序言

2021, 43(5): 0-0.

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浅层页岩气井全生命周期地质工程一体化应用

梁兴, 单长安, 蒋佩, 张朝, 朱斗星

2021, 43(5): 1-18. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.15.01

摘要 ( 287 )

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昭通国家级示范区太阳山地浅层页岩气田作为中国首个工业开发的大型整装浅层页岩气田，目前已进入规模商业开发阶段，证实了盆地外强改造复杂构造区浅层页岩气仍具有较好的勘探开发前景，对中国页岩气的发展具有重要的启示意义。基于太阳山地浅层页岩气田地质工程一体化高效开发创新实践，系统梳理和总结了地质工程一体化的核心内涵，形成了适用于山地浅层页岩气高效勘探开发的地质工程一体化工作方法。勘探开发实践经验表明，基于地质工程一体化综合评价理念，通过一体化评价实施平台，一体化协同地对浅层页岩气井全生命周期进行质效把控，针对地质工程“4Q”品质，即：储层品质（RQ）、钻井品质（DQ）、完井品质（CQ）及开发品质（PQ）进行实时动态评估与生产制度优化调控，进而实现气井提质、工程提效、单井提产。

基于改进残差的神经网络方法预测页岩气甜点

惠钢, 陈胜男, 王海, 顾斐

2021, 43(5): 19-32. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.27.01

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北美页岩气革命取得的巨大成功对全球能源格局产生了深远的影响，并引起了工业及学术界的广泛关注。甜点预测是提高页岩气钻井成功率、保障压后产能的一项关键技术。目前传统方法预测页岩气甜点区存在误差较大的问题。以加拿大商业开发成功的页岩气产区Fox Creek地区为例，对控制该区页岩气甜点的地质及工程因素进行详细剖析，在此基础上，提出一种改进残差的神经网络方法来分析页岩气甜点主控因素，并建立甜点区预测模型。结果表明，影响研究区页岩气甜点区的主控因素为孔隙度、渗透率、泥质含量、埋深、地层压力、脆性指数和压裂施工参数（水平段长度、压裂段数、支撑剂注入质量和压裂液注入体积）。改进残差神经网络算法在测试及训练的产气量数据预测方面吻合度分别达到0.94和0.85，展现出很好的预测效果。基于改进残差神经网络的预测模型表明，西部和南部Duvernay边界处发育页岩甜点区，向东北部逐渐变差。该页岩气甜点预测模型为该地区页岩气的后续高效开发提供了可靠的基础。

吉木萨尔页岩油水平井开采实践

吴承美, 许长福, 陈依伟, 谭强, 徐田录

2021, 43(5): 33-41. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.01.21.01

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准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油矿场开发试验表明，纵向上不同地质甜点，平面上同一甜点层的不同区域水平井生产特征差异很大，水平井单井产能及EUR主控因素不清，给油藏开发方案编制、储层改造方式选择和效益评价带来了诸多困难。为此，通过地震、录井、分析化验一体化综合研究，明确了源储高频互层的地质特征，源储配置和保存条件是影响芦草沟组含油性的先天因素；利用特殊测井、微地震监测明确了水平段长度、复杂缝网是影响产能的重要因素；利用室内物模实验，结合油藏生产动态综合分析，初步确定了压裂后水平井合理的排采制度。研究认为，页岩油甜点体具有较强的非均质性，高优质甜点钻遇率和改造缝网复杂程度最大化是提高水平井产能必须追求的目标，合理的排采制度有利于充分发挥水平井的生产能力。

