孔隙尺度各向异性与孔隙分布非均质性对多孔介质渗透率的影响机理

借助微CT扫描实验,建立致密砂岩的三维数字岩心,定量评价孔隙尺度各向异性和孔隙分布非均质性;采用四参数随机生成算法,构建三维各向异性、非均质性多孔介质模型,同时运用多弛豫时间格子-玻尔兹曼模型分析多孔介质渗透率与孔隙尺度各向异性、孔隙分布非均质性的关系,研究对岩心渗透率的微观影响机理。研究表明,致密砂岩孔隙形态复杂,孔隙尺度各向异性、孔隙分布非均质性显著,各向异性因子具有明显的方向性;孔隙尺度各向异性影响多孔介质中孔隙长轴的取向性及流体流动路径,沿各向异性因子大的方向迂曲度小、流体流动消耗能量小,迂曲度与各向异性的强相关是各向异性影响渗透率的根本原因;孔隙分布非均质性对渗透率的影响表现为迂曲度与比表面积的共同作用,比表面积与迂曲度的乘积与非均质性呈明显负相关,孔隙分布非均质性越强,乘积值越小,渗透率越大;复杂多孔介质的渗透率与迂曲度满足乘幂关系式,拟合精度较高,可用于岩心渗透率的近似估算。图19表5参39     

非均质碳酸盐岩储层微观孔隙结构表征与气藏检测——以阿姆河右岸灰岩气藏为例

碳酸盐岩储集空间演化过程复杂、孔隙结构多样、非均质性强,孔隙结构是影响碳酸盐岩非均质性的重要因素。以阿姆河右岸中上侏罗统卡洛夫-牛津阶灰岩气藏为例,从孔隙结构的基础研究出发,对非均质碳酸盐岩储层微观孔隙结构进行了精细表征,并对气藏开展了精确预测:通过岩石镜下薄片对岩石成分、类型、面孔率等信息进行鉴定,证明该地区碳酸盐岩储层主要发育溶孔和裂缝两种类型孔隙结构;通过CT扫描得到岩石内部立体影像,统计孔隙分布与流体充填状态,证实了实际岩石中"水包气"的斑块状饱和状态,为岩石物理建模提供了依据;通过岩心实验测量得到岩石速度、密度、孔隙度等物理信息,根据多参数交会分析结果,优选纵波阻抗与纵横波速度比作为该地区流体检测的敏感参数;综合以上信息,选择基于双孔等效介质理论的岩石物理建模方法,结合地震数据制作岩石物理模板,预测了储层孔隙度与含气饱和度,预测结果与试气结果吻合。     

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油气储层岩石是一种典型的多孔介质。在油气藏开发过程中，由于流体的流出而孔隙压力下降，储层所受到的有效压力增大。储层发生变形并使储层多孔介质的孔隙结构发生改变、孔隙体积缩小、孔隙度和渗透率降低。在多学科研究相结合的基础上，阐述了储层多孔介质变形的类型，并从多孔介质的微观物理特性(如物质组成，颗粒类型及它们之间的接触关系、排列方式、胶结方式以及孔隙内流体的类型和特征等)分析对其产生变形的影响。利用先进的仪器和改进的实验装置，分析了储层多孔介质因变形而使其孔隙结构、孔隙体积、孔隙度和渗透率所发生的变化。文章对储层多孔介质变形的理论和实验研究，对受变形影响较大的油气藏制定合理的开发方案和生产措施十分有益。     

3D多孔介质渗透率的格子Boltzmann模拟

多孔介质结构的复杂性使其内部的流动非常复杂,通常不加简化就难以求解.格子Boltzmann方法以其无需简化就能处理复杂孔隙结构的优势,成为研究多孔介质流动的一种有效的数值计算方法.从现场采集的彩色铸体剖面图中提取孔隙信息重构了一种接近真实岩石的3D孔隙介质数字岩心.在此基础上,使用格子Boltzmann方法进一步得到能准确求解多孔介质中流动问题的Navier-Stokes方程,用以研究孔隙岩石的渗流特性.该方法对简单模型渗透率的模拟结果与相应的解析解或实验测量结果吻合良好,对某油田6个样品的模拟结果与实验结果的误差不大,说明格子Boltzmann方法可以用来计算实际问题的渗透率.     

