基于格子玻尔兹曼方法的碳酸盐岩数字岩心渗流特征分析

基于不同分辨率的碳酸盐岩二维扫描电镜(SEM)图片,利用模拟退火法分别建立相应的大孔隙和微孔隙数字岩心,提出一种新的叠加耦合方法,构建能反映不同尺度孔隙特征的碳酸盐岩数字岩心,利用格子玻尔兹曼方法对数字岩心的渗流特征进行分析。结果表明:模拟退火法构建的数字岩心能够较好地表征真实孔隙之间的连通特性;叠加后的数字岩心能同时描述大孔隙和微孔隙特征,其渗透率(1.64×10-3μm2)均大于大孔隙数字岩心(1.12×10-3μm2)和微孔隙数字岩心(0.036×10-3μm2),微孔隙虽然本身渗透率很低,但对提高整个碳酸盐岩数字岩心的连通性有重要作用。     

碳酸盐岩双孔隙数字岩心结构特征分析

基于扫描电子显微镜(SEM),分别获取用来描述碳酸盐岩大孔隙和微孔隙特征的低分辨率岩心薄片和高分辨率岩心薄片,利用马尔可夫链蒙特卡洛方法构建相应的大孔隙数字岩心和微孔隙数字岩心,并通过叠加法构建出同时描述大孔隙和微孔隙性质的碳酸盐岩双孔隙数字岩心,最后对数字岩心的孔隙结构特征进行分析评价。结果表明:马尔可夫链蒙特卡洛法能够基于真实岩心薄片快速构建出三维数字岩心;叠加法构建的碳酸盐岩双孔隙数字岩心的孔隙连通体积比明显提高,微孔隙的叠加对提高整个碳酸盐岩双孔隙数字岩心的连通性有着重要影响;碳酸盐岩双孔隙数字岩心孔隙尺寸分布大体上遵从双峰分布,能够同时描述大孔隙和微孔隙特征。     

利用升尺度模拟研究低渗透油藏渗流规律

针对低渗透油藏的不同岩心样品,选取相应的二维薄片,用模拟退火算法构建三维数字岩心并提取相应的三维孔隙网络模型;以孔隙网络模型为研究平台,模拟水湿油藏条件下油水一次驱替和二次吸吮过程,获取各岩心样品的相对渗透率曲线;通过毛管力平衡法对相对渗透率曲线进行粗化,得到能够描述整个低渗透油藏的相对渗透率曲线.利用这种升尺度模拟方法可以研究低渗透油藏的渗流规律.     

低渗透油藏动态渗吸机理实验研究及数字岩心模拟

在低渗油藏的开发过程中,渗吸作用对于产量提升起到重要作用.传统的岩心渗流实验难以从微观的角度较为清晰地描述岩石物性、孔喉分布、岩石组分构成等特征.利用数字岩心技术建立孔隙网络模型,对真实岩心孔隙结构进行渗吸模拟分析具有重要意义.对松辽盆地某区域岩心样品通过综合微计算机断层扫描技术(micro computed tomography,Micro-CT)、数字岩心分析技术,实现低渗储层数字岩心渗吸过程的模拟,与实验室岩心自发渗吸实验对照,结果表明,利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实验室测量结果相差较小,提取的孔隙网络模型与真实岩心误差较小,从而可以保证数字岩心得到的两相渗流模拟结果具有较高的可信度,为油藏渗吸作用的机理研究提供了新的思路,对指导实际油藏开发具有重要意义.     

岩石三维网络模型构建的实验和模拟研究

岩石网络模型的构建是实现微观渗流实验和模拟研究有机结合的关键技术之一．提出了基于CT扫描图像的三维网络模型的构建方法．借助工业用微焦点CT系统,获取一系列的能够真实描述岩石的微观孔隙结构和流体分布的CT切片图像．在提取孔隙空间骨架、喉道信息以及孔隙信息的基础上建立相应的网络模型,实现CT三维图像信息向孔隙／喉道大小分布以及拓扑信息的转化．这种方法的特点在于能够在保持几何学特征和流动特征不变的情况下用简单的几何形状的孔隙和喉道来表征岩石内复杂的孔隙空间．将水驱和聚合物驱CT实验与网络模拟结果对比,所建三维网络模型计算参数与室内实验获得的孔隙度、绝对渗透率、相渗曲线和微观剩余油分布等结果吻合较好,表明该网络模型能很好地表征岩石微观的孔喉尺寸和拓扑性质．     

