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。     

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。     

延长组长6低渗油藏高温高压条件下裂缝对渗吸效率的影响

杏子川油区长6储层是典型的特低渗油层,具有成岩压实作用强、孔隙度低、渗透率小、溶蚀孔和微裂缝发育、孔隙喉道细小且小孔喉所占比例很大、微观非均质性强的特点。目前,对该特低渗油藏渗吸驱油研究不够深入,通过压裂的方法以及高温高压渗吸实验结合恒速压汞实验、核磁共振实验、CT扫描实验等岩心资料分析方法,研究了裂缝长度和发育程度对渗吸驱油效率的影响。研究结果表明:高温高压渗吸过程主要是小孔隙内的油水置换,水进入小孔隙将油置换到大孔隙中;含裂缝渗吸效率比基质渗吸效率高,缝长越长,渗吸效率提高就越大;在渗吸初期阶段,剩余饱和度随渗透率的增大而减小,渗吸效率随渗透率的增大而增大,效果较为明显。在开发过程中应尽量增加裂缝发育程度,增大基质渗透率,增加基质与裂缝的接触面积,以提高渗吸采收率。     

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     

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。     

基于核磁共振技术的致密岩心高温高压自发渗吸实验

为了明确致密储层渗吸作用规律,在开发过程中充分发挥渗吸驱油效果,从而达到提高原油采收率的目的。利用核磁共振技术与高压压汞测试,研究了岩心的微观孔隙结构;设计了模拟储层条件的自发渗吸实验,分析了岩心孔隙度、渗透率、储层温度、压力、人造裂缝等因素对渗吸采收率的影响。结果表明：致密岩心具有3种孔隙结构,其中亚微孔为原油主要赋存空间,其孔隙体积占比接近80%;亚微孔的孔径小、毛细管力大,渗吸初期的渗吸效率最高,且对渗吸原油采收率的贡献程度最大;致密岩心孔隙度、渗透率越低,渗吸采收率越低;渗吸过程中信号相对振幅峰值向小孔隙尺寸偏移,孔径范围减小,岩心越致密,偏移越明显;温度与压力对渗吸采收率的影响较大,模拟储层条件的高温高压渗吸相比常规条件下渗吸采收率提高了120%,模拟压裂的岩心人工造缝后的岩心整体渗吸采收率提高了24.7%。研究成果对利用自发渗吸作用提高采收率具有理论指导意义。     

页岩天然裂缝网络渗透率模型研究

页岩储层天然裂缝网络气体渗透率模型是页岩气开发的研究重点之一。基于Hagen-Poiseulle方程,采用二叉树分形网络模型模拟储层中天然裂缝分布,得到了气体在二叉树分形网络中球面向心流的渗透率模型。分析了矩形、三角形、椭圆形及圆形等不同裂缝截面以及裂缝分叉角θ、裂缝分形维数D_f、裂缝毛管长度级差系数α、矩形裂缝截面宽与高的比值x_1、椭圆裂缝截面长轴与短轴长度的比值x_3等裂缝结构参数对裂缝分形表观渗透率K_f的影响。在相同裂缝截面积的情况下,裂缝分形表观渗透率K_f从大到小依次为圆管模型、椭圆模型、矩形模型和三角形模型。裂缝分形表观渗透率K_f随着裂缝分形维数D_f的增大而增大;K_f随着裂缝分叉角θ(0°θ100°)的增大先减小后增大,在裂缝分叉角为90°时取得最小值;K_f随着裂缝毛管长度级差系数α的增加而减小;K_f随着矩形裂缝截面宽与高比值x_1的增大先增大后减小,在裂缝宽与高比值x_1值取1时得到最大值;K_f随着椭圆裂缝截面长轴与短轴长度比值x_3的增大而减小。     

基于微流控模型的裂缝性储集层渗吸机理实验

针对岩心渗吸实验周期长和计量难度大等问题,设计了不同尺寸、不同边界条件的裂缝-基质微流控模型,并通过表面性质修饰对模型润湿性进行调控,开展了油-水、油-润湿改性体系、油-Winsor Ⅲ型表面活性剂体系的一系列渗吸实验并研究其渗吸机制.研究表明,在油-水、油-润湿改性体系渗吸过程中,油相通过海恩斯阶跃采出,毛细管回压是...     

