碳酸盐岩储集层气水两相渗流实验与气井流入动态曲线——以高石梯——磨溪区块龙王庙组和灯影组为例

选取四川盆地高石梯—磨溪区块基质孔隙型、裂缝型、溶蚀孔洞型3类储集层全直径岩心,开展高温、高压条件下的气、水两相相对渗透率测试,分析气水相渗曲线特征及气井流入动态。将实验数据归一化处理后形成了3类储集层的气、水相对渗透率曲线标准图版;针对裂缝型储集层的渗流特点,提出气、水两相相对渗透率曲线校正方法并对相应图版进行校正;运用标准图版计算研究区不同类型储集层气水两相流入动态曲线(IPR),并通过实际井的动态进行验证。研究区储集层相对渗透率曲线等渗点含水饱和度高达70%以上,具有强亲水特征,气水共渗区间、气驱水效率以溶蚀孔洞型最大,基质孔隙型次之,裂缝型最小;岩心渗透率的恢复程度以裂缝型最大,溶蚀孔洞型次之,基质孔隙型最小。校正后的裂缝型碳酸盐岩储集层气、水相渗曲线能更好反映实际气藏的气水两相渗流规律,标准图版可用于各类气藏工程计算;计算的IPR曲线,其特征与实际生产井动态相符,可用于实际气井配产与生产动态分析。

应用核磁共振在线检测技术研究不同赋存状态下的页岩气动用规律

要合理制订页岩气井生产制度,进而优化页岩气田开发技术政策,弄清不同赋存状态下的页岩气产出规律是前提和基础。为了避免间接测试的不确定性,研发了适用于高温高压条件下的核磁共振在线检测系统,选取四川盆地长宁地区N203井下志留统龙马溪组龙一_(1)^(1)层页岩岩心,以甲烷气体为实验流体,测量在页岩气开采过程中游离态和吸附态甲烷产出量的变化情况,并且结合页岩气衰竭式开发物理模拟实验,对不同赋存状态下的页岩气动用特征和产出变化规律进行了研究。研究结果表明:①饱和甲烷气体的页岩核磁共振T_(2)谱图具有明显的双峰特征,吸附态甲烷主要赋存于页岩纳米孔隙表面,弛豫时间较短(0.1~1.0 ms),而游离态甲烷则赋存于较大的页岩孔隙中,弛豫时间较长(1~100 ms);②采用核磁共振测量的甲烷总含气量及吸附态/游离态甲烷气量与采用间接方法计算的结果较为接近;③基于页岩气开发物理模拟实验,在开发初期,产出气以游离态甲烷为主,吸附态甲烷的阶段贡献率低于5%,随着生产的持续,吸附态甲烷的阶段贡献率逐渐增加,尤其是当压力低于15 MPa以后,吸附态甲烷的阶段贡献率迅速上升,至生产后期,吸附态甲烷的阶段贡献率超过50%,累计贡献率达到30%;④把实验结果换算为矿场条件下气井的生产动态数据,生产前5年,吸附气对气井累计产气量的贡献率不足5%,至生产末期,吸附气对累计产气量的贡献率可以达到25%。结论认为,核磁共振在线监测技术可以定量表征不同赋存状态下甲烷气体的动用规律,为后续开展页岩气气水两相渗吸、CO_(2)/CH_(4)吸附置换等研究提供了新的方法。

中东H油田储层综合评价方法研究

中东H油田属于低渗碳酸盐岩油藏,该类油藏储层复杂,常规砂岩的储层评价方法不适用,有必要开展低渗碳酸盐岩油藏储层评价方面的研究工作。基于大量的室内岩心实验,将分析结果与现场生产实际相结合,优选出主流喉道半径、可动流体百分数、启动压力梯度和原油黏度4个评价参数,对储层进行了综合评价。研究表明:低渗透碳酸盐岩储层主要受喉道控制,喉道的大小决定了储层渗透通道的好坏;渗透率和可动流体百分数存在较好的半对数关系,可动流体百分数的大小体现低渗碳酸盐岩储层的开发潜力。基于以上研究,划分了低渗碳酸盐岩油藏四元参数分类界限,建立了低渗碳酸盐岩油藏储层综合评价方法。评价结果与中东H油田6个主力层试釆结果吻合程度较好。该评价方法可有效指导油田开发初期产能区块的优选。

