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火山岩裂缝性底水油藏油、气、水三相驱替机理及数值模拟研究

刘明高  
【摘要】: 在世界范围内裂缝性储层占整个探明储量将近一半,在世界的油气生产中,起着举足轻重的作用。随着石油勘探开发的迅猛发展,世界各地火山岩裂缝性油藏相继发现,人们对这类特殊油藏愈来愈引起高度重视。就我国裂缝性储层的分布来看,也拥有相当数量的裂缝性储层的地质储量。特别是我国近年来发现的裂缝性火山岩储层,也显示出了一定的开发潜力,可以预见,火山岩油藏有着广阔的勘探和开发前景,是我国石油工业增储上产的一个重要领域。 到目前为止,对裂缝性油藏裂缝与岩块渗流的机理及模拟研究依然还存在一些问题需要研究。除了针对不同实际裂缝油藏广泛开展机理实验研究之外,还必须综合考虑不同岩块高度、不同位置岩块压力和饱和度对采收率的影响,以及如何有效地利用相渗曲线和毛管压力曲线来考虑吸渗现象等,这是本文研究的出发点。 本文针对上述问题,根据火山岩裂缝性底水油藏的复杂性,以我国典型油藏—石西石炭系火山岩裂缝性油藏为研究背景,在前人研究成果的基础上,开展了火山岩裂缝性油藏渗流机理的室内实验研究、油藏工程和数值模拟研究,发展和完善了火山岩裂缝性底水油藏油、气、水三相渗流规律,在此基础上,提出了一个综合的火山岩裂缝性底水油藏油、气、水三相渗流数学模型和数值模型,并研制开发了应用模拟软件,由此形成了一套完善的火山岩裂缝性油藏开发预测的理论和方法,这不仅对确定该类油藏的开发方式和最终采收率具有重要的意义,而且对国内同类油藏的开发也具有重要的指导意义。 通过深入细致的研究,本文取得的主要成果有: 一、以室内岩芯驱替和物理模拟实验研究为手段,取石西石炭系火山岩油藏岩样,对火山岩裂缝性油藏渗流机理进行了深入的研究,加深了对火山岩裂缝性油藏渗流规律的认识。 二、在借鉴国内外公开发表的文献资料的基础上,对现有的单个基质 岩块中流体驱替过程的动力学模型进行了改进和完善,并采用工程方法, 进一步综合分析了裂缝与岩块间三相驱替机理以及驱替过程中的各种影响 因素,如岩块的几何尺寸大小、毛管压力曲线、相渗曲线、润湿性及润湿 性先后、饱和度大小及饱和度历史、驱替方式等对岩块采出程度大小的影 响,研究了岩块渗吸采收率与时间的关系等,进一步完善和发展了火山岩 裂缝性油藏渗流理论。 三、应用工程方法及油井实际生产动态对裂缝性底水油藏渗吸作用下 的不稳定锥进过程的机理进行了研究,并研究了底水油藏中不同井型临界 产量、见水时间的确定方法以及直井射孔位置、水平井位置等对临界产量 的影响等,完善和发展了裂缝性底水油藏底水锥进规律,为底水油藏治水、 防水,压锥、防锥提供了重要的理论指导。 四、在阅读和总结国内外大量文献的基础上,借鉴国、内外裂缝性油 藏驱替研究的先进经验和成果,结合本文室内实验、工程方法等对渗流机 理的研究成果,在充分考虑流体在多孔介质中流动时重力、毛管力、相态 变化等因素的基础上,吸收了乙.K.THOMAS等人的双孔单渗模型的基本思想 和理论渗流问题研究思路,首次建立了一个新型的、完整的、系统的全隐 式三维三相火山岩裂缝性油藏油、气、水三相驱替渗流数学模型(包括单 块三相驱替渗流数学模型)。在三维三相模型中采用了多种方法处理裂缝与 岩块间的渗吸及驱替过程,包括整个裂缝性油藏中的裂缝岩块单块模型处 理。 五、采用有限差分方法建立了全隐式三维三相火山岩裂缝性油藏油、 气、水三相驱替数值模型。并且,基于现代软件设计的基本思想,改进和 完善、开发出既可进一步用于火山岩裂缝性渗流机理,又可用于油田规模 模拟的裂缝性三维三相全隐式模拟器uIFnyS七IGM)(含单块三相全隐式 模拟器),并利用SPE考题公布结果验证了本模型的可靠性。 六、成功地运用开发的全隐式三维三相火山岩裂缝性油藏模拟模型 (FIFHW-SIGM),对火山岩裂缝性油藏裂缝与岩块间渗吸驱替机理进行了 进一步深入的研究,并且对实际的石西石炭系油藏也进行了模拟研究。对 机理的模拟研究进一步完善了三相驱替规律,进一步验证了模型的正确性 和可靠性;对实际油藏的模拟获得了有意义的研究结果,为火山岩裂缝性 2 油藏开发对策提供了依据。 七、鉴于室内实验能研究裂缝性油藏的复杂渗流规律,并能够提供宏 观数值模拟所需的流动参数;而工程方法能够多角度、多因素的全面分析 和研究各种复杂条件下的渗吸驱替规律,能够进一步充实和完善渗流理论; 油藏数值模拟能够充分运用室内实验和工程方法的研究成果建立数学模 型,并且能够很好地预测裂缝性底水油藏开发动态,并能更好地深入研究 。裂缝性底水油藏渗流规律,综合多学科方法技术将三者有机地结合在一起, 从微观到宏观,从实验到理论,创造性地建立了系统的火山岩裂缝性底水 油藏开发预测的理论研究方法,为有效地进行火山岩裂缝


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