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超低滲透油藏物理模擬方法與滲流機理 版權信息
- ISBN：9787030707802
- 條形碼：9787030707802 ; 978-7-03-070780-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
超低滲透油藏物理模擬方法與滲流機理 內容簡介
本書主要介紹超低滲透油藏物理模擬方法與滲流機理在“十三五”時期的研究成果，主要包括超低滲透油藏關鍵物性測試方法及儲層特征研究、數字巖心研究與應用、滲吸驅油機理研究、注入不同介質開采機理研究及應用，以及有效開發理論及應用等方面。
超低滲透油藏物理模擬方法與滲流機理 目錄
目錄
前言
第1章緒論1
1.1研究背景1
1.1.1超低滲透油藏資源潛力大1
1.1.2超低滲透油藏產量增長迅速2
1.1.3超低滲透油藏單井產量遞減快、采出程度低2
1.2超低滲透油藏物理模擬方法及開采機理研究面臨的挑戰3
1.3超低滲透油藏物理模擬方法及開采機理研究取得的主要成果4
第2章超低滲透油藏關鍵物性測試方法及儲層特征研究8
2.1超低滲透油藏關鍵物性測試方法8
2.1.1超低滲透巖心混合潤濕性測試方法8
2.1.2流體原位黏度表征及測試方法15
2.1.3原油賦存空間定量測試分析方法24
2.2超低滲透油藏儲層特征26
2.2.1超低滲透油藏孔喉特征26
2.2.2儲層黏土礦物類型及含量分析36
2.2.3儲層微裂縫和“微米級孔縫”發育特征37
參考文獻40
第3章超低滲透油藏數字巖心研究與應用42
3.1概述42
3.1.1數學巖心技術發展現狀42
3.1.23D打印技術發展現狀42
3.2超低滲透儲層巖心微尺度臨界尺寸分析43
3.2.1結構尺寸效應44
3.2.2臨界分辨率46
3.2.3滲流REV尺寸46
3.3超低滲透儲層數字巖心構建方法47
3.3.1超低滲透儲層巖心圖像選取方法47
3.3.2超低滲透儲層巖心掃描圖像二值化方法49
3.3.3超低滲透儲層巖心多尺度融合算法50
3.3.4超低滲透儲層數字巖心構建52
3.4超低滲透儲層數字巖心滲吸數值模擬55
3.4.1理論基礎55
3.4.2模型設置56
3.4.3流體潤濕性對自發滲吸的影響57
3.5超低滲透儲層數字巖心3D打印62
3.5.13D打印技術現狀62
3.5.23D打印工藝優選64
3.5.3微觀孔隙結構模型的3D打印64
3.5.43D打印巖石的力學特性65
3.5.53D打印模型的室內表征66
3.5.6基于3D打印微觀模型的可視化滲流實驗68
參考文獻71
第4章超低滲透油藏滲吸驅油機理研究75
4.1超低滲透油藏小巖心自發滲吸物理模擬實驗方法75
4.2超低滲透油藏小巖心動態滲吸物理模擬實驗方法77
4.3動態滲吸與靜態滲吸在線核磁實驗過程79
4.3.1實驗樣品與設備79
4.3.2實驗流程80
4.3.3滲吸巖心初始狀態分析81
4.3.4動態滲吸過程中巖心內部流體分布的變化88
4.4超低滲透油藏大模型逆向滲吸和注水吞吐中的滲吸距離92參考文獻99
第5章超低滲透油藏注入不同介質開采機理研究及應用101
5.1超低滲透油藏滲流機理物理模擬實驗系統101
