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     

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。     

一维两相同向渗吸模型的求解方法

渗吸作用是裂缝性储层提高原油采收率的重要机理,润湿相在毛细管力、重力的作用下进入储层基质,通过同向或逆向渗吸作用置换基质内的非润湿相。基于渗吸模型的局限性,文中推导了一维两相同向渗吸模型的通式,在相对渗透率曲线和毛细管压力曲线简化的基础上进行无因次化处理,并采用差分法进行了求解,获得了饱和度前缘移动曲线。采用COMSOL软件,对上述模型进行结果验证,并与逆向渗吸模型进行了对比。结果表明:COMSOL求解结果与文中求解结果近似,同向渗吸模型饱和度前缘推进速度比逆向渗吸更快,同向渗吸效率更高,采出原油更多。在裂缝性储层、常规甚至致密储层中,如果采用体积改造,密集切割储层基质,形成裂缝网络,则可发挥同向渗吸作用,提高原油采出程度。     

温度对稠油油藏油水相对渗透率影响规律的实验研究

为研究温度对稠油油藏油水相对渗透率的影响规律,选用委内瑞拉某区块稠油,配制实际油藏条件下的含气原油,基于一维岩心流动模拟实验,在考虑油藏条件下,采用非稳态法测定不同温度下的油水相对渗透率曲线。研究结果表明,稠油油相相对渗透率较大,水相相对渗透率极小,油水两相渗流能力极不平衡;随着温度的升高,束缚水饱和度呈线性增加,残余油饱和度呈非线性减小,等渗点对应的含水饱和度呈幂指数增加,相对渗透率曲线整体右移,两相共渗区域扩大,油水两相相对渗透率均增大,水相上升幅度小于油相。     

低渗透砂岩油藏油水相对渗透率曲线特征

摘要方法综合分析我国十余个低渗透油藏的毛管压力曲线和相对渗透率曲线,Ｊ（Ｓｗ）函数及Ｗｙｌｉｅ和Ｇａｒｄｎｅｒ公式,求出不同渗透率油藏的理论相对渗透率曲线。目的总结低渗透砂岩油藏油水相对渗透率曲线特征,为其开发提供理论依据。结果低渗透油藏中孔隙度、束缚水饱和度、残余油饱和度及共渗点与储层渗透率有一定的关系,即随着渗透率的增大,孔隙度、束缚水饱和度增大,残余油饱和度减小,油水两相共渗区的范围变窄。结论低渗透砂岩油藏的油水相对渗透率曲线具有一定的特征,即随着含水饱和度的增加,油相相对渗透率急剧下降,水相相对渗透率变化不大。利用本文所采用的方法可为理论模型模拟计算（动态预测和储量计算）提供输入数据     

低渗透裂缝性油藏自发渗吸渗流作用

裂缝和基质中流体渗吸作用是低渗透裂缝性油藏注水开采依据的重要机理。通过自发渗吸实验研究低渗透裂缝性油藏在不同渗透率级别下岩心的渗吸驱油机理,结果表明,该类油藏的油层渗吸体系因毛细管力较高,其渗吸过程为毛细管力支配下的逆向渗吸,毛细管力在吸渗过程中可作为驱油的动力;渗吸早期产油量高,约50 h后产油量明显降低,最后基本不产油。低渗透裂缝性油藏岩心自发渗吸采出程度平均为12%,其自发渗吸采出程度随渗透率的增大而增大,当渗透率大于2×10-3μm2时,自发渗吸采出程度的增加并不明显,孔隙结构越好越有利于自发渗吸作用发生。由于岩心和油藏储层尺寸存在差异,因此对实验结果进行等比例关系处理,使实验值可以用来预测实际油田开发指标。     