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。     

低渗储层动静态渗吸采油效果实验研究

渗吸采油是低渗、超低渗储层有效开发方式之一,明确动、静态渗吸采油特征差异,评价影响渗吸效果的主控因素敏感性一直是该类储层渗吸采油研究的核心。基于低渗储层基质岩心,开展了动、静态渗吸对比实验,分别评价了初始渗透率、孔隙结构、渗吸压力、裂缝、边界条件及渗吸介质等因素对低渗储层渗吸驱油效果的影响。研究结果表明：1)在静态渗吸实验方法下,随着渗吸压力的增大,采出程度呈现先增大后减小的趋势;孔隙结构越好,较高初始渗吸速度的持续时间越长,渗吸驱油效率越高;随着初始渗透率、渗吸表面积及界面张力的变大,渗吸采收率呈上升趋势。2)在动态渗吸实验方法下,采出程度、驱油速度与渗吸压力呈正相关趋势,其余因素对渗吸驱油效果的影响规律与静态渗吸驱油规律基本一致。3)相较于静态采收率,动态采收率在渗吸-驱替的协同作用下明显更高;此外,驱替作用对采收率的贡献程度与渗透率、孔隙结构、渗吸压力以及岩心端面开放程度呈正相关趋势,与表面活性剂溶液界面张力呈负相关趋势。该研究成果对低渗储层渗吸采油方式优化具有一定借鉴价值。     

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...     

储层孔隙结构的分形几何描述

储层岩石在0.2～50μm的尺度范围内具有良好的分形特征。根据分形几何原理,可推导出储层岩石孔隙分布、毛管压力、J函数和相对渗透率曲线以及岩石孔隙表面接触角的分形几何公式。前人指出,岩性相近岩石的J函数曲线相近,而推导出的J函数曲线分形几何公式表明,相近的实质是指孔隙的分维数和毛管弯曲度。根据毛管压力曲线和J函数曲线的分形几何公式计算孔隙的分维数,该法比扫描电镜法简便易行,便于广泛应用。根据毛管压力曲线,计算的孔隙分形参数,可用以了解储层水敏损害及酸化作用的程度。     

致密砂岩分形渗透率模型构建及关键分形参数计算方法

针对现有渗透率分形模型关键参数计算方法与渗透率相关性较差、迂曲度分形维数不能反映三维特征,造成致密砂岩渗透率预测困难的问题,基于致密砂岩孔隙结构分形特征及迂曲毛管束模型,构建了一种致密砂岩渗透率预测模型,提出了分形维数、迂曲度分形维数、特征长度的有效计算方法,并探讨了不同迂曲度计算方法对致密砂岩渗透率预测的影响。研究表明:构建的渗透率模型可以有效预测致密砂岩渗透率,更接近于实测值,计算得到分形维数与岩心渗透率相关性更强;不同迂曲度计算方法得到的致密砂岩迂曲度值差异较大,选取合适的迂曲度计算方法可以提高致密砂岩渗透率预测精度。研究成果可以准确、快速地预测渗透率,对致密砂岩油藏储层评价与有效开发具有重要意义。     

考虑渗吸和驱替的致密油藏体积改造实验及多尺度模拟

矿场试验表明,压裂后不立即放喷,依靠焖井过程的驱替和渗吸可置换小孔隙内的原油,提高原油采出程度。为探索该过程机理,进行了实验和模拟研究。首先,带压渗吸实验,模拟裂缝壁面在驱替压差和毛管力共同作用下的渗吸行为,无因次时间中加入驱替项（Δp）,对实验结果进行归一化处理;其次,建立基于CT 扫描的孔隙尺度模型,通过致密岩心采收率拟合, 获得驱替、渗吸的相渗和毛管压力;最后,在油藏尺度,分别赋予基质和裂缝不同的相渗和毛管压力,模拟矿场实际油水流动。结果表明:带压渗吸采收率明显高于自发渗吸采收率,提高幅度10%~15%;无因次时间中加入驱替项,可对实验结果进行较好的归一化;调整微观孔隙结构如孔道/ 喉道半径、孔喉比、配位数等参数可以实现渗吸采收率的拟合;油藏尺度对基质/ 裂缝以及渗吸/ 驱替的划分,可准确反映开采初期含水率变化。     

基于孔隙分形特征的低渗透储层孔隙结构评价

储层孔隙结构对低渗透储层的渗流能力和油气产能有重要影响,是低渗透储层研究的热点。 目前,急需一种在储层宏观尺度上反映强非均质性储层孔隙结构优劣的储层孔隙结构定量评价方法。 以塔南凹陷白垩系低渗透储层为例,在薄片观察、孔渗测试和毛管压力测试的基础上,将分形算法应用于储层孔隙结构评价,建立了利用压汞测试求取孔隙分形维数,进而定量评价储层孔隙结构的方法。 研究认为,该区发育粗态型、偏粗态型、偏细态型和细态型 4 种类型孔隙结构。 利用毛管压力对数与润湿相饱和度对数的线性关系可求取孔隙分形维数,且分形维数越小,孔隙结构越好。 结合薄片和试油资料建立了该区孔隙结构分类的分形维数标准,同时发现该区储层非均质性强,部分样品整体分形特征不明显,储层中的大孔隙和小孔隙均具有良好的分形特征,但是具有不同的孔隙结构特点,表现为毛管压力与润湿相饱和度关系的分段性。     

