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低渗透砂岩油气藏在国内外分布很广,是我国目前和今后油气勘探的主要对象。由于低渗透砂岩独特的孔隙特征,油气的运移表现为非达西渗流,导致许多低渗透油气藏的形成和分布很难用基于达西定律的传统油气运移和聚集理论加以解释。
本文应用石油地质和渗流力学理论,通过地质、实验和数值模拟相结合的研究方法,以松辽盆地北部向斜区低渗透砂岩油藏为研究对象,从孔隙介质、流体性质、流体与孔隙介质相互作用和充注条件四方面,研究了成藏条件下低渗透砂岩中地层水和石油非达西运移特征、启动压力梯度及影响因素,探讨了非达西运移条件下,低渗透砂岩含饱和度增长情况及影响因素,研究结果表明:
(1)石油和地层水在低渗透砂岩中低速运移时,存在着启动压力梯度,呈非达西渗流特征。渗流曲线受孔隙介质、流体粘度、流体与孔隙介质相互作用和驱替压力共同影响。砂岩渗透率越低或石油粘度越大,渗流曲线越偏向压力梯度轴,非线性段延伸越长,曲率越小,线性段在压力梯度轴的截距也越大,不同压力梯度下表现出不同的流态。当视流度(K/μ)小于1.0时,非达西渗流曲线为上凹型;当视流度(K/μ)位于1.0~10.0之间时,非达西渗流曲线为变性达西型。依据低渗透砂岩石油运移不同流态时驱替压力梯度和视流度的关系,建立了低渗透砂岩石油运移渗流流态判定图版,并可以判断低渗透砂岩石油运移流态。
(2)低渗透砂岩含油饱和度的增长过程可划分为快速增长、缓慢增长和稳定三个阶段,最终含油饱和度通常在35%~60%之间,其大小与孔隙介质、石油粘度可成正相关亦可成负相关关系,与视流度和驱替压力梯度成较好的正相关关系。依据不同含油饱和度条件下压力梯度与视流度的关系,建立了低渗透砂岩含油饱和度判定图版,利用该图版可以对低渗透砂岩含油饱和度大小进行预测。
(3)异常流体压力是低渗透砂岩石油运移的主要动力,浮力所起的作用有限。在向斜低部位,油滴所受到的浮力小于毛细管阻力,油水不能重力分异,可形成油水倒置关系;随着油滴向上倾方向运移,喉道直径也逐渐增大,油滴所受浮力大于毛细管阻力时形成正常的油水关系。油滴运移存在启动压力梯度,渗流为非达西渗流,这加剧了低-超低渗透储层中石油的滞留效应,导致了石油在向斜区低渗-特低渗砂岩中滞留成藏。
(4)通过对实验条件下的低渗透砂岩石油运移流态和含油饱和度进行相似性处理,建立了松辽盆地北部向斜区地质条件下的低渗透砂岩石油运移流态和含油饱和度判定图版,并对该区低渗透砂岩石油运移流态和含油饱和度进行了预测。