致密儲層復雜流體模型及其適用性分析

孫衛濤,熊繁升,曹 宏,楊志芳,盧明輝

(1.清華大學航天航空學院,北京100084;2.清華大學周培源應用數學研究中心,北京100084;3.中國石油天然氣股份有限公司勘探開發研究院,北京100083)

我國油氣資源總量相對不足、分布不均勻、成藏條件復雜。成熟油田二次開采和非常規儲層勘探開發支撐著我國油氣總量的持續增長,提高致密儲層(油水混合、低孔低滲)油氣采收率是挖掘我國油氣資源潛力需要解決的關鍵問題之一。

致密儲層開采面臨的最大問題是如何通過大型水力壓裂技術實現經濟產量,導致該問題的直接原因是儲層油氣流動性差,根本原因在于壓力作用下孔隙/裂縫中流體流動機理尚不清楚。一般認為,致密氣藏基質滲透率小于0.1mD(1mD≈0.987×10-3μm2),基質孔隙度小于10%[1-2],致密氣砂巖的孔喉大小為0.03～2.00mm[3],致密油藏的孔喉直徑通常小于1μm[2]。實驗觀測和利用數字巖心技術得到的研究成果表明,致密儲層巖石孔隙/裂縫達到微納米尺度,并形成復雜網絡結構。當有機物分子大小與孔隙尺寸相當時,流體流動性依賴于孔隙空間大小和形狀。此外,粘稠原油、油水混合物等復雜流體的滲透率還與流體流變學特征相關[4]。傳統孔隙介質模型基于球形孔或者單根毛細管假設,無法描述致密儲層孔隙-裂縫網絡的拓撲連通結構,也不能用于解釋流體流動的非線性現象。

提高儲層采收率技術的理論基礎是孔隙介質力學,其核心為孔隙/裂縫結構的滲透率模型。傳統孔隙介質流體流動模型主要包括單毛細管模型、毛細管束模型和毛細管網絡模型。……