2024年, 第9卷, 第4期　
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  基于米氏旋回的页岩高频层序划分与页岩有机质富集模式

  陈永进;李友

  . 2024, 9(4): 535-548.

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  松辽盆地梨树断陷营城组页岩气具有巨大的勘探开发前景.与此同时,针对页岩层段的高频层序划分逐渐成为研究热点.但传统层序地层学难以针对页岩层系划分层序,页岩层系的有机质富集模式认识不清,对页岩油气的勘探开发造成阻碍.利用旋回地层学方法可在页岩层系中划分高频层序,还可基于米氏旋回探究页岩有机质的富集模式,是预测甜点层的有利手段.通过对研究区营城组的自然伽马数据进行天文旋回分析,得出以下结论:(1)SN65 井营城组较好保存了米氏旋回信号,并以长、短偏心率作为四级、五级层序的参考曲线,划分了 14 个四级层序与 51 个五级层序,建立了研究区高精度等时地层格架.(2)梨树断陷北斜坡营城组页岩有机质富集受控于天文旋回,且二者互为反相位,即长偏心率高值时期,气候暖湿,对应总有机碳(TOC)低值;长偏心率低值,气候干冷,对应TOC高值.(3)建立暖湿与干冷两种页岩沉积模式.通过引入温跃层溶解氧最小值段(MOM)的概念,证明干冷环境有利于页岩有机质富集.(4)以长偏心率旋回曲线的半幅点为界,划分4 个富有机质页岩层段和 3 个含有机质页岩层段.优质页岩层段发育于各个层序的顶部和底部,而不是最大湖泛面.浅水环境对富有机质页岩发育有利.研究成果不仅为松辽盆地梨树断陷页岩气甜点预测提供理论支撑,也为其他湖相盆地的有机质富集模式提供参考依据.
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  基于微分超拉普拉斯块约束的改进弹性阻抗反演方法

  侯斯允;李景叶;耿伟恒;韩磊;王永平

  . 2024, 9(4): 549-562.

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  岩石物理模型的引入,使得我们可以充分利用叠前地震资料进行反演从而得到更加全面的地下介质信息.然而以反射系数方程为基础的弹性阻抗方程中包含的需要反演的参数的增多,不同参数对反射系数贡献量的不同等问题也增加了反演的难度.因此,为了保证多参数反演的稳定性,两步法反演得到了广泛的应用.即首先进行弹性阻抗反演以得到不同入射角、方位角下的弹性阻抗信息,随后以弹性阻抗作为输入进行下一步的多参数反演.弹性阻抗作为波阻抗反演技术的拓展已经十分成熟,但仍然存在解的非唯一性、分辨率不足和稀疏性较差等问题.为此,本文将信号与图像处理领域中被广泛应用的超拉普拉斯约束引入到反演过程当中.该方法能够避免0范数求导问题,同时能够根据数据本身特征选取最优p值,使反演结果获得较高分辨率的同时保证一定的稳定性.并且引入线性化反射系数公式,以求直接通过地震数据反演得到弹性阻抗的反演结果.首先,对线性化弹性阻抗近似公式进行推导并分析其精度.随后,基于贝叶斯反演理论框架,推导了引入微分超拉普拉斯块约束后的弹性阻抗反演目标函数,并选用迭代重加权最小二乘法求解目标函数来获得弹性阻抗反演结果.最后,将新方法结果与传统方法获得的结果进行比较,进而验证方法的准确性以及稳定性.相关系数以及弹性阻抗曲线的对比均有效地证明了所提出方法的反演结果优于传统L1 范数和L2 范数约束的反演结果.将新方法应用于合成数据以及实际数据的反演当中,证明了其有效性和可行性,可以广泛应用于弹性阻抗的反演流程当中,为后续多参数的反演提供了更加可靠全面的信息.
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  利用相渗实验和测压流度评价地层绝对渗透率

  郑炀;时新磊;岳宝林;张彬

  . 2024, 9(4): 563-573.

