多尺度科学及其在油气田开发中的应用研究

在简述多尺度科学的主要研究内容、方法及现状的基础上,从多尺度科学角度出发,提出了油气藏即是一个复杂的多尺度系统,油气产出是一个跨时间和空间尺度的复杂过程,是在微观孔喉、微裂缝至宏观裂缝、水力裂缝等渗流通道中的一系列串联耦合过程的观点。油气田开发中多尺度问题主要包括油气藏多尺度描述、多尺度数据整合以及多尺度模拟。以致密砂岩气藏为例,探讨了非常规天然气开发中的多尺度现象及其对气藏开发的影响及对策。指出致密砂岩气藏多尺度结构由基块孔喉、天然裂缝和水力裂缝组成,基块供气不足和储层损害是制约气井产能的关键因素。基于多尺度传质理论大幅度提高传质效率,强调加强钻井、完井和增产改造等全过程储层保护、采用最大储层接触面积（MRC）技术是开发非常规油气资源的有效途径。     

裂缝性油藏多尺度有限元数值模拟方法研究

针对裂缝性油藏内在的复杂性,考虑到双重介质等模型的限制,同时为了更好地表征裂缝和提高计算精度,提出了裂缝性油藏等效介质模型数值模拟方法,建立了数学模型,通过无需在小尺度上精确求解即可抓住大尺度解特征的多尺度有限元数值分析方法,建立有限元数值模型,形成了基于等效介质模型的裂缝性油藏多尺度有限元数值模拟方法,最后将该方法通过实例进行检验,验证了方法的正确性。     

裂缝性潜山变质岩储层地质建模方法——以锦州25-1S潜山为例

 针对裂缝性储层地质建模的难点和重点,在对渤海海域特殊变质岩潜山裂缝性油藏地质、物探、测井综合研究的基础上,针对国内外裂缝性储层地质建模的技术方法,提出了双重介质油藏储层的4步建模方法：① 建立基质和裂缝共用的三维构造模型;② 建立基质系统的属性参数模型;③ 建立裂缝网络几何模型,并将裂缝几何模型等效成裂缝参数定量模型;④ 动态校验模型。首次利用叠前地震反演资料做约束对裂缝发育的密度进行定量预测,并在此基础上根据成像测井解释的裂缝参数的统计规律对裂缝的三维分布进行预测,建立三维可视化的裂缝网络模型,将离散的裂缝网络转化为定量化的三维参数模型。以锦州25-1S油田裂缝性潜山基岩油藏为例,对裂缝性油藏（尤其是潜山油藏）的储层地质建模技术进行探讨和尝试。在对太古界潜山油藏构造、岩性、裂缝等精细描述的基础上,利用Fred和Petrel等先进地质建模软件建立了油藏的三维构造模型、裂缝空间展布及储层属性模型,对该裂缝性油藏进行了三维储层定量化表征,为该油藏开发方案的优化及实施奠定了基础。     

基于DFN离散裂缝网络模型的裂缝性储层建模方法

针对目前裂缝性储层建模方法存在的问题, 探讨DFN离散裂缝网络模型的裂缝性储层建模的思路和方法, 提出分大尺度和中小尺度两种裂缝级别建立DFN离散裂缝模型。首先, 按照确定性建模方法, 以三维地震资料建立大尺度裂缝的空间分布模型。然后, 以岩芯观测和成像测井解释的裂缝密度、长度、倾角、方位等统计信息为基础, 在地震裂缝预测的属性体约束下, 建立全区裂缝密度分布模型, 并以该数据体为约束, 利用随机建模方法, 建立中小尺度的裂缝网络模型, 实现井间裂缝密度的约束。最后, 通过整合大尺度和中小尺度的DFN模型, 建立Z地区综合离散裂缝网络模型及其裂缝孔隙度、渗透率等属性模型。该模型反映了储层裂缝的三维空间分布特征, 为该区油藏数值模拟提供了地质基础。     

裂缝各向异性油藏渗流特征

为研究天然裂缝发育油藏的渗流特征,利用坐标变换原理,设计新的电模拟试验方法,并将天然裂缝表征参数应用到油藏工程研究中,建立求解裂缝各向异性储层渗透率张量的模型,形成了研究裂缝性低渗透砂岩油藏渗流规律和产能评价的新方法.研究结果表明:储层中发育的天然裂缝一方面有利于改善储层物性,提高油井产能,另一方面却加剧了储层的各向异性,降低井网效率和油井产能;采取水平段垂直裂缝发育方向的布井方式,有利于建立优势渗流场和提高单井产能.     

