黏弹性聚合物驱渗流机理研究进展

聚合物驱已成为国内外化学驱中提高原油采收率主要方法之一,其在大庆油田的60年开发稳产中起到重要作用,在水驱基础上提高原油采收率达到约13%.聚合物驱主要机理为改善流度比,提高注入液的波及体积,从而提高驱油效率.近几年,聚合物溶液黏弹性能够进一步扩大其在多孔介质中的微观波及面积从而提高微观驱油效率的作用机理也逐渐被人们所认识.文章从聚合物溶液黏弹特性、聚合物驱微观可视化实验、岩心驱替实验及驱油机理理论研究4个方面进行了综合分析,对比论述了国内外关于黏弹性聚合物溶液渗流机理的研究现状、实验手段及方法,给出了聚合物溶液的黏弹性产生的法向应力能够进一步对水驱后残余油产生“拉”“拽”作用,从而使其比纯黏性流体进一步提高在多孔介质内的微观波及效率及驱油效率,明确了弹性湍流是产生表观增稠的本质,对提高驱油效率产生一定的正向影响.最后针对黏弹性聚合物驱渗流机理研究面临的问题及发展方向进行总结,弹性湍流产生的条件、黏弹性对不同尺寸孔隙内不同类型原油采收率的贡献及弹性与油藏润湿性的协同影响等机理成为未来研究的挑战与方向.论文的归纳能够为黏弹性聚合物溶液机理深入研究及矿场设计优选聚合物提供重要的参考.

基于压力衰减法的低渗透储层高温敏感性评价实验

低渗透油气藏在钻完井过程中易受到损害且难以解除,而利用传统的稳态驱替法评价低渗透储层损害存在适用性差及实验效率低等技术局限。为此,基于压力脉冲衰减法基本原理,分析了上游压力衰减规律及其与岩心渗透率的关系,以岩心损害前后压力脉冲衰减时间为评价指标,建立了适用于低渗透储层损害评价的实验设备与方法,并利用渤海湾盆地渤中凹陷深部低渗透砂岩岩心,开展了室温和150℃高温条件下的敏感性实验。研究结果表明:(1)当实验条件一定时,压力衰减时间仅与岩心的渗透率有关,压力脉冲衰减法可在无需计算渗透率的情况下对低渗透岩心的损害程度进行评价;(2)实验设备组成简单且操作便捷,避免了复杂的渗透率计算及其带来的误差,实验所需时间远低于常规的稳态法且可重复性良好,在低渗透气藏、特低渗透及超低渗透油藏具有很好的适用性;(3)高温环境明显加剧了储层的敏感性损害,深部高温储层损害特征及技术对策研究需要充分考虑高温的影响。结论认为,该认识解决了传统低渗透储层敏感性评价方法适用性差的难题,为高温低渗透储层保护技术对策研究提供了实验方法支撑和理论依据。

考虑层理缝岩性差异的页岩油藏压裂水平井动态分析方法

针对页岩储层近水平方向层理缝发育,且层理缝两侧岩性存在较大差异的特点,建立同时考虑层理缝和微裂缝的页岩油藏压裂水平井模型,其中层理缝两侧为页岩与泥岩基质的不稳态窜流;页岩基质考虑有机质吸附和无机质滑移效应。基于Laplace变换与叠加原理求得压裂水平井定产量生产时的压力动态,与经典Kazemi非稳态窜流模型对比,验证本模型的正确性,进一步分析压裂水平井压力及产量的影响因素。结果表明:压裂水平井渗流包括井筒存储、人工裂缝双线性流、层理缝不稳态窜流、微裂缝拟稳态窜流、地层线性流、页岩和泥岩向层理缝的窜流、地层径向流7个流动阶段;层理缝对压力和产量早期影响明显,且导流能力越大压力导数越平稳,产量越大;页岩及泥岩的窜流主要表现在地层线性流后,压力和产量随页岩与泥岩基质窜流能力和弹性储容比的相对大小发生变化,表明层理缝两侧岩性差异对生产动态的影响,差异越大窜流时间越早产量越低。

