吉木萨尔凹陷页岩油储集层渗流机理

为认识页岩油储集层岩石中流体的流动规律,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组为例,利用室内物理实验和数字岩心技术,开展了页岩油储集层微观孔隙结构和渗流机理研究。通过页岩油岩心单相渗流物理实验,获得基于启动压力梯度的单相渗流非线性数学模型以及与孔隙结构特征参数相关的渗透率经验公式;基于数字岩心,利用格子玻尔兹曼方法,进行页岩油单相流体的模拟,实现流体流动的精细表征。结果表明,页岩油储集层的渗流速度与压力梯度关系具有典型的非达西渗流特征,呈三次函数关系,具有非常好的相关性。     

页岩油藏单相流体低速渗流特征

页岩油气的有效动用条件及可动性评价方式与常规油气相比存在明显差异,为探究页岩油在微纳米孔隙中的渗流特征,采用低速渗流实验对国内外典型页岩区块潜江凹陷、济阳坳陷、美国鹰滩储层单相流体的低速非达西渗流规律进行了研究。研究结果表明:页岩油低速渗流特征主要受液固界面的边界层效应、滑移长度和渗流通道的影响。潜江凹陷渗流曲线呈下凹形特征,压力梯度越小,液固界面作用力越强,非线性段越明显;济阳坳陷受岩心微裂缝发育影响明显,低压力梯度时无机孔、微裂缝等大孔隙是主要流动通道,表面粗糙度及迂曲度低,随压力梯度增大,小孔及有机孔中流体参与流动;鹰滩储层受矿物组成与孔隙结构影响,渗流特征呈现2段斜率不同的线性段,随压差增大渗流阻力增加。该研究明确了微纳米孔隙中页岩油低速渗流的主要特征及影响机制,为制订页岩油开发方案,指导页岩油高效开发提供了理论依据。     

纳米尺度下液体的流动机理研究进展

页岩储层的储集空间主体为纳米级孔隙-裂隙系统,仅在局部发育微米—毫米级孔隙。随着以页岩油气、致密油气为代表的非常规油气资源成为全球油气勘探开发的新热点,纳米尺度下的液体流动机理研究引起了国内外学者的广泛关注。通过大量的文献调研,对纳米尺度下液体的流动特征进行了系统总结,分析了目前常用的物模实验、分子动力学模拟和直接Monte Carlo模拟等研究手段的基本原理和优缺点,并从实验和模拟两大方面介绍了纳米孔隙内液体流动机理研究的最新进展及成果。在此基础上,探讨了纳米尺度下液体流动机理研究对页岩油勘探开发的启示,指出分子动力学模拟方法是开展页岩储层纳米级孔隙系统内原油流动机理研究的必然选择,同时需要进一步推进纳米尺度流动的实验方法研究。     

页岩微纳米孔隙多尺度渗流理论研究进展

基于近年来页岩孔隙中流动规律研究的大量文献调研成果,对较为经典的Beskok-Karniadakis理论、Javadpour模型、Civan模型和Swaim模型及各种改进模型进行了研究,重点分析了微纳米孔隙中滑脱流态和过渡流态的计算模型、修正公式及分配系数的设计方法。对于跨流态的流量计算,需要厘清各微观作用机理导致的壁面效应,避免流量的重复计算。采用表观渗透率来等效页岩的渗流能力能够综合体现页岩气藏中特有的流动机理,有效修正微纳米孔隙中不同流态的非达西渗流。如何建立既考虑宏观尺度的流动形态,又考虑孔隙微观作用机理的表观渗透率模型,成为页岩微纳米尺度流动理论的研究方向。     

