页岩储层中气体多机理耦合渗流研究

页岩储层中有纳米孔、微米孔、微裂隙、人工裂缝等储集空间和运移通道,多尺度的孔隙结构使气体具有扩散、滑脱、达西渗流等多种流动形式。当储层压力、温度、应力改变时,赋存气体的运动状态、孔隙结构会发生改变,使渗流复杂化。利用毛管束模型和平板模型,分别讨论了扩散、吸附、应力解吸对页岩中气体渗流的影响。研究表明:1当温度一定时,在低压小孔隙中,气体的扩散主要是Kudsen扩散;当压力和孔径变大时,则以Fick扩散为主;2在低压小孔隙储层中,扩散对渗流影响不可忽略;但当压力和孔径达到一定值后,可以忽略扩散的影响;3滑脱对气体渗流的影响程度与压力和孔隙尺度有关;4吸附会减小孔隙直径,影响气体渗流,孔隙越小,吸附对渗流的影响越严重;5随有效应力的增加,页岩渗透率降低;页岩中裂缝越多,渗透率降低越显著;气体解吸后页岩的渗透率变大。     

基于页岩油藏多尺度非线性渗流的数值模型研究

通过构建嵌入式离散裂缝模型(EDFM)研究了多重介质非线性渗流下的页岩储层水平井生产动态,对页岩储层中复杂的水力裂缝、次生裂缝以及天然裂缝系统进行了显式表征,对储层不同尺度渗流通道中的运动控制方程进行了修正。在此基础上,量化分析了启动压力梯度因素对低渗储层非线性流中产量的影响,提高了模型应用的真实性,为裂缝型油藏的数值模拟方法提供了新的思路。     

缝网页岩储层非线性耦合渗流模型研究

页岩气藏裂缝发育,流体渗流机理复杂,认识流体在缝网页岩储层中的流动规律是准确评价气藏产能的关键科学问题.本文建立多重连续/离散裂缝模型描述水力压裂后的页岩储渗空间,建立了综合考虑吸附气非线性非平衡解吸附、表面扩散,自由气黏性流和Knudsen扩散机理的非线性耦合渗流数学模型.模型认为吸附气在有机质表面发生表面扩散,并与无机质基质孔之间发生非平衡解吸附,无机质基质孔内存在黏性流和努森扩散,而天然裂缝和压裂形成的水力裂缝内只有黏性流.通过压裂水平井的数值模拟结果,揭示了缝网页岩储层中吸附气净解吸附速率的时空演变规律,发现了最大净解吸附速率由缝网逐渐向基质扩散的现象.通过多重压力系统分析,发现了裂缝中自由气、基质无机质孔隙中自由气、有机质中吸附气依次滞后的浓度扩散现象;通过对天然裂缝渗流场的分析,发现离散缝网区域包络线外的流动形式随时间依次出现:椭圆径向流、线性流和缝间干扰产生的非线性流.本文研究揭示了缝网页岩储层的渗流机理,为页岩气藏的开发提供了科学基础.     

页岩储层岩芯核磁共振响应特征实验研究

 系统研究致密页岩储层核磁共振响应特征对于将核磁共振技术应用于该类油气资源开发具有重要的基础指导作用。综合使用核磁共振、气水离心等实验技术研究了页岩核磁共振T₂谱响应特征、核磁孔隙度、可动流体T₂截止值及岩石比表面分布等储层特征。研究结果表明,页岩T₂谱可以分为3种类型,即单峰T₂谱、含有孤立右峰的双峰T₂谱及左、右峰连续分布的双峰态T₂谱,页岩绝大多数T₂弛豫时间小于10ms,储层中裂缝孔隙约占总孔隙空间的9.16%。基于核磁共振T₂谱计算的页岩比表面主要分布在3.59—80.51μm^-1。页岩核磁孔隙度普遍小于水测孔隙度,平均误差约为22.33%,其与黏土孔隙、裂缝孔隙发育等因素有关。结合气水离心实验结果,计算得到页岩储层核磁共振可动流体T₂截止值分布在3.87—16.68ms,平均值为8.29ms,储层基质岩石游离气饱和度平均值约为9.72%。     