5.1.1超低滲透巖心核磁共振在線測試系統102
5.1.2高壓大模型物理模擬實驗系統108
5.2超低滲透-致密油藏不同注入介質開采機理研究109
5.2.1小巖心不同注入介質驅替和吞吐采油機理110
5.2.2大模型注水、注CO2吞吐采油機理研究123
5.2.3不同注入介質吞吐實驗小結132
5.3超低滲透-致密油藏有效開發模式研究134
5.3.1直井體積壓裂有效開發模式134
5.3.2水平井體積壓裂有效開發模式141參考文獻147
第6章超低滲透油藏有效開發理論及其應用149
6.1概述149
6.2超低滲透油藏有效開發基礎理論149
6.2.1體積壓裂縫網精確表征方法新進展149
6.2.2體積壓裂縫網系統傳質機理及影響因素151
6.3注水開發方式下體積壓裂水平井滲流及有效動用規律154
6.3.1短水平井小注采單元開發體積壓裂水平井參數優化154
6.3.2超低滲透油藏段間驅替滲流及有效動用規律156
6.4超低滲透油藏體積壓裂井產能數學模型及應用163
6.4.1超低滲透油藏體積壓裂直井產能數學模型164
6.4.2超低滲透油藏體積壓裂水平井產能計算模型及因素分析171
6.4.3考慮非均勻產液和壓裂液不完全返排情況下體積壓裂水平井產能計算174
參考文獻180
前言
第1章緒論1
1.1研究背景1
1.1.1超低滲透油藏資源潛力大1
1.1.2超低滲透油藏產量增長迅速2
1.1.3超低滲透油藏單井產量遞減快、采出程度低2
1.2超低滲透油藏物理模擬方法及開采機理研究面臨的挑戰3
1.3超低滲透油藏物理模擬方法及開采機理研究取得的主要成果4
第2章超低滲透油藏關鍵物性測試方法及儲層特征研究8
2.1超低滲透油藏關鍵物性測試方法8
2.1.1超低滲透巖心混合潤濕性測試方法8
2.1.2流體原位黏度表征及測試方法15
2.1.3原油賦存空間定量測試分析方法24
2.2超低滲透油藏儲層特征26
2.2.1超低滲透油藏孔喉特征26
2.2.2儲層黏土礦物類型及含量分析36
2.2.3儲層微裂縫和“微米級孔縫”發育特征37
參考文獻40
第3章超低滲透油藏數字巖心研究與應用42
3.1概述42
3.1.1數學巖心技術發展現狀42
3.1.23D打印技術發展現狀42
3.2超低滲透儲層巖心微尺度臨界尺寸分析43
3.2.1結構尺寸效應44
3.2.2臨界分辨率46
3.2.3滲流REV尺寸46
3.3超低滲透儲層數字巖心構建方法47
3.3.1超低滲透儲層巖心圖像選取方法47
3.3.2超低滲透儲層巖心掃描圖像二值化方法49
3.3.3超低滲透儲層巖心多尺度融合算法50
3.3.4超低滲透儲層數字巖心構建52
3.4超低滲透儲層數字巖心滲吸數值模擬55
3.4.1理論基礎55
3.4.2模型設置56
3.4.3流體潤濕性對自發滲吸的影響57
3.5超低滲透儲層數字巖心3D打印62
3.5.13D打印技術現狀62
3.5.23D打印工藝優選64
3.5.3微觀孔隙結構模型的3D打印64
3.5.43D打印巖石的力學特性65
3.5.53D打印模型的室內表征66
3.5.6基于3D打印微觀模型的可視化滲流實驗68
參考文獻71
第4章超低滲透油藏滲吸驅油機理研究75
4.1超低滲透油藏小巖心自發滲吸物理模擬實驗方法75
4.2超低滲透油藏小巖心動態滲吸物理模擬實驗方法77