中东H油田不同注入水对储层渗流能力的影响

为了分析油田不同注入水对储层渗流能力的影响,利用中东H油田岩心样品,分别采用模拟地层水和注入水A进行单相及油水两相渗流实验,对比分析实验结果并对其用数学模型进行描述。结果表明:注入水A的冲刷等作用引起岩心样品发生固体颗粒脱落及矿物成分流失,导致岩心样品的渗流能力增强,油、水绝对渗透率及油水绝对渗透率之和均增加;岩心样品的亲油性减弱,亲水性增强,残余油饱和度降低,共渗点偏右移,与模拟地层水驱替相比驱油效率提高2%~5%。基于实验结果建立了数学模型,该模型能更准确地描述油田开发初期、中期及末期3个阶段的油水渗流规律。

低渗火山岩气藏衰竭开采拟稳态渗流实验

选取克拉美丽气田代表性岩样,通过室内拟稳态渗流模拟实验,研究低渗火山岩气藏衰竭式开采过程中的渗流规律,分析衰竭过程中气体的渗流特征,并解释了原因。根据实验渗流规律建立了理论模型,并进行了数值模拟。根据实验曲线,结合物质平衡法计算了岩样原始含气量,分析不同流量不同废弃压力下的采收率,模拟模型的最终采收率可达到88.6%。并提出了生产建议。

仿真模型模拟储气库建库与气库运行实验研究

为了明确真实地层条件下枯竭油藏储气库中气、水、油三相运行机理和气库运行效率影响因素。利用渗流所自主研发的透明二维玻璃模型,模拟高温高压条件下枯竭油藏地下储气库的多周期注采,定性研究了气、水、油三相的渗流特征。实验结果表明:储层物性影响气库库容,储层非均质性越严重,库容和运行效率越低。合理提高注采压力能够增加气库库容和运行效率。

油气田含油污泥生物处理技术研究进展

油气田含油污泥是石油钻井、运输、储存过程中产生的主要污染物。随着油气田开发的逐步深入,含油污泥所带来的生产和环境矛盾越来越突出。原有的含油污泥处理方式已经不适用新的环保要求。目前,物理化学处理方法初步实现了含油污泥减量化和原油资源回收,但其并不能从根本上去除含油污泥的石油污染物,甚至有可能造成二次污染。生物处理方法有低毒、环保、效率高等特点,具有较广泛的应用前景。本文介绍了含油污泥的来源、特征、处理标准和环境影响。将生物处理技术分为生物表面活性剂(BSF)洗油法和生物降解法,并从BSF的类型和特性、洗油机理、降解工艺、降解菌、对处理效果的影响因素以及BSF增强生物降解作用等方面进行了详细阐述。文章指出BSF洗油法主要应用于高含油污泥(含油率≥6%)的处理,含油率可降到2%以下;对于低含油污泥(含油率≤6%)采用微生物降解技术处理,可达到0.3%的生态标准。生物处理技术是最有前景的满足资源回收的环保型的含油污泥处理技术。

基于多次数据吸收集合平滑算法的自动油藏历史拟合研究

针对常见历史拟合方法存在计算量大、油藏参数更新异常、油藏模型修正失真等问题。采用集合平滑算法,通过引入集合卡尔曼滤波算法(EnKF)中多次迭代思路,对相同数据重复吸收,推导出多次数据吸收集合平滑算法(ES-MDA)的核心公式,并编写了自动油藏历史拟合软件。以北海布伦特油田海相砂岩油藏为例,将基于ES-MDA算法的油藏自动历史拟合程序应用于该油藏,对油田的注水采油开发进行历史拟合。结果表明:油藏数值模拟的预测数据与实际测量的数据匹配程度达到90%以上,且能够较准确地表征真实油藏的孔隙度分布特征;ES-MDA算法具有算法稳定、运行效率高、模型更新准确等优点。研究成果对实现计算机自动油藏历史拟合,实时优化油藏生产具有重要意义。