分形孔网络的反应扩散模拟

以具有自相似性的分支孔树作为多孔介质中孔网络的分形结构模型 ,而且每个分支孔树都是具有分形特征的分形孔通道。在这个分形孔网络的基础上 ,建立了反应扩散分形模型 ,并对影响反应效率和孔道浓度分布的因素进行了分析。研究发现 :分形结构特征对反应物的扩散性质具有重要影响。针对一级反应 ,随着孔数自相似比、孔长度自相似比、分形孔道Thiele模数的增大 ,反应物消耗率逐渐增大 ;但是随着孔径自相似比的增大 ,在不同的零级孔道Thiele模数下 ,反应物消耗率的变化趋势并不单调一致。同时随着孔数自相似比、孔径自相似比、分形孔道Thiele模数的增大 ,零级孔道中反应物的浓度逐渐降低 ;但是长度自相似比对零级孔道的浓度分布没有影响。     

Influence of wettability on petrophysical properties during imbibition in a random dense packing of equal spheres

Wettability, defined in terms of the value of contact angle of wetting–nonwetting–solid phase interface, is an important feature governing flow and transport processes in porous media. In this work we investigate the influence of wettability on the capillary pressure vs. saturation curve and on relative permeability during imbibition.To describe imbibition, we propose a new way of modeling it, based upon a physically consistent dynamic criterion for the imbibition of an individual pore, originally suggested by Melrose. We illustrate this approach in a simple but physically representative porous medium, the “ideal soil” (a dense random packing of equal spheres). Complete knowledge of the pore space geometry allows making a priori predictions of pore-level processes, without invoking adjustable parameters.This approach allows modeling imbibition for different values of contact angle and different initial conditions (as different drainage endpoints). The simulation yields the pore-level configuration of both fluid phases at each value of saturation. Relative permeabilities are calculated by simulating steady flow through the pore space occupied by each phase. The geometric and topological features of the flow network are directly connected to the geometry of the model rock and distribution of liquid phases in it.The simulated imbibition capillary pressure curves and relative permeability to the wetting phase are very sensitive to the value of contact angle in the whole range of wetting phase saturation. At the same time, relative permeability to the non-wetting phase is not much influenced by the wettability. Predicted capillary pressures and relative permeabilities compare favorably with experimental data for a range of wettabilities, providing strong support for the dynamic imbibition criterion.     

Effect of Capillary Pressure on Wetting Film Imbibition Ahead of Main Liquid–Gas Displacement Front in Porous Media

Abstract

The effect of capillary pressure on wetting film imbibition along the edges of pores in porous media is investigated experimentally. It is found that the capillary pressure at the main liquid–gas front (the main displacement front) plays a major role, among other factors, in determining the imbibition rate of a wetting liquid along pore edges. The measured velocities of the wetting film in a two-dimensional consolidated glass bead model and the imbibed volumes of the wetting liquid into the mode ahead of the main front are found to be proportional to 1/P^1/2 _C and 1/P^5/2 _C, respectively, where P_C is the capillary pressure at the main liquid–gas front. The effect of capillary pressure on wetting film imbibition along the edges of pores is also illustrated by the experiments in a periodically constricted capillary where different film imbibition rates were obtained when the main liquid–gas meniscus is kept at a throat and a pore. Both theoretical analysis and experimental results show that the length of the wetting film ahead of the main meniscus increases greatly as the injection rate is decreased.     

应用分形理论研究鄂尔多斯MHM油田低孔渗储层孔隙结构

基于岩样的毛管压力分析数据,讨论了岩石孔隙结构的分形特征。用孔径小于某一值r的孔隙体积百分比S与r的拟合关系,计算了鄂尔多斯盆地西部MHM油田三叠系延长组和侏罗系延安组低孔、低渗储层孔隙结构的分形维数。计算结果表明,两个层段的毛管压力曲线都存在一个标度区间,在该区间内孔隙结构表现出分形特征。同一块样品的大孔隙段与小孔隙段表现出多重分形,延10段储层孔隙结构的分形维数在大孔隙段比小孔隙段小,而长6段储层的分形维数分布特征却与延10段储层相反。在大孔隙区间延10段的分形维数比长6段小,反映出长6段储层孔隙结构比延10段复杂。研究分析认为,利用孔隙结构分形维数并结合其他孔隙特征参数,可以很好的反映出储层微观孔隙结构的复杂性,为研究储层孔隙结构微观非均质性提供了一个方便有效的手段,并为进一步的储层评价奠定了基础。