裂缝性低渗储层应力敏感性的尺度模型

裂缝性低渗透油藏单井渗流数学模型冯金德;程林松;李春兰;高庆贤【摘要】利用平行板理论和张量理论,建立了裂缝性低渗透储集层的各向异性等效连续介质模型和考虑启动压力梯度的单井渗流模型.研究了天然裂缝表征参数对储集层渗透率和压力分布的影响.结果表明,天然裂缝的开度和密度对储集层平均渗透率和各向异性程度影响较大;压力分布及压力波及范围与裂缝发育方向有关;平行裂缝方向与垂直裂缝方向的流动存在干扰,裂缝越发育,垂直方向的波及范围越小;认清裂缝方向,采取合理的注采井网和井距排距是提高裂缝性低渗透油藏波及效率和开发效果的关键.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2007(028)001【总页数】4页(P78-81)【关键词】裂缝;低渗透油气藏;渗流;模型【作者】冯金德;程林松;李春兰;高庆贤【作者单位】中国石油大学,北京,102249;中国石油大学,北京,102249;中国石油大学,北京,102249;中国石油,吐哈油田分公司,吐鲁番采油厂,新疆,鄯善,838202【正文语种】中文【中图分类】TE312由于实际裂缝储集层中裂缝的分布极为复杂，要建立裂缝性低渗透油藏的数学模型，必须对裂缝系统进行简化，建立简化模型。

裂缝储集层的简化模型主要有Kazemi模型[1]，War-ren-Root模型[2]，De Swaan模型[3]等。

这些模型都是针对裂缝发育并且相互连通的碳酸盐岩储集层的，不适合平面上方向性强、以高角度裂缝为主、连通性差的低渗透砂岩储集层。

本文以平行板理论[4]为基础，利用渗透率张量理论，建立了裂缝性低渗透油藏的等效连续介质模型[5-7]，将裂缝性低渗透储集层模拟为具有对称渗透率张量的各向异性等效连续介质，然后利用各向异性连续介质理论对其进行分析。

模型中考虑储集层基质的各向异性。

另外，低渗透油藏存在启动压力梯度，流体在地层中渗流不再遵循达西定律[8]，因此，在模型中也考虑了启动压力梯度。

假设：储集层中的任一模拟区域，裂缝间相互平行，方向一致，且都为垂直裂缝，模拟区域长度为l，宽度为b，高度为h，裂缝渗透率为Kf，裂缝开度为bf，基质渗透率为Km，缝间基质宽度为bm，裂缝的线密度为DL.考虑储集层基质的各向异性，基质x方向渗透率为Kmx，基质y方向渗透率为Kmy，基质z方向渗透率为Kmx.在简化模型中，直角坐标的x轴与裂缝水平方向平行，y轴与裂缝垂直，z 轴与裂缝纵向平行。

