缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟技术与应用

缝洞型碳酸盐岩油藏储集空间类型多样,溶孔、裂缝、溶洞共存,尺度差异大,流动复杂,既有渗流、裂缝流,又有洞穴流,常用的数值模拟方法已不适用此类复杂介质中的流动问题,为了研究此类油藏的开发机理和剩余油分布规律,建立了缝洞型油藏洞穴流与裂缝流和渗流耦合的数学模型,并用有限体积法对数学模型进行了离散,用自适应方法对方程组进行了求解,形成了缝洞型油藏的数值模拟软件.对塔河油田一个井组剖面和一个缝洞单元进行了数值模拟历史拟合,揭示了此类油藏剩余油类型主要有洞顶剩余油、边角剩余油、阁楼油、底层剩余油、绕流油和充填溶洞剩余油,结果与生产实际相符,证明缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟模型是正确的,对缝洞型碳酸盐岩油藏剩余油挖潜和提高采收率有较大的应用价值.     

缝洞型油藏剩余油形成机制及分布规律

采用钻孔和熔蜡的方法分别制备了缝洞油藏定量模型和随机模型,并用两种模型进行全直径岩心驱油实验,研究缝洞型油藏中剩余油形成机制及分布规律。研究结果表明:驱替相与被驱替相的密度差异和缝洞连接点位置决定溶洞中流体分布规律;一次水驱结束后剩余油包括油水密度差异形成的"阁楼油"、油水置换非瞬时性造成的"封存油"、溶洞不规则性造成的"角隅油"、缝洞复杂连接关系或者低连通度造成的"盲洞油"以及岩石润湿性造成的"油膜"。连接点位置越高,"阁楼油"含量越少;注入速度越低、原油黏度越小,"封存油"含量越少;溶洞形状越规则,角隅数量越少,"角隅油"含量越少;缝洞连接关系越简单、连通程度越高,"盲洞油"含量越少;水湿岩石表面"油膜"含量较少。     

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏剩余油分布特征

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏储集体主要由大型溶洞、裂缝及溶孔组成,其中大型溶洞是主要的储油与产油空间.大型溶洞内流体流动为自由流,与砂岩孔隙中的流体流动具有较大的差别.溶洞内油水两相流时不存在固体介质对流体流动阻力,油水间的重力作用表现突出,油水间重力分异迅速,油水界面清晰.溶洞之间由裂缝相连通,耦合后流动更加复杂,裂缝内流体流动表现为高速达西流动,底水沿裂缝水窜速度快.结合生产动态与数值模拟研究,揭示了5种缝洞型油藏复杂介质剩余油分布类型,即井旁溶洞剩余油、溶洞顶部剩余油、缝洞剩余油、下层溶洞剩余油和裂缝上部剩余油等,为塔河油田开发调整及提高采收率提供了地质基础.     

缝洞型碳酸盐岩油藏注氮气泡沫可行性及影响因素

为了研究缝洞型碳酸盐岩油藏注氮气泡沫可行性及影响因素,研制了缝洞型碳酸盐岩油藏细观物理模型和宏观剖面可视化物理模型,可由细观到宏观对缝洞型油藏注泡沫可行性及其影响因素进行室内物理模拟。细观物理模型实验结果表明:水驱后,剩余油主要以封闭孔洞内剩余油、阁楼油、绕流油和油膜的形式存在;氮气泡沫能通过重力分异及阻力效应启动阁楼油与绕流油并剥离油膜。在宏观剖面可视化物理模型上进行了注泡沫影响因素研究。实验结果表明:在含油饱和度较低时,以低部位井注、高部位井采(低注高采)的方式注泡沫效果更好,注泡沫时机不宜过早,宜在充分水驱的基础上转注泡沫;底水能量过强则不利于注泡沫,同时存在一个最优的泡沫注入量。对于碳酸盐岩缝洞型油藏开采中后期,注泡沫开采能够有效维持高效开发,提高原油采收率。     

碳酸盐岩缝洞型油藏注氮气驱后剩余油可视化研究

塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏水驱开采后,仍残留有大量阁楼油、绕流油。利用氮气密度小,重力分异作用显著等特点将部分剩余油驱出,充分认识气驱之后剩余油的分布,对优化气驱设计方案具有借鉴意义。通过设计、制作物理可视化模型进行气驱模拟实验,直观展示缝洞型油藏气驱后剩余油的分布情况,并探讨相关影响因素。实验结果发现:氮气驱能有效地提高缝洞型油藏水驱后剩余油的采收率,但仍有部分残留油,如因气体气窜、底水能量不足而残留溶洞中部的窜流油,因气体洗油效率低而残留在裂缝中的油膜和小油段塞等;同时,注入方式、注入井别和注入速度等人为因素对气驱效果也有影响。研究成果为注气提高水驱后剩余油开采以及气驱后再次提高采收率提供了实验依据,认为采用水气交替等不稳定注气方式、复杂区域注气以及适中的注入速度可提高气驱效果,也认识到了溶洞形状、缝洞分布等客观因素应作为后续深化研究的重点。     

