疏松砂岩油藏大孔道形成及其调堵的随机模拟

论文摘要

疏松砂岩油藏遍布于世界的各个油区。疏松砂岩油藏岩石胶结程度低、泥质含量高，在孔隙表面吸附着大量的粘土颗粒，在原油流动过程中极易被带走；油藏注水后，粘土遇水易发生膨胀、水化、分散、运移。因此，经过长期高速注水开发，油藏储层孔隙结构发生了较大变化，注入水对储层孔隙、骨架颗粒、胶结物和油藏流体的作用，以及油层温度和压力的变化，储层渗透率增大，孔喉半径增大，从而在储层中形成高渗带及特高渗透带，即大孔道。在大孔道发育的地层中，注入水沿大孔道无效循环，大孔道窜流严重，注入水效率低，水驱波及体积小，加剧了层内、层间矛盾，导致油井含水上升快，水驱动用程度低，影响油田采收率及开发效益的提高。而且，油田开发一旦进入中高含水期，大孔道的存在使其它增产措施实现起来也比较困难，比如调剖及注聚合物，高渗条带和大孔道同样会导致聚合物溶液窜流，不但造成聚合物浪费，而且难以形成高质量的聚合物段塞，严重影响了聚合物驱效果。 因此，加强对储层大孔道的形成机理研究、大孔道识别与描述，进而预测长期注水开采后大孔道的尺寸分布和位置分布，并进一步对储层大孔道的调堵机理进行研究，用随机模拟方法描述调堵剂在大孔道中的运动，这对于三次采油和油田堵水调剖过程中，优化聚合物和调剖剂用量、强度、段塞结构等，具有很好的指导意义，对于提高油层波及体积及石油采收率具有重要的现实意义。加强对大孔道研究的重要意义不仅仅在于指导疏松砂岩油藏中高含水期的油田开发，对于常规砂岩油藏注水开发中后期的油田开发，对于未进入中高含水期的疏松砂岩油藏开发过程中的试井、测井等动态监测技术和油井防砂等措施都具有较好的指导作用。 对疏松砂岩油藏大孔道的形成机理、识别及其调堵技术的研究，前人作了大量的研究工作，取得了一定的研究成果。但这些研究成果远未满足疏松砂岩油藏中高含水期注水开发的需要。 随着注水开发的深入，由于流体动力地质作用，使得地层特性不断发生变化，大孔道的存在加剧了这种复杂性。如何更为有效地识别大孔道，确定大孔道的粒径分布，位置分布，如何充分认识大孔道调堵技术中调堵剂的运动规律和调堵剂对大孔道的调堵机理，这是中高含水期疏松砂岩油藏开发中急需解决的课题。 本文广泛调研国内外文献，综合前人的研究成果，结合测井、地质、渗流、随机建模、计算机等多学科，取得的研究成果如下： (1)调研前人有关注水开发过程中储层物性变化的研究成果，特别是对油层大孔道的形成机理、识别技术的研究成果，对油层大孔道的形成机理加以系统化、理论化，阐明了大孔道的形成机理； (2)系统、全面地对目前现有的大孔道识别方法进行了研究，对这些方法技术进行了总结、比较，分析了各自的优缺点； (3)以达西定律、伯努里能量方程为基础，研究了单相流体在毛管中的流速公式，进