第五章储层裂缝裂缝是油气储层特别是裂缝性储层的重要储集空间，更是良好的渗流通道。

世界上许多大型、特大型油气田的储集层即为裂缝性储层。

作为一种特殊的孔隙类型，裂缝的分布及其孔渗特征具有其独有的复杂性，它不象正常孔隙那样通过沉积相、成岩作用及岩心分析能够较为容易地预测和评价。

由于裂缝的存在对油气储层的勘探和开发会导致很大的影响，因而对油气储层中裂缝的研究就显得十分重要。

本章主要介绍裂缝系统的成因、裂缝的基本参数、孔渗性以及裂缝的探测和预测方法。

第一节裂缝的成因类型及分布规律所谓裂缝，是指岩石发生破裂作用而形成的不连续面。

显然，裂缝是岩石受力而发生破裂作用的结果。

本节分别从力学和地质方面简要介绍裂缝的成因分类及分布规律。

一、裂缝的力学成因类型在地质条件下，岩石处于上覆地层压力、构造应力、围岩压力及流体(孔隙)压力等作用力构成的复杂应力状态中。

在三维空间中，应力状态可用三个相互正交的法向变量(即主应力)来表示，以分量σ1、σ2、和σ3别代表最大主应力、中间主应力和最小主应力(图5-1)。

在实验室破裂试验中，可以观察到与三个主应力方向密切相关的三种裂缝类型，即剪裂缝、张裂缝(包括扩张裂缝和拉张裂缝)及张剪缝。

岩石中所有裂缝必然与这些基本类型中的一类相符合。

图5-1 实验室破裂实验中三个主应力方向及潜在破裂面的示意图图中A示扩张裂缝，B、C表示剪裂缝1.剪裂缝剪裂缝是由剪切应力作用形成的。

剪裂缝方向与最大主应力(σ1)方向以某一锐角相交(一般为30°)，而与最小主应力方向(σ3)以某一钝角相交。

在任何的实验室破裂实验中，都可以发育两个方向的剪切应力(两者一般相交60°)，它们分别位于最大主应力两侧并以锐角相交(图5-1)。

当剪切应力超过某一临界值时，便产生了剪切破裂，形成剪裂缝。

根据库伦破裂准则，临界剪应力与材料本身的粘结强度(τo)及作用于该剪切平面的正应力(σn)和材料的内摩擦系数(μ)有关，即，τ临界＝τo＋μσn剪裂缝的破裂面与σ1－σ2面呈锐角相交，裂缝两侧岩层的位移方向与破裂面平行，而且裂缝面上具有“擦痕”等特征。

页岩储层多尺度渗流实验及数学模型研究刘华;王卫红;陈明君;刘启国;胡小虎【摘要】页岩储层中存在纳米孔隙、微米孔隙、微裂隙和裂缝等多尺度孔隙结构.为了认识页岩储层的多尺度渗流规律,采集涪陵龙马溪组页岩岩样,利用改进的实验装置,开展了吸附/解吸、应力敏感和扩散等实验.实验结果表明:吸附/解吸基本符合兰格缪尔方程;渗透率与有效应力符合指数函数关系;扩散系数随温度的升高而增大,符合Fick扩散定律.基于渗流力学理论分析了页岩储层的多尺度渗流机理,认为页岩气在基质中的流动包括由压力差所引起的渗流、浓度差引起的扩散以及由于压力降低而引起的页岩气解吸,裂缝中的流动为压力差引起的渗流.基于实验及理论分析,建立了页岩储层多尺度综合渗流数学模型,为页岩气井渗流规律研究、产能评价及生产动态分析奠定基础.【期刊名称】《西安石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】6页(P66-71)【关键词】页岩储层;渗流规律;多尺度孔隙结构;岩页气渗流数学模型;解吸;扩散【作者】刘华;王卫红;陈明君;刘启国;胡小虎【作者单位】页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083;西南石油大学,四川成都610500;西南石油大学,四川成都610500;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100083;中国石化石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE312引言我国页岩气资源十分丰富[1-3]。

据国土资源部《2012中国矿产资源报告》显示，我国页岩气地质资源潜力为134×1012 m3，可采资源潜力为25×1012 m3。

页岩气藏不同于常规气藏[2-5]：基质赋存方式独特，自由气和吸附气共存；页岩孔隙结构复杂，存在纳米孔、微米孔、微裂隙、裂缝等，页岩储层致密，孔喉细小，基质渗透率通常小于0.001×10-3μm2，渗流不符合达西定律。

0引言地层介质中，孔隙作为一种储存空间，是油气资源运移或者扩散的重要通道，控制油气资源的产能。

深部介质受到上覆介质的压力，水平或者接近水平的裂隙空间被压实，高角度或者垂直的裂隙空间得到保留，HTI 模型是与高角度裂隙特别是垂直裂隙相适应的等效地质模型。

含裂隙岩石模型的发展大致经历了建立含裂隙储层模型、建立含裂隙储层模型的理论基础、含裂隙储层数值模拟3个阶段。

第一阶段，韩媛媛[1]对Eshelby 等效介质模型进行了综合论述和模型建立（如图1所示）。

图1 Eshelby等效介质模型第二阶段，在各向同性介质的背景下，加入单一结构裂隙（如定向排列的垂直或平行裂隙）和多元结构裂隙（如同时存在多个单一结构的裂隙系统），但各向同性的背景在实际地质应用中不占优势，对各向异性背景的研究更有价值[2]。

