致密砂岩油藏渗吸特征及微观机制

程志林，男，博士，1992年8月生，毕业于中国石油大学（北京）石油工程学院油气田开发工程专业。2019年9月至2020年9月在美国佐治亚理工学院市政与环境工程学院SPL课题组访问交流。主要从事非常规油气渗流理论和提高采收率方面的基础研究，求学期间以第一作者或通讯作者身份发表论文十余篇。主持陕西省自然科学基金青年项目1项，参与完成国家自然科学基金面上项目3项和中石油创新基金1项。

第一章 绪论

第一节 致密储层孔隙结构特征

第二节 致感油油水渗吸实验研究

第三节 纳米孔隙尺度下液体单相流动传输研究.

第四节 孔隙尺度下多相流渗吸模拟研究

第二章 致密油砂岩孔隙结构特征研究

第一节 实验细节

第二节 矿物成分和孔隙类型分析

第三节 孔喉分布特征分析

第四节 孔隙连通性分析

第三章 致密砂岩油水自发渗吸实验研究

第一节 NMR技术原理

第二节 横向弛豫时间7与岩石孔径换算

第三节 MnCl溶液一油体系下渗吸特征

第四节 重水一油渗吸体系下渗吸特征

第四章 致密多孔介质单相液体流动模拟研究

第一节 水在光滑纳米狭缝孔中的流动特征研究.

第二节 水在粗糙纳米狭缝孔中的流动特征研究.

第三节 盐溶液在纳米狭缝孔中的传输规律研究

第五章 多孔介质油水自发渗吸孔隙尺度模拟研究

第一节 模型介绍

第二节 模型验证

第三节 不同因素对油水渗吸影响规律分析

第四节 渗吸模式下孔隙尺度事件与采收率关系及标度分析

第六章 流体惯性作用在渗吸过程中扮演的角色

第一节 几何模型

第二节 流动阶段与孔隙尺度事件.

第三节 流体惯性对于侵入模式和采收率的影响

第四节 能量转化分析

第五节 标度分析

参考文献

第一章绪论

随着勘探开发活动的不断深入和常规油气资源的逐渐衰竭，非常规油气资源在现有技术条件下展现了巨大的开发潜力，并受到了广泛的关注。例如北美地区爆发的“页岩气革命”，大大降低了美国对外能源的依存度，深刻地改变了世界能源供给格局。受此影响，页岩气的开采活动正在全世界范围内如火如茶地进行。国内虽然起步较晚，但目前也取得了一定的成就，页岩气的产量和市场规模在国家能源结构中的比重逐年攀升。我国致密油资源储量丰富，是继页岩气之后的又一热点勘探领域。致密油作为一种重要接替能源，已成为我国非常规石油开发中比较现实的领域之一。致密油是一种轻质油，以吸附或者游离态赋存于生油岩中，或者赋存于紧邻的纳米孔隙发育的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储层中，是一种未经大规模长距离运移的石油聚集。致密储层物性差，可动流体饱和度低，存在不同的评价标准。一般认为致密岩石孔隙度低于10%，覆压渗透率低于0.1 mD。致密储层喉道具有突出的微一纳米级孔喉系统，油气渗流运移困难。对于地层压力系数高的区块，依靠天然能量的衰竭式生产开发的采出程度一般低于10%，且产量递减快速，采收率低的问题难以解决。以陆相致密砂岩油藏一鄂尔多斯盆地延长组为例，地层压力系数低，储层必须经过人工改造，提升泄油面积，才有希望实现工业化开采。通常情况下，增产措施包括酸化压裂、体积压裂、长水平井和多分支井等。一方面，通过大规模体积压裂对储层进行改造，不仅可以大幅度提高水平井井段内的动用储量，而且注人液还能有效地补充地层能量。然而，个别致密储层在形成裂缝系统之后，水驱开发时注入水容易沿裂缝快速突进，在生产井形成暴性水淹，基质孔隙中原油难以得到有效动用。鄂尔多斯盆地长7段致密汨储层，采用体积压裂水平井吞吐开发取得了不错的效果，而其背后主要机理是利用了吞吐期流体的渗吸作用。其他相关学者也发现了致密储层焖井期之后产油量的大幅提高现象，其主要增产机理是流体通过毛管渗吸作用，对地层基质中剩余油的置换作用。此外，选择适当的关井时间也对产量有着重要的影响，这与储层流体渗吸程度息息相关。另一方面，大量压裂液注人地层后，返排率通常很低，对油气的运移产生了不利的影响。流体渗吸进入致密储层基质中可能是压裂液滞留的原因之一。综上所述，开展致密油储层中油水渗吸行为的研究，对于最大化发挥基质渗吸采油作用、提高采收率和油井工作制度设计有着重要意义。

油气藏在投产开发之前，明确储层岩石孔隙结构特征至关重要，直接决定了储层生产开发的方式。近年来，非常规储层孔隙结构表征是目前的热点研究领域，科研工作者针对不同富集地区的致密油储层岩石物性和孔隙结构开展了大量的实验研究，关于致密岩石的微纳米孔喉系统特征，已取得一定共识。但需要说明的是，不同地区致密油储集层成藏条件、油气富集机理不同，孔隙结构也不尽相同。因此在研究致密油砂岩储层渗吸特征机理之前，仍需厘清储层岩石孔喉系统和岩石矿物分布特征。小本1过去几十年来，储层自发渗吸的研究主要聚焦于常规油藏或者天然裂缝性油藏，对于渗吸机理和主要渗吸特征的研究取得了长足的进步。近年来逐渐兴起的非常规储层渗吸的研究，国内外学者也多有涉及，但由于致密岩石的特殊性，如孔隙结构复杂、成岩矿物复杂和润湿性复杂等特点，目前的研究仍处于起步阶段，开展致密油藏油水自发渗吸的研究具有重要的意义。此外，由于致密储集层富含纳米孔隙，流体运移困难，充注实验结果表明，无论是单相水还是油在岩心流动时都表现出了明显非达西渗流现象。此外，纳米尺度下孔隙巨大的比表面积使得流体与岩石壁面的各种……

本书综合应用物理实验和数值模拟方法，研究了致密油砂岩孔隙结构特点，探究了渗吸过程致密砂岩油水分布、滞留特征和不同影响因素对渗吸采收率和渗吸速度的影响。从微观模拟角度出发，阐述了单相液体在纳米孔隙中的流动规律和传输能力特征，揭示了孔隙尺度基质-裂缝系统油水自发渗吸运移规律。本研究可为致密油砂岩渗吸标度模型的发展和注水吞吐开发提供重要的理论指导和科学依据。