塔河4区缝洞型碳酸盐岩油藏剩余油分布研究

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏储集体主要由大型溶洞、裂缝及溶孔组成,其中大型溶洞是主要的储油与产油空间。大型溶洞洞内流体流动为自由流,与砂岩孔隙中的流体流动具有较大的差别。在溶洞内油水两相流时,实际上固体介质对流体流动阻力是不存在的,所以表现为油水间的重力作用突出,油水界面比较清晰,油水间重力分异较迅速。溶洞之间由裂缝相连通,耦合后流动更加复杂,裂缝内流体流动表现为高速达西流动,底水沿裂缝水窜速度快。本文在塔河4区缝洞型油藏储集体描述、预测的基础上,结合油井措施及生产动态资料分析,综合运用油藏工程、油藏地质和数模建模等技术手段,对油水分布规律和剩余油分布特征进行综合研究,指出剩余油分布的有利区域。     

塔河缝洞型油藏水驱后期开发方式研究

塔河碳酸盐岩油藏储集空间以孤立溶洞和溶蚀裂缝为主,三维空间展布极其复杂,针对缝洞型油藏单元注气驱油规律认识不清、常规物模研究方法适用性较差的问题,设计制作了缝洞型可视化模型,开展不同驱替方式驱油规律研究。实验结果表明：“阁楼油”是缝洞型油藏水驱开发后期剩余油的重要存在形式;N₂在高部位流动,作用于构造顶部“阁楼油”,水在低部位流动,驱替低部位剩余油,泡沫在高、低部位均可流动,波及面积最大;对比不同注入方式提高采收率程度,泡沫驱最高达38.0%,其次为气水混注,提高采收率19.7%。实验研究揭示了缝洞型油藏注N₂驱油规律,为后续段塞组合优化、注采参数设计和现场试验提供了技术支持。     

缝洞型油藏试井模型及其在顺北油田的应用

塔里木盆地顺北油田为缝洞型油藏,裂缝、大尺度溶洞并存,流动机理复杂,常规试井模型无法进行解释。在分析地层渗流、溶洞流体波动、井筒管流耦合的流体流动特征基础上,建立了钻遇溶洞、未钻遇溶洞2种缝洞型油藏试井模型。研究结果表明：缝洞型油井的井底压力响应曲线上可识别出井储、过渡、溶洞1、地层裂缝、溶洞2等流动阶段,而顺北地区油井多洞参与流动的特征较多,主要表现为有明显双洞特征和无明显双洞特征2种曲线类型;通过模型参数反演能够得到溶洞体积、溶洞距离、缝洞体积等参数。对顺北油田1口油井进行分析表明,新模型与实测曲线拟合精度高,拟合率达85%以上,计算的地层参数能够满足工程精度,且符合油藏地质特征。研究成果可用于缝洞型油藏试井资料解释。     

塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏开发理论及方法

以塔河油田为代表的碳酸盐岩缝洞型油藏是以大型溶洞和裂缝为主要储集空间的特殊类型油藏,储集体分布复杂,主体缝洞介质内流体流动不符合达西渗流规律,使得该类油田开发无法借鉴碎屑岩成熟的开发理论和技术。经过近年来的科技攻关研究,深化了缝洞型油藏储集体形成机制,揭示了缝洞型油藏流体动力学机理,形成了超深层缝洞储集体地球物理描述、多尺度岩溶相控缝洞储集体建模、缝洞型油藏数值模拟3项关键技术成果。在塔河油田缝洞型油藏开发实践中,有效指导了注水开发,提高了开发效果。     

缝洞型碳酸盐岩油藏周期注水驱油机理

针对在缝洞型碳酸盐岩油藏中能否实施周期注水的问题,在分析缝洞型油藏不同岩溶背景注采关系特征的基础上,利用CFD流体力学软件建立缝洞组合机理模型,开展了周期注水驱油模拟,并运用类比法总结了缝洞型油藏周期注水驱油机理:通过周期性地改变注水量和注入压力引起大尺度缝洞连通体中流体流动状态的变化(段塞流、管流),在重力及浮力以及流动压差综合作用下,使管道盲端、微裂缝、相连溶洞、孔洞中的剩余油得到动用,实现扩大注水波及体积的目的。缝洞型油藏周期注水驱油机理的初步明确,为矿场不同岩溶背景下注水方式的优选和注采参数的确定提供了理论依据。     