基于过程分析法的页岩原位含气性评价

李俊乾, 卢双舫, 李文镖, 蔡建超

2021, 43(5): 42-55. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.01.03

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为了确定页岩中总含气量、吸附气/游离气含量及其比例，建立了一种新的页岩原位含气性定量评价方法，即过程分析法。该方法将钻井取芯及现场解析全过程拆分为5个阶段，依次评价不同阶段气体（吸附气、游离气）逸散量。在获取钻井取芯、储层物性、吸附/扩散、气体特性及岩芯现场解析等数据之后，使用该方法可正演计算获得全过程的气体解析量，同时获得原位总含气量、吸附气/游离气含量及其比例等数据。应用该方法对焦石坝区块JY182-6井五峰组-龙马溪组海相页岩原位含气性进行了评价。过程分析法所得总含气量是USBM直接法结果的0.8~5.4倍（平均2.0倍）；两者之间的差值为-1.27~1.58 m³/t（平均0.39 m³/t），且随吸附气比例的增加而逐渐减小。吸附气含量及其比例主要受控于总有机碳含量（正相关），游离气含量受控于孔隙度（正相关）和含水饱和度（负相关），同时受黏土矿物含量的影响（弱正相关）。

基于气体扩散模型的页岩气体散失规律研究

田振华, 周尚文, 李俊乾, 蔡建超

2021, 43(5): 56-65. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.27.02

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针对不同页岩损失气量计算方法计算结果差异大的问题，分析了传统单孔扩散模型的特点及不足，建立了耦合更贴近实际的时变气体扩散系数和时变岩芯边界气体浓度的修正单孔扩散模型。研究表明，原始气体浓度、气体扩散系数、岩芯边界气体浓度和岩芯尺寸是影响页岩气体散失的关键参数。当气体扩散系数较大或损失时间过长时，USBM直线法对页岩损失气量的计算不够准确。与分段线性递减相比，岩芯边界气体浓度指数递减模式可能更贴近实际情况。岩芯边界气体浓度递减速率主要控制岩芯内气体扩散完成的总时长，而气体扩散系数变化速率主要影响气体扩散前期的特征。建立的修正单孔扩散模型可较好地从气体扩散角度揭示页岩的气体散失特征，但该模型仍需耦合气体在压差下的流动过程并基于实测数据优化其关键参数，进而提高页岩损失气量的计算精度。

页岩储层两相流体润湿滞后对流动阻力的影响

高艳玲, 吴克柳, 陈掌星, 田伟兵, 李靖

2021, 43(5): 66-72. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.15.05

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通过揭示两相流体润湿滞后对启动压力和流动阻力的影响机理，基于静态润湿滞后方程及动态接触角方程，分别建立了两相流动中气泡/液滴欲移动时的启动压力模型和运动后的流动阻力模型。基于前人实验数据，应用建立的模型，分别计算得到由润湿滞后引起的不同温度和压力下的启动压力，以及不同孔隙尺度、黏度和表面张力下的流动阻力。结果表明，在页岩纳米级孔隙中，由于孔喉细小，静态润湿滞后和动态润湿滞后引起的启动压力和流动阻力较大，均不可忽略；动态润湿滞后引起的流动阻力大于静态润湿滞后引起的启动压力，且随着流速增大，这种流动阻力也持续增大，但增速幅度逐渐降低。该研究为页岩储层两相流体启动压力和流动阻力的精确表征提供了数学模型，将为页岩气开发及页岩储层中CO₂地质埋存的准确数值模拟提供部分理论基础。

基于生成对抗网络的页岩三维数字岩芯构建

杨永飞, 刘夫贵, 姚军, 宋华军, 王民

2021, 43(5): 73-83. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.01.15.02

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页岩油气藏孔隙结构复杂，岩芯获取困难，准确表征页岩储层孔隙结构是研究页岩储层内流体渗流规律的关键。基于真实页岩岩芯的三维聚焦离子束扫描图像，对原始生成对抗网络模型的结构重新设计，同时，为了保证重建结果可以充分反映页岩岩芯的孔隙结构信息，增大了训练样本的尺寸，以此训练生成模型，进而生成页岩三维数字岩芯，对比分析了重建数字岩芯和原始岩芯的孔隙度，并基于重建数字岩芯提取了孔隙网络模型，分析了页岩孔隙结构性质。结果显示，重建岩芯的孔隙度、孔隙空间结构、连通性以及孔隙喉道的配位关系与原始岩芯具有很高的一致性，由此验证了生成模型可以实现三维页岩数字岩芯的构建。最后，构建了多个页岩数字岩芯，计算了多个孔隙结构参数的均值及变化区间，证明了生成的数字岩芯具有稳定的孔隙空间特征，训练好的生成模型具有良好的稳定性。