4.3動態滲吸與靜態滲吸在線核磁實驗過程79
4.3.1實驗樣品與設備79
4.3.2實驗流程80
4.3.3滲吸巖心初始狀態分析81
4.3.4動態滲吸過程中巖心內部流體分布的變化88
4.4超低滲透油藏大模型逆向滲吸和注水吞吐中的滲吸距離92參考文獻99
第5章超低滲透油藏注入不同介質開采機理研究及應用101
5.1超低滲透油藏滲流機理物理模擬實驗系統101
5.1.1超低滲透巖心核磁共振在線測試系統102
5.1.2高壓大模型物理模擬實驗系統108
5.2超低滲透-致密油藏不同注入介質開采機理研究109
5.2.1小巖心不同注入介質驅替和吞吐采油機理110
5.2.2大模型注水、注CO2吞吐采油機理研究123
5.2.3不同注入介質吞吐實驗小結132
5.3超低滲透-致密油藏有效開發模式研究134
5.3.1直井體積壓裂有效開發模式134
5.3.2水平井體積壓裂有效開發模式141參考文獻147
第6章超低滲透油藏有效開發理論及其應用149
6.1概述149
6.2超低滲透油藏有效開發基礎理論149
6.2.1體積壓裂縫網精確表征方法新進展149
6.2.2體積壓裂縫網系統傳質機理及影響因素151
6.3注水開發方式下體積壓裂水平井滲流及有效動用規律154
6.3.1短水平井小注采單元開發體積壓裂水平井參數優化154
6.3.2超低滲透油藏段間驅替滲流及有效動用規律156
6.4超低滲透油藏體積壓裂井產能數學模型及應用163
6.4.1超低滲透油藏體積壓裂直井產能數學模型164
6.4.2超低滲透油藏體積壓裂水平井產能計算模型及因素分析171
6.4.3考慮非均勻產液和壓裂液不完全返排情況下體積壓裂水平井產能計算174
參考文獻180
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超低滲透油藏物理模擬方法與滲流機理 節選
第1章緒論 近年來，隨著石油工業的發展，超低滲透油藏開發已變得越來越重要，其儲量資源和產量逐年遞增，其有效開發對我國經濟的可持續發展具有重要意義。 1.1研究背景 1.1.1超低滲透油藏資源潛力大 中國石油的超低滲透油藏資源潛力大。2006年以來，中國石油年均探明低滲透油藏資源儲量4.3億 t，占公司總探明資源儲量的62.9%。這些探明的低滲透油藏資源儲量中，超低滲透油藏資源儲量是主要部分，占低滲透油藏資源總探明儲量的47.7%，如圖1.1所示。長慶超低滲透油藏資源儲量占中國石油總超低滲透油藏資源儲量的86%，如圖1.2所示。 圖1.1新增低滲透探明儲量構成 圖1.2中國石油和長慶超低滲透原油地質儲量 1.1.2超低滲透油藏產量增長迅速 低滲透油藏的產量增長迅速(圖1.3)，2006～2014年，低滲透油藏產量年均增長5.9%，達到4687萬 t，其中，2014年長慶超低滲透油藏原油產量(圖1.4)占中國石油低滲透油藏產量的1/6。由此可見，超低滲透油藏已成為油田開發的重要組成部分。 圖1.3中石油石油產量的主要油藏類型構成 圖1.4長慶油田油氣當量完成及規劃 1.1.3超低滲透油藏單井產量遞減快、采出程度低 “水平井+體積壓裂改造”初步實現了超低滲透油藏初期規模有效動用，但隨著開發的進行，由于超低滲透油藏儲層微納米級喉道所占比例較高，在注采井間難以建立有效驅動壓差，常規注水補充能量遇到瓶頸，導致產量遞減較快，采出程度低。