1、第 卷第期 年月非常规油气 引用：刘红英，李冀秋低渗致密储层微纳米孔喉分布及其对渗流的影响非常规油气，（）：，（）：低渗 致密储层微纳米孔喉分布及其对渗流的影响刘红英，李冀秋（中国石化石油勘探开发研究院，北京 ）摘要：低渗致密储层微观孔喉分布有较大差异，导致其渗流特征亦有明显不同。将室内实验与油藏工程计算相结合，定量研究了低渗致密储层微纳米孔喉分布特征及其对渗流的影响。结果表明：）孔喉半径小于的孔喉体积占总孔喉体积的主体；）岩心渗流特征曲线呈非线性渗流规律，渗透率降低，启动压力梯度显著增大，附加渗流阻力占总渗流阻力的比例也增大，研究物性范围内，附加渗流阻力占比均大于，渗透率为 时，附加渗流阻力
2、占比可达 ；）微纳米孔喉的存在使得油井泄油半径降低，渗透率为 时，极限泄油半径仅 ，制约了井间及压裂水平井段间原油的动用。该研究成果可为认识低渗致密油藏流体渗流规律和制定合理开发方案提供指导。关键词：低渗致密储层；微纳米孔喉；启动压力梯度；附加渗流阻力；泄油半径中图分类号：文献标识码：，（，）：，：），），收稿日期：基金项目：中国石化科技攻关项目“试验区油藏工程方案优化设计”（）第一作者简介：刘红英（），女，工程师，主要从事油田开发研究和标准审查工作。：年月刘红英等：低渗致密储层微纳米孔喉分布及其对渗流的影响 ：；引言 年邹才能等基于四川盆地须家河组、鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩储层孔隙结构的研
3、究成果，首次提出“纳米油气”概念，并指出“纳米油气”是石油工业未来主要的发展方向；之后，低渗致密油藏微纳米级别孔喉系统及其对渗流的影响研究得到广泛重视。研究证实微纳米孔喉广泛存在于低渗致密油藏中，是导致储层物性差的根本原因。姚泾利等利用常规压汞法测试得到鄂尔多斯盆地长段致密油层孔喉半径为 的孔隙占总孔隙的 以上。针对微纳米尺度流体流动规律的研究，流体力学领域早在 世纪 年代就有学者通过微圆管中的流动实验证实了在微尺度下的流动存在微尺度效应，这种微尺度效应使得流体传质规律偏离了传统流体力学 方程。年，等通过实验研究了去离子水在直径为 微圆管中的流动特征，发现当直径降低至以下时，实验结果与经典理论
4、预测结果具有较大偏差，出现强非线性流动特征，王斐等的实验结果证实了上述规律。在渗流力学领域，学者们的研究集中于对低渗致密油藏非达西渗流曲线的实验测定和数学表征，目前主要有分段函数模型、两参数连续函数模型和三参数连续函数模型类。该研究采用室内实验与油藏工程计算相结合的手段，从低渗致密储层微纳米孔喉分布特征测试出发，系统研究了微纳米孔喉对流体渗流特征曲线、附加渗流阻力和泄油半径的影响规律，分析了微纳米孔喉对油田开发的重要影响，对于更深层次认识低渗致密油藏流体渗流规律和制定合理开发方案具有指导意义。实验材料及方法 实验材料该研究实验用岩心为典型油田储层柱状岩心，规格为 （长直径）。为对比研究不同物性
5、条件下的孔喉特征和渗流特征，开展了大量岩心样品的实验测试，选取块不同区块的典型样品，渗透率分别为 ，和 ，表示低渗、特低渗以及致密储层。实验用原油为油田油样，地面标准状况下的黏度为 ，密度为 。实验方法将每种渗透率岩心沿径向切割成块，每块尺寸为 ，以开展平行实验。岩心洗油后，采用高压压汞实验测试岩心的孔喉分布特征，实验执行 国 家 标 准 岩 石 毛 管 压 力 曲 线 的 测 定（），实验装置为 高压压汞仪，加压上限为 ，可测试孔径为 ，实验共组，每种渗透率岩心一组。剩余块不同渗透率岩心分别开展岩心流动实验，实验执行标准 岩心流动性试验仪器通用技术条件（）。岩心饱和油后，测试不同驱替压力下的