海陆过渡相页岩孔隙结构表征及页岩气渗流规律模拟

鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块海陆过渡相页岩储层非均质性强,碳质页岩和纯页岩的孔隙结构特征及页岩气渗流规律具有明显的差异,然而目前针对不同岩性孔隙结构下的页岩气渗流规律研究较为缺乏。文中以这2种岩性页岩为研究对象,基于CT扫描、扫描电镜物理实验技术,测定了二者的基质孔隙和层理缝特征参数,对比了二者的孔隙结构差异,构建了考虑吸附效应和滑脱效应的格子玻尔兹曼数值模拟方法,分析了二者孔隙结构对页岩气渗流规律的影响。研究结果表明：1）碳质页岩裂缝呈空间网状结构,纯页岩裂缝为平行层理方向裂缝。与纯页岩相比,碳质页岩孔隙尺度较大,但孔隙数量较少,孔隙度更低。2）页岩孔隙中存在明显的滑脱效应。滑脱效应提高了气相流动速度,页岩气从孔隙壁面解吸减缓了孔隙压力降低速率,延长了生产时间。建议在开发纯页岩层段时,适当降低生产压差,增强小孔隙中的滑脱效应;在开发碳质页岩层段时,适当增加生产压差,通过解吸作用提高页岩气产量。     

页岩油储层多尺度孔隙结构三维表征及应用

中国陆相页岩油发育的地质时代跨度较大，沉积相变化快，热演化程度整体偏低，岩性复杂多样。为明确复杂岩性的渗流规律，以鄂尔多斯盆地延长组长7₃、渤海湾盆地沙河街组页岩样品为研究对象，利用微米CT和聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)成像技术，结合Avizo软件建立页岩油储层多尺度三维重构模型，定性定量分析了页岩油储层多尺度孔隙结构特征，并通过数值模拟计算了岩心渗透率。研究结果表明：微米尺度下，样品C(纹层状页岩)孔隙最为发育，样品G(层状页岩)次之，样品F(块状页岩)最差；纳米尺度下，3块样品孔隙发育相当，其中样品G连通性更好，得出微纳尺度下具有不同的孔隙发育特征。渗透率数值模拟计算得到样品C、F、G的渗透率分别为0.437 mD、0.031 mD、0.224 mD,和气测渗透率结果具有一致性，表明渗透率数值模拟方法可快速准确计算岩心渗透率。结合微纳尺度孔隙发育情况和渗透率数值模拟结果，可知样品C品质最好，油气勘探开发应重点关注纹层状页岩储层。因此，结合微米CT和FIB-SEM可准确表征页岩储层多尺度孔隙结构特征，识别优质储层，对页岩油气高效开发具有指导意义。     

基于数字岩心的致密砂岩储层孔隙结构与渗流机理

针对致密砂岩储层微观孔隙结构复杂导致孔隙空间展布和渗流机理认识不清的问题,以莺歌海盆地乐东10区高温高压特低渗透致密砂岩储层为例,利用三维高精度Micro-CT扫描、纳米级电镜扫描等图像分析技术对致密砂岩储层的孔隙空间展布规律进行定量表征,建立基于数字岩心的双尺度三维孔隙结构模型,并基于双尺度孔隙耦合渗流模拟方法确定致密砂岩储层渗流机理。研究结果表明：①乐东10区致密砂岩储层主要发育3种尺度范围的孔隙,孔隙半径分别为0.070~3,3~40,40~300 μm;②在以长石溶孔、岩屑粒间孔为主的微孔隙尺度下,孔隙与喉道半径差异较小,渗流空间以微孔隙和喉道构成,表现为小孔小喉渗流模式,在气水两相渗流过程中水相渗透率下降快;③在由较大粒间溶孔、铸模孔与次级尺度孔隙共同组成的双尺度孔隙结构模型中,呈大孔小喉渗流模式,水相渗透率下降较缓。     

基于流动实验和动态阻力特征的致密油藏非线性渗流表征

针对致密油藏,在流动实验和理论分析的基础上,建立了致密油藏非线性渗流表征新方法,该方法基于致密油藏渗流过程中的动态阻力梯度特征,结合储层岩心流动实验,获得启动压力梯度、拟启动压力梯度和液测渗透率等3个表征参数,从而建立新的致密油藏非线性渗流表征模型——动态阻力梯度模型,并通过单井尺度进行了验证.研究结果表明:随着驱替压...     