桩海10潜山油藏小波多尺度边缘检测技术研究

由于裂缝具有多尺度的特点,不同级别的裂缝对地震传播速度和波的振幅、频率所产生的影响不同,利用潜山储层裂缝检测与图像分析中的边缘检测具有许多相似之处的特点,根据Canny边缘检测定义,对三维地震数据的层切片f(x,y)进行多尺度边缘检测,等价于寻找小波变换模的局部极值,利用这些模局部最大值点就可以确定f(x,y)的剧烈变化点或边缘点。将小波多尺度边缘检测理论与地震波场对裂缝的多尺度特性相结合,形成了反映地震记录的多尺度边缘检测方法。桩海10潜山应用效果表明,小波多尺度边缘检测方法储层预测结果与钻井资料吻合较好,是解决潜山油藏储层预测的一种有效手段,对潜山油藏的勘探开发有一定指导意义。     

基于随机扩展方法的致密油储层裂缝建模研究

现有的储层裂缝建模方法大多忽略了储层裂缝扩展历史与裂缝属性随机分布特征之间的本质关系,所建裂缝模型多为不考虑断裂尖端扩展历史的静态模型,因而不可能给出有效的区域裂缝信息。针对裂缝建模难题,提出了基于裂缝扩展反演模型的裂缝建模方法。首先,基于裂缝扩展规律,采用扩展有限元方法,利用模拟退火技术,建立裂缝扩展反演模拟模型;然后,采用克里金模型和断裂力学模拟系统,综合构造和成像测井裂缝解释资料,构建多场趋势克里金估计模拟模型。选取大情字井地区青山口组扶余致密油层作为实验区,建立了该区块的裂缝扩展模型和裂缝分布模型。实验表明,构建的基于随机扩展有限元模拟的裂缝建模方法可以克服现有裂缝建模方法的不足,可提高裂缝性油藏的表征精度。     

裂缝性低渗透油藏储层物性的主控因素及其对产能的影响——以大情字井油田黑43区块为例

裂缝性低渗透岩性油藏物性复杂,控制因素多样,开采难度大,寻找储层物性的主控因素是该类油藏有效开发的基础。以大情字井油田黑43块为例,在对青山口组青一段储层沉积相、岩性特征、裂缝方向、低幅度构造综合评价基础上,分析了低渗透裂缝性油藏储集特征,探讨了储层性质对单井产能的影响。分析认为,黑43区块低渗透储层物性主要受沉积相和裂缝控制,剩余储量分布与构造幅度、油藏内的油水分异差别、储集层岩性变化密切相关,为裂缝性低渗透油藏有效开发提供参考。     

碳酸盐岩缝洞型储层多元信息融合建模方法在塔河油田十二区奥陶系油藏的应用

针对碳酸盐岩缝洞型油藏类型复杂且均质性强的特点,以“多类多尺度建模”为思路,引入“多方法结合、多概率融合”手段,提出多元信息融合建模方法。根据储层特征,分别对不同类型储层的地质建模进行研究。结果表明：以井震结合的方式确定性表征地下暗河储集体;以多点方法和基于目标方法相结合,融合断层控制发育概率和地震概率,建立断控岩溶储集体;以序贯指示方法,融合不整合面控制概率和地震概率,可建立溶蚀孔洞储集体;以蚂蚁体追踪方法可建立大尺度和中尺度裂缝模型;以基于目标方法建立小尺度裂缝模型,融合后的模型能够表征缝洞型储层的储集体分布特征,其储量复算和油藏数值模拟结果拟合度高,可作为开发方案的调整依据。     

等效连续介质模型在低渗透油藏的适应性分析

形成裂缝网络的裂缝性油气藏可用Kazemi模型、Warren-Root模型和DeSwaan模型进行描述,而没有形成裂缝网络的局部裂缝发育油藏就不适合应用这3种模型。针对低渗透油藏存在的局部裂缝特征,利用平行板理论、张量原理和等值渗流阻力原理,建立了裂缝区的等效连续介质模型,在等效连续介质模型的基础上,建立了低渗透油藏三维数值模型,并用黒油模拟程序进行实例计算。研究结果表明:等效连续介质模型可以应用到具有局部裂缝的低渗透油藏数值模拟和动态预测中。     