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文研究目的和意义
• 1.1.1 有关大孔道的定义
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 研究现状分析
• 1.2.1 国内外现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 本文研究的目标、技术路线及技术关键
• 1.3.1 研究的目标
• 1.3.2 研究技术路线
• 1.3.3 技术关键
• 1.4 本文完成的主要研究工作及创新点
• 1.4.1 完成的主要研究工作
• 1.4.2 本文创新点
• 2. 疏松砂岩油藏的地质特征研究
• 2.1 疏松砂岩油藏的沉积特征
• 2.2 疏松砂岩油藏的胶结情况
• 2.3 疏松砂岩油藏的物性特征
• 2.3.1 岩石的物性特征
• 2.3.2 油藏物性的非均质性特征
• 2.3.3 疏松砂岩油藏岩石的物理响应特征
• 2.4 疏松砂岩油藏岩石成分特征
• 2.4.1 疏松砂岩矿物成分
• 2.4.2 粘土矿物的性质
• 2.4.3 粘土矿物的产状及分布特点对岩石物性的影响
• 2.4.4 高粘土矿物地层的速敏特性
• 2.5 基本力学特征
• 2.5.1 岩石的强度特征
• 2.5.2 岩石的破裂压力与坍塌压力
• 2.6 疏松砂岩油藏钻采过程中面临的问题
• 2.6.1 钻井过程中面临的问题
• 2.6.2 完井过程中面临的问题
• 2.6.3 开采动态特征
• 2.7 本章小结
• 3 疏松砂岩油藏大孔道形成机理研究
• 3.1 油田注水开发过程中储层参数的变化
• 3.1.1 油藏开发流体动力地质作用
• 3.1.2 岩石颗粒接触方式演化
• 3.1.3 颗粒表面性质演化
• 3.1.4 岩性变化
• 3.1.5 岩石骨架发生变化
• 3.1.6 物性变化
• 3.2 大孔道形成的水动力学环境模拟
• 3.2.1 水动力冲刷
• 3.2.2 流体摩擦、拖曳力作用
• 3.3 油藏地质特征对大孔道形成的影响
• 3.3.1 沉积相、夹层、微构造差异等的影响
• 3.3.2 沉积韵律对大孔道形成的影响
• 3.3.3 油层物性对大孔道形成的影响
• 3.3.4 原油粘度的影响
• 3.3.5 油藏非均质性的影响
• 3.4 开采因素的影响
• 3.5 本章小结
• 4 疏松砂岩油藏大孔道的识别方法研究
• 4.1 形成大孔道后储层的渗流特征及其对采收率的影响
• 4.2 利用吸水剖面测井资料识别大孔道的方法
• 4.3 动态资料识别大孔道分析方法
• 4.4 利用示踪剂预测大孔道的方法
• 4.5 大孔道的模糊识别和灰色判别方法
• 4.6 利用试井资料判别大孔道的方法
• 4.6.1 大孔道试井理论解释模型
• 4.6.2 模型的流动阶段
• 4.6.3 大孔道的数学模型
• 4.6.4 解释模型的修正
• 4.6.5 典型曲线分析方法
• 4.6.6 大孔道存在标准的界定
• 4.7 其它方法
• 4.8 各种识别方法的比较
• 4.9 本章小结
• 5 疏松砂岩油藏大孔道形成的随机模拟
• 5.1 基本假设
• 5.2 达西定律及其适用范围
• 5.2.1 达西定律的上限
• 5.2.2 达西定律的下限
• 5.2.3 运动方程
• 5.3 单相液体在毛管中的流速公式
• 5.4 孔隙半径随时间T的变化关系
• 5.5 五点井网条件下长期注水后地层大孔道形成的随机模拟
• 5.5.1 某一含水率下大孔道形成的随机模拟方法
• 5.5.2 水淹面积内大孔道的半径及其分布的随机模拟方法
• 5.5.3 大孔道随时间的变化关系的数学模拟
• 5.6 本章小结
• 6 疏松砂岩油藏大孔道调堵技术
• 6.1 疏松砂岩油藏大孔道调堵技术
• 6.1.1 预交联凝胶颗粒调堵技术
• 6.1.2 颗粒类与聚合物凝胶复合调堵技术
• 6.1.3 粘土一聚合物溶液复合调堵技术
• 6.1.4 油基水泥封堵技术
• 6.1.5 粉煤灰+超细水泥
• 6.2 凝胶调剖剂段塞损耗规律
• 6.2.1 凝胶调剖剂段塞滞留机理研究
• 6.2.2 凝胶调剖剂段塞浓度剖面综合分析
• 6.3 聚合物凝胶调堵剂的调堵机理研究
• 6.4 体膨型颗粒的调堵机理
• 6.4.1 体膨型颗粒的调堵机理
• 6.4.2 体膨型颗粒的岩心实验
• 6.4.3 体膨颗粒调堵剂平板可视模型实验研究
• 6.5 本章小结
• 7 凝胶颖粒调剖剂在大孔道中运移规律的随机模拟
• 7.1 预交联凝胶颗粒在大孔道中的运移机理
• 7.1.1 凝胶颗粒在多孔介质中的运移模式
• 7.1.2 凝胶颗粒大小与孔喉的匹配关系
• 7.1.3 凝胶颗粒大小与孔喉的匹配规律研究
• 7.2 研究水膨体调剖颗粒在大通道中的运动规律
• 7.2.1 模型建立
• 7.2.2 模型分析
• 7.2.3 模型的求解方法
• 7.3 水膨体颗粒类调堵剂封堵行为的随机描述
• 7.4 本章小结
• 8. 大孔道模拟及调堵技术研究成果的应用实例
• 8.1 五点井网条件下长期注水后地层大孔道的尺寸分布和位置分布
• 8.1.1 某一含水率下大孔道的尺寸分布和位置分布
• 8.1.2 大孔道随时间变化规律的模拟
• 8.2 砂岩油藏大孔道形成的随机模拟结果对油田开发的指导意义
• 8.3 利用大孔道调堵的随机模拟结果指导优化调堵技术
• 8.4 本章小结
• 9 结论与建议
• 9.1 结论
• 9.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 博士期间论文发表及科研情况