基于时间序列相似性与机器学习方法的页岩气井产量预测

页岩气井单变量产量预测存在较强的不确定性,而现场生产动态数据同时包括多个相关指标,针对如何选取合理的多变量数据对页岩气井产量进行预测,在保证计算效率的情况下提高预测精度。页岩气井的生产动态数据集包括日产气量、日产水量、套压、油压、油嘴直径、开井时间和温度等,采用欧式距离和动态时间弯曲距离对生产动态数据时间序列进行相似性度量,依据与日产气量的相关度,把数据分为强相关时间序列和弱相关时间序列;其次,基于卷积神经网络、循环神经网络、长短期记忆网络和门控神经网络分别对全时间序列、强相关序列、弱相关序列和单变量序列进行页岩气井产量预测;最后,以平均绝对误差、均方根误差和决定系数作为评价指标,得到不同序列的误差由小到大排序为强相关序列、全时间序列、弱相关序列、单变量序列,优选的机器学习方法为门控神经网络和长短期记忆网络。结果表明,采用机器学习方法结合页岩气井强相关性序列(日产气量、套压、油压、日产水量)能有效降低预测误差,提高页岩气井产量预测效果。

高含水油井关停后剩余油再富集速度研究

高含水断块油藏开发末期构造高部位油井在关井一段时间后,会产生剩余油再富集现象。目前关于剩余油再富集速度的研究中,对剩余油运移过程的影响因素考虑不够全面,影响计算精度。针对该问题,在对运移中剩余油再富集受力分析的基础上建立小油滴状和柱状剩余油再富集速度模型,通过正交试验确立2种剩余油再富集速度的主要敏感因素,并建立了2种剩余油再富集速度及再富集时间图版。研究结果表明:存在驱替压差时,储层渗透率为影响2种剩余油再富集速度的主控因素;当储层渗透率一定,驱替压差的增大和原油黏度的减小有利于2种剩余油再富集速度的增大;同一注采井距位置处的小油滴距离孔隙中滞留柱状剩余油越近,聚集过程中剩余油再富集时间越长,但数值上增加不多。该研究对高含水油藏剩余油再富集潜力区评价具有借鉴意义。

稠油油藏体相流体非线性渗流理论模型

根据稠油油藏体相流体渗流特点,建立基于稠油吸附边界层和屈服特性影响下的稠油体相流体非线性渗流理论模型及启动压力梯度理论公式,并利用岩心渗流与启动压力梯度试验结果对理论模型计算结果进行验证。结果表明:理论计算结果与试验结果拟合较好,启动压力梯度理论公式计算结果平均偏差为7.77%,稠油油藏体相流体非线性渗流理论模型计算结果平均偏差为7.50%,均在可接受偏差范围内,并且该模型针对不同流变类型的流体渗流都具有较好的普适性。

页岩无机孔和有机孔的渗透率计算方法

针对页岩储层无机孔隙和有机孔隙共存的问题,运用双重连续介质方法,结合油相和水相在页岩无机孔隙和有机孔隙中的润湿性和渗流特征,得到油相和水相在页岩中的渗流数学模型。基于该模型拟合页岩油水自吸实验结果,分别得到了页岩的无机孔渗透率和有机孔渗透率,实现了对页岩储层含油量的准确计算,研究了页岩渗流过程的动态特征和影响规律。结果表明:无机孔渗透率为10^(-8)~10^(-5)D,有机孔渗透率为10^(-10)~10^(-7)D;随无机孔渗透率、有机孔渗透率的增加,页岩自吸速率加快;当有机孔渗透率与无机孔渗透率比值小于10^(-3)时,有机孔渗透率对自吸速率的影响不显著。研究成果对页岩储层渗透率和储量的精细评价具有重要指导意义。