統計長慶超低滲透油藏在2010～2014年產量自然遞減為13.7%，綜合遞減為11.5%，如圖1.5所示。動態采收率僅為10.8%，比標定采收率低7.2%，如圖1.6所示。 圖1.5超低滲透油藏歷年遞減狀況 圖1.6超低滲透油藏動態采收率與標定采收率對比 要提高超低滲透油藏儲量的動用效果有賴于對超低滲透油藏滲流機理的認識。而超低滲透油藏儲層和開發特點，對物理模擬和開發機理研究提出了更高的挑戰。因此，研究超低滲透油藏物理模擬方法與開采機理對于高效開發超低滲透油藏具有重要意義。 1.2超低滲透油藏物理模擬方法及開采機理研究面臨的挑戰 超低滲透油藏物理模擬方法與開采機理研究面臨三大問題。 (1)如何精確測試和表征超低滲透油藏關鍵物性參數及其在開發過程中的變化規律？ 超低滲透油藏納米級孔喉占據主體，如何精確測量納米級孔喉分布是非常關鍵的問題。超低滲透油藏由于儲層沉積特征和納米級孔喉發育，其儲層潤濕性和流體黏度與中高滲透儲層有較大的差異，而且在測量時，由于超低滲透儲層孔喉中流體所占比例較小，給測量帶來很多問題，需要探索新的實驗方法。 (2)如何揭示超低滲透油藏體積壓裂條件下的滲流機理？儲層潤濕性影響超低滲透油藏滲吸效果，因此，如何通過物理模擬實驗研究超低滲透油藏潤濕狀況及其如何表征，并在此基礎上，研究滲吸機理的主控因素、滲吸影響區域及對產能的影響十分關鍵。 (3)如何模擬超低滲透油藏補充能量的方式，以及其開采機理是什么？ 利用常規注水補充能量出現瓶頸，面對超低滲透油藏采用多種井型(直井、水平井、分段壓裂水平井)和體積改造壓裂措施，需要模擬超低滲透油藏在不同注入介質(水、 CO2等)、不同開發方式(驅替、吞吐)時的滲流過程和開發效果，探索新的能量補充方法，來改善超低滲透油藏開發效果。 1.3超低滲透油藏物理模擬方法及開采機理研究取得的主要成果 在“十三五”期間，筆者團隊重點圍繞制約超低滲透油藏有效開發的瓶頸問題開展聯合攻關，在重點設備研發、關鍵物性參數測試、不同尺度巖心滲吸及注入不同介質驅替和吞吐的物理模擬方法等方面取得一些新進展，具體包含以下幾點。 (1)研發了以“高溫高壓核磁共振在線測試系統”為代表的5套物理模擬關鍵設備，升級改造了高壓大模型物理模擬實驗系統，發展了超低滲透油藏物理模擬設備體系。 高溫高壓核磁共振在線測試系統是依托蘇州紐邁分析儀器股份有限公司設計制造的，是將低磁場核磁共振(NMR)測試技術與巖心高溫高壓驅替物理模擬實驗技術相結合，其創新主要有三個方面：一是設計核磁共振專用高溫高壓探頭和改進循環加熱單元與加壓管路，實現了圍壓達到40MPa，溫度達到80℃，可以模擬地層高溫高壓條件；二是將核磁共振昀短回波時間縮短至0.1ms，實現了納米級孔喉中流體的信號精確測量；三是創建巖心分層 T2譜及磁共振成像( MRI)技術，實現了關鍵物性參數在實驗過程中變化規律的精確表征和評價。 另外四套設備分別為超低滲透巖心精細注水、溶解氣驅、離心及高溫高壓滲吸等物理模擬實驗系統，它們在實驗參數指標上處于同類設備的前列，為超低滲透油藏有效開發提供了設備支持。 隨著超低滲透油藏的開發，水平井、體積壓裂及不同注入介質補充能量等技術在現場應用，原有“十二五”初期研制的高壓大模型物理模擬實驗系統不能滿足研究需要，因而在“十三五”期間對其進行了升級改造。