库车裂缝性砂岩气藏渗透率模型研究与应用

裂缝性气藏中孔隙介质包括压裂裂缝、天然裂缝及基质孔隙。考虑裂缝与基质间的物质交换,建立了考虑压裂裂缝的多重孔隙介质渗流数学模型,研制了裂缝性气藏压裂后生产动态模拟器。根据库车天然裂缝发育程度综合量化分类,天然裂缝发育程度是影响压裂后产能的重要因素之一;裂缝系统连通差、发育差的气藏,压裂后也难以获得理想的增产效果。统计分析了裂缝参数与渗透率的关系,裂缝密度与测试渗透率相关性好,给出了裂缝密度与渗透率的关系,建立了渗透率地质模型。结合裂缝性砂岩气藏压裂井生产动态模拟器,通过拟合试采压力校正渗透率,打破了关井测试计算地层渗透率的传统做法。通过实例计算表明,所建立的多重介质渗流数学模型和渗透率地质模型是合理的,试采压力拟合精度高,校正渗透率准确且误差较小,为油田开发提供了一种新思路。     

页岩气藏压裂水平井产能特征研究

页岩气具有独特的储层特性与流动特征,其数值模拟方法与常规油气藏有很大差异。基于多重介质模型建立及基质离散模拟吸附气和游离气的瞬变流动方法,对储层进行体积压裂改造,实现了体积压裂模型的构建;在此基础上结合X井的生产数据对吸附类型、基质离散程度、裂缝-基质耦合系数、基质渗透率以及裂缝渗透率等因素对产能的影响进行了分析。结果表明,吸附类型、裂缝-基质传导率、油藏具有天然裂缝和基质裂缝渗透率以及压裂增产区域裂缝渗透率可以影响页岩气的生产年限、递减率以及裂缝导流能力,这对页岩气藏水平井进行压裂优化设计具有一定的指导作用。     

裂缝各向异性油藏孔隙度和渗透率计算方法

裂缝性油藏介质由基质和有效裂缝组成。利用岩心分析、测井、地震、薄片分析等静态描述手段测试并计算了基质的孔隙度和渗透率，得到裂缝的宽度、密度和方位等参数。以油藏流体流动模型为基础，利用生产、试井、试采或试油数据求出油藏总渗透率，再结合裂缝参数确定裂缝系统的各向异性渗透率。采用随机裂缝模型，由裂缝渗透率和裂缝宽度计算得到裂缝孔隙度。该方法给出了裂缝和基质系统的渗透率与孔隙度间的定量关系，确定的参数分布合理而完善；考虑了油田各种基础资料数据采集的成本和可行性，具有经济、高效、实用的特点。该方法的应用较好地解决了辽河油田小22块火山岩裂缝性油藏预测模型难以建立的问题。     

低渗透油藏直井体积压裂产能评价新模型

体积压裂在低渗透油藏中应用广泛,产能评价是体积压裂优化设计的基础,对提高体积改造效果有重要意义。基于直井体积压裂的复杂裂缝改造特点及流动特征,将储层划分为三个区域:主裂缝区、改造区和未改造区,结合椭圆流与线性流建立了低渗透油藏直井体积压裂的渗流模型。针对低渗透油藏非线性渗流特征,推导出了低渗透油藏直井体积压裂三区耦合产能公式,产能公式计算出来的结果与现场数据对比误差小于6%。依据鄂尔多斯盆地某特低渗透油藏的基本参数,绘制了在不同影响因素下的产能曲线,分析了主裂缝导流能力、改造区体积大小、基质渗透率对产能的影响,结果表明:产能随主裂缝导流能力的增大而提高,生产压差越大提高速率越快;储层压裂改造体积越大,产能越高,但主缝长达到一定值后增产效果不明显;压裂缝与储层条件必须匹配才能达到最佳的增产效果。     

页岩气藏压裂井产能评价及分析

页岩气储存在自生自储的纳米级孔隙中，压裂成为页岩气开发的重要技术。在考虑了多尺度非达西渗流机理的基础上，建立了多种流态多尺度渗流模型，求出考虑有限裂缝流动的页岩气藏压裂井稳态产能方程，在该模型中充分考虑了孔隙尺寸对Knudsen扩散系数的影响，并探索了滑脱现象、Knudsen扩散系数D_K、渗透率K、裂缝半长L_f、裂缝穿透比L_f/R_e与裂缝流动能力K_f·W_f对压裂井产能的影响规律。研究结果表明，渗透率修正因子ξ对产能的影响较大，以多尺度渗流模型确定的页岩气压裂井产能与实际生产数据非常稳合。当井底流压<15 MPa时，滑脱效应对压裂井产能的影响开始增强，并且随着滑脱因子增加，压裂井的产能随之增加；岩芯渗透率越低，Knudsen扩散系数D_K和滑脱效应对产能影响越大。     