顺北超深断溶体储层典型试井曲线特征及类别

顺北地区超深断溶体储层主要发育有裂缝及片状洞穴,采用可横向穿越缝洞储集体的水平井进行开发,其试井曲线形态特征复杂多变。依据井筒和表皮效应结束后的中期试井曲线的典型特征,将顺北地区实测试井曲线分成了3个大类。该3大类试井曲线特征直接反映了井与缝洞储集体的不同接触关系。再根据后期的试井形态特征,将顺北地区实测试井曲线细分成了9个亚类,不同的亚类试井曲线特征明显不同,是井外围缝洞发育状况变化的试井曲线响应。最后,提出了与试井曲线特征相对应的3大类9个亚类的试井解释评价物理模型。本文研究成果可用于指导顺北地区的试井分析与试井研究工作,亦可为其他深层断溶体储层的试井研究提供借鉴与参考。

泥质低渗水合物降压开采特性与模型研究

天然气水合物(又名可燃冰)是海底储层常见的一种非常规浅层气藏,具备泥质、低渗等特点,实现其安全高效开发具有重要现实意义。在水合物开采过程中,气体渗流及水合物分解行为都会发生动态变化,两者的复杂耦合作用决定了水合物储层的产气效率,但目前缺乏对其动态耦合预测模型的研究。因此,需要进一步分析天然气水合物储层降压开采过程中气体渗流与水合物分解行为。使用南海土在岩心夹持器内重塑了泥质低渗的水合物储层,探明了降压开采特性以及储层压力的影响,并创新性提出包含储层压力、水合物分解以及产气流量等关键指标的水合物降压开采预测模型,实现了泥质低渗水合物储层渗流与分解时空关联与高精度预测,相关系数(R2)均为99%以上。本结果可为实地优化调控降压开采水合物提供理论指导。

深层裂缝性致密砂岩气藏基质-裂缝气体流动机理

为了探明深层裂缝性致密气藏的气体流动规律,研发了基质–裂缝系统气体流动物理模拟装置,建立了高温高压基质–裂缝系统气体流动物理模拟方法,模拟了不同温度和压力条件下气体从基质到天然裂缝及人工裂缝的流动过程,以及基质与裂缝之间的传质过程;对比分析了不同温度和压力条件下气体流动的差异性,明确了高温高压作用下应力和流态对气体流动规律的综合影响。模拟结果显示,储层压力和应力显著影响气体流量和岩石渗透率,温度变化对气体流量和渗透率的影响相对较小,含天然裂缝岩心受应力敏感和气体滑脱效应的影响显著。研究结果为深层裂缝性致密气藏的高效开发提供了理论依据。

古龙页岩油注CO_(2)/烃类气相态特征及多周期作用机制

基于PVT实验和多周期注CO_(2)/烃类气采油物理模拟实验,结合相态模拟计算揭示古龙页岩油注气前后的高压物性和流体类型演化规律,评价多周期注气作用下的原油采出效果,分析多组分间的抽提传质机理。实验结果表明:古龙页岩油属于轻质弱挥发性油藏,当压力降低至泡点压力以下时,原油的黏度和密度快速增大,原油物性急剧变差。因此,对于成熟度较高的页岩油,利用注气补充地层能量并维持良好的原油物性是提高采收率的关键,且注CO_(2)对原油的膨胀、降黏效果均优于注烃类气。此外,注CO_(2)/烃类气可使古龙页岩油由弱挥发性油藏向挥发性油藏转变,先注烃类气再注CO_(2)使得古龙页岩油呈现出由挥发性油藏进一步向凝析气藏过渡的趋势。古龙页岩油脱气后的溶解气驱效果更优,产出油相呈现连续的泡沫油状态。注CO_(2)/烃类气可为地层原油补充溶解气和弹性能量,注CO_(2)对原油中间烃组分(C_(5)—C_(10))和重烃组分(C_(11)+)的抽提效果均较好,注烃类气对原油中间烃组分的抽提效果更好。

