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。     

页岩油微观渗流机理研究进展

页岩油已成为全球非常规油气资源勘探开发的重点,但其开发面临诸多挑战。针对页岩油赋存孔隙空间复杂、渗流机理尚不明确和研究方法亟需探索的关键问题,从孔隙尺度和岩心尺度,系统阐述了页岩油微观渗流机理在实验方法和计算模拟方面的研究现状,探讨了目前存在的问题和未来研究的发展趋势。结果显示,目前多种实验方法结合能较好表征页岩孔隙结构,但对微尺度与岩心尺度流动的表征尚存在不足;孔隙尺度流动机理研究以格子玻尔兹曼方法为代表的直接法和以孔隙网络模拟为代表的间接法为主,但对微尺度效应的考虑有待完善;岩心尺度流动机理研究主要为基于毛管束模型和分形理论,建立考虑边界层效应的渗流模型。指出充分考虑页岩油微纳米孔隙中流动边界吸附/滑移、密度/黏度非均质性、应力敏感、启动压力梯度等因素,耦合不同尺度渗流机理,构建能够准确表征页岩油多相多尺度流动特征的数学模型是未来的主要研究方向。     

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。     

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。     

济阳坳陷纹层状页岩油流动能力影响因素实验

纹层状页岩流动能力影响因素研究对分析页岩油的流动机理意义重大。通过建立纹层状页岩油流动实验方法,分析流体介质、流体黏度、孔隙压力、有效应力、含水饱和度对济阳坳陷纹层状页岩油流动能力的影响。结果表明：纹层状页岩的油测渗透率约为气测渗透率的1%;流体黏度增加导致纹层状页岩的渗流能力先快速下降后缓慢下降;随着驱替压力梯度的降低,纹层状页岩渗透率减小,页岩油为非线性流动;有效应力的增加使纹层状页岩渗透率快速下降,在拐点之后下降趋势变缓;随着含水饱和度的增加,纹层状页岩渗透率呈现两端缓中间陡的台阶式特征;济阳坳陷纹层状页岩不同影响因素对油渗流能力的影响程度由大到小为流体介质、有效应力、含水饱和度、驱替压力梯度、流体黏度。研究成果为纹层状页岩油的高效开发提供理论依据。     

基于页岩孔隙网络模型的油水两相流动模拟

为了直观准确地认识页岩油流动特征以及微观剩余油的形成机理,以济阳坳陷沙河街组泥页岩储层为研究对象,利用聚焦离子束扫描电镜系统扫描成像,构建了三维数字岩心并提取了孔隙网络模型,分析了孔隙结构参数,将三维孔隙网络模型的物性参数与室内实验物性数据进行了对比,验证了该模型的准确性,在孔隙网络模型的基础上,分析了样品的孔喉结构特征,并结合Navier-Stokes方程建立了油水两相渗流数学模型。利用有限元方法进行求解,进行油水两相微观流动模拟。结果表明:泥页岩样品具有孔隙结构复杂、孔隙配位数低、连通性差等特点,页岩油储集空间和流动空间主要为纳米级孔隙。流体在孔隙网络模型中流动情况复杂,随驱替压力的增加采出程度提高;压力越大,越易出现指进现象,使局部剩余油形成。局部狭窄喉道的尺寸是限制流体流动的关键因素。当壁面润湿性为水湿时,驱油效果最好,模型壁面为油湿时,驱油效果最差,中性润湿时,不易形成剩余油。该研究成果对于微观条件下页岩油的油水两相流动研究具有指导意义。     