页岩储层渗吸特性的实验研究

页岩含有大量黏土矿物,遇水会导致页岩中黏土矿物水化、膨胀,为研究页岩吸水特性及探究页岩气井返排率的影响因素。开展了页岩动态渗吸及静态渗吸实验;并对实验结果进行了详细的分析。研究表明:页岩水化作用主要发生在页岩与水或水基溶液接触的表层附近,液体侵入深度十分有限;不同的液体介质下页岩的吸水能力各不相同;页岩吸水量由表面水化吸水量、渗透水化吸水量和毛管吸水量组成,而且水化吸水量基本无法排出,在一定程度上降低了页岩气井压裂液的返排率;相同的成藏条件下页岩的渗透水化吸水量及表面水化吸水量相同;页岩水化能力及压裂效果是影响返排率的主控因素。     

纳米尺度页岩储层的气体流动行为分析

理论分析及矿场实践表明,页岩气藏采用传统渗流模型预测的产量总是比实际产量低,经典的达西渗流定律
不再具有适应性,需要建立能准确描述页岩介质气体流动行为的数学模型。目前针对页岩气藏的渗流模型基本都是
对传统黏性流动的校正或者在黏性流动模型上简单的附加分子流动项,忽略了黏性流与分子流中间流态的问题。考
虑页岩介质中可能存在不同流态,建立了描述页岩气藏的流动分析模型。计算结果表明：页岩储层的孔隙越小、气体
分子摩尔质量越小、地层压力越低,气体流动越倾向表现为微观流态,表观渗透率与达西渗透率的比值越大。模型可
解释页岩气藏生产时实际产量高于达西模型预测产量,该研究对于指导页岩气藏生产具有重要的指导意义。     

页岩储层压裂裂缝表面软化规律实验研究

针对中国典型的页岩储层开展自发渗吸对比实验,并结合页岩表面硬度测试,分析了页岩自发渗吸能力与裂缝表面软化程度的关系,研究不同水化阶段页岩裂缝表面力学性质变化规律。实验结果表明:吸水最初的1 d是裂缝表面发生硬度伤害的主要阶段,占总伤害的50%~75%,随后硬度伤害持续、缓慢增加;渗吸速率和单位体积岩石吸水量与页岩裂缝表面软化程度并没有直接关系,但吸水孔隙体积倍数、有效驱动力系数与页岩裂缝面软化程度有明显的正相关性,其值越高水岩作用越剧烈。     

页岩储层天然裂缝剪切滑移特性实验研究

为研究页岩储层天然裂缝剪切滑移特性,基于GCTS TRR-1000三轴力学系统,设计了注入流体和水力裂缝共同作用下的天然裂缝剪切滑移实验.实验结果表明:(1)天然裂缝在与水力裂缝相交前就发生了微小的剪切滑移(<0.02 mm),但此过程的剪切滑移是天然裂缝压实所致;裂缝相交后由于注入流体的作用天然裂缝发生破坏,进而产生...     

非均质低渗透储层渗流特征实验研究

基于平板模型模拟非均质低渗透储层的相似理论,设计、制作并评价了非均质低渗透平板模型,进而开展渗流特征物理模拟实验,利用平板模型内部对称布置的压力传感器获取的压力数据,绘制了压力梯度分布图和渗流区域划分图,进而分析非均质低渗透储层渗流特征。实验结果表明,非均质低渗透储层的注采井近井地带压力消耗很大,同号井连线中点处压力梯度最小,注采单元内压力梯度分布状况随渗透率及平面非均质性的变化相应改变;渗透率的增大使压力传播距离增大,非均质性的增强则对压力传播有负面影响,当储层整体渗透率较低时,渗透率增大的影响程度大于非均质性的负面影响;随着采出端渗透率增大,非均质低渗透储层的不流动区域面积变小,相应的可流动区域变大,其中更利于流体流动的拟线性渗流区域面积比例增大。     