不同压实度花岗岩残积土的渗流模拟

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微CT(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型.然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dynamics,CFD),将孔隙结构的数字岩心模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究水在不同压实度花岗岩残积土孔隙中的渗流特性,并与实测渗透率对比,检验数字岩心模型准确性、代表性.研究结果表明:花岗岩残积土渗流过程中,最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其他部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0.随着压实度的增加,花岗岩残积土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明压实度对花岗岩残积土的渗流特性有重要影响.压实度为90％、100％、110％花岗岩残积土的平均渗透率模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,该数字岩心模型能较准确地代表压实土体内部真实的孔隙渗流特征.     

数字岩心技术在致密储层微观渗流特征研究中的应用

为了直观、准确地刻画致密储集层的微观渗流特征,选取具有代表性储层样品,利用多尺度X-CT扫描成像技术建立不同级别的三维数字岩心,应用最大球算法与孔喉尺寸校正方法,提取并建立致密储层纳米级数字岩心孔隙网络模型,最后实现利用三维孔隙网络模型模拟储层物性参数、进汞曲线以及孔、喉分布曲线、两相渗流特征曲线并与室内常规实验结果进行平行对比。结果表明:利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实际测量结果相差较小;模拟得到的进汞曲线、孔喉分布曲线与室内压汞实验的曲线具有较高的一致性,表明提取的孔隙网络模型与真实岩心误差较小,从而可以保证数字岩心得到的两相渗流模拟结果具有较高的可信度。     

水湿油藏油气水三相渗流模拟

针对试验获得多孔介质中油气水三相的渗流参数难度较大、经验模型预测不准确的问题,建立水湿油藏近混相状态下的三相渗流网络模型.利用孔隙级模拟方法分析三相渗流过程中可能存在的3种驱替过程,模拟再现不同的饱和路径,得到油气水三相相对渗透率.结果表明:在水湿油藏中,各种驱替结束后最终的油气水分布均为水相占据小孔隙,气相占据大孔隙,油相占据中间孔隙;三相水湿体系中的水相相对渗透率只是含水饱和度的函数,气相相对渗透率和油相相对渗透率小仅与各自的饱和度有关,还与三相饱和历史有关.     

岩心油水两相渗流启动压力梯度实验研究

为了搞清油藏储层油水两相渗流启动压力梯度特点及其影响因素,对不同渗透率岩心水驱油两相渗流的启动压力梯度进行了室内实验测定,根据实验现象和实验结果,分析了产生启动压力的岩心孔隙内部的阻力效应。研究结果表明：气体渗透率小于50×10-3μm2的低渗岩心具有较大的启动压力梯度,且随渗透率降低,启动压力梯度快速增加,岩心内含水饱和度越高,启动压力梯度越大;气体渗透率大于50×10-3μm2中高渗岩心启动压力梯度随渗透率变化不大,且数值较小,随岩心含水饱和度增加而降低;产生启动压力的阻力效应大小和岩石的润湿性、毛管压力、微观孔隙的油水分布状态、固液界面张力及孔喉半径有关。对于低渗透油藏,岩心的润湿指数越大,含水饱和度越高,固液界面张力越大,所产生的油水两相阻力效应越大,岩心启动压力梯度就越大。     

基于微观渗流机理的宏观油藏数值模拟研究

处于高含水开发期油藏的剩余油分布主要受流体性质和岩石孔隙结构的影响,而经典数值模拟并没有考虑微观孔喉特征的影响.为此建立了描述微观孔喉特征的地层孔隙网络模型,并对构成网络的基本连线单元进行改进,使网络模型能更细致地描述油水分布特征和水驱油微观机理.利用逾渗理论计算了基于微观渗流机理的相对渗透率曲线,并将其应用到经典数值模拟计算中,实现了微观渗流机理与宏观数值模拟计算的结合.实例分析表明,利用该数值模拟计算方法得到的基于微观特征的剩余油分布更符合地下实际流体分布,其结果可为调剖堵水、化学驱提供技术参数.     