增强气油重力泄油的EOR方法

在致密裂缝性油藏中采用常规驱替方法(例如水驱)采油效果不好.在这种油藏中,必须依靠天然机理从储集岩基质中采油.在中东裂缝性碳酸盐岩中,基质一般是油湿或混合润湿的,并且只有重力泄油是可行的工艺.但是,渗透率通常较低(<0.01μm2),导致重力泄油采油量低,剩余油饱和度和/或毛细管滞留量高.EOR技术(例如注蒸汽和注混相气)具有提高气油重力泄油(GOGD)采油量和采收率的潜力.在浅裂缝性油藏中,能够向断裂体系中注蒸汽.蒸汽一接触较凉的基质将冷凝,在断裂体系中以稳定方式形成蒸汽前缘.加热基质使原油膨胀、降低黏度、产生气驱和气提效应.在较深油藏中,在混相条件下的GOGD成为一种选择.注入与油混相的气将导致原油膨胀,降低黏度,这两种机理提高了原油流度,因此提高了GOGD率.混相进一步增加了在高相对渗透率下的单相流动的效益,并且降低了界面张力,因此减小了再次渗吸效应并且提高了非均质油藏最终采收率.为了评价这些EOR方法的效益,采用模拟技术模拟了这些过程对GOGD的影响.本文介绍了普通双重渗透率方法,当EOR技术应用于裂缝性油藏时,该方法能够预测出现的GOGD以及不同的相互作用过程.     

油藏条件下油水相对渗透率实验研究

用胜利油区孤东油田7—44—检245等井样品进行油水两相渗流规律单因素影响实验，结果表明：净上覆压力增大改变孔隙结构(主要影响喉道)，水相相对渗透率上升较快而油相相对渗透率下降较快，是影响渗流规律主要的因素；温度增高改变油水黏度比，使束缚水饱和度增大、残余油饱和度减小，但在相同油水黏度比条件下，温度升高对相对渗透率的影响很小；在30MPa、80℃条件下，精制油与盐水、脱水脱气原油与盐水的油水黏度比相近，含气原油与盐水的油水黏度比略高，三者相对渗透率曲线形态相近，含气原油与盐水的水相相对渗透率略高于脱水脱气原油与盐水的。用胜利油区5个油田不同层位的样品，进行地层与地面条件下相对渗透率测定对比实验的结果，地层条件下的束缚水饱和度高、两相区窄、油水两相前缘含水饱和度低、含水上升快以及最终水相相对渗透率高；地层条件下的水驱油效率在注水初期高于地面条件，达到一定的注入倍数后低于地面条件，最终水驱油效率小于地面条件。进行相对渗透率实验研究时，应该模拟油藏条件，由于渗流特性对上覆压力和孔隙压力的绝对值不敏感，可以只模拟油藏的净上覆压力。     

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。     

低渗透油藏的热水驱研究

热水驱仅包括两个被加热相的流体,热水驱的主要机理是热膨胀,降低黏度,润湿相改变和油水界面张力的降低。热水驱实验使用的岩心样本取自某稠油低渗透油藏,主要是未被饱和的砂岩。实验在相同的油藏压力,不同的温度（范围在110oC以内）和不同种类的原油下进行的。对比了每个试验的最终原油采收率、残余油饱和度、束缚水饱和度、和压力降落。应用JBN方法分析了动态恒温驱替的结果,从而得到岩心的相对渗透率及低渗透砂岩中温度对油水相对渗透率的影响。结果显示在低渗透率的砂岩中使用高温热水在较高压力下驱替稠油,也有可能获得较高的采收率。在稠油体系中,原油生产的热水注入率比在中质油和超稠油要高,但是在传统稠油油藏它的价值很少被报道。另外,研究发现当岩石被加热时,油水的相对渗透率取决于温度,而残余油饱和度会降低,束缚水饱和度会增加。     

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。     

A PRACTICAL APPROACH FOR FIELD SCALE PERFORMANCE ESTIMATION OF WATER INJECTION IN FRACTURED OIL RESERVOIRS

In this study, a practical method is developed to predict the waterflooding performance in naturally fractured reservoirs (NFR) if the production rate is dominated by the capillary imbibition transfer between matrix and fracture. Capillary imbibition transfer rate is defined explicitly as a function of matrix (permeability, wettability, and size), flow (rate or velocity) and reservoir (size) properties. Verification of the formulation is based on previously performed experimental and numerical studies. Then, a correlation between total water injected and total oil produced is developed using the abstract relationship between recovery and time proposed by Aranofsky et al. (1958). A parametric study is performed to obtain a critical (or optimum) injection rate for an efficient recovery of oil. It is shown that a critical injection rate value exists depending on the capillary suction capability of matrix. Beyond the critical rate, the process becomes inefficient as the increasing rate would not yield a faster oil recovery.     

