字岩心技术及分形理论,提出了具有针对性的解决方法——选取四川盆地某气藏具有代表性的低渗砂岩岩样进行CT扫描,构建低渗砂岩微观结构图像和三维数字岩心,利用计盒维数方法分析低渗砂岩岩心孔隙空间的分形维数特征。结果表明:低渗砂岩孔隙空间具有良好的分形特征,利用分形理论可以描述其复杂的孔隙结构特征;通过建立岩石孔隙度、渗透率与孔隙空间分形维数的关系式,可有效预测该类低渗砂岩的孔渗参数,拓宽了分形理论在低渗储层物性评价中的应用范围。     

致密砂岩储层孔隙结构分形研究与渗透率计算——以川西坳陷蓬莱镇组、沙溪庙组储层为例

为厘清分形维数对储层物性特征的影响,并提高渗透率计算精度,通过对川西坳陷蓬莱镇组、沙溪庙组致密砂岩气藏12块岩心进行高压压汞实验;利用毛管束分形模型对进汞曲线进行分形处理,并结合物性资料,对分形维数与孔隙结构参数的关系进行研究;通过理论分析与多次试算,最终选取加权平均分形维数（D_ave）、分界压力（p_f）、中值半径（R₅₀）等对渗透率进行多元非线性回归计算。结果显示：研究区储层可划分Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类共4种孔隙结构类型;大、小孔孔隙结构相对独立,分形维数与孔隙结构参数关系复杂;多元回归计算的渗透率与实测渗透率相关系数平方达0.9。多元非线性回归计算模型对于渗透率的计算具有更高的精度,为致密砂岩储层渗透率的计算提供了新思路。     

低阶煤储层微观孔隙结构的分形模型评价

以准噶尔盆地南缘低阶煤储层为研究对象,在压汞实验基础上,应用3种分形理论模型,对低阶煤储层孔隙结构的非均质性进行了定量表征和对比研究。3种理论模型的分形维数D与D_m、D_s之间没有明显的相关性,且与煤岩储层的孔隙连通性之间相关性也较小。但随着经典几何学模型的分形维数D_m增大,热力学模型的分形维数D_s有增加的趋势,且随着D_m与D_s的增加,其煤岩储层微小孔的连通性也明显优于中大孔。不同分形模型的分形维数对低阶煤储层的地质意义不同,多孔介质分形模型的分形维数(D)主要表征低阶煤储层大尺度孔隙对于孔隙体积变化的影响,但没有揭示分形维数与煤储层物性的变化规律;经典几何学分形模型的分形维数(D_m)主要表征低阶煤储层孔隙空间变化的特征,煤储层的孔容随着分形维数(D_m)的增加而减小;热力学分形模型的分形维数(D_s)则主要表征低阶煤储层孔隙表面的粗糙程度,随着分形维数(D_s)增加,孔隙表面张力增大,孔隙表面的粗糙程度也就越大。低阶煤储层的孔隙度与渗透率都较低,连通性相对较好的微小孔增加连通孔隙的体积,根据不同分形模型的分形维数所反映的地质意义,可以按照不同渗透率范围,用不同的分形模型来表征低阶煤储层渗透率的变化规律,为低阶煤的煤层气开采与有效渗透率的预测提供地质依据。     

砂岩孔隙结构分形特征及相对渗透率研究

根据分形几何理论和储层岩心孔隙分布规律.进一步分析砂岩孔隙结构的分形特征.结果表明,定量描述砂岩孔隙结构分形特征的分形维数是分区域的,分形维数减小,孔隙结构变好.在分形孔隙累积频率大于50%时,中、高渗透率岩心的分维数和孔喉几何因子小,而低渗透率岩心的分维数和孔喉几何因子大.在孔隙分形模型的基础上,推导出预测油、水相对渗透率的理论预测公式,可用于高含水期孔隙结构和润湿性变化时相对渗透率的计算;该公式适合于数值模拟中相渗曲线的处理,但在进行数值模拟时,对实验室测试的相对渗透率取值要十分慎重.     