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。     

世界前沿科技:多孔介质微观孔隙结构三维成像技术

<正>岩石的微观孔隙结构是控制油、气、水在储集层中渗流的主要因素,通过岩石薄片显微照相仅能获得微观的二维图像,不能反映孔隙在三维空间的分布状态。随着科学技术的进步和众多学者的不懈努力,目前已有了比较成熟的多孔介质微观孔隙结构三维图像获取技术,主要包括离子束技术(FIB)、激光共聚焦扫描显微镜、多孔介质微纳米CT成像技术等。多孔介质微纳米CT成像技术是一种无损伤的三维成像技术,不但可获得足够分辨率的多孔介质微观孔隙结构三维图像,而且可以现场实时检测孔隙中流体     

碳酸盐岩非阿尔奇特性的诠释

以碳酸盐岩为主体的复杂储层,其多元的孔隙结构和强烈的非均质性导致经典的阿尔奇方程产生非阿尔奇特性.基于2 028块岩心岩电实测数据,结合三维数字岩心微观数值模拟,深入分析组成碳酸盐岩多元复杂孔隙空间的不同“元素”(基质孔隙、裂缝与溶孔、洞)各自的导电特性及其对m、n值的影响,阐述了它们的分布特点和变化规律.认为碳酸盐岩m值的分布与变化虽然是多种影响因素的交织,但主要受岩石孔隙结构控制,其物理意义在于表征孔隙结构对岩石导电性的影响,可定义为孔隙结构指数.在影响碳酸盐岩n值变化的诸多因素中,主导因素是岩石的润湿性,导致岩石储集空间油气微观分布状态的差异性.n值的物理意义在于表征与描述微观孔隙中油气分布状态的差异性对岩石导电性的影响,应定义为油气饱和度微观分布状态指数(饱和度指数).在此基础上,为拓展阿尔奇方程在碳酸盐岩等复杂储层的应用提出可行的思路与方法.     

气藏储层非均质性表征方法及开采物理模拟实验

以国内砂岩气藏储层岩石为研究对象,结合高压压汞与露头踏勘及气田资料数据分析,利用孔喉半径、岩心渗透率、试井渗透率、测井渗透率等指标,建立了砂岩气藏岩石微观及储层宏观非均质表征方法,研究了岩心微观孔喉、露头剖面、区块、气田4个层级的非均质性特征。结果表明：砂岩气藏储层岩石微观孔喉结构极其复杂,渗流通道由数量众多、大小各异的各类孔隙、裂缝和喉道组成,形成一种复杂的渗流网络,无论微观上还是宏观上均表现出较强非均质性。结合储层非均质性建立全直径长岩心非均质物理模拟实验模型和方法,对比研究了高渗区布井和致密区布井2种方式的开采效果,在配产均为800 mL/min条件下,井位部署在高渗区比致密区布井的稳产期长60%,稳产期结束后产量递减快,低产周期短;高渗区布井比致密区布井的地层压力下降快,表明储量可以得到更快速动用;高渗区布井比致密区布井的采出程度上升更快,稳产期末采出程度高51.2%,采收率高14.6%。研究成果对类似气藏科学开发以及采收率提高具有指导意义。     

深层—超深层碳酸盐岩储层地震预测技术研究进展与趋势

碳酸盐岩储层是中国陆上油气勘探的重要类型,已在塔里木、四川、鄂尔多斯等盆地发现了一批大中型油气田。但随着勘探不断发展,深层—超深层强非均质性碳酸盐岩储层将成为规模勘探的重要对象,与之相适应的地震预测技术存在理论方法薄弱、预测精度较低等问题。通过"十三五"攻关研究,在理论研究及新技术方面取得重要进展,其中裂缝—多孔隙介质岩石物理模型复杂波场正反演及碳酸盐岩数字岩心岩石物理分析与储层孔隙结构识别等方法创新为开发储层预测新技术奠定了重要基础,地震梯度结构张量小断裂识别、云变换随机模拟缝洞储层定量化预测、基于叠前弹性参数反演和分频属性的气藏检测等新技术则有效提高了断裂、储层及流体识别精度。在此基础上并结合强非均质性碳酸盐岩储层地震预测技术研究现状,提出技术发展建议:按照"深度融合、精细化和智能化"发展趋势,强化基于孔隙形态非均质性、裂缝诱导各向异性、具有频散和衰减的裂缝—孔隙介质的岩石物理建模方法等基础理论研究,重点发展基于双相介质频率、频散与衰减等波动力学特征的储层敏感属性精细化地震预测、基于数字岩心岩石物理分析的储层孔隙结构地震预测、人工智能碳酸盐岩储层定量预测及流体检测等技术。     