低渗透碳酸盐岩油藏水驱油相似理论研究

为更好地指导低渗透碳酸盐岩油藏水驱油物理模拟实验方案及模型参数的设计,进一步对油、水两相渗流模拟相似理论进行研究。从变形介质渗流理论出发,考虑渗透率应力敏感变化规律和启动压力梯度特征,建立了双重介质孔隙模型的非线性渗流数学模型;应用方程分析法推导出低渗透碳酸盐岩油藏水驱油物理模拟实验的相似准则;利用IMPES方法对无量纲方程进行求解,通过畸变和敏感性分析,定量确定了各相似准数的主次关系,并通过实际岩样的应力敏感实验和水驱油实验结果进行了验证。研究结果表明,基于相似理论的油、水两相渗流模型能够有效表征低渗透碳酸盐岩油藏水驱油动态变化规律。21个相似准数对目标函数的影响程度各异,可知在物理模拟设计中,当无法满足模型和原型完全相似时,应优先满足多孔介质的渗透率和饱和度、多相流体的粘度和密度以及孔隙结构的相似。

微生物驱数值模拟研究进展

基于微生物驱采油机理,从数学模型和软件应用2个方面介绍和总结微生物驱数值模拟研究现状。由于经典微生物驱油模型(Islam模型、Zhang模型和Chang模型)不包含代谢产物组分,分别从产物主要以生物表面活性剂、生物聚合物以及其他产物模型来阐述现存模型的优缺点;主要从MTS,UTCHEM,CMG-STARS,ECLIPSE和MRST这5个方面总结微生物驱数值模拟的软件应用。当前微生物驱数学模型无法准确体现实际微生物驱油过程,均存在些许不足。因此,今后研究的重点和趋势为:1)建立完善的多孔介质空间模型来准确描述多孔介质内部孔隙结构;2)系统地研究微生物的形状尺寸对微生物运移和驱油的影响;3)建立多因素、多组分耦合影响下的微生物驱数学模型。

PAM/GO复合材料制备及驱油性能研究

利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),并利用原位聚合法引入丙烯酰胺(AM),制备PAM/GO复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、激光粒度分析和驱油实验等分析方法对PAM/GO复合材料的官能团和驱油性能进行了研究。X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)实验结果表明,PAM/GO的谱图中,在2θ=9.4°的氧化石墨的特征峰消失,在2θ=23°出现一个宽的衍射峰,说明PAM/GO为无定形结构,也说明氧化石墨与PAM兼容性良好,没有发生明显的团聚。傅里叶变换红外光谱分析表明,PAM/GO红外谱图中具有很明显的丙烯酰胺特征峰,说明丙烯酰胺成功引入到氧化石墨烯中。激光粒度分析结果表明,石墨烯复合材料的平均粒径范围在0.19~1.45μm。界面张力分析表明,0.3%浓度的石墨烯材料降低油水界面张力的能力较好,与注入水相比,能将油水界面张力从101降低到100数量级左右。PAM/GO复合材料应用于低渗透岩心的动态驱替实验表明,0.3%浓度的石墨烯复合材料对低渗透油藏提高采收率在10%左右,且驱替压力变化平稳,不会对地层造成堵塞伤害。

基于集合卡尔曼滤波的海相与河流相油藏历史拟合研究

在油藏管理中,利用所有的观测资料更新油藏模型是准确估计油藏参数变化和预测未来产量的关键。集合卡尔曼滤波(EnKF)为油藏模型的不断更新提供了一种实用的方法,但其在不同油藏类型中的应用可靠性以及合理设计集合大小的方法尚不清楚。本文从数学上推导出EnKF方程组,讨论了EnKF在油藏历史拟合中相比标准卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波(EKF)的优点,以及EnKF的应用局限性。在案例研究中,我们利用EnKF历史拟合方法,对海相油藏和河流相油藏进行了两次数值试验,通过拟合井底流压和井口含水率,对静态地质模型进行了修正,找到了优化的整体尺寸设计方法。最后,针对EnKF在河流相储层中的应用提出了建议。

页岩高压等温吸附曲线及气井生产动态特征实验

选取四川盆地长宁—威远地区龙马溪组页岩储集层样品,采用高压等温吸附仪开展高压等温吸附曲线测试,运用自主研发页岩气流固耦合实验系统开展了单岩心对比和多岩心串联气井衰竭开发物理模拟实验;在总结吸附、解吸规律基础上,建立了高压等温吸附模型,修正了含气量计算方法,明确吸附气动用规律。研究表明,页岩高压条件下的等温吸附规律与常规低压下吸附规律不同,高压等温吸附曲线随压力变化存在最大过剩吸附量,对应压力为临界解吸压力。高压等温吸附曲线可用于评价页岩吸附气量及吸附气动用程度;高压等温吸附模型能够拟合和表征页岩高压等温吸附规律;修正后的含气量计算方法,可以更客观评估含气量与吸附气比例,是储量评估和产量递减分析的理论基础;吸附气动用程度与压力密切相关,储集层压力低于临界解吸压力,吸附气才能有效动用;气井生产过程中,近井地带压力下降幅度大,吸附气动用程度高,远离井筒,吸附气动用程度低或不动用。