东营凹陷页岩油赋存特征分子动力学模拟

页岩储层储集空间主要为纳米尺度孔隙,页岩油在纳米尺度孔隙中的赋存状态对其流动规律会产生重要影响。利用核磁共振冻融技术得到了东营凹陷页岩孔隙结构的全尺寸孔径分布及纳米尺度孔隙的主频孔隙直径,基于东营凹陷牛斜55井的井流物组成,采用分子动力学模拟方法建立东营凹陷典型纳米尺度孔隙模型,开展原油在有机质纳米尺度孔隙内赋存状态研究。研究结果表明：①东营凹陷页岩储层纳米尺度孔隙的主频孔隙直径为15nm;②有机质纳米尺度孔隙内的原油密度从孔隙壁面到孔隙中央逐渐降低;③页岩油分子会在有机质纳米尺度孔隙的壁面处形成“类固体”层,其密度约为孔隙中央游离态原油密度的1.1～3.15倍;④页岩油分子在有机质纳米尺度孔隙内发生四层吸附,第1吸附层的厚度最大,计算得到东营凹陷页岩油吸附态比例为19.8%。     

页岩油流动的储层条件和机理

页岩油藏经过分段压裂水平井的储层改造，其高效开发和持续稳产与基质中页岩油的动用情况密切相关。虽然赋存原油的泥页岩储集孔隙尺寸小、渗透率极低，但如果砂岩-页岩互层的纹层结构发育，页岩油仍有望达到商业化开采所需的可动用储层条件。目前烃类流体在纹层状泥页岩储层中流动机理尚不明确，普遍应用于常规油藏级数值模拟的双重介质模型和等效介质模型无法反映烃类流体在纹层状页岩油储层中流动的微观复杂特征，所得的宏观渗流模拟结果是不可靠的。根据陆相页岩储层的特征，建立了宏观页岩油藏的储层概念模型，分析了纹层状页岩储层的流体流动机理；考虑纹层物性、流体粘度和裂缝间距等影响因素，模拟了弹性开采过程中页岩储层条件和裂缝分布对页岩油可动性的作用规律，验证了页岩油藏弹性开采过程中窜流机制的存在和砂岩纹层渗透率的重要性，证明了天然裂缝和压裂缝加强纹层间流体传递的重要作用。     

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...     

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。     

松辽盆地古龙页岩油储层孔隙结构对外来流体的敏感性

古龙页岩油储层压裂过程中将注入大规模外来流体，不同类型外来流体对页岩储层孔隙造成的伤害或改善需要定量评价。针对以上问题，基于二维核磁测试技术实现了页岩不同尺寸孔隙内的流体精确识别；建立了页岩不同尺寸孔隙对外来流体敏感性的定量评价方法；开展了古龙页岩岩心饱和不同类型外来流体前后的孔隙结构测试，定量评价了古龙页岩不同尺寸孔隙对外来流体的敏感性。结果表明：酸液对古龙页岩总孔隙度具有弱改善作用，其中对微孔有强改善，对小孔造成弱伤害；碱液对古龙页岩总孔隙度造成弱伤害，且随碱液强度的增加伤害程度先升高后降低，碱液对微孔弱改善，对小孔造成弱伤害；古龙页岩与中性滑溜水作用后微孔、小孔、中孔、大孔的孔隙度基本不变，孔隙结构对中性流体不敏感。研究成果对古龙页岩油储层压裂液体系配方设计具有重要指导意义。     

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。     

基于纳米流控技术的页岩储层微观流体特征研究进展

页岩储层的孔隙尺寸主体是纳米级,在纳米尺度下流体的流动机理和相态特征受到尺度效应和壁面效应的显著影响而偏离经典理论描述,致使常规油气藏中的流体特征认知不完全适用于页岩油气藏,从根源上制约着页岩油气的高效开发。因此,明确页岩储层在纳米孔隙尺度下的微观流体特征具有显著的科学意义和工程价值。纳米流控技术具备纳米级孔隙精准制备和原位可视化检测的特点,为页岩油气微观渗流与相态特征的研究提供了全新的实验视角,也为纳米尺度下流体特征的理论研究提供了实验依据。对纳米流控实验技术进行了介绍,并回顾了基于该技术在纳米尺度下油气水的单相及两相流动规律、单组分烃及多组分烃相态特征、扩散与混相过程,以及页岩储层微观物理模型的最新研究进展,重点梳理了页岩储层微观流体特征的纳米流控实验研究方法、实验结果以及与理论研究间的对照情况。同时指出了当前纳米流控技术在研究页岩储层微观流体特征中存在的不足,展望了今后的发展方向。     

