不同于常规储层,致密油储层主要发育微纳米级孔喉,微观结构复杂,非均质性强,使得其表现出明显相异的地质和开发特征。论文针对致密油储层注水开发过程中油水两相渗流规律复杂,两相渗流影响因素不清以及注水开发过程非润湿相残余机理和注水开发提高采收率困难相关问题展开研究。以我国西北典型致密油藏为研究对象,充分利用各项室内实验手段,分析了致密油储层微观孔隙结构和流体分布,并从微纳米石英圆管中单相去离子水流动实验入手,结合致密油储层岩心单相模拟地层水渗流实验,分析表征了致密储层流体低速非线性渗流特征。同时,结合动态网络模拟技术,模拟致密油储层不同条件水驱油过程,明确各影响因素对水驱油两相渗流影响。并进一步结合不同注水毛管数水驱油核磁共振实验,分析了水驱油过程油水两相动态特征及分布变化,结合模拟结果进行验证分析,以期指导致密油储层合理高效注水开发。论文开展的主要研究工作如下:(1)结合定性和定量表征技术,包括铸体薄片、扫描电镜、恒速压汞和核磁共振,明确孔喉微观结构及组合方式,抽取致密油储层微观结构参数。并通过将恒速压汞获取孔喉分布与饱和水状态核磁共振T2谱相结合,实现核磁共振横向弛豫时间T2谱与孔喉半径r的定量转换,获取孔隙和喉道完整定量分布信息,为构建与致密油储层相匹配孔隙网络模型奠定基础;(2)基于致密油储层岩心高速离心和静态自发渗吸核磁共振实验,表征致密油储层流体分布变化和束缚流体分布特征,明确致密油储层束缚流体分布及影响因素,同时结合转换后核磁共振T2谱获取致密油储层临界流动半径下限,并基于进汞理论推导出一种新的计算孔喉内表面薄膜束缚水平均液膜厚度的方法并计算得到平均液膜厚度;(3)开展1.0μm和5.0μm级石英晶体圆管单相去离子水流动和致密油储层岩心单相模拟地层水低速渗流实验,同时结合部分前人微纳米石英晶体圆管实验结果,明确了致密油储层微纳米孔喉低速非线性流动特征,并基于Navier-Stokes方程推导了考虑边界吸附层效应的表征微纳米圆管低速非线性特征的运动方程,结合实验结果分析明确了致密油储层产生启动压力的临界条件;(4)理论分析了致密油储层孔隙尺度水驱油两相流微观受力和非润湿相残余机制,推导了致密油储层孔隙尺度水驱油动态驱替过程相关特征参数的计算方法;同时,针对恒压驱替过程两相流压力场分布引入逐次超松驰迭代(SOR)算法优化以加速压力稳定场收敛,提升模拟运算效率,最后基于Qt5.4.0集成开发环境编制了动态网络模拟软件,构建与致密油储层孔喉结构分布相匹配的简立方孔隙网络(SC模型),成功模拟了致密油储层孔隙尺度水驱油过程孔喉结构、驱替条件、流体黏度和油水接触角变化时水驱油两相流动,明确致密油储层注水毛管数变化提升驱油效率时各因素影响,提出了注水开发提升致密油储层驱油效率的可行性方案,并通过岩心尺度水驱油实验进行验证;(5)设计了结合低频核磁共振装置的不同注水毛管数条件下致密油储层岩心水驱油实验,通过改变注入水流速,获取不同注入体积倍数下的核磁共振T2谱,明确了不同注水条件驱替过程孔隙空间油水相分布和不同孔隙空间内驱油效率变化,并进一步分析了致密油储层注入水速度变化对提升驱油效率的影响以及油相残余及二次运移机理。通过本文实验和理论模拟研究,明确了致密油储层束缚流体分布方式以及微纳米尺度石英晶体圆管和致密油储层岩心单相流体流动特征,重点阐明了致密油储层不同注水毛管数条件油水两相渗流和残余油分布变化规律,探讨了致密油藏注水开发提高采收率的可行性,对致密油藏注水开发有一定的借鉴意义。同时,本文针对致密油储层油水两相流动的理论和实验研究,进一步验证并充实和完善了现有致密油储层油水两相流体渗流理论,具有一定的科学意义。