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  储层渗透率是制定油田开发方案的关键参数,但海上取心价格昂贵,部分油田由于缺少岩心资料导致渗透率难以准确评价.本文基于岩心实验、核磁共振测井和测压等资料,提出一种评价地层渗透率的方法,其过程如下:①通过分析岩心相渗资料发现,岩心的束缚水饱和度与相对渗透率相关性较好,利用研究区39 块相渗实验资料建立了基于束缚水饱和度的油相相对渗透率计算模型.②根据研究区 27 块岩心核磁共振T2 谱的形态,将岩石类型分为 3 类,并分别确定 3 种岩石类型的T2 截止值.针对不同类型的储层,采用变T2 截止值方法获取地层的束缚水饱和度,进而计算得到地层的油相相对渗透率曲线.③根据测压流度的测量原理,结合相渗曲线和地层流体的黏度,将测压流度转换为地层的油相渗透率,结合计算得到的油相相对渗透率曲线,将其转化为地层的绝对渗透率,并通过刻度Coates公式,建立了地层绝对渗透率的评价模型.实际应用结果表明:①计算的地层绝对渗透率与岩心渗透率的误差小.②基于地层绝对渗透率的计算结果对 14 口井的产能进行预测,预测结果与钻后实际产量吻合度高.两者说明该方法计算的渗透率精度高,对于类似油田的渗透率评价具有重要的借鉴意义.
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  井漏风险层位钻前智能识别方法研究

  卢运虎;金衍;王汉青;耿智

  . 2024, 9(4): 574-585.

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  井漏是复杂地层钻井工程常遇到的工程难题,呈现出频发性、随机性与持续性等特征,钻前准确预测井漏风险层位对于安全钻井显得尤为重要.传统井漏层位分析偏重于随钻诊断和钻后总结,主要采用工程数据与现场经验相结合的手段,导致分析结果存在滞后性,无法在钻前有效指导钻井工程设计.本文以地震属性体数据和漏失工程数据为基础,在具有典型漏失特征单井选取的基础上,提取过井地震属性体数据,通过时深关系将漏失与地震属性相匹配,并采用随机森林方法甄别优选出与井漏预测相关性强的地震属性体,然后运用机器学习方法中的软投票算法建立集成学习模型,该模型融合了逻辑回归、随机森林和支持向量机 3 个子模型,实现了多元地震属性体与漏失工程数据之间的非线性映射关系及其对应权重的表征,同时获得基于地震与工程数据融合驱动的漏失风险层位分布概率,实现钻前井漏风险层位三维空间分布预测.研究结果表明,方差、时频衰减、甜点和均方根振幅与井漏的相关性最高,综合上述多种属性体可以实现更为精确的井漏风险预测,而过多增加地震属性数据并不能显著提升预测效果精度,相反还会增加计算成本.与单一机器学习模型相比,集成学习模型由于融合了多个子模型的优点,能够取得更好的预测效果.实际应用效果表明,采用地震属性体进行漏失风险预测,其精度取决于地震数据的采样率,井漏风险层位区域横向预测分辨率约为25 m,纵向预测分辨率约为6 m(2 ms),预测结果表明横向相比于纵向更为可靠.但由于时深关系的影响,可能导致纵向预测精度的偏移.本研究能够较好的进行钻前漏失预测,为钻前漏失预测提供了一种新的思路,对于指导井位部署、井眼轨道优化以及安全钻井具有重要意义.
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  机理和智能融合下压裂泵压预测及应用

  李格轩;陈志明;胡连博;廖新维;张来斌

  . 2024, 9(4): 586-603.