微纳米孔隙页岩气藏分形表观渗透率计算模型

微纳米孔隙页岩气藏运移机制多样,孔隙结构复杂,分形理论能比较精确地描述复杂系统。基于单根直圆管质量流量公式,推导出考虑迂曲分形维数的单根分形迂曲毛细管质量流量表达式,进一步推导出单位分形集内考虑管径分形维数与迂曲分形维数的总质量流量表达式,从而获得微纳米孔隙页岩气藏分形表观渗透率计算公式。通过实验数据,完成模型验证,对比分析文中模型与传统模型的差异,进行分形参数敏感性分析。结果表明:文中分形表观渗透率计算模型计算结果略高于Javadpour模型,略低于Xiong X模型,但与实验结果最为接近;页岩气藏分形表观渗透率随有效压力增大而逐渐减小,在压力较低时,下降较快,压力较高时,趋于平稳;分形表观渗透率受管径分形维数与迂曲分形维数的影响,随管径分形维数的增大呈非线性增大,随迂曲分形维数增大呈非线性减小。     

基于高压压汞和核磁共振的致密砂岩渗透率预测

分析影响致密砂岩渗透率的主控因素并准确预测致密砂岩渗透率对致密油气藏的开发具有重要意义。以鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩为研究对象,基于高压压汞和核磁共振对致密砂岩渗透率主控因素进行了研究,分别评价并优选了更适用于致密砂岩的基于高压压汞和核磁共振的渗透率预测模型。结果表明：影响致密砂岩渗透率的主要因素是孔喉半径,其中中值孔喉半径与致密砂岩渗透率相关性最强;与核磁共振T₂加权平均值相比,T₂几何均值与致密砂岩渗透率的相关性更强;在3种不同的核磁共振渗透率预测模型中,SDR-REV模型的预测效果要优于SDR模型和KCT_2w模型;在3种不同的高压压汞渗透率预测模型中,基于r₄₀和r₄₅的Winland模型渗透率预测精度较高。研究成果对鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩的进一步有效开发具有指导意义。     

粗糙孔壁对微/纳米尺度下致密砂岩气流动的影响

致密砂岩气藏具有明显的低孔低渗特征,基于常规低渗透气藏开发理论的实验手段和数值模拟方法无法准确揭示致密砂岩气藏的微观流动规律。同时,以往研究多针对简单平直通道或随机生成多孔介质开展流动模拟,而关于粗糙孔壁对致密砂岩气流动的影响研究较少。为此,考虑滑脱效应、边界克努森层以及非理想气体稠密性影响,基于LBGK-D2Q9模型构建了致密砂岩气藏微/纳米尺度流动数学模型,引入正则化算子消除格子Boltzmann方法在模拟微/纳米尺度复杂多孔介质流动中的非正常物理现象,提出了适用于模型的组合反弹/反射滑移边界条件关键参数,通过与文献中多种数值模拟方法的计算结果对比验证了模型的正确性。在此基础上,研究了孔道壁面分形维数、相对粗糙度、孔径、压力以及克努森数（Kn）对致密砂岩气流动影响规律,并通过大量模拟数据拟合得到孔道中致密砂岩气渗透率与Kn、壁面分形维数及相对粗糙度的数学关系式。研究结果表明：壁面分形维数和相对粗糙度越大,孔道中致密砂岩气平均流速越小,从而使得气体质量流量减小,渗透率显著下降;微尺度效应可促进致密砂岩气流动,且孔道壁面越粗糙其促进作用越弱;在给定粗糙孔道中,致密砂岩气流动特征主要受Kn控制,并且随Kn增大气体流动能力增加;孔道粗糙壁面对致密砂岩气流动能力的阻碍作用远大于微尺度效应的促进作用,并且Kn越大阻碍作用越明显,忽略粗糙孔壁对微/纳米尺度气体流动的阻碍作用会导致对气藏渗流能力的过高估计。     

致密砂岩储集层渗透率预测修正方法

致密砂岩储集层孔喉细小、孔喉关系复杂,现有的渗透率预测模型常应用于常规砂岩或碳酸盐岩储集层,不能很好地预测致密砂岩储集层的渗透率。选取鄂尔多斯盆地长6—长8油层组的10块致密砂岩岩心,基于矿物分析和扫描电镜等实验,分析了样品的矿物组成与孔喉结构特征;基于高压压汞实验,对8类典型渗透率预测模型的特征参数进行了修正,建立了适用于致密砂岩储集层的渗透率预测修正方法,并对模型进行了优选与适应性评价。研究表明,修正的Pittman模型、Winland模型、Dastidar模型和K-T模型对致密砂岩储集层渗透率具有较好的预测效果;而修正的Purcell模型、Swanson模型、Thomeer模型和W-A模型的预测效果较差。     