基于孔隙网络模型的碳酸盐岩岩心跨尺度分析

现有微观孔隙结构研究手段多局限于在微尺度提供孔喉尺寸、孔喉比等孔隙结构参数,所得结果无法直接应用于岩心尺度及矿场尺度等宏观尺度的研究中,其研究结果与储层实际结合具有一定困难。为此,从多尺度评价角度出发,以碳酸盐岩岩心数据体为研究对象建立孔隙网络模型分析碳酸盐岩微观孔隙结构,在此基础上,根据分布函数及分形函数对其进行尺度升级,获得岩心尺度评价参数。结果表明：尺度升级后的岩心表现出明显低渗、致密特性,与孔隙网络模型分析结果相符。可见,对微观孔隙结构分析结果进行尺度升级具有一定可行性,并且升级结果对于宏观尺度的评价工作具有一定的理论意义。     

基于LBM方法的天然气水合物沉积物中多相流动规律研究

根据沉积物中水合物分解过程中流体运移和孔隙介质的特点,提出将格子Boltzmann方法(LBM)用于天然气水合物沉积物中多相渗流规律研究的新方法,该方法是介于宏观和微观之间的介观模型方法,是用格子Boltzmann模型对多孔介质中水合物生成、分解过程中饱和度的变化影响多孔介质渗透率的特性进行模拟.模拟结果表明,多孔介质...     

西峰油田LM井区长7储层微观孔隙结构特征

采用薄片、扫描电镜、高压压汞等多种技术手段,对西峰油田LM井区长7储层孔隙结构进行系统分析和深入研究,结果表明:长7储层属于特低孔超低渗储层,成岩作用强,次生溶孔较为发育,长石、岩屑及碳酸盐胶结物等易溶矿物的溶蚀是形成次生孔隙的重要原因,中孔及大孔是主要储集空间,细喉及微喉是基本渗流通道,微裂缝极大改善了储层渗流能力.研究区长7储层具有复杂的孔隙结构,微观的孔隙结构特征是造成油井产能差异的重要因素.     

聚合物驱相对渗透率曲线及影响因素微观模拟

结合逾渗理论,在油水两相三维网络孔隙模型的基础上,考虑了聚合物的流变特性、吸附特性及衰竭层效应,建立了油/聚合物溶液两相流的三维准静态孔隙网络模型。通过模型计算结果与室内实验结果的对比验证了模型的有效性。在此基础上,研究了不同孔喉比、吸附量、流变特性及衰竭层厚度对聚合物相对渗透率曲线的影响。结果表明：随着孔喉比增大,残余油饱和度增大,油相相对渗透率变小,水相相对渗透率增大。随着幂率指数的增大,油相的相对渗透率基本不变,而水相的渗透率随着幂率指数的增大而变小。衰竭层厚度的大小对油相渗透率的影响较小,但随着衰竭层厚度的增加水相渗透率不断上升。随着吸附量的减小,残余油饱和度减小,两相区变大,水相渗透率增大。与其他理想模型相比,本文中的模型可以更真实地研究油/聚合物两相流动特征。     

泡沫在孔隙介质中的微观流动特征研究

泡沫在孔隙中的流动行为影响波及范围和驱油效率,对提高采收率起到重要作用。首先,建立单毛管模型,利用Level-set方法研究了泡沫在单毛管内流动的影响因素,分析了泡沫通孔隙介质中运移产生的贾敏效应、聚并机理和微观选择性运移机理,评价了不同类型泡沫的封堵性能;然后,通过XB油田岩芯的CT图像构建了真实的孔隙介质微观数值模型,研究了泡沫在其中的运移特点。结果表明,泡沫变形程度随管径比的增大而减小,润湿壁接触角对毛细管内泡沫的流变性无影响,半径1.2 μm的N₂泡沫破裂时的液相流速临界值为64 mm/s;泡沫通过孔道时所受压力与其表面张力成正比,泡沫具有优先通过大孔道的微观运移特征;N₂泡沫稳定性强,封堵性能好,较适合高含水期的低渗油田进行调驱,为现场采用气液分散体系进行调驱并提高采收率提供有益启示。     

