致密油气藏压裂开发时空多尺度渗流机理研究
中国致密油气资源分布广泛、储量丰富，已成为中国主要的资源战略储备，水平井分段压裂、体积压裂等技术是其经济有效开发的必然选择。由于致密油气藏具有基岩孔隙、天然裂缝、水力裂缝等不同空间尺度的介质，储层内流体流动存在非达西渗流及不平衡效应，不同介质的压力递减速率差异大，导致了流动的时间多尺度现象。目前致密油气藏渗流的研究主要集中在空间多尺度方面，而时间多尺度理论主要应用于水文、电化学、医学等领域的研究，在致密油气藏渗流方面国内外研究较少，本论文在对致密油气藏多重介质的微观分形结构表征的基础上，构建了时空多尺度耦合渗流模型，并将其应用于致密油气藏开发实践中。 论文首先在致密油气藏非达西渗流基础上，采用连续函数拟合微地震数据，表征了储层的分形结构，假设水力裂缝压力与天然裂缝压力不连续，水力裂缝与定压边界相连，建立了致密油藏空间多尺度渗流有限元模型。研究结果表明，当启动压力梯度较大或裂缝渗透率较小时，井底压力较低。同时微地震技术结合连续函数可以更好地对致密油藏分形结构尺度升级。 其次论文提出了渗流模型的时间尺度分析方法，采用了积分变换和有限元法，将井底压力分成多个部分，每一部分随时间的变化速率为时间尺度，形成一套拟真性好、精度高的模拟方法体系。同时采用时间滞后、动态耦合、不平衡效应对压裂开发的致密油气藏微观结构尺度升级，然后探讨了致密油藏时间多尺度渗流机制，揭示了时间尺度与空间尺度的对应关系。研究结果表明，致密油藏水力裂缝具有无限导流能力，外边界越致密，压力传播越缓慢，产量递减开始得越晚，对应于外边界的时间尺度贡献度更大；时间滞后效应只影响各时间尺度下的流动。页岩气在水力裂缝流动所需的无因次时间为10-5~10-4，表面扩散所需的无因次时间为10000，二者相差极大。基岩到干酪根的窜流系数扩大50倍，气体流动所需的时间增大10倍；天然裂缝到基岩的窜流系数或干酪根气体解吸系数扩大90倍，气体流动所需的时间增大100倍。 最后本论文针对致密油气藏产量递减快，稳产期短的特点，综合考虑干酪根、基岩、水力裂缝及天然裂缝的微观结构，将时间尺度分析应用到同步注采井开发中，研究了各时空尺度之间的耦合渗流，评价了周期焖井的开发效率。研究结果表明关井周期接近干酪根表面扩散的时间尺度1.9×10-5，生产周期接近裂缝渗流时间尺度4×103，致密气藏得到有效开发。基于“同步注采、周期焖井”的开发方式，焖井周期接近其裂缝无因次压力趋于平稳所需的无因次时间102时，驱油效率和动用程度达到最大，油更容易被采出。研究成果可为致密油气藏时空多尺度渗流在油藏数值模拟中的应用提供理论基础，对致密油气藏的高效开发具有重要的理论指导意义。
致密油气藏;压裂开发;渗流机理;空间尺度;时间尺度
中国石油大学(华东)
博士
油气田开发工程
苏玉亮
2020
中文
TE312
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）