低压高含水致密气藏气-水相渗特征及生产动态响应

气-水相渗曲线反映储层综合物性特征,明确致密砂岩气-水相渗行为与气井生产动态的关系,有利于致密气藏高效开发。以鄂尔多斯盆地东缘典型致密砂岩气藏为研究对象,将储层分为3类并开展气-水相渗实验,结合X射线衍射、扫描电镜和核磁共振等岩心分析手段,揭示气-水相渗与气井生产动态曲线的关系。结果表明:①Ⅰ类相渗曲线两相过渡区较宽,孔隙类型以粒间孔为主,Ⅱ类相渗曲线两相过渡区较窄,孔隙类型以粒间孔和晶间孔为主,Ⅲ类储层相渗曲线两相过渡区极窄,孔隙类型以晶间孔为主;②储层黏土矿物含量高,高岭石和绿泥石有利于气水两相流动,伊利石不利于气水两相流动;③孔喉差异大,大致分为3类:中—粗孔喉(大于1.0µm)、细孔喉(0.1~1.0µm)和微孔喉(小于0.1µm),Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类储层的中—粗孔喉占比分别约为40%、10%和4%;④根据上述3类储层的气-水相渗特征,可将气井分为3类,其生产动态特征与相渗曲线预测结果均相符,Ⅰ类井主要产层为Ⅰ类储层,有效厚度约为7 m,平均日产气量约为2×10^(4) m^(3),稳产时间长,Ⅱ类井主要产层为Ⅱ类储层,有效厚度约为5 m,平均日产气量约为1×10^(4) m^(3),Ⅲ类井主要产层为Ⅲ类储层,有效厚度约为6 m,平均日产气量约为0.5×10^(4) m^(3),稳产时间极短。通过分析致密砂岩气-水相渗特征预测气井生产动态,揭示了孔隙结构和黏土矿物对气水流动行为的影响,可为制定低压高含水致密气开发过程降阻提效措施提供理论支撑。

含水页岩甲烷吸附特性及热力学特征研究

页岩储层普遍含水,水分对页岩气体吸附行为和地质储量评估具有显著影响。为探究水分对页岩吸附行为的影响规律,构建了考虑含水率影响的吸附模型,结合多组试验数据对新建模型的合理性进行验证,并进一步剖析了含水页岩的吸附行为。在此基础上,讨论了不同吸附机制对页岩中甲烷等温吸附的贡献,并通过热力学参数对比了干湿页岩中吸附热力学特性。结果表明:在气体压力变化过程中,甲烷气体吸附量呈典型的“三段式”变化。其中,水分对甲烷吸附量具有抑制作用,含水页岩吸附量显著低于干燥页岩,页岩吸附量随含水率的增大呈降低趋势。此外,温度同样对甲烷吸附具有抑制作用,当含水率恒定时,随温度升高页岩吸附能力呈降低趋势。同时,不同吸附机制对吸附量的贡献受到水分和压力的共同影响,压力和含水率越高,微孔填充吸附量对总吸附量的贡献率越低。热力学参数表明干燥页岩与含水页岩的甲烷吸附均为物理吸附,同一吸附量下,干燥页岩等量吸附热始终高于含水页岩。水分通过改变页岩非均一性占据高能吸附位点同时影响分子间作用力,综合作用下使得等量吸附热降低,进而导致含水页岩吸附能力降低。研究结果有助于页岩吸附气量的准确计算,并为页岩气藏开发方案和编制提供理论依据。

鄂尔多斯盆地气藏新类型储层岩石断裂性质及导流能力

为了明确鄂尔多斯盆地天然气新类型储层矿物特征、断裂性质及导流能力,对陇东铝土岩、太原组灰岩和奥陶系盐下马四白云岩进行了矿物分析、铸体薄片鉴定、宏微观断裂实验和支撑剂嵌入导流能力测试。结果表明:新层系岩石矿物差异明显;断裂韧性高于常规砂岩储层,且铝土岩断裂韧性受水铝石含量影响;新层系岩石微观尺度下断裂韧性低于宏观值;铝土岩和灰岩裂缝扩展过程中易于形成分支缝,白云岩裂缝扩展形态相对简单平直;新层系岩石导流能力随着支撑剂嵌入深度呈二次非线性减小。高应力条件下支撑剂粒径对铝土岩导流能力的影响较小;酸化会弱化马四白云岩力学性质,促使支撑剂由弹性嵌入转化为弹塑性嵌入,进而增大嵌入深度,降低导流能力。