非线性渗流多尺度有限元数值模拟

采用多尺度有限元法对一般的非线性椭圆型方程和与时间相关的非线性方程进行数值分析。阐述多尺度有限元法求解非线性方程的基本原理,推导相应的计算格式并编制计算程序。通过2个不同类型的非线性渗流算例验证该方法的准确性和适用性。最后,以低渗透油藏注水开发为例,对其进行多尺度有限数值模拟。研究结果表明:相对于传统的数值计算方法,多尺度有限元法具有更高的计算精度,在保证计算精度的同时能够减少计算量。     

页岩介质中放射性核素迁移的实验研究及其数学模型

在自行设计的实验装置中进行了放射性核素[3]I在页岩介质中的扩散、渗透-弥散的实验，采用渗透法及扩散法获得了实验曲线并计算出弥散系数、阻滞系数、孔隙度等参数。实验表明[3]I在页岩介质中为弱吸附核素，其阻滞系数较小，在此实验基础上建立了放射性核素[3]I在页岩介质中的一维迁移物理模型及数学模型，结果表明[3]I随地下水迁移得比较慢，因此页岩对[3]I的迁移能起到一定的阻滞作用。     

测井约束多尺度储层厚度反演

在多尺度小波分解理论的基础上,提出利用速度剖面和测井曲线的多尺度小波分解结果,在测井约束下分别确定砂体的位置、几何形态,计算薄砂体的视累计厚度和含油气砂体的视累计厚度;并将各尺度下计算的视累计厚度作为人工神经网络的输入,反演得到最终精确的薄砂体的累计厚度和含油气砂体的累计厚度。经三维地震资料连片处理证实：该方法稳定可靠,确定的砂体位置准确,反演结果具有较高的精度     

王府火山岩气藏储层及渗流特征研究

针对王府火山岩气藏储层岩性复杂,气、水渗流规律认识不清的问题,利用X衍射、压汞、核磁共振、阈压梯度等实验技术,对王府火山岩气藏储层特征和单相气体、气水两相渗流规律进行了研究。结果表明,王府气田储层岩性主要为流纹岩、安山岩、火山角砾岩,属低孔致密储层,储集空间类型为孔缝型。火山岩岩心单相气体渗流时,1~2 MPa是气体单相渗流流态发生转折的临界点;若以流量和压力平方梯度作为描述气体渗流曲线的坐标轴,其曲线特征以0.05×10-3μm2为界限分为2种渗流形态。含水火山岩岩心气体渗流时,当束缚水饱和度小于60%时,孔缝型岩样阈压梯度明显低于孔隙型岩样。     

高渗储层特高含水期渗流规律实验模拟及流场表征

以孤东油田七区西馆陶组Ng63+4砂层组地质特征为基础,设计二维平面物理模型进行水驱实验,组建压力、饱和度全程同时实时监测系统,并以绘制场图的形式表征模型内部压力及含水饱和度分布,系统地揭示了含水上升规律与压力、饱和度分布之间的关系。基于驱替过程中模型内部压力及含水饱和度分布的变化规律,推导出油水两相的速度分布及流线,通过调整注采关系改变流线,研究特高含水期供给边界及压力梯度的改变对储层油水两相饱和度分布的影响。建立质点迁移模型计算平面模型内部含水饱和度分布,并将预测值与实验测量值对比,认为长期注水冲刷及压力波动会导致储层的孔渗性及润湿性改变,进而导致油水两相相渗曲线改变。通过修正相渗曲线,预测得出与实验测量结论具有高相似度的含水饱和度分布,为高渗油藏特高含水期剩余油分布预测提供了一套新的思路。     

层理对页岩储层压裂改造效果影响的实验研究

为了研究层理对页岩储层高度方向改造效果的影响,利用龙马溪组页岩露头开展了大尺寸真三轴压裂模拟实验,分析了水力压裂裂缝在储层高度方向上的扩展规律,并通过声发射定位解释结果对不同实验条件下的改造效果进行了定量评价。结果发现:储层高度方向的改造效果受垂向应力与层理特征的共同影响。高垂向应力(30 MPa)条件下,有利于沟通更多层理。弱胶结层理面会降低水力裂缝穿层的可能,显著降低储层高度方向的沟通效果。随着层理开启数量增多,裂缝形态更加复杂,储层高度方向的改造越充分,有效改造体积也就越大。原始开启层理面的扰动导致SRV与ESRV之间存在偏差。     