水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型

基于水力裂缝层内爆燃压裂技术提高低渗透油田采收率和油井产量的基本设想，利用油藏渗流理论和节点系统分析方法，建立了水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型，并分析了水力裂缝和爆燃裂缝参数对油井产能的影响。研究结果表明，在低渗透油藏中，增加水力裂缝的长度比增加水力裂缝的导流能力对油井增产更有利；爆燃裂缝的存在可在水力裂缝增加油井产量的基础上进一步增产，相对于水力压裂油井，爆燃压裂油井增产倍数可达1．55。由此说明，利用水力裂缝层内爆燃压裂技术来提高低渗透油田油井产量是可行的。     

低渗气藏多级压裂水平井产能模型及影响因素

多级压裂水平井（MFHW）能大幅度提高低渗气藏的单井产能,提高低渗气藏的开发效益,而准确计算气井产能并分析其影响因素是压裂优化设计、气藏科学开发的基础。为低渗气藏MFHW产能计算建立了一个严格的数学模型,综合运用Laplace变换、叠加原理、积分方程的边界离散求解法、矩阵理论等数学方法成功地对模型进行了求解,并对不同因素影响下的产能进行了定量计算和分析,分析了气层有效厚度、气藏渗透率、压裂缝条数、压裂缝半长、压裂缝导流能力对气井产能的影响,同时也分析了地层流入各条压裂缝流量的差异。研究结果表明,气层有效厚度或气藏渗透率增大时,气井产量几乎呈线性增大;压裂缝条数、压裂缝半长、压裂缝导流能力增大,产量增大,但前期增速快,后期增速慢;地层流入各条压裂缝的流量在早期差别不大,晚期差别明显——端部流量大于中部流量。     

水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型

基于水力裂缝层内爆燃压裂技术提高低渗透油田采收率和油井产量的基本设想,利用油藏渗流理论和节点系统分析方法,建立了水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型,并分析了水力裂缝和爆燃裂缝参数对油井产能的影响。研究结果表明,在低渗透油藏中,增加水力裂缝的长度比增加水力裂缝的导流能力对油井增产更有利;爆燃裂缝的存在可在水力裂缝增加油井产量的基础上进一步增产,相对于水力压裂油井,爆燃压裂油井增产倍数可达1.55。由此说明,利用水力裂缝层内爆燃压裂技术来提高低渗透油田油井产量是可行的。     

基于组合式平板模型预测曲面裂缝数字岩心渗透率的方法

针对碳酸盐岩微裂缝系统中曲面裂缝特征复杂,流动模拟难以进行的问题,提出一种求解曲面裂缝数字岩心渗透率的方法。首先构建平板裂缝数学模型,并利用格子布尔兹曼方法,得到以开度和倾角为基本参数的微裂缝模型的流动规律;其次基于平板模型的流动规律和曲面裂缝的基本特征将平板模型进行组合求解曲面裂缝的绝对渗透率;最后进行实例验证。结果表明该方法准确有效,可在识别出裂缝相关参数后预测岩心绝对渗透率,避免了大量数值模拟,提高了计算效率。     

基于离散裂缝模型的页岩气动态特征分析

页岩储层孔隙结构复杂,基质渗透率低,天然裂缝发育,水平井体积压裂为其主要生产手段,表现出以裂缝系统裂缝渗流为主,基质系统扩散流、滑脱流以及吸附-解吸附现象共同作用的多尺度流动特点。基于离散裂缝建立页岩气渗流数学模型,利用有限元分析方法进行数值求解,通过实例研究分析页岩气生产动态特征,以及开发过程中压裂级数和裂缝半长对储层压力分布和页岩气井生产动态特征的影响。结果表明:页岩气井初期产量高,但递减快,生产周期长;开发初期以裂缝渗流为主,压裂级数起主导作用,级数越多,压力波传播越快,储层压力下降明显,产能主要集中在生产初期;开发后期以基质渗流为主,裂缝半长作用增强,产量递减率下降,生产井附近压力接近废弃压力,生产能力下降。