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低渗透油田作为一种非常规油田，必需借助大型增产措施和特殊开采工艺或先进技术才能实现经济开采。低渗透油田开发一直是国内、外不断探索研究的问题，随着中、高渗透油田的持续开采，低渗透油田原油储量在我国石油总资源量中所占的比例预计可达到50％以上，将成为我国石油开采的重点。研究这类非常规低渗透储层的微观孔隙结构特征及渗流规律，对发展低渗透油田渗流理论、指导同类油田高效开发，提高最终采收率具有重要的理论意义和实际应刚价值。
鄂尔多斯盆地是我国最大的油气等多种能源盆地，其中的油气资源涉及到北京、上海、天津、西安等重要城市的国济民生等重大问题。由于岩石物性差造成油气藏“低孔、低渗、低产”的局面；储层非均质性强造成相同的相带内储层物性差距悬殊；由于低孔、低渗造成油层伤害问题尤为突出，使鄂尔多斯盆地内出现“井井有油，井井不流”的状况，剩余油的挖潜更加困难。注水开发中所表现出的矛盾也极为突出，注水井注水压力上升快，生产井压力和产量下降快，造成“注不进，采不出”的后果。本论文正是针对鄂尔多斯盆地油气藏开发面临的这些特点和问题进行选题，以低孔、低渗储层的微观结构研究为核心，从两个方面探讨影响低渗油气藏开采效果差的原因：
①低孔、低渗储层的微观结构研究：从宏观、微观、理论、实验等多方面系统开展低孔、低渗储层的微观孔隙结构研究，建立定量数学模型正确描述三维孔隙结构；
②低孔、低渗储层的提高采收率对策与方法研究：开展室内物理模拟水驱油实验，深入探讨低渗透油田的渗流规律，以及提高低渗透油田采收率的技术对策。
其中主要取得如下研究成果与认识：
1.孔隙结构是控制油气在储油气岩石中渗流特性的关键因素：孔隙结构是控制油气在储油气岩石中渗流的主要冈素，影响低渗透储层油气渗流的不是孔隙度、渗透率，而是孔隙结构，正确认识储层孔隙结构是研究储油气岩石渗流规律的基础。本文从微观、宏观两方面研究储层孔隙结构，采取压汞法、数字图象处理法和微观网络模拟法定性、定量描述张天渠油田的微观孔隙结构特征。认为长2储层毛管压力曲线呈粗歪度，分选较好，排驱压力高，中值压力高，孔喉半径小，孔喉比大，孔喉连通性较差，配位数低，孔喉分布不均匀，主要流动孔喉体积小，最小非饱和孔隙体积大，退汞效率低。孔隙直径分布在0.01～0.64mm之间，平均孔径0.11mm，为粗孔径储层。孔隙结构均质系数α小于0.3，孔喉半径相对分选系数CCR大于1.0，儿何因子G为0.89，属Ⅲ类低渗透孔隙结构油田。在此基础上，结合铸体薄片二维特征，建立三维空间上的数字图片库，用数学方法建立微观孔隙结构三维立体模型。把三维空间中各孔隙的体积，孔隙与孔隙、孔隙与岩石颗粒之间的连接关系、喉道的粗细、岩石颗粒的大小及在三维空间的展布实现三维可视化，并对任意切面上的若干参数进行定量计算。
2.建立了鄂尔多斯盆地张天渠油田长2低孔、低渗储层的地质模型：用Petrel储层建模软件建立张天渠油田长2储层孔隙度、渗透率模型，并对渗透率非均质参数进行了计算，其非均质系数大于3.0，变异系数大于1.0，级差784，层内非均质性严重。储层岩石平均孔隙度13.24％，平均渗透率8.57×103μm2，比表面积较高，为904.5 cm2.cm3，宏观孔隙结构复杂，属低孔隙度、低渗透率储层。
研究流体渗流的三大控制因素和低渗透油层油水两相渗流特征发现，张天渠低渗透油田存在启动压力梯度。物理模拟实验表明：低渗透油田在低速渗流段不遵守达西定律，呈现非线性渗流规律，曲线凸向压力梯度轴，较高渗流速度段呈线性规律。
3.首次用真实砂岩模型对张大渠油田长2油层进行水驱油流动实验：为验证前述理论与模型分析的成果，以张天渠油田长2油层用真实砂岩为样本模型进行水驱油流动实验。水驱油实验验证低渗透油田驱油效率与模型的渗透率、孔隙度呈线性关系。在相同的实验条件下，模型渗透率和孔隙度越高，则驱油效率也高。随着水驱油的入口压力增加，水驱油的微观绕流加重，簇状油块聚集增多，驱油效率降低，这也是导致同类低渗透油田最终采收率低的主要原因。张天渠低渗透油田长2油层水驱油效果的好坏与油层孔隙结构的非均质性、驱替压力、驱替时间有直接关系，油井压裂缝、注水诱导缝和天然闭合缝这三种后期改造而成的裂缝对驱油效率也有影响。水驱油实验表明：水驱油方式主要有活塞式和非活塞式两种，非活塞式驱油、绕流、卡断是张天渠油田长2油层残余油形成的主要原因。从CT扫描实验结果来看，低渗透油层并非都是非活塞式驱油，至少在驱替初期是近似活塞式的，但张天渠油田长2油层是以非活塞式驱油为主。
研究的创新之处在于：
1.利用显微成像与图形分析，建立低孔、低渗储层微观孔隙结构三维立体模型。
在正确描述储层宏观、微观孔隙结构的基础上，结合铸体薄片二维特征，建立三维空间上的数字图片库，用数学方法建立微观孔隙结构三维立体模型。把三维空间中各孔隙的体积、孔隙与孔隙、孔隙与岩石颗粒之间的连接关系、喉道的粗细、岩石颗粒的大小及在三维空间的展布实现三维可视化，并对任意切面上的若干参数和整个三维实体的若干参数进行定量计算。
2.首次利用张天渠油田长2油层的低孔、低渗储层真实砂岩模型进行水驱油流动实验。
为真止反映低孔、低渗储层的渗流特征，研究低孔、低渗储层的开发技术与方案，首次用真实砂岩模型进行水驱油流动实验，半定量地研究入口压力与模型渗透率、孔隙度与驱油效率之间的关系。张天渠油田长2油层随着水驱油的入口压力增加，水驱油的微观绕流加重，簇状油块聚集增多，驱油效率降低。