朱维耀等：中国致密油藏开发理论研究进展 ·1109· (a 1.0 +岩心37# +岩心37# 0.8 +岩心40# 0.8 +岩心40# 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0 5 10 15 20 25 10 15 20 25 有效应力MPa 有效应力/MPa 图1新型应力敏感方法及测试结果.(a)改进巴西劈裂实验：(b)致密岩心应力敏感：(c)含微裂缝致密岩心应力敏感 Fig.I A novel experimental method for determining stress sensitivity:(a)improved Brazilian splitting test;(b)stress sensitivity of tight core;(c) stress sensitivity of tight core with microfractures 4.3致密储层油水两相渗吸机理 注水吞吐过程中加入表活剂在一定程度上也有利于 油田开发过程中由于毛管力及重力引发的油水 采收率的提高[ss6 两相自发渗吸现象，最早起源于底水油藏和裂缝性 目前，渗吸采油机理实验主要集中在小尺度岩 油藏开发的研究中[46~47】，后来在低渗-特低渗油藏 心，主要研究采收率宏观相关影响因素[7-s8],为成 开发过程中注水吞吐作为一种地层能量补充方式与 功指导现场施工提供了有利依据[9-60).但是由于 提高采收率技术，导致了渗吸现象在石油天然气行 实验设备的限制，定量研究渗吸强度与流体运动规 业的持续研究.所谓自发渗吸是多孔介质在毛细管 律的研究较少 力驱动下自发地吸入某种润湿液体的过程，在石油 5致密油藏多级压裂水平井开发非线性渗 工程、土木工程、建筑材料、工程地质等方面皆有广 泛的研究.笔者[4】利用常规室内渗吸实验和先进 流模型 的核磁共振技术，系统地研究了低渗透裂缝性砂岩 围绕水平井井筒及多段多簇压裂裂缝的渗流理 油藏中以上各种因素对渗吸的影响程度.结果表 论是目前致密油藏开发过程中最为关心的理论方向 明，渗吸速度与基质-裂缝接触面的位置、基质-裂 之一，而且由于多尺度流动介质以及多场耦合关系， 缝系统流体特性参数、润湿性、老化时间有关.动态 所需建立的渗流数学模型表现为强非线性.正确的 渗吸结果则还与驱替速度，油水黏度比、界面张力等 产能模型将为井网模式设计（包括井距、段数段间 有关[49].DuPrey[s],Li和Hornetst1认为渗吸采收程 距、簇数簇间距等)，压裂工艺优化（入地液量、加砂 度与毛管力与重力的比值(Bond数)有关，因此驱替 比、排量、注入流程等)等提供有力的支撑以便实现 介质界面张力存在临界值使得自发渗吸采出程度最 最大的开发经济效益.目前围绕多级压裂水平产能 高.屈雪峰等[2]基于长7致密油藏的静态渗吸实 模型开展了大量的研究，包括低渗-特低渗油气藏， 验也得出了相同的结论，并得出最佳渗吸采收率时 页岩油气等非常规油气藏领域.正确的模型必须合 的Bond数倒数值约为1. 理考虑油藏地质条件及工艺措施，为关键物理机制 在致密油藏开发过程中，致密油自发渗吸提高 提供合理的数学描述.前面已经提到，致密油藏多 采收率的效果受到多种工艺参数及地质条件的影 级压裂水平井开发中，基质启动压力梯度、油水两相 响.静态渗吸实验表明，基质渗透率越高，渗吸采出 渗吸以及应力敏感效应是关键影响因素，国内外研 程度越高，而岩心渗透率越高，一般孔隙半径越大， 究者逐步建立了完善的考虑以上3种因素的产能方 毛管压力越小，渗吸驱动力越弱.根据孔隙结构分 程.苏玉亮等[6们通过引入基质与裂缝间的毛管力 析，这主要是由于高渗岩心孔喉连通性较强，扩大了 来修正窜流项以表征渗吸作用.魏漪等[62]、郝明强 渗吸范围].同时核磁共振研究表明，在特定压力 等[6]都针对致密储层基质，通过考虑启动压力梯度 下，渗吸作用具有最小孔喉半径，小于该半径的孔隙 和应力敏感效应的广义达西定律推导得到了压裂水 内的原油无法被渗吸采出.在致密油开发过程中， 平井产能计算方法 逆向渗吸为主要作用，王向阳等[]认为逆向渗吸采 而在另一方面，体积压裂所形成的复杂裂缝网 油效果很弱，且渗透率越低，逆向渗吸置换效果越 络结构特征的描述与表征的数学描述一直是影响产 差.