6、出口流量，获取渗流特征曲线（流速压力梯度），求得启动压力梯度。采用自研装置开展实验，共组，每种渗透率岩心一组。图所示为实验装置流程示意图。图实验装置流程示意图 微纳米孔喉分布及其对渗流的影响 微纳米孔喉分布特征图所示为高压压汞实验测得的不同渗透率岩心的孔喉大小分布曲线，岩心渗透率为 ，和 对应的孔喉半径分别为 ，和 非常规油气油气开发 。由图可看出，渗透率为 时，孔喉尺寸体积占比曲线的主峰位于 左侧，孔喉非常细小；随岩心渗透率增大，主峰向右移动，即渗透率越大，对应岩心的大孔喉越多。图不同渗透率岩心孔喉半径分布曲线 此外，渗透率为 岩心孔喉半径均小于，主体达到纳米尺度；渗透率增大，孔喉半径尽管增
7、大，但对于 和 的岩心，半径小于 的孔喉仍然占主体，累计体积占比分别为 和 ，因此，低渗致密油藏孔喉细小，达纳米微米级别，相较于常规油藏流体流动难度大。渗流特征曲线及启动压力梯度渗流特征曲线是储层中流体渗流规律及流动难易程度的直观反映。图所示为岩心流动实验测得的不同渗透率岩心渗流特征曲线，可以看出，对于低渗致密岩心，流体呈非线性渗流规律，不遵循常规达西定律。非线性渗流主要发生在压力梯度较低阶段，此时由于微纳米尺度孔喉的存在，孔喉壁面上流体边界层的存在不可忽略，对渗流产生附加力的作用，从而使特征曲线偏离线性规律。图不同渗透率岩心的渗流特征曲线 由图可看出，非线性渗流特征曲线可划分为个阶段：早期非
8、线性阶段和后期线性阶段。岩心渗透率越低，非线性渗流阶段越长，变化速度越快，相应的后期线性渗流阶段越短。由渗流特征曲线可求得储层的启动压力梯度，即流体开始流动时的压力梯度，求取方法为拟合后期线性阶段实验数据，将其延长与压力梯度坐标轴相交，交点即为启动压力梯度，也称拟启动压力梯度。根据图所示，渗透率为 ，和 对应的 启 动 压 力 梯 度 值 分 别 为 ，和 ，渗透率越小，启动压力梯度越大，流体渗流启动越困难。附加渗流阻力由于微纳米孔喉中启动压力梯度的存在，流体 年月刘红英等：低渗致密储层微纳米孔喉分布及其对渗流的影响渗流过程中在达西渗流阻力的基础上会产生附加阻力。根据平面径向稳定渗流产量计算公
9、式推导得到考虑启动压力的总渗流阻力为：（）式中：为总渗流阻力，（）；为原油黏度，；为原油体积系数，无量纲；为储层渗透率，；为储层厚度，；为波及半径，；为井眼半 径，；为 启 动 压 力 梯 度，；为 产 量，。式（）等号右边第一项为达西渗流阻力，第二项为附加渗流阻力。图所示为不同渗透率岩心附加渗流阻力占比随波及半径变化曲线。由图可看出，随流体波及半径的增大，由于驱动压力梯度越来越小，由启动压力梯度产生的附加渗流阻力占比越来越大，波及半径为 时，附件渗流阻力占比均超过。此外，随渗透率降低，同一波及半径处的附加渗流阻力占比显著增大，主要因为渗透率越低，启动压力梯度越大，渗透率为、波及半径为 时，附