塔河油田奥陶系缝洞型油藏油水流动规律

基于对塔河油田奥陶系缝洞型油藏地质特征及开发特征的认识,建立了概念缝洞结构模型和实际地质模型,采用流线模拟方法探讨了各模型的油水流动规律。研究结果表明：①塔河油田孔、洞、缝空间结构复杂,可分为未充填溶洞、部分充填溶洞、全充填溶洞和裂缝贯穿充填溶洞等4种,不同类型储集体生产特征差异大,井间连通性较好,但横向驱替弱。②研究区不同缝洞结构模型内油水流动规律不同,未充填溶洞内流体均匀流动,在底水驱替下油水界面呈现水平抬升特征;部分充填溶洞在下部充填区表现为底水锥进特征,而上部未充填区油水界面趋于水平抬升,水封下部溶洞内的剩余油;全充填溶洞与砂岩油藏油水流动特征一致,底水锥状驱替;中大尺度裂缝穿过充填溶洞时,裂缝为油水流动的高速通道,呈现裂缝水窜特征,在油井钻遇的充填洞一侧沿缝面到井底呈水锥特征,而缝外侧溶洞内原油基本未动用,为高角度裂缝屏蔽剩余油。③研究区在天然能量开发条件下,流体流动仅受井周有效储集体发育规模控制,以垂向流动为主,单井有效动用范围局限;多井生产时,井间流线仅在油水界面以下相连且分布范围较广,井间干扰少;注水开采期间,井间流线仍以垂向分布为主,仅在底部统一水体位置注采时,井间连接较好,注入水横向驱替弱。     

曲流河点砂坝储层水流优势通道及其对剩余油分布的控制

点砂坝储层经过长期注水开发易形成水流优势通道,导致水驱波及系数降低,并影响剩余油的分布。以吉林扶余油田S17-19区块为例,研究了点砂坝内部水流优势通道分布模式及其对剩余油分布的控制。岩心分析资料表明点砂坝内的水流优势通道的含水率大于95%,驱油效率大于35%。渗透率大于80 mD和非均质性越严重或越均质的储层更易形成水流优势通道。在现井网条件下,水流优势通道均发育于点砂坝的中下部,平均厚度为2.2 m,宽度约2~4 m。水流优势通道受注采井间的主流线、相对高渗透条带及点砂坝下部的高渗透段分布控制,形成了在空间上复杂的水流优势通道网络。水流优势通道水淹严重,而非水流优势通道区水淹较弱且剩余油富集。因此,通过重建井网结构、打水平井、调剖堵水、调整开发方式、实施周期注水等措施,打破目前的水流优势通道网络,扩大水驱波及体积,从而提高点砂坝油藏开发效果。     

单缝洞系统内部流态的初步模拟研究

在塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层内,发育着很多溶洞,其直径最大能达到几十米,溶洞内的原油储量十分可观,因此研究流体在溶洞内部的流态很重要。通过室内示踪实验研究了水驱水以及水驱油过程中溶洞内的流态随流体流速的增加而产生的变化,利用数值模拟研究了单相驱替时溶洞内的流线分布,以期对溶洞内流体流动规律有一定的初步认识。结果表明,对高速下单相驱替,溶洞内会产生射流,从而增加了流体的流动损失;而对两相驱替(水驱油),由于油的黏滞力作用,高速下也不会产生射流,但是驱替效率会较低。因此,应针对原油黏度不同的情况,采取合理的注入速度。     

塔河油田井组注氮气提高采收率技术

塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏经过多年开发后底水锥进,水驱效果逐渐变差,剩余油主要以阁楼油的形式富集。为了提高油藏开发效果,2014 年塔河油田在A 单元探索多井缝洞单元井组注氮气先导试验,开展井组注气后一年间邻井受效逐渐显现,截至2015 年8 月已增油3×104 t,说明井组注氮气可以有效驱替井间阁楼油。试验结果表明,高注低采井组注气量高、见效慢、波及体积大,而低注高采井组见效快但是易发生气窜,井组注氮气采油技术是一种提高采收率的有效技术手段。     

Gas and oil production from waterflood residual oil: effects of wettability and oil spreading characteristics