升級后的物理模擬實驗系統實現了超低滲透儲層多井型(分段壓裂水平井、直井)、多介質(水、 CO2、活性水等)、多種開采方式(驅替、吞吐)的物理模擬，測試效率也大大提高，對研究超低滲透油藏不同注入介質開采機理起到了重要的作用。 (2)創建了超低滲透油藏以“混合潤濕性”為代表的5項關鍵物性參數測試方法，揭示了超低滲透儲層微觀孔隙結構特征及微尺度滲流機理。 潤濕性是儲層中極為關鍵的一個物性參數，對于油田開發效果有很大的影響。研究團隊提出了在超低滲透/致密油藏儲層存在混合潤濕性的理念，即在巖心內部孔喉中既有親油部分也有親水部分，表現為混合潤濕狀態。據此創建了超低滲透巖心混合潤濕性核磁共振測試方法，精確地測試了超低滲透油藏儲層的潤濕性，解決了傳統阿瑪特( Amott)法在超低滲透/致密油藏中測量誤差大的問題。并基于高溫高壓核磁共振在線實驗系統，建立了在線核磁巖心動態潤濕性的測試及表征方法，實現了對開發過程中潤濕性變化規律的動態評價。 原油的原位黏度是指原油在地層巖石內部的黏度。在常規油氣資源中，地層原油的黏度主要取決于其化學組成、溫度、溶解氣油比和壓力等條件。而超低滲透/致密油藏中的原油主要是低黏度的輕質油，但其黏度在微-納米級孔隙中會有大幅度上升，原位黏度遠大于采出后所測黏度。建立了超低滲透巖心原位黏度物理模型及數學模型，創建了超低滲透巖心原位黏度核磁共振測試方法，分析了開發過程中巖心內部原位黏度的變化規律及原位黏度對開采效果的影響。 在微觀孔喉結構測試方面，目前常用的方法有恒速壓汞、高壓壓汞、低溫氮吸附及核磁共振與離心相結合的物理模擬等實驗方法，但各種方法都有一定的測試范圍和優缺點。單一測試方法很難準確測得超低滲透巖心中包含微米(≥1μm)、亞微米(0.1～1μm)和納米級(≤0.1μm)全尺度的孔喉分布，而超低滲透油藏巖心以亞微米和納米級孔喉為主，如何準確測定亞微米和納米級孔喉結構特征及其分布顯得尤為重要，這需要將其中一些方法進行融合，發揮各自的優點，避免各自的缺點。基于此，綜合利用高壓壓汞、低溫氮吸附及核磁共振與離心相結合的物理模擬實驗方法，創建了超低滲透油藏巖心全尺度孔喉測試方法，對比了不同油區、不同巖性超低滲透巖心孔喉分布特征，為超低滲透油藏有效開發提供技術支持。 另外在原油賦存空間和邊界層厚度精確表征與測量方面也取得了一些新進展，實現了超低滲透巖心原油賦存空間和邊界層厚度的定量表征與精確測量。 對中國石油長慶、大慶和吉林等典型超低滲透區塊的研究表明：超低滲透油藏儲層微觀孔隙結構特征是其主流喉道半徑小于1μm，隨滲透率的減小，納米級喉道增多；可動流體百分數小于50%，流體主要被納米級孔喉所控制；大部分超低滲透油藏的啟動壓力梯度大于0.1MPa/m，流體難以被動用；通過對比同步輻射和掃描電鏡圖像，超低滲透巖心滲透率越低，微觀非均質性越強；儲層條件下的孔隙度和滲透率與地面孔隙度和滲透率有較大的差異。 (3)形成了超低滲透油藏多尺度三維數字巖心建模技術，開展了數字巖心微觀滲流模擬，深化了超低滲透儲層微納米尺度滲吸采油機理，實現了超低滲透巖心3D打印。 量化了超低滲透儲層數字巖心的臨界表征單元體( REV)尺寸與分辨率關系。圖像的準確識別是建立數字巖心的基礎，圖像分辨率是影響巖心圖像孔隙大小和連通性識別的關鍵因素。