四川盆地东南缘南华系大塘坡组烃源岩特征及其油气勘探意义

随着四川盆地的油气勘探不断向深层—超深层领域拓展,以及在盆地中部地区(川中)稳定继承性古隆起区域的中上元古界—下古生界储量超1×1012 m^3大气田的发现,该盆地深部古老层系烃源岩发育环境、烃源岩有机质生源构成及其成烃特征等备受关注。为此,基于前人的研究成果,开展了四川盆地东南缘南华系大塘坡组野外露头剖面观察和烃源岩样品的有机地球化学、有机岩石学分析测试。结果表明:(1)四川盆地东南缘在南华纪古城期和南沱期2个冰期之间发育拉张背景下的大塘坡组黑色页岩优质烃源岩,其厚度介于16~180 m,矿物组成以黏土矿物和碎屑石英为主;(2)大塘坡组页岩为高丰度过成熟腐泥型优质烃源岩,其低姥植比(0.32~0.83)、低伽马蜡烷丰度、高丰度三环萜烷以及相对高含量的C_(27)、C_(29)甾烷等特征,反映了低盐度强还原环境下藻类和细菌微生物为其主要生源构成。结论认为:(1)川中地区南华纪裂谷内可能发育大塘坡组烃源岩,加里东期之前的古隆起、古斜坡区域是源于大塘坡组烃源岩的古油藏或分散液态烃的有利聚集场所;(2)该盆地内部稳定区域有可能发现源于大塘坡组烃源岩的古油藏或分散有机质裂解气的规模聚集区。

储层原生水对页岩气赋存状态与流动能力的影响

储层原生水对页岩气吸附规律和流动能力的影响情况目前尚不清楚,为此选用四川盆地长宁—威远地区下志留统龙马溪组页岩样品,基于吸附平衡法制取不同含水饱和度的实验样品,开展了高压等温吸附实验,探讨不同含水饱和度下页岩等温吸附作用及机理,并运用自主研发的稳态流动实验装置测试了不同含水饱和度下页岩气的流动能力。研究结果表明:(1)页岩储层微米—纳米级孔隙中原生水的存在降低了页岩的吸附能力,含水饱和度为40%时,模拟计算的总含气量比常规认识下的计算结果下降了18%;(2)页岩视渗透率是压力的函数,低压下努森扩散作用使得页岩视渗透率随压力降低而明显上升,当平均压力为5 MPa、含水饱和度达到50%时,与不含水相比页岩视渗透率下降约70%;(3)当含水饱和度低于临界含水饱和度时,水主要以不可动水赋存在微孔和介孔中,对页岩气流动能力影响较小,而大于临界含水饱和度时,水的赋存位置发生改变,导致页岩气流动能力大幅度降低。结论认为,准确认识页岩储层原始含水饱和度及临界含水饱和度,有助于准确计算页岩气储量、合理预测气井产量。

采油微生物在多孔介质中的迁移滞留机制

采油微生物在多孔介质迁移过程中的滞留特征明显。以2株典型采油微生物Pseudomonas aeruginosa WJ-1和Bacillus subtilis SLY-3为研究对象,通过等温吸附实验和流动实验研究了其迁移滞留规律。研究结果表明:多孔介质的比表面积越大,吸附位点越多,菌体的吸附量越大。菌体和多孔介质表面的疏水性关系影响菌体在多孔介质表面的吸附量。采油微生物在油藏多孔介质环境中的总菌浓度一般低于3.5×108cfu/mL,在此条件下,采油微生物在油藏多孔介质中的吸附符合Freundlich吸附等温线。体积较大的微生物运移速度超前,说明采油微生物在多孔介质运移过程中存在不可及孔隙体积。采油微生物在多孔介质运移过程中受到平衡吸附和架桥筛分的共同作用,且架桥筛分的作用相比于平衡吸附更加突出。基于实验研究确定了微生物的迁移滞留机制,并在此基础上修改完善了微生物迁移数学模型。研究成果为微生物采油数值模拟软件的研发与优化提供了实验依据及理论基础。