陆相页岩形成演化与页岩油富集机理研究进展

在综述国内外研究进展的基础上，探讨了进一步深化陆相页岩油形成演化与富集机理研究需要解决的基础科学问题。细粒沉积学研究表明，全球气候变化和盆地构造演化对富有机质页岩形成分布具有重要的控制作用。混合细粒沉积物非均质性强，不同粒序沉积岩多尺度一体化研究是构建陆相页岩油储层发育模式的关键环节。湖相泥页岩孔缝结构表征技术发展迅速，但成岩过程动态研究不能满足页岩油有效储层预测的要求。陆相页岩热演化过程中生排烃和页岩油赋存机理逐渐清晰，不同构造和沉积背景控制下的页岩油资源分类评价方法还有待完善。陆相富有机质页岩中烃类流体多相多尺度流动机理研究取得重要进展，迫切需要明确不同页岩微相中烃类的流动方式和时间尺度效应。陆相页岩油富集机理研究远远滞后于生产实践，建立适合不同地质条件的陆相页岩油选区评价参数、甜点预测方法和实验技术标准刻不容缓。      

沾化凹陷低熟页岩储层特征及其对页岩油可动性的影响

利用扫描电镜、索氏抽提、气体吸附、核磁共振（含离心）等实验手段对沾化凹陷沙河街组三段（沙三段）下亚段泥页岩展开研究,以明确泥页岩储层特征对页岩油可动性的影响及其作用机制。沾化凹陷沙三段下亚段页岩主要发育有机质孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、构造缝和层理缝等储集空间。以50 nm和2 μm为界,不同岩相页岩的核磁共振孔径分布曲线均具明显的三段式特征。孔径小于50 nm的孔体积主要由方解石溶蚀孔提供,孔径介于50 nm~2 μm的孔体积由粒间孔提供,孔径>2 μm孔缝的孔体积由层理缝和构造缝提供。页岩储层的孔隙结构特征和矿物组成共同控制了页岩油的可动性。页岩油可动性差,可动油饱和度平均仅为21.50%,可动油主要赋存在大孔隙（孔径>50 nm）中,小孔隙（孔径＜50 nm）中以束缚油为主,页岩油的临界流动孔径约为50 nm。大孔隙不仅可以提供页岩油储集空间,也有利于页岩油的流动;小孔隙具有较大的比表面积、较强的吸附能力和较差的连通性,不利于页岩油流动。矿物组构宏观上影响了页岩油的可动性,方解石含量增加可以提高页岩的脆性,利于裂缝的形成,对页岩油渗流具有积极意义;黏土矿物因其较大的比表面积和堵塞孔喉,不利于页岩油的流动。层理构造不仅利于层理缝等储集空间的发育,也改善了页岩孔隙的连通性,有利于页岩油的流动。     

沾化凹陷低熟页岩储层特征及其对页岩油可动性的影响

利用扫描电镜、索氏抽提、气体吸附、核磁共振（含离心）等实验手段对沾化凹陷沙河街组三段（沙三段）下亚段泥页岩展开研究,以明确泥页岩储层特征对页岩油可动性的影响及其作用机制。沾化凹陷沙三段下亚段页岩主要发育有机质孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、构造缝和层理缝等储集空间。以50 nm和2 μm为界,不同岩相页岩的核磁共振孔径分布曲线均具明显的三段式特征。孔径小于50 nm的孔体积主要由方解石溶蚀孔提供,孔径介于50 nm~2 μm的孔体积由粒间孔提供,孔径>2 μm孔缝的孔体积由层理缝和构造缝提供。页岩储层的孔隙结构特征和矿物组成共同控制了页岩油的可动性。页岩油可动性差,可动油饱和度平均仅为21.50%,可动油主要赋存在大孔隙（孔径>50 nm）中,小孔隙（孔径＜50 nm）中以束缚油为主,页岩油的临界流动孔径约为50 nm。大孔隙不仅可以提供页岩油储集空间,也有利于页岩油的流动;小孔隙具有较大的比表面积、较强的吸附能力和较差的连通性,不利于页岩油流动。矿物组构宏观上影响了页岩油的可动性,方解石含量增加可以提高页岩的脆性,利于裂缝的形成,对页岩油渗流具有积极意义;黏土矿物因其较大的比表面积和堵塞孔喉,不利于页岩油的流动。层理构造不仅利于层理缝等储集空间的发育,也改善了页岩孔隙的连通性,有利于页岩油的流动。     