基于碳酸盐岩缝洞系统的孔网模型构建与流动模拟研究

针对缝洞发育丰富的碳酸盐岩介质,基于孔隙网络构建理论,构建了两种不同的孔隙网络模型,并基于能量守恒与达西公式分别对两种模型进行流动模拟,通过与基于数字岩心流动模拟的结果对比,表明目前两种主要孔网建模的方法均不能准确描述缝洞特征显著的碳酸盐岩介质,但由于基于中轴线法构建的孔网中会产生数量众多的孔隙与吼道,因此该方法可以被用来表征缝洞介质,但需要从缝洞系统特征入手对其加以改进,以期在未来可以准确的描述缝洞型介质。     

低渗砂岩油藏多孔介质特性

以中国石化中原油田W区块低渗砂岩油藏为例,针对目前该区块开发效果逐渐变差,气驱开采发生气窜等问题,以室内实验为基础,结合油层物理、分形理论、渗流机理,利用计算机分形分析软件Frac Lab和Frac Lac分析该区块多孔介质的岩石表面粗糙度、孔隙分布均匀程度和均质性,基于Gaussian分布、Fourier分析工具、幂律定律和最小二乘回归分析等数学基础理论计算出该区块多孔介质的分维数。结果表明：W区块低渗砂岩油藏多孔介质具有分形特征,分维数约为2.58,壁面较粗糙,孔隙内结构复杂,微小孔隙较多,不规则非均质性严重,流动阻力大,且Frac Lab和Frac Lac软件得到的分维数具有较好的一致性。研究结果为低渗砂岩油藏提高采收率、油气渗流规律和多孔介质输运性质的研究提供基础研究支撑,具有重要的现实意义。     

相对渗透率比值和饱和度关系的微观机理

经验表明大多数岩石的相对渗透率比值随饱和度变化曲线具有中间段为直线但两端弯曲的特征。然而,目前对于相对渗透率比值变化规律的微观机理及原因不清楚。岩石多孔介质可以认为是由一束束弯曲毛细管束组成的,因此岩石多孔介质渗流规律是毛细管孔隙微观渗流的宏观反映。本文基于毛细管孔隙的两相渗流规律,在毛细管两相流流型分析基础上,研究了毛细管不同流态的微观渗流机理,建立了相对渗透率比值和流体饱和度关系的微观机理模型,从理论上阐述了岩石相对渗透率比值随流体饱和度变化的微观机理。研究表明：相对渗透率比值变化的微观机理模型与多孔介质渗流的经验规律相一致;液滴流及环状流分别导致了相对渗透率比值曲线的上翘及下翘;弹状流流态下相对渗透率比值变化的微观模型与经验公式（1）拟合曲线基本一致;弹状流是曲线出现直线规律的根本原因,也是经验公式（1）的理论基础。     

鄂尔多斯盆地超低渗透储层形成的宏观地质因素分析

 鄂尔多斯盆地由于特殊的构造特征和沉积背景形成了大面积的低渗透储层。根据扫描电镜、铸体薄片、岩心观察、物性分析、岩心分析化验等资料总结分析了鄂尔多斯盆地X油田长6₃超低渗透储层的微观特征,分析得出超低渗透储层主要受沉积和成岩作用影响。研究区岩性偏细,以细砂岩为主;填隙物含量高;储集空间主要以剩余原生粒间孔与溶蚀孔隙为主。从物性角度来看,储层主要属于低孔、特低孔、超低孔-超低渗储层,以小孔细喉型为主。储层微观特征主要受宏观地质因素控制。沉积作用控制着储层的岩性和填隙物的含量,决定着原生孔隙的大小。成岩作用的压实作用与胶结作用破坏了原生孔隙,溶蚀作用提供了大比例的次生孔隙,改善了研究区的储集空间。