断块油藏注采耦合提高采收率机理及矿场实践

针对渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷古近系断块油藏水驱开发后期流线固定导致注入水无效循环的问题,基于渗流力学和油藏工程原理,通过室内物模模拟和油藏数值模拟,提出了“细分开发层系、轮注轮采”的注采耦合开发调整技术,并验证了该技术可提高采收率的原理。研究结果表明:(1)利用注采耦合开发技术建立的“注入期间的高渗通道与低渗通道吸水量比模型”和“采油期间主流线和非主流线产油量比模型”均揭示了“改变压力场促进渗流场调整,实现均匀注入和均匀采出,扩大水驱波及系数和增加驱油效率”的注采耦合渗流力学机制。(2)注采耦合技术可以实现“扩大波及系数、增加驱油效率”,起到类似“调剖”的作用,高含水期通过此项技术可将低渗透岩心的分流率由1.0%提到18.6%,模型驱替更均衡;经过2个轮次的注采耦合调整,高、低渗透岩心的原油采收率分别提高了10.3%和16.1%。(3)研究区D断块古近系沙河街组沙二段Es236含油小层油藏注采耦合开发数值模拟结果显示,主流线和非主流线驱替更均匀,两者压力梯度极差由2.3下降至1.4。经过3个轮次注采耦合开发调整,沙二段3—6砂层组油藏平均综合含水率下降了3.2%,累计增油1 760 t,提高原油采收率2.1%,增油降水效果显著。

复兴地区高含黏土页岩凝析气藏渗吸排驱及液体渗流特征研究

复兴地区凉高山组为高含黏土页岩凝析气藏,体积压裂改造后闷井和返排期间易出现反凝析和液锁现象,影响开采效果。为准确了解高含黏土页岩凝析气藏的渗吸排驱和液体渗流特征,优化闷井转排驱时机,选取储层岩心,开展了气水渗吸排驱试验和三相渗吸排驱试验,采用核磁共振、恒压驱替相结合的方式,量化了渗吸排驱过程中压裂液的水锁伤害特征及凝析油的可流动特征;建立了液锁伤害表征方法,并模拟了矿场尺度闷井过程中的水锁特征。研究结果表明:该页岩储层压裂渗吸阶段岩心的渗吸采收率在50.22%~57.14%;渗吸液矿化度越低,返排率越低,水锁伤害率越高;油锁伤害率低于水锁伤害率;存在束缚水时,凝析油的临界可流动饱和度约可降低20%;若以闷井后解除近裂缝水锁伤害为目标,闷井时间以20~30 d为宜。研究结果为复兴地区高含黏土页岩凝析气藏高效开发提供了理论依据。

扶余致密油藏CO_(2)吞吐参数优化设计

为解决致密油开采初期产量递减快、采收率低的问题,结合扶余致密油藏岩石和流体性质,采用数值模拟方法,研究了注入时机、注入压力对CO_(2)吞吐采油效果的影响,优化工程参数,分析了致密油CO_(2)吞吐过程中的油藏压力分布特征、界面张力分布特征以及致密油CO_(2)吞吐开发的可行性。研究表明:油层压力系数降至0.65左右时开展CO_(2)吞吐,CO_(2)可与原油充分接触,有利于发挥CO_(2)原油溶解作用,提高开采效果;注入压力接近最小混相压力时,CO_(2)以游离相进入基质,更易进入基质深处,与致密油充分接触,并在原油中溶解混相,改善开发效果。溶解平衡后,CO_(2)与致密油界面张力随时间快速增加,以此确定闷井时间。研究确定了CO_(2)吞吐采油最佳工程参数,即注入量为8000 t,注入速度为120 t/d,注入压力为27 MPa,闷井时间为30 d,计算该方案下增油量为3084 t,换油率为0.39。水平井现场试验也证明CO_(2)吞吐技术应用于扶余致密油藏,采收率提高了1.38~3.33个百分点。研究结果对拓展致密油藏CO_(2)吞吐开采技术的应用具有重要意义。