第三阶段，用数值模拟方法研究各种含裂隙模型的响应特征和适用范围[3]，常见的数值模拟方法有波动方程法和有限差分法[4]。

熊晓军等[5]用三维波动方程对缝洞地质模型进行了数值模拟。

本文采用波动方程方法对Hudson 模型和Cheng 模型进行数值模拟，比较、分析模型的优、缺点及适用范围，为研究含裂隙储层AVO 响应特征提供模型参考。

1裂隙储层等效模型分析1.1Hudson 模型Hudson [6-7]用椭球状裂隙近似模拟岩石介质中的扁平状裂隙，发展了含裂隙介质中的弹性波场理论。

Hudson 模型的假设有4点。

第一，弹性波的波长远大于定向排列的裂隙尺度。

第二，裂隙分布稀疏、均匀，裂隙所占比重小。

第三，裂隙分布不连续，每一个椭球状的裂隙彼此独立。

第四，裂隙厚度超过裂隙长度。

对于具有三轴对称的横向各向同性材料，弹性刚度张量由c 11、c 13、c 33、c 44、c 66 5个独立的弹性常数表示：=66444433131313111213121100000000000000000000000c c c c c c c c cc c c c（1）其中，c 12=c 11-2c 66。

基于流管模型的裂缝性低渗透油藏井间示踪剂解释模型陈冠中;林春阳;姜瑞忠;张伟;李强;李广【摘要】Due to the strong heterogeneity,the tracer production curve of fractured reservoirs low-permeability has multiple peaks,which is different from that of conventional reservoir.So,it cannot accurately describe the information of fractures.Therefore,it is urgently to establish a tracer interpretation model for fractured reservoirs.In this paper,the fracture system of reservoir is considered to be composed of many fracture belts,and the fracture belt is equivalent to the stream tube.Based on above assumptions,the physical model of inter-well tracer flow is established.Moreover,a mathematical model of the tracer concentration distribution along the stream tube is built according to the one-dimensional convection-diffusion equation.After the concentration of each fracture belt is superimposed in the production layer, the tracer concentration production expression is obtained.Sensitivity analysis show s that as the number of equivalent stream tubes increases, the peak value of the concentration production curve decreases;as the length of flow tubes increases,the tracer breakthrough time increases,and the peak concentration decreases;as the permeability and pressure difference between injection and production well increase,the breakthrough time decreases,and the bandwidth of concentration production curve increases.T he field application show s that the results of this model are close to the numerical simulation interpretation result,which validates therationality of the model.%裂缝性低渗透油藏的示踪剂产出曲线与常规储层不同,存在多个峰值,需要建立针对裂缝性油藏的示踪剂解释模型.将该类储层中的裂缝系统考虑为多条裂缝条带,并将裂缝条带等效为流管束,建立示踪剂在井间流动的物理模型.基于一维对流扩散方程,沿着流管建立了示踪剂浓度分布数学模型,在生产层将各裂缝条带的浓度叠加后,得到示踪剂浓度产出表达式.敏感性分析表明,随着裂缝条带等效流管数增加,浓度产出曲线峰值下降;随着流管长度增加,生产井见剂时间增长,且峰值浓度降低;随着渗透率和注采压差增大,生产井见剂时间减小,浓度产出曲线带宽增加.现场应用表明,该模型的解释结果与数值模拟解释结果相近,验证了模型的合理性.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2018(042)002【总页数】5页(P200-204)【关键词】井间示踪测试;裂缝性低渗透油藏;流管模型;裂缝条带;参数解释模型【作者】陈冠中;林春阳;姜瑞忠;张伟;李强;李广【作者单位】海洋石油高效开发国家重点实验室,北京100028;中海油研究总院,北京100028;海洋石油高效开发国家重点实验室,北京100028;中海油研究总院,北京100028;中国石油大学(华东),山东青岛266580;中国石油大学(华东),山东青岛266580;海洋石油高效开发国家重点实验室,北京100028;中海油研究总院,北京100028;中国石油大学(华东),山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】P631.840 引言中国大多数油田采用注水开发方式,目前已进入高含水开采阶段,平均综合含水超过80%[1-2]。

第３７卷　第２期２０１５年３月地球科学与环境学报Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＶｏｌ．３７　Ｎｏ．２Ｍａｒ．２０１５收稿日期：２０１４－１１－２５基金项目：国家科技重大专项项目（２０１１ＺＸ０５０１５－００２，２０１１ＺＸ０５０４６－００３）作者简介：王　珂（１９８７－），男，山东郓城人，工程师，理学博士，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｋ＿ｈｚ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ。