In the depressurisation of reservoirs already produced to waterflooded residual oil, solution gas is released when the reservoir pressure drops to below the bubble point. This gas becomes mobilised when the critical gas saturation has been reached. Additionally, the oil itself can become mobile from its residual state and can also be produced under suitable physical conditions. The critical gas saturation, the rate of saturation change, and the gas saturation remaining at the end of the depressurisation process (unrecoverable gas) are important parameters in determining the overall economic performance when depressurising a reservoir.In this, and previous work, we are demonstrating that these quantities depend additionally upon other factors which affect the fluid distribution and the rate of gas generation, particularly the surface and interfacial properties. For instance, earlier visual experiments in glass micromodels suggested that wettability and oil spreading coefficient could substantially influence both the value of the critical gas saturation and the growth pattern for the developing gas bubbles, and thus the gas flow. In order to confirm these observations and to provide quantitative data, further experiments in large sintered packs, with different matrix wettability and with oils having different spreading coefficients (e.g. oil spreading onto a gas–water interface), have been carried out and are reported here. These new experiments show that the magnitude of the critical gas saturation for a water-wet system is about the same irrespective of whether the oil is spreading or non-spreading, but it is much higher than for the oil-wet case. In addition, oil is also produced but the rate of production is dependent upon the rock wettability and the oil characteristics. We find that in a water-wet medium, for spreading oils, the physical form of the oil becomes transformed from being immobile ganglia into mobile oil films, which can then be transported by the gas. For non-spreading oils, oil has to be pushed out by the gas as discontinuous ganglia so less is oil produced. In contrast, in an oil-wet system, the oil phase already exists as a continuous film on the surface of the solid so that the generation of gas effectively expands the oil phase, enabling the oil to be produced in larger quantities even at lower gas saturations.These new experiments give further evidence that rock wettability has an important influence on the performance of gas production from residual oil. Additionally, significant amounts of oil may be recovered after waterflooding from the residual condition, which could have a beneficial impact on the economics of the depressurisation.     

具有启动压力梯度的油水两相渗流理论与开发指标计算方法

现有的油水两相渗流理论和注水开发指标计算方法是基于达西定律的，而低渗油层和某些稠油油层的渗流不符合达西定律，存在启动压力梯度。鉴于此，建立了具有启动压力梯度的油水两相渗流数学模型，推导出了其分流量方程、等饱和度面推进速度方程、水驱油前缘饱和度和位置计算公式，进而研究了具有启动压力梯度的注水开发指标计算方法，导出了井排见水前后开发指标计算公式（中高渗油层达西流情形下的注水开发指标的计算是其特例），并进行了实例分析。结果表明：启动压力梯度对低渗油田注水开发指标有较大的影响，见水前产油量按达西流计算，随时间增大而递增，按非达西流计算则随时间增大而递减；按达西流计算的初始产油量、见水后产油量及产液量均比按非达西流计算的高。建立的计算方法为低渗油田注水开发指标计算提供了理论依据，对于宾厄姆型稠油油田注水开发的理论及计算的研究也很有意义。图４参９（陈志宏摘）     

塔河缝洞型碳酸盐岩油藏剩余油分布特征及影响因素

利用室内实验、动静态分析、数值模拟相结合的方法,建立了缝洞型油藏剩余油赋存方式分析技术,揭示了缝洞型油藏五种剩余油赋存方式,包括:因储集空间尺度差异,高导流通道圈闭的剩余油;油井未在洞顶,水淹后溶洞的顶部剩余油;未井控有效储集空间的剩余油;能量严重不足的各类储集空间内剩余油;因碳酸盐岩的亲油性,水波及过后的残余油膜。并分析了塔河油田裂缝、溶洞、储集空间类型、井型、工作制度以及注采比对剩余油的影响。结果表明,溶洞型储集体是主要的储集空间,井打在溶洞上的开采效果较好;裂缝、溶洞以及开发因素对剩余油的形成都有不同程度的影响,在剩余油分析中,要同时考虑多种因素。     

低盐度注水提高碳酸盐岩油藏采收率

碳酸盐岩油藏基质致密,且发育裂缝和溶洞,使得注水开发过程中含水率上升快、采收率低。 低盐 度注水是一项成本低廉、效果显著的注水提高采收率技术,始于 20 世纪 90 年代,近年来在国内外均受 到广泛关注。 梳理了碳酸盐岩油藏低盐度注水的增产机理、室内实验评价方法和矿场实施条件。 综合分 析指出,低盐度注水提高碳酸盐岩油藏采收率的主要机理是润湿性反转和孔喉连通性改善。 润湿性反 转由表面电荷改变或者矿物溶解引起,其实质是水相中的关键二价离子（SO₄^2-,Ca²⁺ ,Mg²⁺ ）与岩石表面发 生了化学反应;孔喉连通性改善主要由矿物溶解引起。 低盐度注水主要的室内实验评价方法有水驱实 验、自吸测试、表面张力测定、接触角测定、核磁共振、离子成分分析及 Zeta 电势测定等。 开展低盐度注 水能够有效降低注入压力,提高洗油效率,增加波及体积。 我国碳酸盐岩油藏分布广泛,开展低盐度注 水提高采收率技术的机理研究和应用研究,具有重大的现实意义。