建立了超低滲透數字巖心臨界 REV尺寸與分辨率對應關系，定量得到 REV臨界值對應真實樣品尺寸為邊長0.224mm的立方體，定量確定臨界分辨率約為1.57像素/μm，為后續精確識別高精度圖像，建立超低滲透巖心三維數字巖心奠定基礎。 基于超低滲透巖石多尺度高精度成像與分析技術，形成了多尺度三維數字巖心建模技術。目前數字巖心建模中計算機斷層掃描( CT)樣品和圖像選擇主觀隨意性強，首次提出并建立了一套合理選取數字巖心建模和圖像組合的方法。基于學界提出的考慮巖石孔隙度的掃描圖像閾值分割方法，結合分形理論，提出了新的閾值分割方法，大幅提高了骨架和孔隙判別的準確率。利用模板匹配方法，基于多級匹配原理和疊加校正原理，耦合微米 CT和聚焦離子束-掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)高精度圖像信息，建立準確的超低滲透儲層三維數字巖心。 基于超低滲透儲層數字巖心模型，開展了微觀滲流模擬，深化了超低滲透儲層微納米尺度滲吸采油的機理。基于玻爾茲曼( Boltzmann)方法顏色梯度模型，首次開展了超低滲透儲層自發滲吸模擬。模擬結果表明，潤濕性強度明顯影響兩相界面的形態和空間分布。強潤濕條件下，潤濕相優先侵入孔隙角隅，以膜狀流、角流形式流動，兩相界面雜亂、分散。滲吸初始階段，滲吸速率較大并快速下降，而后逐漸趨于平穩，潤濕相自發滲吸的采出程度約為20%。 實現了超低滲透巖心3D打印。基于3D打印模型，開展了微觀滲流數值模擬和物理模擬實驗研究。3D打印模型可以準確定位孔喉分布，嚴格控制孔喉尺寸，提升模型制備精度和效率，能部分反映巖石的力學與強度特性。基于3D打印模型，通過對油水界面形態分析及優勢水驅通道演化過程的刻畫，研究了多孔介質驅替過程的微觀動力學機制。3D打印技術的發展和應用實現了從數字模型到實體模型的精確制備，能夠再現孔隙尺度兩相流動過程，可以作為傳統滲流實驗的有效替代，為定量表征超低滲透儲層或其他復雜儲層巖石內部的結構及流體流動的研究提供一條新的研究途徑。 (4)形成了超低滲透油藏不同尺寸巖心滲吸采油物理模擬實驗方法，揭示了超低滲透油藏滲吸開采機理。 滲吸是多孔介質自發地吸入某種潤濕相的過程，在裂縫性油藏中研究較多。超低滲透油藏中巖心孔喉分布的非均質、儲層天然裂縫發育和體積壓裂形成人工縫網等綜合作用，導致其滲吸作用不可忽略。據此，在“十三五”期間，形成了超低滲透油藏小巖心自發滲吸和動態滲吸物理模擬實驗方法與大模型逆向滲吸和注水吞吐物理模擬實驗方法，研究表明：逆向滲吸過程中，滲透率越低，油滴析出越晚，滲吸平衡時間長，采出程度低；裂縫可有效擴大致密基質與水接觸的滲吸面積和滲吸前緣的范圍，減小油排出的阻力，提高滲吸速度和采出程度；巖石越親水，巖樣的滲吸速度和采出程度越高。順向滲吸過程中，滲透率越低，滲吸作用越明顯；驅替采出程度與滲透率呈正相關，而滲吸采出程度與滲透率呈負相關。注水吞吐的滲吸距離要大于單純的逆向滲吸距離，滲透率和注入倍數越大，滲吸距離越大。超低滲透儲層大規模體積壓裂與改變儲層潤濕性、注水吞吐相結合有利于提高超低滲透儲層的滲吸效果。 (5)創建了超低滲透油藏不同注入介質驅替和吞吐物理模擬方法，探索了超低滲透油藏提高動用程度的開發方式。
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