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。     

页岩油储集层微观孔喉分类与分级评价

利用高压压汞技术对页岩油储集层微观孔喉进行表征,并在此基础上建立页岩油储集层分级评价标准及成储下限,建立基于测井资料进行页岩油流动单元划分的新方法。依据进汞曲线的拐点及分形特征,提出了适合于页岩油储集层的分类新方案:微孔喉(小于25 nm)、小孔喉(25~100 nm)、中孔喉(100~1 000 nm)、大孔喉(大于1 000 nm),进一步按照页岩所含不同类型微观孔喉的数量将其分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级储集层,分级点对应的孔喉平均半径分别为150,70,10 nm。利用渗透率与孔喉半径的相关关系,建立了储集层分级评价的渗透率标准门槛分别为1.00×10~(-3),0.40×10~(-3),0.05×10~(-3)μm~2。利用同一水力流动单元内孔隙度、渗透率良好的指数关系,构建了由测井资料评价储集层流动带指数、划分页岩油流动单元的新方法。在东营凹陷的应用表明,所建立的标准可以应用于页岩油储集层的分级评价。     

吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩储层孔隙结构定量表征

吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组是重要的页岩油气聚集区。通过铸体薄片、压汞及核磁共振等分析,结合医用CT、微米CT扫描技术、扫描电镜矿物定量评价（QEMSCAN）及Avizo可视化软件先进的数学算法,构建了吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩储层的三维数字岩心并提取了孔隙网络模型参数,获取全尺度孔径分布曲线,从多个维度综合开展其微观孔隙结构定量表征研究。研究结果表明：①研究区芦草沟组页岩储层的孔隙度平均为7.6%,渗透率平均为0.37 mD,为“低孔-特低渗”型致密页岩储层,其主要储集空间类型为次生溶蚀孔,含残余粒间孔、生物体腔孔和成岩微裂缝。②孔喉尺度为纳米—微米级不等,以0.12~1.75 μm喉道贡献率最高,亚微米—微米级孔喉对渗流的贡献较大,孔隙展布形态多为孤立状和条带状,孔隙半径大多为4.5~12.5 μm;喉道半径大多为1.3~5.1 μm,喉道长度为5~15 μm;孔喉配位数为1~2,孔隙结构具有非均质性强、连通性差等特点,孔喉连通性比孔隙尺度对渗流的贡献更大。③纳米尺度下,基质矿物主要为石英和钠长石,纳米级微孔大多分布于矿物颗粒（晶体）内部有机质孔及胶结物微孔隙,孔径为0.015~5.000 μm。     

大港油田沙一下亚段页岩油储层高压压汞与氮气吸附实验

为了较全面地表征大港地区页岩油微观孔隙特征,以渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷东营组沙一下层系页岩为研究对象,应用高压压汞、低温氮气吸附的实验手段,研究了大港页岩油储层微观孔隙结构特征,并对储层做出综合评价.结果表明:与长庆致密砂岩储层相比,大港页岩油储层纳米级孔喉占比较高,孔喉更加微细,渗流能力主要来自亚微米级孔喉,排驱压力高,最大进汞饱和度低,可动用性差,开发难度大.