微生物与弱凝胶复合驱油配伍性

为了推动宝力格油田巴19断块弱凝胶调驱和微生物驱复合驱油实验研究,对弱凝胶与微生物的配伍性进行了实验分析。芽孢杆菌Chang和Jian分离自巴19断块地层水,这两株菌对原油的降解率分别达到160 mg/d和138 mg/d、降黏率达到50.5%和66.3%,形成的原油乳状液油滴平均粒径为38.22μm和18.54μm。经测定,两株菌均能代谢产生脂肽类表面活性剂,产量分别为682 mg/L和476 mg/L。微生物和弱凝胶的配伍性实验发现,菌株Jian对弱凝胶的成胶性能没有影响;在弱凝胶调驱的现场使用浓度内,Jian的生长代谢、乳化分散(表面张力为40.78 mN/m、乳化原油平均粒径为22.46μm)、降黏(降黏率为132 mg/d)和降解(降解率为63.6%)能力也没有明显降低。弱凝胶和微生物复合驱油在弱凝胶驱的基础上可提高采收率7.26%,在微生物驱基础上可提高采收率12.67%,说明菌株Jian与该弱凝胶复合驱油具有良好的配伍性。

高压气体微管流动机理

为了研究微管实验真实的流动情况,将3种管径(10μm、5μm和2μm)的熔融石英微圆管分别以串联、并联的方式,接入自主研发的高压微管夹持器,研究了气体在微管流动过程中的压力分布规律和流量变化特征。实验结果表明:5根相同管径(10μm)微管串联时,入口压力越高,气体压缩效应越显著,压力分布更趋于呈非线性,同时微管末端动能损失和节流效应越明显,这进一步解释了高压条件下气体微管流动偏离经典Hagen-Poiseuille理论的原因,为高压条件下新型气体流量方程的建立提供了理论依据;3根不同管径的微管并联时,管径大的微管是气体主要流动通道,管径小的微管气体几乎不流动,但提高注入压力可使中等管径的导流能力适度增加,同时结合不等径毛管束模型与气体流量方程,可以解释和验证低渗透多孔介质渗流特性机理。

鄂尔多斯盆地山西组泥页岩储层特征及对吸附性能的影响

山西组是鄂尔多斯盆地东部页岩气研究的重要层位,通过对研究区所取页岩样品进行扫描电镜观察、X衍射全岩分析、高压压汞和等温吸附测试等实验分析,探讨其储层发育特征及对吸附性能的影响。

渗吸效应对页岩气赋存状态的影响规律

目前对于渗吸效应改变页岩气赋存状态的定量化认识尚未形成,对页岩储层中压裂液大量滞留所引起的气水动态置换规律也不明确。为此,开展了气水置换实验以模拟水力压裂后近井区域页岩含水状态的变化情况,借助于含氢流体低场核磁共振谱分析技术(1H-NMR)动态监测页岩储层中甲烷的赋存状态,并计算不同赋存状态下的甲烷气量,进而研究了渗吸效应对页岩气赋存状态的影响规律。研究结果表明:①页岩饱和甲烷的过程分为吸附主导阶段和孔隙填充阶段,吸附作用和压力梯度作用在页岩饱和甲烷的过程中同时发挥作用;②页岩饱和甲烷过程前期阶段优先饱和吸附气,游离态甲烷作为外部甲烷转换为吸附态甲烷的中间状态在页岩孔隙中赋存,吸附气达到饱和状态后,甲烷在压力梯度作用下填充页岩孔隙直至孔隙内外压力平衡;③渗吸效应使页岩发生气水置换作用,吸附态甲烷部分解吸为游离态甲烷,吸附气占比降低,渗吸时间达到80 h时吸附气占比由63.58%降低至45.87%,而游离气量增加使页岩孔隙压力升高,同时水分占据部分孔隙体积,压缩游离气赋存空间,部分游离气被排出页岩孔隙,储层含气性降低,页岩样品含气量由渗吸开始前的7.91 mL/g下降至7.34 mL/g;④水力压裂过程中,压裂液的大量滞留使页岩储层近井区域处于富含水状态,渗吸效应引发的气水置换作用和排替作用使得页岩孔隙及井筒等外部空间中甲烷游离气量升高,孔隙压力升高使得地层压力上升,在一定程度上有利于页岩气的开采。