低渗透油藏在我国各大油田中分布广泛，地质储量巨大。常规开采方法长期注水后，油井含水率上升、水窜、水淹现象严重，最终导致大量残余油难以动用的工程问题。渗吸采油是低渗透裂缝性油藏提高采收率的重要技术手段之一。本研究以缝控基质单元为对象，跨尺度研究渗吸过程中油水运移机理及影响因素，使得研究更加符合工程实际，研究成果不仅丰富了渗吸理论、提高了低渗透裂缝性油藏渗吸采收率，而且为从事油气藏开发的研究人员提供了重要的理论支撑和参考价值。
本书采用实验研究、理论分析以及数值模拟相结合的方法，以分形理论、渗流力学、图像分析技术、计算机科学等多学科交叉为基础，围绕缝控基质单元渗吸过程中贾敏效应的影响、微观水相赋存状态以及分布演化规律、孔径分布、复杂混合润湿性对渗吸采油的影响、质量传输方程改进以及不同尺度下多参数对渗吸采油影响规律等问题，开展了缝控基质单元不同尺度模型重建、渗吸机理以及影响因素研究。
低渗透油藏在我国各大油田中分布广泛，地质储量巨大。常规开采方法长期注水后，油井含水率上升、水窜、水淹现象严重，最终导致大量残余油难以动用的工程问题。渗吸采油是低渗透裂缝性油藏提高采收率的重要技术手段之一。本研究以缝控基质单元为对象，跨尺度研究渗吸过程中油水运移机理及影响因素，使得研究更加符合工程实际，研究成果不仅丰富了渗吸理论、提高了低渗透裂缝性油藏渗吸采收率，而且为从事油气藏开发的研究人员提供了重要的理论支撑和参考价值。
本书采用实验研究、理论分析以及数值模拟相结合的方法，以分形理论、渗流力学、图像分析技术、计算机科学等多学科交叉为基础，围绕缝控基质单元渗吸过程中贾敏效应的影响、微观水相赋存状态以及分布演化规律、孔径分布、复杂混合润湿性对渗吸采油的影响、质量传输方程改进以及不同尺度下多参数对渗吸采油影响规律等问题，开展了缝控基质单元不同尺度模型重建、渗吸机理以及影响因素研究。
从跨尺度的角度出发，研究缝控基质单元(fracturecontrolled matrix unit,FCMU)模型构建方法、渗吸机理与影响因素，不仅可以为直观描述和定量分析低渗透裂缝性油藏渗吸采油过程中孔隙结构及复杂润湿性对基质裂缝渗流机理的影响提供新的理论支撑，对油藏的二次开发和提高最终采收率也具有重要的理论意义和参考价值。
本书主要研究工作及认识如下。
(1) 利用自发渗吸实验装置、微计算机断层扫描(computed tomography,CT)设备以及核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)分析系统，开展了微观自发渗吸微CT成像NMR综合实验，形成了微观自发渗吸可视化、定量化实验方法，为分析渗吸微观机理、理论模型验证以及数值模拟提供可靠的数据支撑。
(2) 以岩心三维重构图像为基础，可视化、定量化地研究了孔隙尺度下缝控基质单元微观渗吸机理。基于分形几何理论，考虑孔隙表面粗糙度以及束缚水对孔径的影响，改进了缝控基质单元质量传输模型。利用微CT图像获取相关参数，验证了修正后模型的正确性。
(3) 基于改进的缝控基质单元质量传输模型，考虑孔隙表面粗糙度以及束缚水膜厚度的影响，定量分析了不同表面分形维数Ds、孔隙压力p、孔隙分形维数Dλ、裂缝中水力压力ph以及毛细管迂曲度对渗吸累积产油量的影响。
(4) 结合激光雕刻技术与3D打印材料，提出了一种新的、低损伤的岩心重构方法，实现了缝控基质单元再现。基于Python语言编程技术，提出了不规则多边形不重叠随机填充的缝控基质单元基质系统表征方法，建立了缝控基质单元基质与孔隙模型，形成接近真实岩心的孔隙结构，最终建立二维缝控基质单元岩心尺度数值模型。基于相场理论，利用COMSOL Multiphysics软件开展不同油相黏度、不同润湿性、不同入口流速、不同孔隙分形维数和毛细管迂曲度下的油水两相渗吸数值模拟研究。