文章编号：１６７２－６５６１（２０１５）０２－００４４－１５低渗透储层裂缝研究进展王　珂１，张荣虎１，戴俊生２，郇志鹏３，田福春４（１．中国石油杭州地质研究院，浙江杭州　３１００２３；２．中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛　２６６５８０；３．中国石油塔里木油田公司塔北勘探开发项目经理部，新疆库尔勒　８４１０００；４．中国石油大港油田公司石油工程研究院，天津　３００２８０）摘　要：储层裂缝对改善致密砂岩和碳酸盐岩等低渗透储层以及致密砾岩、火成岩、泥页岩等非常规低渗透储层的物性具有重要作用。

通过总结近年来储层裂缝的相关研究进展，对储层裂缝的多种识别和预测方法进行了分析，并讨论了储层裂缝研究的几个关键问题。

结果表明：储层裂缝的识别技术是点（岩芯、薄片）、线（测井）、面（相似地表露头区）、体（地震资料）和时间（生产动态资料）组成的多维综合体系；储层裂缝的定性预测主要是根据裂缝与构造部位和岩性之间的关系进行，定量预测方法包括井间直接插值法、曲率法、能量法与岩石破裂法（二元法）、地震法、分形分维法、构造应力场数值模拟法和多参数判据法等，每种预测方法各有其优势与不足，因此，需要综合多种方法才能实现储层裂缝的有效预测；储层裂缝研究的关键问题包括裂缝分布预测与精细表征、裂缝动态参数和裂缝三维地质建模等方面。

最后，在油气田勘探开发中进行储层裂缝预测及建模等工作时，应以明确储层裂缝的成因、演化及主控因素为基础。

低渗透岩石的应力敏感性与孔隙结构三维重构研究低渗透岩石的物理力学性质是地下工程及基础设施建设、煤炭与油气资源开采、水力水电开发、核废料处置及能源储备、CO2地质封存等领域的研究热点。

深入认识和理解低渗透岩石的物理力学性质是解决上述工程领域实际问题的核心与保障。

这些工程的建设与实施过程中,由于开挖扰动或者实际工况影响,低渗透岩石所处的应力环境不断变化。

低渗透岩石的物理力学响应随开采应力变化而不断演化。

例如,地下硐室开挖导致原岩应力释放,在采动应力和初始地应力的共同作用下岩石中的微裂纹发育,导致围岩的物理力学性质,特别是渗透率随采动过程不断变化;深部煤与瓦斯共采时,需要考虑开采引起的煤层渗透率的变化规律,以便实施有效的抽采工艺;核废物处置工程中,需要考虑核废物衰变释放的热量导致的周围岩层物理力学性质的改变;低渗油气藏开采时,测量岩石样品的渗透率需要恢复样品所在地层的原始应力状态才能获得较准确的储层渗透率表征;CO2地质封存中,研究盖层密封性时需要考虑CO2上浮带来的盖层有效应力的变化对盖层岩石渗透率等物理力学性质的影响。

因此,深入研究低渗透岩石物理力学性质随地层应力状态改变而变化的规律对于确定合理的工程建设设计与实施方案具有重要意义。

定量研究和表征低渗透岩石渗透性质随应力的变化特征及演化规律是本文研究的重点。

研究发现低渗岩石渗透率随有效应力的变化规律与常规岩石表现出了很大的不同。

在较小的有效应力范围内,随着有效应力的增长,低渗透岩石表现出孔隙率变化不大但渗透率大幅下降的现象。

渗透率甚至会下降几个数量级,国内学者将此现象称之为渗透率的压敏效应。

为了描述与揭示低渗岩石压敏效应,国内外学者在宏观实验数据拟合以及在微观模型基础上开展数值分析两方面分别开展了相关研究,取得了不少进展。

本文的研究在系统地收集了低渗岩石孔隙率和渗透率随有效应力变化的实验测量数据,并分析了当前学者用于描述低渗岩石孔隙率有效应力关系式和渗透率有效应力关系式后发现:这些关系式并不能准确描述整个应力范围内低渗岩石的孔隙率和渗透率的测量数据。