基于表活剂在降低油水界面张力方面的作用， 能模型精度的制约因素，流体在不同尺度的流动通朱维耀等: 中国致密油藏开发理论研究进展 图 1 新型应力敏感方法及测试结果. (a)改进巴西劈裂实验;(b)致密岩心应力敏感;(c)含微裂缝致密岩心应力敏感 Fig. 1 A novel experimental method for determining stress sensitivity: (a) improved Brazilian splitting test; (b) stress sensitivity of tight core; (c) stress sensitivity of tight core with microfractures 4郾 3 致密储层油水两相渗吸机理 油田开发过程中由于毛管力及重力引发的油水 两相自发渗吸现象,最早起源于底水油藏和裂缝性 油藏开发的研究中[46鄄鄄47] ,后来在低渗鄄鄄 特低渗油藏 开发过程中注水吞吐作为一种地层能量补充方式与 提高采收率技术,导致了渗吸现象在石油天然气行 业的持续研究. 所谓自发渗吸是多孔介质在毛细管 力驱动下自发地吸入某种润湿液体的过程,在石油 工程、土木工程、建筑材料、工程地质等方面皆有广 泛的研究. 笔者[48] 利用常规室内渗吸实验和先进 的核磁共振技术,系统地研究了低渗透裂缝性砂岩 油藏中以上各种因素对渗吸的影响程度. 结果表 明,渗吸速度与基质鄄鄄 裂缝接触面的位置、基质鄄鄄 裂 缝系统流体特性参数、润湿性、老化时间有关. 动态 渗吸结果则还与驱替速度,油水黏度比、界面张力等 有关[49] . DuPrey [50] ,Li 和 Horne [51]认为渗吸采收程 度与毛管力与重力的比值(Bond 数)有关,因此驱替 介质界面张力存在临界值使得自发渗吸采出程度最 高. 屈雪峰等[52] 基于长 7 致密油藏的静态渗吸实 验也得出了相同的结论,并得出最佳渗吸采收率时 的 Bond 数倒数值约为 1. 在致密油藏开发过程中,致密油自发渗吸提高 采收率的效果受到多种工艺参数及地质条件的影 响. 静态渗吸实验表明,基质渗透率越高,渗吸采出 程度越高,而岩心渗透率越高,一般孔隙半径越大, 毛管压力越小,渗吸驱动力越弱. 根据孔隙结构分 析,这主要是由于高渗岩心孔喉连通性较强,扩大了 渗吸范围[53] . 同时核磁共振研究表明,在特定压力 下,渗吸作用具有最小孔喉半径,小于该半径的孔隙 内的原油无法被渗吸采出. 在致密油开发过程中, 逆向渗吸为主要作用,王向阳等[54] 认为逆向渗吸采 油效果很弱,且渗透率越低,逆向渗吸置换效果越 差. 基于表活剂在降低油水界面张力方面的作用, 注水吞吐过程中加入表活剂在一定程度上也有利于 采收率的提高[55鄄鄄56] . 目前,渗吸采油机理实验主要集中在小尺度岩 心,主要研究采收率宏观相关影响因素[57鄄鄄58] ,为成 功指导现场施工提供了有利依据[59鄄鄄60] . 但是由于 实验设备的限制,定量研究渗吸强度与流体运动规 律的研究较少. 5 致密油藏多级压裂水平井开发非线性渗 流模型 围绕水平井井筒及多段多簇压裂裂缝的渗流理 论是目前致密油藏开发过程中最为关心的理论方向 之一,而且由于多尺度流动介质以及多场耦合关系, 所需建立的渗流数学模型表现为强非线性. 正确的 产能模型将为井网模式设计(包括井距、段数段间 距、簇数簇间距等),压裂工艺优化(入地液量、加砂 比、排量、注入流程等)等提供有力的支撑以便实现 最大的开发经济效益. 目前围绕多级压裂水平产能 模型开展了大量的研究,包括低渗鄄鄄特低渗油气藏, 页岩油气等非常规油气藏领域. 正确的模型必须合 理考虑油藏地质条件及工艺措施,为关键物理机制 提供合理的数学描述. 前面已经提到,致密油藏多 级压裂水平井开发中,基质启动压力梯度、油水两相 渗吸以及应力敏感效应是关键影响因素,国内外研 究者逐步建立了完善的考虑以上 3 种因素的产能方 程. 苏玉亮等[61] 通过引入基质与裂缝间的毛管力 来修正窜流项以表征渗吸作用. 魏漪等[62] 、郝明强 等[63]都针对致密储层基质,通过考虑启动压力梯度 和应力敏感效应的广义达西定律推导得到了压裂水 平井产能计算方法. 而在另一方面,体积压裂所形成的复杂裂缝网 络结构特征的描述与表征的数学描述一直是影响产 能模型精度的制约因素,流体在不同尺度的流动通 ·1109·