基于孔隙结构分形特征的水锁损害预测新方法

水锁损害是致密砂岩气藏最主要的损害类型,损害一旦发生则难以完全解除,会严重影响气藏的发现、评价和开发,因此,对储层水锁损害程度进行准确的预测极为重要。运用泡压法测试得到了储层岩石的连通喉道对渗流能力的分布,反映了不同含水饱和度下的渗流特征;在此基础上,建立了包含多种水锁损害控制因素的孔隙分形维数计算方法;最终建立起了基于孔隙结构分形特征的水锁损害预测模型,便可容易地计算不同含水饱和度下的渗透率损害率。应用该模型对四川盆地西部上三叠统须家河组岩心的水锁损害进行了预测,结果显示：对于该类储层,只要保证直径大于1 μm的喉道连通,返排压差高于0.3 MPa,就能保证水锁损害率低于30%。由此表明新方法能够更准确地反映水锁损害程度。     

致密砂岩储层物性及非均质性特征

中国西南地区四川盆地上三叠统须家河组碎屑岩地层为典型的非常规致密砂岩储集层,迄今已探明天然气储量已达万亿立方米,其中四川盆地中部广安地区须家河组六段（须六段）具有较大的勘探开发潜力。以须六段气藏段致密砂岩为研究对象,通过镜下薄片、物性和压汞等测试,结合分形理论研究,系统分析了其孔隙结构、物性特征和储层非均质性。结果表明：须六段砂岩储集层可明显划为3类。Ⅰ类储层（平均孔隙度12.27 %,平均渗透系数6.037 6 × 10^-3 μm²）以大孔或中孔为主,分形维数范围为2.42～2.59;Ⅱ类储层（平均孔隙度9.26 %,平均渗透系数1.152 3 × 10^-3 μm²）以中孔为主,小孔为次,大孔发育差,分形维数范围为2.47～2.56;Ⅲ类储层（平均孔隙度5.20 %,平均渗透系数0.351 7 × 10^-3 μm²）以小孔或中孔为主,大孔发育差或不发育,分形维数范围为2.45～2.81。孔隙类型的差异分布导致各类储层非均质性变化明显,主要表现为Ⅲ类储层非均质性强于Ⅰ类储层。相关性分析表明物性条件耦合于储层非均质性,且存在关键临界值,分形维数范围在2.45～2.60时,孔隙度与分形维数为正相关关系,渗透系数与分形维数的关系无明显规律;而分形维数大于2.60时,孔隙度与分形维数为负相关关系,渗透系数与分形维数为斜率接近0的线性关系。基于致密砂岩储层物性条件与分形特征的定量研究,探讨非常规天然气优质储层的评价标准,对指导中国非常规储层的勘探与开发研究具有重要理论与现实意义。     

致密砂岩储集层微观孔喉结构及其分形特征——以西加拿大盆地A区块Upper Montney段为例

为表征致密砂岩储集层微观孔喉结构及其分形特征,利用铸体薄片、扫描电镜、高压压汞等测试方法,对西加拿大盆地A区块下三叠统Upper Montney段致密砂岩样品进行了研究。结果表明,研究区储集层主要孔隙类型包括溶蚀孔、原生剩余粒间孔和晶间微孔,见少量微裂缝;储集层孔喉半径多小于0.30 μm,分布曲线呈多峰形态,有效储集空间主要由亚微米级和纳米级孔喉组成;研究区致密砂岩储集层可划分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类,其对应的孔喉总分形维数分别为2.31、2.46和2.63,Ⅰ类储集层的物性较好,非均质性相对弱;不同大小孔喉的分形特征有差异,通常亚微米级孔喉的分形维数较纳米级孔喉大,即亚微米级孔喉非均质性更强。孔喉分形维数与其结构有关,不同孔喉的发育造成了致密砂岩储集层非均质性各异。     

利用致密砂岩储层微组分电导率参数求取渗透率

致密砂岩储层具有较强的非均质性,用常规方法难以实现对其渗透率的有效预测。为了解决该问题,同时考虑岩石电导率、颗粒电导率、地层水电导率及胶结指数等建立了致密砂岩储层渗透率模型,并通过对致密砂岩渗透率的数值分析,探讨了这些因素对致密砂岩渗透率的影响,建立了相关解释图版。研究表明：①致密砂岩渗透率随着岩石电导率的增大而增大。当岩石电导率较小时,其对渗透率的影响较小;反之,影响较大。②致密砂岩渗透率随着颗粒电导率的增大而减小,但颗粒电导率对致密砂岩渗透率的影响并不大。与颗粒电导率相比,岩石电导率对致密砂岩渗透率的影响更大。③致密砂岩渗透率随着胶结指数的增大而增大。当胶结指数较小时,其对致密砂岩渗透率的影响较小;反之,影响较大。将该方法应用于川西地区三叠系致密砂岩储层渗透率的预测,取得了较好的应用效果,证明了该方法的有效性。研究成果对致密砂岩储层评价及测井评价等均具有一定的参考价值。