A PRACTICAL APPROACH FOR FIELD SCALE PERFORMANCE ESTIMATION OF WATER INJECTION IN FRACTURED OIL RESERVOIRS

In this study, a practical method is developed to predict the waterflooding performance in naturally fractured reservoirs (NFR) if the production rate is dominated by the capillary imbibition transfer between matrix and fracture. Capillary imbibition transfer rate is defined explicitly as a function of matrix (permeability, wettability, and size), flow (rate or velocity) and reservoir (size) properties. Verification of the formulation is based on previously performed experimental and numerical studies. Then, a correlation between total water injected and total oil produced is developed using the abstract relationship between recovery and time proposed by Aranofsky et al. (1958). A parametric study is performed to obtain a critical (or optimum) injection rate for an efficient recovery of oil. It is shown that a critical injection rate value exists depending on the capillary suction capability of matrix. Beyond the critical rate, the process becomes inefficient as the increasing rate would not yield a faster oil recovery.     

Multiphase-flow properties of fractured porous media

Water–air imbibition and oil–water drainage displacements were conducted using a laboratory flow apparatus in fractured sandstone systems. During the experiments, porosity and saturation were measured along the core using a Computerized Tomography (CT) scanner. 3-D saturation images were reconstructed to observe matrix–fracture interactions. Differences in fluid saturations and relative permeabilities caused by changes of fracture width have also been analyzed. In the case of water–air imbibition, narrower fracture apertures showed more stable fronts and delayed water breakthrough compared to the wide fracture systems. However, the final water saturation was higher in wide fracture systems, thus showing that capillary pressure in the narrow fracture has more effect on fluid distribution in the matrix. During oil–water drainage, oil saturations were higher in the blocks near the thin fracture, again showing the effect of fracture capillary pressure. Oil fingering was observed in the wide fracture. Fine-grid simulations of the experiments using a commercial reservoir simulator were performed. Relative permeability and capillary pressure curves were obtained by history matching the experiments. The results showed that the assumption of fracture relative permeability equal to phase saturation is incorrect. It was found that both capillary and viscous forces affect the process. The matrix capillary pressure obtained by matching an experiment showed lower values than those reported in the literature.     

低渗透油藏毛细管压力动态效应

通过实验测定和数值模拟研究,分析低渗透油藏油水两相渗流毛细管压力动态效应,以明确其对水驱油特征的影响规律。建立了动态毛细管压力测量实验装置,对动态毛细管压力和含水饱和度变化率之间的关系进行了测定,并求得低渗透岩心的毛细管动态系数。基于测定结果建立了一维水驱油渗流数学模型,并用其研究了注水过程中动态毛细管压力对低渗透油藏水驱油渗流规律的影响。结果表明,低渗透油藏毛细管压力的动态效应非常显著,不能忽略;动态毛细管压力和湿相饱和度变化率之间近似为线性关系,且不同渗透率岩心的毛细管动态系数大小不尽相同,岩心渗透率越低,毛细管动态系数值越大,毛细管动态效应越明显,启动压力梯度越大。认为毛细管压力动态效应是造成低渗透油藏油水两相流动符合非达西渗流规律的原因之一,会对水驱油前缘的推进速度、沿程压力分布、见水时间、产油量、采出程度等开发指标产生影响。     

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。     

The Evaluation of the Impact of Wettability Alteration and Oil Relative Permeability Changes With Temperature During Cyclic Steam Injection in Naturally Fractured Reservoirs Using Horizontal Wells

In this communication, first, cyclic steam injection process in an Iranian heavy oil reservoir was simulated using three horizontal wells and the effect of various operational parameters on the performance was studied. This study has been done on the fractured reservoirs, as there are few studies on cyclic steam injection and the effect of temperature changes on the oil relative permeability in such reservoirs. Then, some practical values of irreducible water saturation and residual oil saturation at different temperatures have been considered for study of their effects on the oil recovery and oil relative permeability, because these practical values are so useful for prediction of production performance. The conclusions indicate that irreducible water saturation and residual oil saturation have significant impact on recovery factor and cumulative steam oil ratio. Comparison of four various methods show the difference in calculated oil relative permeability at various water saturations.     

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。      

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。