基于数字岩心的致密油纳米-亚微米尺度储层特征及微观渗流规律研究

Tight oil, as an alternative for conventional oil and gas, has attracted much attention around the would. The nano to micro scale formation pore structure and flow mechanics of tight oil lies in the center of the development theory. In this research plan, we intend to apply advanced experiment equipments and revolutionary method to solve the problem from the following aspects. To begin with, advanced experiments like high resolution scanning electric microscope(SEM) was applied to research the pore structure of nano to micro scale, thus build the classification scheme of pore types and characterize pore structure and petrophysical parameters. Furthermore, based on images of nano and micro scale taken from SEM and nano-CT, we reconstruct 3D digital core and extract pore network model(PNM) with the help of numerical algorithm, calculate parameters to evaluate pore-throat structure and build platform for flow simulation. Finally, we apply lattice Boltzmann method to simulate flow in the PNM, analyze effect of pore-throat structure on permeability, study the relationship between pressure drop distribution and velocity distribution and build mathematic model that describe flow mechanics of nano to micro scale. It is hoped that the research can perfect theory of tight oil exploration and exploitation..

致密油纳米-亚微米尺度储层孔隙结构表征、微尺度渗流规律研究是致密油开发理论中的关键科学问题。本项目拟采用先进的实验手段和新颖的研究方法开展上述关键问题的研究：运用高分辨率扫描电镜等先进实验手段对致密油储层纳米-亚微米孔隙结构进行分析研究，建立孔隙类型分类评价方案，并对储层孔喉结构及物性参数进行精细表征；基于扫描电镜及纳米CT实验的岩心图像，通过图像处理技术重构致密油储层的数字岩心，得到致密油储层的孔隙网络模型，对纳米-亚微米尺度孔喉结构特征进行综合评价，建立致密油储层微尺度渗流模拟平台；利用格子Boltzmann方法模拟致密油在纳米-亚微米尺度孔隙网络模型中的流动，分析孔隙结构对渗流性质的影响规律，探讨压力梯度分布与速度分布关系，建立描述致密油微尺度渗流的数学模型。通过上述研究完善致密油储层纳米-亚微米尺度储层特征和微观渗流规律的相关研究。

致密油的成藏机理、储层特征及渗流规律与常规油藏有着很大的不同，相关研究在国内刚刚起步，认识的不足严重制约了致密油的有效开发。针对致密油储层孔隙类型复杂、多尺度孔喉发育，且渗流规律不明确等问题，研究了致密油储层微观孔隙结构及渗流规律。基于鄂尔多斯盆地延长组致密油井下岩心，开展了X衍射矿物成分分析、扫描电镜孔隙类型划分、压汞法孔喉特征表征以及致密储层表面润湿性测试等实验研究。综合四参数随机生长法（QSGS）、马尔科夫链蒙特卡洛法（MCMC）和过程法（PB）构建了符合致密砂岩三维特征的多尺度数字岩心。运用孔隙尺度和表征体元尺度的格子Boltzmann方法（LBM）模拟了单相流动，分析了岩心渗透率的影响因素。利用伪势LBM模拟分析了两相相渗曲线的影响因素。此外，通过实验表征了储层岩石表面电化学润湿性特征。结果表明：基于多种实验方法实现了致密砂岩全尺度孔隙结构的定性描述和定量表征。矿物成分以石英、长石和黏土为主；孔隙类型包括残余粒间孔、骨架矿物晶间孔、黏土矿物孔和微裂缝；孔喉半径介于9.2 nm~500 μm，纳米孔和中孔是主要的孔隙尺寸，以纳米孔为主。明确了致密砂岩三维孔喉特征，构建了符合致密砂岩特征的多尺度数字岩心。CT实验结果表明纳米级黏土矿物孔连通了微米级粒间孔。致密岩样测试的接触角范围为60°~120°之间，有利与水驱开发。NaCl溶液在较低浓度0.1mol/L以下，润湿性由亲油变亲水较为明显，NaCl溶液下体系的表面张力最大。岩心渗透率与孔隙度呈正相关关系，与比表面积和迂曲度呈负相关关系。表征体元尺度的模拟结果表明多尺度岩心渗透率与黏土矿物渗透率和体积分数呈正相关关系；在合理孔隙度范围内，与粒间孔体积分数无关。油相相对渗透率（Knw）与驱替压力正相关；水相相对渗透率（Kw）在混合润湿情形下与驱替压力正相关，在强水湿情形下与驱替压力无关。Knw在强水湿情形下与油水黏度比正相关，Kw对油水黏度比变化不敏感。Knw随多孔介质由强水湿向中性润湿转变而逐渐降低，Kw随润湿性的变化而逐渐增加。