页岩油藏流体渗流特征物理模拟新方法

在页岩油储层岩心CT扫描、聚焦离子束-扫描电镜（FIB-SEM）及压汞资料分析储层微观孔隙结构特征基础之上，运用自主研发的页岩油封闭式高精度渗流评价系统开展了不同物性页岩油岩心渗流物理模拟实验，并借助核磁共振方法（NMR）分析了渗流过程中微观孔隙结构变化特征，明确了页岩油储层中流体渗流规律。研究结果表明：与致密砂岩储层相比，页岩油储层渗流特征复杂，主要表现为3种渗流特征，即"凸型"（岩样气测渗透率K_g>2.0 mD）、"线型"（0.1 mD<K_g<2.0 mD）及"凹型"（K_g<0.1mD），其中只有典型"凹型"及部分"线型"渗流特征可以确定（拟）启动压力梯度；页岩油储层渗流特征主要由边界层和应力敏感的耦合作用所决定，两者的相对强弱决定了页岩油储层渗流会产生不同渗流形态；页岩油储层强应力敏感性会导致渗流特征随着生产压差放大而发生改变，因此页岩油藏数值模拟必须考虑孔隙结构变化对渗流特征的影响。     

低渗透储层渗流机理研究现状及展望

概括了低渗储层渗流机理的研究现状,总结了目前研究低渗储层渗流机理实验的方法,指出了现有渗流机理研究方法的不足,探讨了可视化物理模型及先进实验和孔隙级数字岩心结合的方法在油田开发领域内的应用前景。可视化模型实验可以清楚观察到驱替的详细过程,有利于弄清流体在驱替过程中的流动状况。应用有限的实验数据和孔隙级数字岩心相结合的方法,可以研究储层的微观渗流机理、模拟驱替实验、评价驱替效果等等。     

基于REV尺度格子Boltzmann方法的页岩气藏渗流规律

页岩储层一般天然微裂缝发育,基质孔隙结构复杂,使得页岩气渗流过程呈现出多尺度多场耦合的特征。为了研究页岩气藏复杂的渗流规律,重构了天然微裂缝发育的页岩储层多孔介质模型,并围绕页岩气多重运移机制对广义格子Boltzmann模型进行了修正,建立了适用于模拟页岩气渗流特征的表征单元体（REV）尺度格子Boltzmann模型（LB模型）,并基于天然微裂缝物性特征以及气体滑脱、吸附/解吸、表面扩散效应等渗流特征对该模型进行了敏感性参数分析。结果表明：当页岩储层天然微裂缝较发育时,微裂缝为气体在基质中流动的主要通道;其中裂缝密度是影响储层表观渗透率的主要参数,裂缝密度增大3～4倍,储层表观渗透率可增大10倍以上,而裂缝长度以及裂缝开度的影响程度均次之;努森数（Kn）是影响页岩气渗流的主要参数,随着Kn增大,克氏效应愈显著,特别当Kn > 0.1时,多孔介质表观渗透率增幅显著增大;页岩储层多孔介质表观渗透率会随着吸附气量的增大而减小,特别是当储层压力较低时,该现象更为显著;气体表面扩散效应对页岩气渗流过程的影响程度大,同等条件下考虑气体表面扩散效应的储层表观渗透率较忽略该效应可提升2～5倍,但提升作用受制于储层吸附气量的多少。该研究成果为页岩气微观渗流理论研究提供了新思路,为页岩气藏高效勘探开发提供了技术支撑。     

页岩油储集层数字岩心重构及微尺度下渗流特征——以吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油为例