10、加渗流阻力占比达到 。油藏压力一定的条件下，渗流阻力增大将使油井产量显著降低，原油“流不动、流不远”的问题十分突出。图不同渗透率岩心附加渗流阻力占比随波及半径变化曲线 极限泄油半径随着压力波及范围的延伸，驱动压力梯度越来越小，当驱动压力梯度等于启动压力梯度时，流体停止流动，此时对应的半径为极限泄油半径，极限泄油半径内的储量即为井控储量。为计算不同渗透率储层极限泄油范围内的压力变化漏斗，推导了考虑启动压力梯度的平 面 径向 流 压 力 分 布 计 算公式。（）（）（）（）（）式中：为半径处的压力，；为油藏压力，；为井底流压，；为油藏边界半径，；为泄油半径，。据式（）结合启动压力梯度测试结果，分别
11、计算了渗透率为 ，和 这类储层的压降漏斗曲线，如图 所示。取井底流压 ，油藏压力为 。图不同渗透率储层的压降漏斗曲线 渗透率为 ，和 对应的极限泄油半径分别为 ，和 ，渗透率下降，极限泄油半径急剧减小，油井井控储量、可采储量以及最终累产也将随之显著降低。油井泄油半径的缩小对井距设计也会产生重要影响，相较于常规油藏，低渗致密油藏的井距应更小。对于低渗致密油藏，若在井距设计时不考虑启动压力梯度，将使得注采井间或者不同油井之间产生压力未波及区，形成井间剩余油，从而降低油藏采收率。此外，低渗致密油藏常采用水平井多段压裂开发，对于压裂水平井而言，若在设计压裂段间距时不考虑启动压力梯度，将使得段间实际波及
12、距离小于设计的段间距，段间原油将得不到充分动用，从而影响水平井开发效果。结论）开展高压压汞实验，测得低渗致密油藏储层孔喉半径为纳米 微米级，主体孔喉半径小于，渗透率为 ，和 时，半径小于 的孔喉累计体积占比分别为 ，非常规油气油气开发 和 。）研究了低渗致密油藏微纳米孔喉对渗流阻力的影响，孔喉越细小，启动压力梯度越大，附加渗流阻力占比越大，研究物性范围内，附加渗流阻力占比均大于，渗透率为 时，附加渗流阻力占比可达 。）研究了低渗致密油藏微纳米孔喉对泄油半径的影响，渗透率由 降低至 时，对应的极限泄油半径由 急剧降低至 ，对油田开发将产生重要影响。参考文献：邹才能，朱如凯，白斌，等中国油气储层中
13、纳米孔首次发现及其科学价值 岩石学报，（）：，（）：邹才能，杨智，陶士振，等 纳米油气与源储共生型 油 气 聚集 石油勘探与开发，（）：，（）：王晓明，陈军斌，任大忠陆相页岩油储层孔隙结构表征和渗流规律研究进展及展望油气藏评价与开发，（）：，（）：姚泾利，邓秀芹，赵彦德，等鄂尔多斯盆地延长组致密油特征石油勘探与开发，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：王斐，岳湘安，王雯靓，等润湿性对模拟原油微尺度流动和渗流的影响石油学报，（）：，（）：邓英尔，刘慈群低渗油藏非线性渗流规律数学模型及其应用石油学报，（）：，（）：杨清立，杨正明，王一飞，等特低渗透油藏渗流理论研究钻采工艺，（）：，（）：姜瑞忠，杨仁锋，马勇新，等低渗透油藏非线性渗流理论及数值模拟方法 水动力学研究与进展：辑，（）：，（）：杨仁锋，姜瑞忠，刘世华，等特低渗透油藏非线性渗流数值模拟石油学报，（）：，（）：陈元千，刘攀，雷丹凤对启动压力梯度和压敏效应的反思、推导与评论油气藏评价与开发，（）：，（）：（上接第 页），（）：赵玉龙，梁洪彬，井翠，等 页岩气井 快速评价新方法 西南石油大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：彭瑀，赵金洲，林啸，等 页岩储层压裂工作液研究进展及启示 钻井液与完井液，（）：，（）：，（）：
