202 / 2023-07-15 11:31:38

页岩油可动性控制因素及渗流模拟研究

页岩油；可动性；控制因素；渗流模拟

页岩油可动性事关我国丰富的页岩油资源能否动用，但页岩储层具有低孔低渗，非均质性强的特点，导致页岩油的渗流规律具有多样性，控制因素不清。因此，本次研究开展了页岩油渗流模拟、页岩油吸附、离心-核磁、全岩XRD和低温氮气吸附等实验，揭示了页岩油可动性的地质主控因素。并基于有效应力和边界层效应研究建立了页岩油微观渗流模型，进而通过耦合页岩微观参数与宏观物性参数，建立了页岩油宏观渗流模型。

页岩油渗流与页岩性质、页岩油性质、储层地质条件密切相关。纯矿物吸附实验表明粘土矿物相对脆性矿物具有高的比表面积和比孔容，且矿物吸附量随比表面积和比孔容的增加而增加，由此造成粘土矿物相对脆性矿物具有较高的页岩油吸附量。通过岩石三轴压缩及变形实验发现杨氏模量随硅质矿物含量增加而增加，随有机质含量增加而降低，且在镜下可见硅质颗粒聚集支撑作用使原生孔隙得到较好的保存。同时，在渗流实验中有效应力增加时，硅质矿物含量高的样品渗流能力变化较小，而硅质矿物含量低的样品渗流能力则显著降低。由此反映出硅质矿物具有较好的抗压性，使原生粒间孔隙得以保存，有利于页岩油渗流。围压升高，有效应力增加，页岩油渗流能力降低，但影响幅度逐渐降低。孔隙流体压力升高，有效应力减小，驱动压差增大，页岩油渗流能力增加。砂岩夹层流体压力低于相邻高含油页岩，压裂后可作为泄压区，增大渗流压力梯度。同时，夹层具有较好的压裂缝保持能力，是页岩油渗流的良好通道。除此之外，页岩油含量与性质也决定其可动性。页岩含油量较高时，页岩油具有较高的饱和烃含量和较低的极性组分（非烃和沥青质），增强了其可动性。随着地层深度的增加，地层温度升高，页岩油成熟度和分子活性增加，页岩油中胶质、沥青质含量降低，导致其黏度和密度降低，分子量减小，吸附性降低，提高了页岩油渗流能力。

基于有效应力和边界层效应研究，通过Kozeny-Carmen公式和泊肃叶方程建立了页岩油微观渗流模型，可以精确表征页岩油渗流过程，耦合页岩微观和宏观物性参数关系，进而建立了页岩油宏观渗流模型（见图1）。从微观渗流模型到宏观渗流模型，主要是对初始等效孔径r₀、孔喉压敏系数γ和边界层厚度H进行宏观物性参数耦合。r₀主要受长英质、钙质和黏土矿物影响，γ受控于矿物组成、TOC、温度和围压，对此本文采用了BP神经网络的方法来获取满足精度要求的r₀和γ。边界层厚度主要受温度影响，通过氮气吸附/解吸和热重法确定的页岩含油孔体积、比表面积，饱和-离心法确定的吸附油与游离油含量，利用液体状态方程确定边界层理论厚度，改变温度变量，可以测定不同温度下的边界层厚度（见图2）。由此实现了页岩油微观渗流模型到宏观渗流模型的转化，且与渗流实验结果的拟合精度超过了80%。