页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模拟技术

盛广龙, 黄罗义, 赵辉, 饶翔, 马嘉令

2021, 43(5): 84-96. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.28.04

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页岩气藏天然裂缝分布复杂，地层非均质性强，水平井压裂技术是开发的必要手段，建立页岩气藏压裂缝网扩展与流动一体化模拟方法对于制定生产方案及评价压裂措施具有重要的现实意义。采用基于闪电模拟的油藏压裂裂缝网络扩展计算方法来模拟页岩气藏多分支裂缝网络形态，在此基础上进一步运用嵌入式离散裂缝模型（EDFM）来定量表征页岩气藏有机质-无机质-裂缝网络之间的复杂流动机制，从而实现页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模拟。基于该方法建立了200 m×200 m的地质模型进行缝网形态模拟以及流动表征，通过缝网扩展模拟方法得到裂缝网络分布规律，在此基础上基于嵌入式离散裂缝模型进行流动模拟，得到模型生产200 d后的含气饱和度分布以及产气量分布曲线。同时，基于本文模型分析了压裂液注入压力、分形概率指数、压裂液黏度以及裂缝网格精细程度等参数对裂缝网络形态、含气饱和度分布以及页岩气产量的影响。研究表明，压裂液注入压力越高分形概率指数越小、压裂液黏度越小裂缝扩展范围越大、含气饱和度下降范围越大单井产量越高，裂缝模拟精度会显著影响产量误差。基于该页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模型可以大规模模拟页岩气藏缝网形态以及多重介质复杂流动，为评价页岩气藏压裂施工好坏以及产量预测提供了有效的帮助。

页岩油水平井产量变化定量表征模型

陈依伟, 周玉辉, 梁成钢, 徐田录, 何永清

2021, 43(5): 97-103. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.01.07

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页岩油水平井生产动态变化规律复杂，常规方法难以实现全生命周期的生产动态预测。为此，以吉木萨尔页岩油水平井为例，通过分析一口典型水平井自喷期生产动态曲线，将生产过程划分为焖井阶段、快速上产阶段、产量快速递减阶段和低产稳产阶段等4个阶段，并以此为基础，引入见油时刻、峰值产油量、峰值时间及平均递减率4个特征参数，推导建立页岩油水平井定量化表征模型，结合SPSA算法，实现全生命周期生产动态曲线的拟合、预测与参数解释反演。研究结果表明，峰值产油量和平均递减率对生产动态曲线影响较大，而见油时刻和峰值时间影响较小。运用提出的定量化表征模型及曲线拟合优化算法，进行了实例应用，证明了模型的适用性，也表明该模型可作为一种切实可靠的方法为现场提供页岩油水平井生产动态预测。

Bakken油藏注气方式的模拟与预测

邓笑函, 陈恬, 赵嘉, 贾钠

2021, 43(5): 104-112. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.14.01

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Bakken储层是一种极致密油藏，具有低孔隙度、低渗透率的特点。以加拿大萨斯喀彻温省东南部地区Viewfield油田为例，利用Bakken致密储层及裂缝特征，通过建立10口相关油井的地质模型并进行数值模拟实验，来确定有效的注气方式对提高致密油采收率的可靠性和可行性。历史拟合的结果验证了数值模型与试验区实际生产数据和压力变化保持一致，确保了模型的有效性。同时，模拟研究评估了多种采收方案，如水驱法、二氧化碳气驱、水气交替法（CO₂-WAG）以及甲烷气驱对采收率的影响。目前研究结果表明，对累计产油量最敏感的两个参数是相对油水渗透率（K_row）和原生水饱和度（S_wcon）。其他对采收率影响较大的参数分别是二氧化碳的注入速率、水气交替循环次数、总注入次数和吸收时间。通过对比不同的采收方式，循环周期为两年的水气交替注入法对提高采收率的效果最好，其原油采收增产率可达5.033%。本次研究基于历史拟合的结果，预测、比较了不同注气方式对提高Bakken地区致密油藏采收率及经济效益的影响，可以有助于优化设计萨斯喀彻温省东南部致密油藏区块的开发及开采方案。

