低滲透油藏在我國各大油田中分布廣泛，地質(zhì)儲(chǔ)量巨大。常規(guī)開采方法長期注水后，油井含水率上升、水竄、水淹現(xiàn)象嚴(yán)重，最終導(dǎo)致大量殘余油難以動(dòng)用的工程問題。滲吸采油是低滲透裂縫性油藏提高采收率的重要技術(shù)手段之一。本研究以縫控基質(zhì)單元為對(duì)象，跨尺度研究滲吸過程中油水運(yùn)移機(jī)理及影響因素，使得研究更加符合工程實(shí)際，研究成果不僅豐富了滲吸理論、提高了低滲透裂縫性油藏滲吸采收率，而且為從事油氣藏開發(fā)的研究人員提供了重要的理論支撐和參考價(jià)值。
本書采用實(shí)驗(yàn)研究、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，以分形理論、滲流力學(xué)、圖像分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科交叉為基礎(chǔ)，圍繞縫控基質(zhì)單元滲吸過程中賈敏效應(yīng)的影響、微觀水相賦存狀態(tài)以及分布演化規(guī)律、孔徑分布、復(fù)雜混合潤濕性對(duì)滲吸采油的影響、質(zhì)量傳輸方程改進(jìn)以及不同尺度下多參數(shù)對(duì)滲吸采油影響規(guī)律等問題，開展了縫控基質(zhì)單元不同尺度模型重建、滲吸機(jī)理以及影響因素研究。
低滲透油藏在我國各大油田中分布廣泛，地質(zhì)儲(chǔ)量巨大。常規(guī)開采方法長期注水后，油井含水率上升、水竄、水淹現(xiàn)象嚴(yán)重，最終導(dǎo)致大量殘余油難以動(dòng)用的工程問題。滲吸采油是低滲透裂縫性油藏提高采收率的重要技術(shù)手段之一。本研究以縫控基質(zhì)單元為對(duì)象，跨尺度研究滲吸過程中油水運(yùn)移機(jī)理及影響因素，使得研究更加符合工程實(shí)際，研究成果不僅豐富了滲吸理論、提高了低滲透裂縫性油藏滲吸采收率，而且為從事油氣藏開發(fā)的研究人員提供了重要的理論支撐和參考價(jià)值。
本書采用實(shí)驗(yàn)研究、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，以分形理論、滲流力學(xué)、圖像分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科交叉為基礎(chǔ)，圍繞縫控基質(zhì)單元滲吸過程中賈敏效應(yīng)的影響、微觀水相賦存狀態(tài)以及分布演化規(guī)律、孔徑分布、復(fù)雜混合潤濕性對(duì)滲吸采油的影響、質(zhì)量傳輸方程改進(jìn)以及不同尺度下多參數(shù)對(duì)滲吸采油影響規(guī)律等問題，開展了縫控基質(zhì)單元不同尺度模型重建、滲吸機(jī)理以及影響因素研究。
從跨尺度的角度出發(fā)，研究縫控基質(zhì)單元(fracturecontrolled matrix unit,FCMU)模型構(gòu)建方法、滲吸機(jī)理與影響因素，不僅可以為直觀描述和定量分析低滲透裂縫性油藏滲吸采油過程中孔隙結(jié)構(gòu)及復(fù)雜潤濕性對(duì)基質(zhì)裂縫滲流機(jī)理的影響提供新的理論支撐，對(duì)油藏的二次開發(fā)和提高最終采收率也具有重要的理論意義和參考價(jià)值。
本書主要研究工作及認(rèn)識(shí)如下。
(1) 利用自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)裝置、微計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography,CT)設(shè)備以及核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)分析系統(tǒng)，開展了微觀自發(fā)滲吸微CT成像NMR綜合實(shí)驗(yàn)，形成了微觀自發(fā)滲吸可視化、定量化實(shí)驗(yàn)方法，為分析滲吸微觀機(jī)理、理論模型驗(yàn)證以及數(shù)值模擬提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
(2) 以巖心三維重構(gòu)圖像為基礎(chǔ)，可視化、定量化地研究了孔隙尺度下縫控基質(zhì)單元微觀滲吸機(jī)理�；诜中螏缀卫碚摚紤]孔隙表面粗糙度以及束縛水對(duì)孔徑的影響，改進(jìn)了縫控基質(zhì)單元質(zhì)量傳輸模型。利用微CT圖像獲取相關(guān)參數(shù)，驗(yàn)證了修正后模型的正確性。
(3) 基于改進(jìn)的縫控基質(zhì)單元質(zhì)量傳輸模型，考慮孔隙表面粗糙度以及束縛水膜厚度的影響，定量分析了不同表面分形維數(shù)Ds、孔隙壓力p、孔隙分形維數(shù)Dλ、裂縫中水力壓力ph以及毛細(xì)管迂曲度對(duì)滲吸累積產(chǎn)油量的影響。
(4) 結(jié)合激光雕刻技術(shù)與3D打印材料，提出了一種新的、低損傷的巖心重構(gòu)方法，實(shí)現(xiàn)了縫控基質(zhì)單元再現(xiàn)。基于Python語言編程技術(shù)，提出了不規(guī)則多邊形不重疊隨機(jī)填充的縫控基質(zhì)單元基質(zhì)系統(tǒng)表征方法，建立了縫控基質(zhì)單元基質(zhì)與孔隙模型，形成接近真實(shí)巖心的孔隙結(jié)構(gòu)，最終建立二維縫控基質(zhì)單元巖心尺度數(shù)值模型。基于相場理論，利用COMSOL Multiphysics軟件開展不同油相黏度、不同潤濕性、不同入口流速、不同孔隙分形維數(shù)和毛細(xì)管迂曲度下的油水兩相滲吸數(shù)值模擬研究。