(5) 基于单裂缝缝控基质单元模型，采用吞吐采油方法，在宏观尺度上开展渗吸采油数值模拟研究，确定裂缝性油藏采油中后期渗吸采油是提高采收率的主要方式，裂缝中的水被毛管力吸收到基质中，油被替换，渗吸采油可以使采收率提高5%。在油藏尺度上，明确了渗吸采油对低渗透油藏开采的重要性。
本书主要依托国家自然科学基金青年科学基金项目低渗油藏缝控基质单元缝网模型尺度升级方法及渗吸机理研究(No.52304029)、十三五国家科技重大专项缝控基质单元模型构建与数值模拟技术研究(No.2017ZX05013006002)开展研究。
刘强
2025年1月1日
第1章绪论
1.1低渗透裂缝性油藏开采面临的问题与对策
1.2渗吸开采低渗透裂缝性油藏研究现状
1.2.1低渗透裂缝性油藏开发研究现状
1.2.2渗吸采油研究现状
1.3本书的主要技术和方法
1.3.1主要研究内容
1.3.2研究技术路线
1.4本书的主要工作与创新点
第2章基于实验的孔隙尺度下渗吸微观机理
2.1实验原理及设备
2.1.1微观自发渗吸实验
2.1.2微CT成像技术
2.1.3核磁共振技术
2.2微观自发渗吸-微CT成像-NMR综合实验
2.2.1研究区块地质特征
2.2.2实验准备
2.2.3实验步骤
2.3实验数据与图像处理
2.3.1核磁共振T2谱与岩石润湿性
2.3.2渗吸采收率
2.3.3微CT图像处理
2.4微观机理研究的定量分析方法
2.5基于微CT图像的缝控基质单元微观渗吸机理
2.5.1贾敏效应的影响
2.5.2渗吸后微观水相赋存状态
2.5.3孔径分布的影响
2.5.4复杂混合润湿性的影响
2.6本章小结
第3章缝控基质单元质量传输模型及微观影响因素研究
3.1分形几何理论
3.2缝控基质单元分形孔隙度和渗透率模型
3.2.1基质中的分形孔隙度模型
3.2.2基质中的分形渗透率模型
3.3缝控基质单元分形质量传输与裂缝控制模型
3.3.1基质中的质量传输模型
3.3.2缝控基质单元裂缝控制模型
3.4孔隙相关参数获取与模型验证
3.4.1利用微CT图像获取孔径参数
3.4.2利用微CT图像获取分形参数
3.4.3有效孔隙度模型验证
3.4.4渗透率模型验证
3.4.5质量传输模型验证
3.4.6裂缝控制范围模型验证
3.5基于分形理论的缝控基质单元微观渗吸机理
3.5.1表面分形维数的影响
3.5.2孔隙压力的影响
3.5.3孔隙分形维数的影响
3.5.4裂缝中水力压力的影响
3.5.5毛细管迂曲度的影响
3.6本章小结
第4章缝控基质单元岩心尺度模型构建
4.1缝控基质单元
4.2缝控基质单元结构
4.2.1裂缝系统
4.2.2基质系统
4.3缝控基质单元物理模型构建
4.3.1实验准备
4.3.2缝控基质单元岩心重构
4.3.3渗透率数值模拟
4.3.4缝控基质单元物理模型分析
4.4缝控基质单元数值模型构建
4.4.1基质模型孔隙结构表征
4.4.2裂缝模型形态表征
4.4.3缝控基质单元模型网格划分
4.4.4流体模型构建
4.5本章小结
第5章缝控基质单元岩心尺度渗吸数值模拟
5.1相场理论
5.1.1理论基础
5.1.2相场理论在渗吸研究中的应用
5.2岩心尺度渗吸采收率影响因素分析
5.2.1缝控基质单元油水分布
5.2.2贾敏效应的影响
5.2.3非润湿相(油)黏度的影响
5.2.4润湿性的影响
5.2.5入口流速的影响
5.2.6孔隙分形维数与毛细管迂曲度的影响
5.3本章小结
第6章油藏尺度单裂缝渗吸采收率影响因素分析
6.1单裂缝模型油藏尺度数值表征
6.2数值模拟产油量
6.3数值模拟裂缝含油饱和度
6.4本章小结
第7章结论与展望
7.1结论
7.2展望
参考文献
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