多孔介质速度场和流量场分布

流体在多孔介质中的宏观特性由介质本身的孔隙结构直接决定,速度场和流量场作为连接微观和宏观的桥梁显得尤为重要,但相关的研究相对较少。基于孔隙网络模型中的流动模拟,采用欧拉描述方法,系统统计了多孔介质中速度和流量的分布,分析了速度和流量的概率密度函数随孔隙结构的变化关系。研究表明:①随多孔介质无序性的增加,速度的分布范围急剧增加,流量的分布范围变化不大;②速度的概率密度函数随无序因子的减小依次表现为:高斯分布、指数分布、指数截断的幂律分布及幂律分布,流量的概率密度函数主要受孔隙非均质性的影响,表现为高斯分布和指数截断的幂律分布;③归一化流体速度的平均值受变异系数和配位数共同影响,且与配位数成乘幂关系,归一化流体流量的平均值不随配位数的变化而变化,但其随变异系数的增加而降低。     

A Novel Technique For Determining Microscopic Pore Size Distribution of Heterogeneous Reservoir Rocks

Fluid flow in porous media is affected by petrophysical properties and their distribution. Standard techniques of core analysis provide an average of varying petrophysical properties and pore size distribution (PSD) of porous rocks. However, these techniques have severe assumptions that may negatively influence the results obtained.

The major objectives of this study are to develop a new technique capable of providing the microscopic PSD of heterogeneous reservoir rocks and to apply this technique to interpret the formation damage problem due to sulfur deposition. The current methods of calculating the pore size distribution were reviewed and evaluated. To achieve the objectives of this study, 10 reservoir rock samples extracted from an actual oil reservoir were photographed using a scanning electron microscope (SEM) and analyzed using computer software to provide the PSD. In order to investigate the application of the proposed technique, actual sulfuric crude oil was flooded through an actual core sample and the in-situ deposited sulfur along the damaged core sample was calculated, plugged, and the opening pores of the core were quantified.

The results showed that a new technique capable of explaining and providing the required information about pore size distribution and its applications on a microscopic scale was developed. In addition, the influences of fluid flow characteristics of elemental sulfur through reservoir rock were presented. The newly proposed technique provided valuable data such as PSD, minimum and maximum pore diameters, plugged and nonplugged areas, and deposited amounts of damaging elements. The judicious applications of the attained results represent an impact in studying and/or evaluation of formation damage, designing the microbial enhanced oil recovery process, and development and validation of many oil reservoir simulation models.     

砂岩油藏地震数据流体替换

流体替换常用于计算油藏流体变化前后岩石弹性参数变化,是进行地震油藏描述与监测研究的关键步骤。流体替换需要孔隙度、岩石基质、流体属性和泥质含量等数据信息,因此目前往往只能在有测井数据的油藏部分进行流体替换,并通过地震数值模拟获取流体变化前后地震响应,从而进行地震属性分析与优化。为了扩大流体替换应用范围,提出利用地震资料直接进行流体替换。在确定油藏流体类型与岩石物理模型基础上,建立油藏地质模型,模拟油藏流体变化前后地震反射振幅峰值关系,并分析储层参数（包括孔隙度、储层厚度和泥质含量等）变化时该振幅关系变化特征。采用曲线拟合方式对该振幅峰值关系进行计算,得到可直接应用于地震数据的流体替换线性拟合方程,从而进行实际地震数据流体替换。基于胶结砂岩油藏岩石物理模型的模拟分析与实际资料应用试验,证明了基于地震数据流体替换的可行性。     

岩石物理参数与地球物理特征关系研究——以QHD326油田为例

从孔隙介质理论出发，通过Gassmann理论分析，综合考虑岩石孔隙度、泥质含量、流体类型、应力、温度等多种因素的影响，建立了QHD326油田的地震波速度模型。在此基础上，研究了孔隙及孔隙流体对地震反射特征的影响。根据QHD326油田的地层条件以及不同流体相态下岩石的纵、横波速度和密度等岩心测试数据，通过对叠前正演结果和实际地震资料的分析，总结了岩石物理参数与地球物理特征之间的关系。     

气藏多孔介质中组分吸附等温线的建立

根据吸附位势(位能)理论. 利用Dubinin吸附势的定义。对于同一种类型的吸附剂(多孔介质),对不同吸附质在不同温度条件下测得的吸附实验数据.将其吸附量和吸附势相关联_拟合得到相应的回归方程。并利 用拟合得到的回归方程,针对某个气藏(Case2).在确定的平均气层岩心参数的条件下,建立该气藏在给定气层温度下所有组分的吸附等温线。此项研究工作将为开展多孔介质中吸附作用的各种研究(如吸附平衡相态模拟和油气藏数值模拟研究等)提供重要的基础数据和研究方法,     