(5) 基于單裂縫縫控基質(zhì)單元模型，采用吞吐采油方法，在宏觀尺度上開展?jié)B吸采油數(shù)值模擬研究，確定裂縫性油藏采油中后期滲吸采油是提高采收率的主要方式，裂縫中的水被毛管力吸收到基質(zhì)中，油被替換，滲吸采油可以使采收率提高5%。在油藏尺度上，明確了滲吸采油對(duì)低滲透油藏開采的重要性。
本書主要依托國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目低滲油藏縫控基質(zhì)單元縫網(wǎng)模型尺度升級(jí)方法及滲吸機(jī)理研究(No.52304029)、十三五國家科技重大專項(xiàng)縫控基質(zhì)單元模型構(gòu)建與數(shù)值模擬技術(shù)研究(No.2017ZX05013006002)開展研究。
劉強(qiáng)
2025年1月1日
第1章緒論
1.1低滲透裂縫性油藏開采面臨的問題與對(duì)策
1.2滲吸開采低滲透裂縫性油藏研究現(xiàn)狀
1.2.1低滲透裂縫性油藏開發(fā)研究現(xiàn)狀
1.2.2滲吸采油研究現(xiàn)狀
1.3本書的主要技術(shù)和方法
1.3.1主要研究內(nèi)容
1.3.2研究技術(shù)路線
1.4本書的主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)
第2章基于實(shí)驗(yàn)的孔隙尺度下滲吸微觀機(jī)理
2.1實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)備
2.1.1微觀自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)
2.1.2微CT成像技術(shù)
2.1.3核磁共振技術(shù)
2.2微觀自發(fā)滲吸-微CT成像-NMR綜合實(shí)驗(yàn)
2.2.1研究區(qū)塊地質(zhì)特征
2.2.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
2.2.3實(shí)驗(yàn)步驟
2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖像處理
2.3.1核磁共振T2譜與巖石潤濕性
2.3.2滲吸采收率
2.3.3微CT圖像處理
2.4微觀機(jī)理研究的定量分析方法
2.5基于微CT圖像的縫控基質(zhì)單元微觀滲吸機(jī)理
2.5.1賈敏效應(yīng)的影響
2.5.2滲吸后微觀水相賦存狀態(tài)
2.5.3孔徑分布的影響
2.5.4復(fù)雜混合潤濕性的影響
2.6本章小結(jié)
第3章縫控基質(zhì)單元質(zhì)量傳輸模型及微觀影響因素研究
3.1分形幾何理論
3.2縫控基質(zhì)單元分形孔隙度和滲透率模型
3.2.1基質(zhì)中的分形孔隙度模型
3.2.2基質(zhì)中的分形滲透率模型
3.3縫控基質(zhì)單元分形質(zhì)量傳輸與裂縫控制模型
3.3.1基質(zhì)中的質(zhì)量傳輸模型
3.3.2縫控基質(zhì)單元裂縫控制模型
3.4孔隙相關(guān)參數(shù)獲取與模型驗(yàn)證
3.4.1利用微CT圖像獲取孔徑參數(shù)
3.4.2利用微CT圖像獲取分形參數(shù)
3.4.3有效孔隙度模型驗(yàn)證
3.4.4滲透率模型驗(yàn)證
3.4.5質(zhì)量傳輸模型驗(yàn)證
3.4.6裂縫控制范圍模型驗(yàn)證
3.5基于分形理論的縫控基質(zhì)單元微觀滲吸機(jī)理
3.5.1表面分形維數(shù)的影響
3.5.2孔隙壓力的影響
3.5.3孔隙分形維數(shù)的影響
3.5.4裂縫中水力壓力的影響
3.5.5毛細(xì)管迂曲度的影響
3.6本章小結(jié)
第4章縫控基質(zhì)單元巖心尺度模型構(gòu)建
4.1縫控基質(zhì)單元
4.2縫控基質(zhì)單元結(jié)構(gòu)
4.2.1裂縫系統(tǒng)
4.2.2基質(zhì)系統(tǒng)
4.3縫控基質(zhì)單元物理模型構(gòu)建
4.3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
4.3.2縫控基質(zhì)單元巖心重構(gòu)
4.3.3滲透率數(shù)值模擬
4.3.4縫控基質(zhì)單元物理模型分析
4.4縫控基質(zhì)單元數(shù)值模型構(gòu)建
4.4.1基質(zhì)模型孔隙結(jié)構(gòu)表征
4.4.2裂縫模型形態(tài)表征
4.4.3縫控基質(zhì)單元模型網(wǎng)格劃分
4.4.4流體模型構(gòu)建
4.5本章小結(jié)
第5章縫控基質(zhì)單元巖心尺度滲吸數(shù)值模擬
5.1相場理論
5.1.1理論基礎(chǔ)
5.1.2相場理論在滲吸研究中的應(yīng)用
5.2巖心尺度滲吸采收率影響因素分析
5.2.1縫控基質(zhì)單元油水分布
5.2.2賈敏效應(yīng)的影響
5.2.3非潤濕相(油)黏度的影響
5.2.4潤濕性的影響
5.2.5入口流速的影響
5.2.6孔隙分形維數(shù)與毛細(xì)管迂曲度的影響
5.3本章小結(jié)
第6章油藏尺度單裂縫滲吸采收率影響因素分析
6.1單裂縫模型油藏尺度數(shù)值表征
6.2數(shù)值模擬產(chǎn)油量
6.3數(shù)值模擬裂縫含油飽和度
6.4本章小結(jié)
第7章結(jié)論與展望
7.1結(jié)論
7.2展望
參考文獻(xiàn)
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