基于多段压裂缝-井筒耦合流动模型的页岩油水平井段长度优化研究

长水平井段和大规模体积压裂是页岩油开发的关键技术,受储层特征、压裂规模的影响,不同区块的最佳水平井段长度存在差异,需综合考虑油藏渗流和长水平井井筒流动来优选水平井段长度。北美海相页岩连续性好,相对均质,油层巨厚,长水平井段对提高单井生产效率起决定性作用,而中国陆相页岩非均质性强,平面变化快,薄互层发育,需确定合理水平井段长度实现单井提产,获得经济效益。因此,准确表征页岩油藏渗流-长水平段井筒流动对页岩油产能评价和合理水平井段长度的确定至关重要。在五区线性流的基础上,综合考虑页岩基质启动压力梯度、复杂裂缝网络非均质及应力敏感特征,建立了页岩油水平井多段压裂缝-井筒耦合流动模型,并利用摄动变换、Laplace变换对模型求解。基于多段压裂缝-井筒耦合流动模型,开展了产量评价与预测,实现了复杂裂缝网络参数反演,论证了储层厚度、裂缝条数对合理页岩油水平井段长度的影响规律,在此基础上构建了页岩油水平井段长度优化图版。结果表明,对于厚层页岩,裂缝条数是影响合理水平井段长度的主控因素。将上述模型应用于实际区块,确定了不同区块在目前储层条件下的合理水平井段长度,该研究为明确不同类型页岩油储层合理水平井段长度的确定提供理论依据。

海陆过渡相页岩孔隙结构表征及页岩气渗流规律模拟

鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块海陆过渡相页岩储层非均质性强,碳质页岩和纯页岩的孔隙结构特征及页岩气渗流规律具有明显的差异,然而目前针对不同岩性孔隙结构下的页岩气渗流规律研究较为缺乏。文中以这2种岩性页岩为研究对象,基于CT扫描、扫描电镜物理实验技术,测定了二者的基质孔隙和层理缝特征参数,对比了二者的孔隙结构差异,构建了考虑吸附效应和滑脱效应的格子玻尔兹曼数值模拟方法,分析了二者孔隙结构对页岩气渗流规律的影响。研究结果表明:1)碳质页岩裂缝呈空间网状结构,纯页岩裂缝为平行层理方向裂缝。与纯页岩相比,碳质页岩孔隙尺度较大,但孔隙数量较少,孔隙度更低。2)页岩孔隙中存在明显的滑脱效应。滑脱效应提高了气相流动速度,页岩气从孔隙壁面解吸减缓了孔隙压力降低速率,延长了生产时间。建议在开发纯页岩层段时,适当降低生产压差,增强小孔隙中的滑脱效应;在开发碳质页岩层段时,适当增加生产压差,通过解吸作用提高页岩气产量。

断溶体油藏井洞垂向窜流试井解释模型

断溶体油气藏储层类型多样,非均质性极强,常规多重孔隙介质模型以及简单溶洞等势体模型难以广泛应用。文中针对断溶体油藏复杂的地质特征,考虑大溶洞向井筒的垂向窜流以及小尺度缝洞储集体分别向井筒和大溶洞的径向供给作用,建立了双层双重孔隙介质井洞垂向窜流试井解释模型;利用Laplace变换方法获得井底压力解,绘制井底压力典型曲线并划分流动段,对窜流通道传导率、大溶洞半径、裂缝传导系数比等参数进行了敏感性分析。结果表明:窜流通道传导率主要影响早期窜流“下凹”特征,数值过大或过小均会导致早期窜流“下凹”特征减弱甚至消失;大溶洞半径与大溶洞储容比也主要影响早期窜流“下凹”特征,数值越大,“下凹”特征越明显;裂缝系统传导系数比和裂缝储容比主要影响中、晚期的窜流“下凹”特征。该研究结果对复杂断溶体油藏储集体参数评价具有重要意义。