多尺度油藏数值模拟的渗滤方法

指出油藏渗流中不同尺度的渗滤现象形成机制,从渗滤理论角度揭示驱替前缘的生长规律.根据宏观与微观渗流的动力学方程,以隐式计算的压力场确定渗滤准则,分别建立了微观与宏观油藏数值模拟的渗滤模型.该模型中指进的发育、剩余油的圈闭不仅受介质非均质性的影响,而且与驱替历史(压力场变化)相关,是对Stenby(1990)及Barefet(1994)的渗滤模拟模型理论上的修正与完善,更能体现渗流的动力学统一性及不规则性.此外,建立了排液道见水后与排液道相临节点的压力降计算模型,使油藏渗滤模型不仅可模拟见水前的水驱油过程,还可对见水后的动态进行预测,突破了网络模拟向油藏动态模拟应用转化的一个难题.通过实际岩心驱替实验及平面填砂模型实验的验证,所建立的多尺度油藏数值渗滤模拟模型是可靠的.微观渗滤模拟可以评价孔隙结构对采收率、指进发育、剩余油分布的影响.宏观渗滤网络模拟方法,可对渗透率、孔隙度非均质分布的油藏在不同驱替条件下的渗流进行渗滤模拟,使指进、剩余油分布的预测更为客观.宏观与微观渗滤模拟特征曲线可与物理模拟及经典数值模拟方法的结果进行对比研究,使油藏数值模拟的深度与广度都得以延伸.     

气藏多孔介质中组分吸附等温线的建立

根据吸附位势（位能）理论，利用Dubinin吸附势的定义，对于同一种类型的吠附剂（多孔介质），对不同吸附质在不同温度条件下测得的吸附实验数据，将其吸附量和吸附势相关联，拟合得到相应的回归方程。并利用拟合得到的回归方程，针对某个气藏（Case2)，在确定的平均气层岩心参数的条件下，建立该气藏在给定气层温度下所有组分的吸附等温线。此项研究工作将为开展多孔介质中吸附作用的各种研究（如吸附平衡相态模拟和油气藏数值模拟研究等）提供重要的基础数据和研究方法。     

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应力敏感性是指骨架应力和孔隙流体压力共同作用产生的压差对微观孔隙结构的影响。低渗透储层的孔隙结构比高渗透储层的更加复杂，这种复杂性增加了岩心受压行为的复杂性。随着生产的进行，储集层压力下降，有效压力也不断变化，而有效压力的大小决定了应力敏感性的严重程度。在压力敏感性实验过程中，文章采用改变围压的方法来近似地模拟储层所承受压力的变化，主要研究了压力变化对储集层渗透率的影响。根据实验结果，建立了有效压力与储集层渗透率之间的经验关系式，并以此为基础，推导出考虑压力敏感性时的低渗透砂岩气藏的产能公式与压力分布公式，并据此分析了压力敏感性对低渗砂岩气藏产能的影响。     

利用压差法进行低孔、低渗储层产能评价——以塔里木盆地大北气田白垩系巴什基奇克组为例

塔里木盆地大北气田白垩系巴什基奇克组为典型的裂缝性致密砂岩储层,低孔、低渗基岩与裂缝形成的双孔隙结构造成储层内部气、水关系复杂。针对此类储层,利用传统的地质和测井方法进行产能评价一直以来都是难点。基于高等渗流力学理论,本次研究认为决定流体产能的参数是地层压差和孔隙毛管压力,只有当地层压差克服了储层中各相流体产生的毛管压力的阻碍,才能从孔隙介质中产出。在分析大量的岩心压汞资料的基础上,通过多元回归建立利用孔隙度、渗透率计算平均孔隙喉道半径的模型,基于孔隙介质中各相流体分布形态,转化得到各相毛管压力及等效压差,建立了利用"压差法"进行产能及流体性质判别的模型。选择大北气田3口井5个测试层段,对模型计算结果的准确性进行验证。在裂缝层段及非裂缝层段,评价结果与测试结果基本吻合,达到了设计的要求。     

复杂孔隙结构储层地震岩石物理分析及应用

致密砂岩、碳酸盐岩气藏等多以低孔低渗储层为主,孔隙成因和类型复杂多样,孔隙度及渗透率对地震弹性模量和速度产生重要影响,为含气性预测带来很大困难。针对低孔低渗复杂孔隙介质,借助孔隙结构表征及地震岩石物理分析,评价孔隙结构的复杂性及孔隙流体分布的非均匀性对地震波速度的影响,揭示低孔低渗储层中地震波速度随物性、含流体性的变化规律。修正White模型描述低孔低渗储层地震频段纵波速度随含气饱和度的变化规律,建立低孔低渗储层含气饱和度定量预测模板,推动地震定量解释技术研发。研究成果在四川盆地须家河组致密砂岩气层含气饱和度地震定量预测应用中取得了良好效果。