多翼裂缝垂直井的瞬态压力分析

张守江, 乔红军, 张永飞, 陈一鸣, 曾凡华

2021, 43(5): 137-146. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.04.12.02

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水力压裂形成的复杂裂缝网络破坏了单个线性裂缝的流动特性，给油井的动态预测带来了极大的挑战。为了研究多翼裂缝垂直井的瞬态压力特征，基于源函数理论和叠加原理将地层系统分为两个子系统，利用离散坐标法建立了瞬态压力分析的半解析模型。通过Laplace变换及Stehfest反演算法绘制了油藏中各流动阶段的识别曲线。在此基础上，通过改变裂缝数量、裂缝长度、裂缝角度、裂缝分布形式和裂缝导流能力等参数对复杂裂缝网络进行了敏感性分析。研究结果表明，多翼裂缝垂直井的地层流动共经历了4个阶段，其中，裂缝数量及长度对地层内地层线性流影响较大；裂缝分布形式对地层内双线性流及地层线性流影响较大且复杂；裂缝导流能力对地层内的双线性流动影响较为明显；裂缝断裂角度对地层内各流动阶段的动态压力特性影响均较小。

水平井分段压裂过程对水泥环完整性影响

张广清, 赵振峰, 王笑笑

2021, 43(5): 147-154. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.31.01

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水平井分段压裂过程中出现的套管损坏和水泥环完整性问题日益引起关注。目前研究的重点包括地层滑移、套管和水泥环受力等，而对分段压裂过程造成影响的研究较少。为了建立水平井分段压裂水泥环完整性计算模型和方法，首先，利用有限元软件建立有限元模型，得到水平井分段压裂过程中水泥环弹性区和塑性区分布；其次，利用离散元模型分析有限元中得到的塑性变形区域，获取塑性变形区域内水泥环的微裂纹数量；最后，依据水泥环塑性区分布和微裂缝数量得到水泥环的完整性评价。研究表明，除了套管和水泥环刚度比、套管偏心率和水泥环缺陷对水泥环完整性有影响，水平井的压裂段数的影响也较为明显。随着套管和水泥环刚度比增加，水泥环完整性增强；套管偏心率增加和水泥环存在缺陷降低水泥环完整性；水平井压裂段数越多，水泥环完整性降低。

非常规储层液氮低温致裂理论及研究进展

黄中伟, 武晓光, 邹文超, 杨睿月, 谢紫霄

2021, 43(5): 155-165. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.01.01

摘要 ( 224 )

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液氮压裂是一种极具前景的无水压裂技术，可为非常规油气水力压裂所面临的耗水量巨大、储层伤害和环境污染等问题提供解决方案。低温致裂岩石是液氮高效改造储层的基础和关键。基于作者前期在液氮压裂方面的研究成果，重点针对液氮低温致裂研究进行归纳总结，系统地阐述了液氮超低温作用下岩石物理及力学特性变化规律，分析了影响液氮低温致裂效果的关键因素及主要机制，从矿物学角度揭示了岩石损伤破裂的微观模式和特征，剖析了液氮对于不同岩性类型、不同原生孔隙结构、不同储层原位状态（高温/饱水）岩石的适用性。本研究旨在帮助读者更加全面、深入了解液氮低温致裂岩石的基本理论及研究进展，为后续液氮压裂技术研究及工程应用提供基础理论指导。

北美超低渗致密油藏提高采收率技术现状

付京, 姚博文, 雷征东, 田野, 吴玉树

2021, 43(5): 166-183. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.04.01

摘要 ( 301 )