低渗透油藏储层多尺度裂缝的建模方法研究

低渗透油藏储层中流体的流动是一个横跨致密基质、天然裂缝、水压裂缝、井筒的典型多尺度力学行为。明确油藏储层中裂缝的尺度分级,建立精确的低渗透储层多尺度裂缝模型,探究多尺度之间的级联耦合作用过程和内在联系,是低渗透油藏渗流研究的关键,也是实现超低渗透油藏有效开发的重要理论基础。根据复杂学科的多尺度关联方法及油藏多尺度裂缝建模的相关文献资料,明确提出了油藏中多尺度裂缝的尺度分级标准,总结归纳了多尺度关联方法和低渗透油藏储层多尺度裂缝模型,分析了按连续介质思想和离散介质思想构建的几种代表模型的优劣。在此基础上,提出了储层裂缝多尺度建模的建议,并指出了低渗透油藏多尺度裂缝建模研究的趋势。     

页岩储层纳米孔隙流动模拟研究

页岩气作为一种重要的非常规天然气资源已受到普遍关注,但页岩储层主要发育纳米孔隙,而针对页岩气在
纳米孔喉中运移的研究还相对滞后,这严重制约了页岩气藏的高效开发。针对纳米尺度孔隙,考虑页岩气的吸附解
吸及吸附相表面扩散,自由气的黏性流、滑脱效应及Knudsen 扩散等运移机制,建立了页岩气单相流动数学模型,并开
展了流动模拟研究。模拟结果表明：对于以纳米孔隙为主的页岩基质,甲烷在孔隙壁面的附着及表面扩散、气体滑脱
及Knudsen 扩散等均将影响气体流动,造成表观渗透率显著高于Darcy 渗透率,且孔喉越细小,压力越低,表观渗透率
与Darcy 渗透率相差越大。通过分析各运移机制对页岩气流动的影响,有助于深入了解页岩气运移产出过程,从而指
导页岩气藏的有效、高效开发。     

四川盆地威远地区页岩气储层多尺度裂缝预测

探讨四川盆地威远地区五峰组-龙马溪组页岩储层中多尺度裂缝地震预测。据岩心、测井裂缝资料分析目标层裂缝发育特征,优选裂缝预测敏感地震属性,利用分频裂缝检测技术对龙马溪组-五峰组页岩储层多尺度裂缝进行预测。结果表明,研究区裂缝较为发育,倾角、C_3相干属性对裂缝发育较为敏感;不同频带的分频数据裂缝识别能力差异明显,低频带分频数据只能识别一些较大的裂缝带,高频带分频数据可检测到较小的裂缝带;小尺度裂缝预测主要受到频率、信噪比、面元大小等因素的限制。增大C_3相干属性分析的道窗可使低频段分频数据获得更好的裂缝检测效果,但要利用高频段分频数据检测尺度更小的裂缝带需要横向分辨率高的地震资料。     

致密油藏渗流规律及数学模型研究进展

中国致密油藏资源潜力大、分布广,现阶段已成为中国长庆、大庆、新疆和吉林等油田稳产、上产的重要保障,也是全球油气开发的热点和难点。致密储层岩石致密,孔隙度和渗透率极低,其主流喉道为亚微米,微尺度流动效应的影响显著,传统的油气渗流理论已无法准确描述此类油藏的流动规律,且开发过程中表现出原油流动困难、驱替难度大、动用程度低等开发难点,通常采用水平井和大规模体积压裂的井工厂模式实现致密油藏的高效开发。针对致密油藏渗流规律及数学模型,阐述了致密油藏渗流理论的最新研究进展,包括微纳米孔喉流动机理及数学模型、致密油藏应力敏感及数学模型、致密油藏非线性运动方程、孔隙网络模型、非线性渗流规律和致密基质裂缝耦合模型及流动规律,并针对各个前沿关键科学问题总结了其发展趋势,对致密油藏的科学高效开发具有重要的理论意义。