致密储层流-固相互作用机制及非线性渗流模型

The rock of unconventional tight formation is especially compact. The dimension of pores reaches micro-nanometer scale. There exists strong interaction between fluid and rock. The dominant micro-scale effect makes the existing percolation theory unusable. According to the characteristics of tight formation, this project aims to extend the micro-tube experiment from micrometer to submicron and extend the DPD simulation from nanometer to micrometer. Synthesized analysis will include study of meso-scale mechanism, characterization of micro-scale pore throat mechanism and recognition of macro-scale experimental results. The interaction between different kinds of fluids (oil, gas, water) and rock will be revealed. What’s more, the project will quantify the impact of boundary layer, porous media deformation and surface tension to fluid flow within micro-nanometer pores, so that the change of formation parameters (pore-throat radius, coordinate number, porosity, mobile fluid saturation, permeability, et al.) with fluid-rock interaction will be recognized. Through the simulation work of 3D heterogeneity pore network model, the effective flow limit and flow space will be determined; furthermore, the flow equation and relative permeability relationship of multiphase flow process will be characterized. This project will uncover the mechanism of nonlinear flow fundamentally and build the nonlinear penetration model of tight oil reservoirs, which will set the foundation for development evaluation, numerical simulation, reservoir engineering design and enhanced oil recovery.

非常规致密储层岩性致密，孔喉尺度达到微纳米，流体-岩石相互作用强烈，微尺度效应明显，常规渗流理论不再适应。本项目针对致密储层特征，攻克微圆管流动实验由微米至亚微米，耗散粒子动力学模拟由纳米至微米，实现介观尺度机理分析、微观孔喉尺度规律表征和宏观岩心尺度实验多尺度研究方法的贯通；揭示致密孔隙中不同流体介质（油、气、水）与岩石的相互作用机制，定量表征边界层、介质变形、界面张力等对微纳米孔隙中流动的影响，从而准确认识流-固作用后致密孔渗参数的变化（孔喉半径、配位数、孔隙度、可动流体饱和度及渗透率等）；实现在三维非均质孔喉网络模型中模拟计算，明确多相流动的有效流动界限和真实流动空间，进一步表征多相流动过程中毛管力变化、运动方程以及相渗关系，从根本上揭示致密孔隙非线性产生的机理，建立致密油藏非线性渗流数学模型。项目成果为致密油藏储层评价、数值模拟、油藏工程设计以及提高采收率奠定理论基础。

我国致密油藏储量丰富，但致密基质中微纳米孔隙渗流机理不明确。本项目针对致密储层特征，分别建立能够反映致密储层复杂孔喉结构特征的规则拓扑网络模型、非规则拓扑网络模型及多尺度随机拓扑网络模型；其次，利用耗散粒子动力学模拟方法和物理模拟方法，分析了微纳米通道中流固作用机制，考虑了压力梯度、流体粘度、喉道半径的影响，形成了边界层厚度表征模型，考虑岩石喉道变形和塑性填隙物影响，建立了孔喉应力敏感表征模型；在三维孔隙网络模型基础上，考虑边界层和应力敏感微观流固作用机制，分析了致密储层中流动规律，揭示了致密油藏非线性渗流的机理和主控因素，得到了不同影响因素下的非线性渗流弯曲段形态；在孔隙网络模型基础上，进一步分析了油水两相和油气两相在微纳米孔喉中的流动机理，揭示了在微纳米孔隙中油水渗吸的机理，分析了注气条件下微观孔喉动用规律；最后建立了致密基质渗流数学模型，并结合油藏数值模拟进行了模型应用。. 该项目实现了介观尺度机理分析、微观孔喉尺度规律表征和宏观渗流数学模型的贯通，揭示了致密孔隙中不同流体介质（油、气、水）与岩石的相互作用机制，定量表征了边界层、介质变形等对微纳米孔隙中流动的影响，从而准确认识流-固作用后致密孔渗参数的变化。项目开展过程中，发表论文14篇，其中SCI/EI收录12篇，参加学术会议交流3次，培养博士生3名，硕士生5名，获得省部级科学进步二等奖1项。本研究项目成果完善了非常规油气藏渗流理论，对致密油藏储层评价、数值模拟、油藏工程设计以及提高采收率具有一定的指导意义。