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在过去的十年中，北美致密油气的开发技术日渐成熟，其中，最具代表性的技术是水力压裂和水平钻井技术的结合。然而，现有依靠天然能量的衰竭式开发只能采出超低渗储层中的少部分原油（采出程度低于10%），导致致密储层中仍存在大量剩余油。因此，非常规超低渗油藏提高采收率技术的研究日趋重要。目前，全世界90%以上的致密油产量来自美国，其开采技术在非常规致密油的开发领域具有明显优势。并且，在过去的十年间，北美的石油公司已经对针对致密低渗油藏的提高采收率（EOR）技术进行了许多现场测试。鉴于美国在非常规致密油的勘探开发中具有领先地位，重点对北美致密油资源开发中提高采收率措施的现场经验进行了总结和评价，并指出了其目前面临的主要困难和挑战。此项研究对于中国未来超低渗致密油藏提高采收率技术的发展具有指导和借鉴意义。

微纳尺度冻胶分散体杨氏模量对封堵性能影响

戴彩丽, 朱芷萱, 李琳, 刘佳伟, 陈佳

2021, 43(5): 184-192. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.18.01

摘要 ( 146 )

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致密/页岩油气长期压裂开发下优势窜流通道发育，冻胶分散体在流道调控扩大波及方面具有很好的应用效果。冻胶分散体机械强度与其宏观封堵性能间应有密切关系，然而，目前的冻胶分散体机械强度缺乏有效表征手段。以铬冻胶分散体为例，通过原子力显微镜直接测量了微纳尺度铬冻胶分散体杨氏模量，并通过对其宏观封堵性能进行评价，从而建立了二者间映射关系。研究表明，控制聚合物质量分数为0.3%，SD-107质量分数由0.4%增大到0.7%，本体冻胶强度随之增大，相应冻胶分散体杨氏模量也随之增加。当杨氏模量自159 Pa上升至633 Pa时，封堵率由93.23%上升至98.08%。通过调控微纳尺度冻胶分散体杨氏模量研究其封堵性能差异，为致密/页岩油气储层高效开发提供基础理论指导。

玛湖致密砾岩油藏注烃类气混相驱油藏数值模拟

谭龙, 王晓光, 程宏杰, 张记刚, 廉桂辉

2021, 43(5): 193-202. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.02.01

摘要 ( 157 )

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玛湖凹陷地区衰竭式开发直井初产高、递减快，常规注水开发不适应，通过注烃类气转换开发方式，可以大幅提高采收率。利用细管法测定注气试验区最小混相压力为41.71 MPa，玛湖地区目前地层压力条件下普遍可以实现混相驱；根据玛湖地区储层特征及地质力学参数，同时将天然裂缝及人工描述参与模拟，优化裂缝展布形态，建立了三维压裂缝网模型；基于压后缝网模型开展布井方式、注气速度及气驱油藏动用规律研究。结果表明，水力压裂平均缝网长轴173.90 m，最长846.90 m，短轴6.44 m；采油井部署井轨迹距顶2/3厚位置，气体波及范围更大；以维持混相为目标优化注气量，设计前10 a水平井单井日注气5.5×10⁴ m³，后10 a日注气4.0×10⁴ m³，试验区采收率可达22.5%；注入烃类会优先沿着采油井压后长压裂缝驱替，优先动用该区域原油，造成注气波及范围不均匀；随着烃类气体的注入，沿驱替前沿原油黏度大幅降低，同时，由于注入烃类气体与原油发生混相，通过蒸发气驱作用，注气5 a后采油井SRV范围内剩余原油黏度明显增大。此研究可以有效指导玛湖注烃类气体提高采收率试验现场开发技术政策制定。

玛湖致密砾岩注氮气驱机理及应用效果评价

李浩楠, 宋平, 朱亚婷, 谭龙, 张记刚

2021, 43(5): 203-211. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.23.02

摘要 ( 145 )