为深入认识页岩油储集层孔隙结构特征和渗流特性,以吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储集层为研究对象,利用微CT扫描技术和聚焦离子束电镜扫描技术,构建三维数字岩心模型,获得孔喉结构参数,并基于该结构特征建立多孔介质微尺度渗流物模装置,研究流体在微通道内的低速流动规律,同时利用该物模装置测量不同压裂液的流动特性和伤害程度。研究结果表明:页岩油储集层的孔隙结构具有非均质性强、孔隙连通性差等特点,储集空间主要为纳米级孔隙,储集层的流动能力取决于微米级孔隙的数量和大小;流体在微观尺度下的低速流动为非达西流,有启动压力梯度,且随着驱动压差增加,边界流体才能不断流出;胍胶破胶液的残渣和大分子结构的凝聚物易对储集层孔隙产生堵塞,建议页岩油储集层压裂时减少胍胶的用量,提高滑溜水比例,减少储集层伤害。     

页岩气低速渗流特征分析及影响因素研究

针对页岩气低速条件下渗流特征及基质页岩应力敏感性特征不明确的问题,通过自主开发的页岩气低速渗流装置进行实验,获得不同气体、不同孔隙压力条件下页岩气低速渗流规律及基质页岩应力敏感性特征。研究结果表明：基质页岩岩心吸附能力较强,由吸附作用造成的无回压条件下氦气的流动能力为甲烷的1.5～2.0倍;随着孔隙压力的升高,吸附气与自由气共同作用造成甲烷流动能力呈现先上升后下降的趋势;随有效应力增加,基质页岩岩心渗透率呈指数式下降,且孔隙半径逐渐减小,气体滑脱效应增强,气体流动能力在总体稳定的基础上略有升高。研究成果对基质页岩中气体渗流规律的研究及页岩气藏的开发生产具有重要的指导意义。     

基于格子Boltzmann方法的页岩气微观流动模拟

页岩中的主要孔隙类型是纳米孔隙,气体在纳米孔隙中的流动不同于在常规孔隙中的流动,其存在微尺度效应,因此基于连续介质假设的达西方程不再适用。由于页岩气藏一般处于高压环境,气体比较稠密,理想气体状态方程也不再适用。而格子Boltzmann方法是一种介观流动模拟方法,其不基于连续介质假设,适用于从滑移区到过渡区的气体流动模拟,并且能够考虑气体稠密性和非理想气体状态方程的影响。基于考虑努森层影响和微尺度效应的非理想气体格子Boltzmann方法,结合镜面反射格式与反弹格式组合的滑移边界条件,采用二维平板模型,研究了孔隙尺寸、压力和温度等因素对微尺度效应的影响,并对影响机理进行了分析。结果表明:努森数是微尺度气体流动的控制参数;在滑移区和自由分子流区,各因素对微尺度效应的影响较小,而在过渡区,各因素对微尺度效应的影响较大;通过表观渗透率与固有渗透率比值随努森数的变化关系,并与常用的页岩气藏表观渗透率计算模型进行对比,验证了目前常用页岩气藏表观渗透率计算模型的准确性。     

基于数字岩心的低渗透率储层微观渗流和电传导数值模拟

以数字岩心为基础的孔隙微观渗流机理研究是精细油藏描述的发展趋势,也是在微观尺度上开展提高原油采收率技术的必然选择。为详细表征孔隙空间结构,利用高级可视化软件Avizo对由CT扫描法重建的数字岩心进行可视化,直观形象地考察了孔隙度、孔喉大小和方位、孔隙空间面积、骨架体积等的定量分布,通过数字岩心数据体表面简化、三角形表面修复和三角网格优化架起了数字岩心几何模型到微观渗流模拟的桥梁,实现了微观孔隙中流体渗流和电传导数值模拟。     

