孙卫涛,熊繁升,曹 宏,杨志芳,卢明辉

(1.清华大学航天航空学院,北京100084;2.清华大学周培源应用数学研究中心,北京100084;3.中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院,北京100083)

我国油气资源总量相对不足、分布不均匀、成藏条件复杂。成熟油田二次开采和非常规储层勘探开发支撑着我国油气总量的持续增长,提高致密储层(油水混合、低孔低渗)油气采收率是挖掘我国油气资源潜力需要解决的关键问题之一。

致密储层开采面临的最大问题是如何通过大型水力压裂技术实现经济产量,导致该问题的直接原因是储层油气流动性差,根本原因在于压力作用下孔隙/裂缝中流体流动机理尚不清楚。一般认为,致密气藏基质渗透率小于0.1mD(1mD≈0.987×10-3μm2),基质孔隙度小于10%[1-2],致密气砂岩的孔喉大小为0.03～2.00mm[3],致密油藏的孔喉直径通常小于1μm[2]。实验观测和利用数字岩心技术得到的研究成果表明,致密储层岩石孔隙/裂缝达到微纳米尺度,并形成复杂网络结构。当有机物分子大小与孔隙尺寸相当时,流体流动性依赖于孔隙空间大小和形状。此外,粘稠原油、油水混合物等复杂流体的渗透率还与流体流变学特征相关[4]。传统孔隙介质模型基于球形孔或者单根毛细管假设,无法描述致密储层孔隙-裂缝网络的拓扑连通结构,也不能用于解释流体流动的非线性现象。

提高储层采收率技术的理论基础是孔隙介质力学,其核心为孔隙/裂缝结构的渗透率模型。传统孔隙介质流体流动模型主要包括单毛细管模型、毛细管束模型和毛细管网络模型。……