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针对玛湖致密砾岩储层采用的水平井+体积压裂衰竭开发，产量递减快的问题，分别在室内和现场开展了注氮气提高采收率研究。室内实验通过气驱相态、混相能力、驱油效果等方法评价了M区块的提高采收率潜力。实验结果表明，氮气在原油中溶解度小，驱油机理主要依靠自身的膨胀性驱油，且氮气的最小混相压力62.3 MPa，目前M区块很难达到混相驱。现场在玛湖油田M区块选择一个1注5采的井组开展注氮气先导试验，并取得了较好的效果。单井评价了产油量、油压、气油比、氮气浓度等4个参数指标的见效特征；井组分析了注气前和注气过程中产量的变化，累增油1 953 t。最后结合地质和工程认识，总结了影响注气效果的主控因素。本次注氮气应用效果显著，验证了致密砾岩储层水平井+体积压裂注氮气提高采收率是一项可行的技术。

中美页岩气开采压裂返排液处置政策分析及启示

陈学忠, 鲁友常, 吴易一, 马丽丽

2021, 43(5): 212-219. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.25.02

摘要 ( 181 )

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页岩气压裂返排液因含化学添加剂、受地层水和岩屑影响而具有成分复杂、处理难的特点。通过比较中、美两国页岩气开发水环境保护和压裂返排液管理的相关政策及法律法规，认为中国在页岩气开发环境监管方面存在以下不足：页岩气开发环境监管统一协调机构尚未形成；页岩气开发相关环保法规和标准规范尚不完善；与页岩气开发水环境保护相关的基础科学研究薄弱。鉴于此，建议中国健全页岩气开采相关法规和标准体系，开展全过程的环境监管；加强基础科学研究，完善技术和管理体系。

油页岩原位转化热解反应特征研究综述

徐金泽, 陈掌星, 周德胜, 聂万才, 李苒

2021, 43(5): 220-226. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.28.03

摘要 ( 375 )

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近年来，世界能源消耗日渐增加，作为非常规能源之一的油页岩是重要的接替资源。中国油页岩资源量丰富，居世界第四位。原位转化技术作为油页岩开采的主流技术，利用热解反应建立渗流通道，开采页岩油气。基于热解反应阶段、干酪根热解、矿物成分影响与热解协同孔隙结构演化等4个方面对原位转化过程中的热解反应特征进行研究综述：（1）热解反应各个阶段下的热物理演化与热化学反应；（2）干酪根热解的反应机理及其影响因素；（3）无机矿物分解对热解反应的促进与抑制作用；（4）热解反应协同孔隙结构演化的机理及其对微裂缝扩展的促进作用。立足于热解反应这一原位转化中的核心技术问题，力图为热解反应在油页岩与中低成熟度页岩油原位转化中的应用提供一定的参考。

致密油藏渗流规律及数学模型研究进展

曹仁义, 程林松, 杜旭林, 时俊杰, 杨晨旭

2021, 43(5): 113-136. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.25.01

摘要 ( 251 )

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中国致密油藏资源潜力大、分布广，现阶段已成为中国长庆、大庆、新疆和吉林等油田稳产、上产的重要保障，也是全球油气开发的热点和难点。致密储层岩石致密，孔隙度和渗透率极低，其主流喉道为亚微米，微尺度流动效应的影响显著，传统的油气渗流理论已无法准确描述此类油藏的流动规律，且开发过程中表现出原油流动困难、驱替难度大、动用程度低等开发难点，通常采用水平井和大规模体积压裂的井工厂模式实现致密油藏的高效开发。针对致密油藏渗流规律及数学模型，阐述了致密油藏渗流理论的最新研究进展，包括微纳米孔喉流动机理及数学模型、致密油藏应力敏感及数学模型、致密油藏非线性运动方程、孔隙网络模型、非线性渗流规律和致密基质裂缝耦合模型及流动规律，并针对各个前沿关键科学问题总结了其发展趋势，对致密油藏的科学高效开发具有重要的理论意义。

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