基于微焦点CT的三维数字岩心分析研究进展

基于微焦点CT的三维数字岩心分析技术已成为研究岩石孔隙尺度下流体渗流及驱替机理的行之有效的方法。从微焦点CT扫描、模拟方法和储层物性参数评价3个方面,阐述了国内外基于微焦点CT的三维数字岩心分析技术的研究进展,为该技术的深入研究提供参考。通过对三维数字岩心分析研究现状进行总结,认为存在3个有待于改进和研究的问题:(1)孔隙介质中流体渗流及驱替机理的升尺度模拟;(2)孔隙尺度下岩石物理属性的准确表征;(3)非常规油气资源的三维数字岩心分析。     

低渗砂岩储层数字岩心构建及渗流模拟

基于CT扫描的数字岩心技术是研究低渗砂岩储层内部微观孔喉特征及孔隙尺度渗流机理的有效途径。为直观、深入研究低渗砂岩储层微—纳米尺度流体输运特征,先通过Micro-CT扫描技术获取低渗介质多尺度三维灰度图像,统计轴向截面孔隙率分布整体考察岩心非均质程度;再结合三维重构及逆向工程技术,精准构建低渗介质复杂孔隙三维数字模型后并转换成CAD实体模型;再利用COMSOL建立多组表征单元体有限元模型,数值计算不同边界条件下微—纳米孔隙内流体输运特征;然后通过三维流线及孔隙压力分布场,动态可视化再现低渗介质渗流过程;最后对比常规渗流实验与数值模拟结果,分析两者差异的产生原因,并提出应用数字平台研究低渗岩石物性及渗流机理的深入关注点。文中研究成果为低渗油藏多尺度数字岩心建模及深层次微观渗流机理研究提供了思路。     

页岩应力敏感实验与机理

为了研究页岩渗透率的应力敏感现象及其机理,从毛细管、平板裂缝和双重孔隙介质的渗透率应力敏感机理出发,得到了多孔介质渗透率应力敏感系数的通用表达式,并结合下志留统龙马溪组、下寒武统牛蹄塘组页岩岩心的覆压孔渗联测实验,分析了页岩应力敏感的机理。实验结果表明:渗透率应力敏感系数为孔渗幂指数与孔隙压缩系数的乘积,孔渗幂指数表示孔隙的几何特征,孔隙压缩系数反映岩石力学参数和孔隙形状的影响。页岩岩心微裂缝较发育,微裂缝尺度与孔隙尺度相当的岩心孔渗幂指数小于3,微裂缝尺度远大于孔隙尺度岩心的孔渗幂指数大于3;与砂岩相比,实验所用页岩具有较低的孔渗幂指数,但孔隙压缩系数较高,因此页岩的应力敏感较强。     

济阳坳陷页岩油储层孔隙结构与渗流特征

微观孔隙结构是控制渗流特征的内在因素,渗流特征是微观孔隙结构的外在表现.借助高压压汞测试技术,获取表征页岩油储层孔喉大小、分布及连通性的微观孔隙结构参数,分析不同尺度孔喉对渗流能力的贡献程度.基于稳定流法,建立页岩油单相渗流曲线,分析岩石渗透率、地层原油黏度对渗流规律的影响.研究结果表明,济阳坳陷页岩油储层孔隙结构具有...     

润湿性对模拟原油微尺度流动和渗流的影响

考察了流体在不同润湿性条件下在低渗透多孔介质微米量级孔喉中流动的渗流特性,实验研究了模拟原油（航空煤油与胜利油田原油以5∶1的体积比配制）在内径为14.9 μm、5.03 μm、2.05 μm的亲水和憎水微圆管中的流动特性。结果表明,模拟原油在5.03 μm和2.05 μm亲水和憎水微管中的流动均出现了明显的微尺度效应,流动规律均偏离经典理论,且模拟原油在亲水微管中的流量高于其在憎水微管中的值。根据微管实验数据,利用毛管束模型分析了润湿性对模拟原油在多孔介质中渗流特性的影响。在考虑微尺度效应的条件下,模拟原油在低渗透多孔介质中的流动为非线性渗流,润湿性显著影响。在其他条件相同时,模拟原油在亲水模型中的视渗透率大于其在憎水模型中的值。