低渗透岩石非Darcy渗流实验研究

低渗透岩体的低速渗流在石油开发和水利工程方面具有十分广泛的应用背景。由于目前长庆低渗透油田处于自然产能低、采油井难以见到注水效果的状况,因此有必要研究低渗透岩石的非Darcy渗流规律和机理。本次课题研究也受到国家自然科学基金支持。 当前,不同学者采用不同渗流实验方法和仪器进行了低渗透岩石的渗流实验,得出了不同的结果,这说明了非Darcy渗流特性受许多因素制约。 从岩石孔隙结构、岩石与流体之间的相互作用和流体性质方面论述了目前对非Darcy渗流产生机理的多种观点,探讨了孔隙大小、孔喉对启动压力的影响,讨论了界面张力、边界层、耦合渗流、非牛顿流体对非Darcy渗流形成的作用机制。 为了研究低渗透岩石的非Darcy渗流规律和机理,采用高精度的FDES-641三轴系统进行了低渗透饱和砂岩和砾岩的稳定渗流实验。首先测定了岩样的基本物理参数,然后采用恒定流速法和恒定压差法进行了单相水、油渗流实验和围压耦合渗流实验。 在稳定渗流实验中,岩样抽真空饱和后水平放置于FDES-641系统的岩心夹持器中,通过多级驱替泵控制被密封岩样中流体的渗流速度,所产生的压力差由压力传感器测定。在单相水渗流实验中,分别测试了蒸馏水和盐水在砾岩和砂岩中的渗流特性。在单相油渗流实验中,分别测试了煤油和不同粘度的模拟油在砂岩的渗流特性。在围压耦合渗流实验中,分别测试了有效围压单调上升和单调下降时岩石渗透率的变化规律。 通过上述实验,证实了以下渗流规律:1)低渗透岩石明显存在着凸形非Darcy渗流特性,但是启动压力梯度非常小;2)岩石的渗透率越低、渗流体的粘度愈大时,非Darcy渗流现象越明显;3)随着有效围压升高,渗透率明显下降。 通过本次实验,也得到以下新认识:1)岩石的非均匀程度越高(如砾岩),其非Darcy渗流的特征越显著;2)低渗透介质中的细小颗粒运移是非Darcy渗流现象的主要原因之一;3)当流速保持恒定时,渗透率比与有效围压近似呈双 曲线关系。 通过本次渗流实验结果分析,结合相关文献的渗流实验结果进行分析,从岩样尺寸、空气渗透率、渗流流体、有效围压、温度、流速和振动波七个方面探讨了如何高效地进行低渗透饱和岩石的低速渗流实验。