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基于分形理论的低渗油藏若干输运特性研究

蔡建超  
【摘要】: 低渗油藏由其特殊的结构特征使得流体在其中的流动规律与中、高渗油藏中的流动有较大的区别,如流动不再符合经典的达西定律(为非线性渗流)、油藏开采作业过程中储层损害严重、存在自发渗吸现象等。储层损害在钻井、完井、生产、修井及接下来通过注水以提高采油率等作业中都不同程度地发生,特别是低渗储层损害更为严重;水自发渗吸驱油是低渗裂缝性油藏的重要采油机理。研究和分析低渗油藏介质的基本流动规律,对有效地促进油藏开采具有重要的指导意义。 油藏岩石等天然多孔介质中流体流动和宏观输运的应用领域非常广泛,并越来越受到人们的重视。天然多孔介质的微观结构非常复杂,可用分形理论来表征其微观结构的不规则性,已有研究将分形理论应用到多孔介质的流体流动和输运等问题。然而应用分形理论来研究外来流体对低渗油藏介质的损害和低渗裂缝性油藏自发渗吸机理的报道还很有限。结合油藏岩石的分形特征来研究其损害和自发渗吸机理将会得到更理想的结果,对有效地降低储层损害、充分利用自发渗吸提高采油率都具有非常现实的意义。 本文主要工作如下:第一章概述了低渗油藏在国民经济中的重要地位、描述了油藏介质的基本结构和物性参数,并介绍了分形理论的基本概念;第二章给出了描述多孔介质分形特征的理论基础和数学基础,概述了分形多孔介质的基本特征,提出了近似两相分形理论,并基于分形理论推导了多孔介质最大可渗孔隙直径的解析模型。提出用粗糙高度分形维数来描述表面的粗糙特征,并建立了考虑颗粒表面粗糙的多孔介质比表面积的分形模型;第三章概述了低渗油藏的损害机理,并建立了考虑毛细压力效应的外来流体入侵深度的分形模型,将模型进一步应用到聚合物复合材料工业,得到较为理想的结果。第四章概述了自发渗吸的机理和研究现状,分析了毛细管/流线的弯曲程度对弯曲毛细管中毛细上升以及油藏岩石中自发渗吸的影响作用。基于分形理论推导了单根弯曲毛细管中的毛细上升高度/质量对时间的解析表达式,把单根毛细管中毛细上升的分形研究推广到低渗裂缝性油藏自发渗吸的研究,建立了自发顺向渗吸的分形模型,模型预测与现有实验结果吻合较好,并对现有不符合经典Lucas-Washburn (LW)定律的实验结果作了理论分析,发现基于弯曲流线的分形特征得到的模型能较好的解释这些实验结果;第五章总结了本文的主要内容和创新点,并展望了可采用分形理论来研究油藏介质损害和自发渗吸的课题和方向。


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