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  我国页岩油气的高效开发离不开大规模压裂技术.页岩油气大规模压裂过程时间长,压裂砂堵事故易发生且后果严重,开展其预警研究对页岩油气压裂施工安全意义重大.然而,目前仍缺乏压裂砂堵主控因素分析及其施工泵压预测的有效手段.针对此问题,考虑压裂机理和泵压变化特征,建立了一套压裂施工过程中泵压实时预测的方法,以开展砂堵预警研究.首先,采用压裂模拟器模拟压裂全过程泵压变化,通过改变不同流体性质与地层参数开展泵压变化规律的主控因素分析,并采用灰色关联分析方法进行主控因素排序.其次,基于断裂力学、支撑剂运移理论和长短时记忆神经网络(LSTM)模型,建立施工泵压预测框架及模型,形成机理和智能融合下的压裂砂堵预警方法,最后基于砂堵预警方法开展了现场压裂砂堵预警实例应用.结果表明,影响典型井施工泵压的因素由主到次依次为排量、流体黏度、主应力差、砂浓度、裂缝簇数及孔眼数.当其他参数不变时,随着流体黏度、主应力差及排量的增大,施工泵压增加;随着裂缝簇数、孔眼数及砂浓度增加,施工泵压降低.将该压裂砂堵预测方法应用于矿场实际,对压裂砂堵事故进行判识和预警,预测砂堵时间较现场人工识别提前19 s,得到相对误差约为6.8%.建立的砂堵智能预警方法可靠性较好,预测泵压与现场泵压基本吻合,实现了压裂砂堵精确预警,对页岩油气压裂过程中砂堵预警具有良好的借鉴意义.
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  基于水平井的径向井开采页岩油产能模拟和参数分析

  戴佳成;李根生;孙耀耀;李敬彬;王天宇

  . 2024, 9(4): 604-616.

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  中国页岩油资源储量丰富,潜力巨大.实现页岩油资源的高效开发对于保障国家能源安全,加快行业战略转型具有重要意义.本文提出了一种结合水平井和径向水射流钻井的技术,以高效开采页岩油资源.该技术通过在水平井周围钻进一个或多个径向分布的钻孔,穿透井邻污染区,增加与储层的接触面积,并建立高导流通道以提高生产和注入性能.本文创建了一个考虑地层损伤的耦合流动模型,可以对由水平井和径向射流钻井开发的页岩油生产性进行预测,该模型使用双精细网格,能够描述页岩油储层的压力响应,并分析径向井长度、直径、起始角度、侧向数量、钻井位置和簇数对生产性的影响.文章进一步比较了在相同条件下,由径向射流钻井或水力压裂开发的储层的生产性.结果表明:径向井可显著减小水平井附近流体渗流阻力,增加储层有效泄流面积;径向井长度、分支数、簇数和直径的增加可提升页岩油累产油量;径向井的簇数增加,虽然泄流区域扩大,有利于提升产油量,但是井间的干扰随着簇数的增加而增强,使得累计产油量的增加趋势逐渐减弱;径向井起始角度受渗透率各向异性和重力影响,应以穿透垂向储层为目标;当径向井长度较大时,打开位置对产量影响不大;等簇数下四分支长 30 m径向井累产油量略大于水力裂缝缝高 15 m时累产油量,其与缝高 15 m水力裂缝结合时,累产油量略大于水力裂缝缝高 25 m时累产油量.研究发现,该开发模式不仅可以作为水力压裂技术的有效替代或补充,还能以更高效、成本更低的方式实现页岩油的高效开采.研究成果表明"水平井+径向井"页岩油开发模式具有一定的可行性,为页岩油资源高效开采提供了一种高效低成本的新方法.
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  葡萄提取物作为环保型降滤失剂的室内研究与评价

  王倩男;蒋官澄;王奕杰;贺垠博

  . 2024, 9(4): 617-626.

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  本文针对现有的天然材料降滤失剂抗温能力不足的问题,我们寻找了一种抗高温的绿色材料—葡萄提取物(GE),并首次评价了GE的降滤失性能及降滤失机理.首先利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征了GE的结构,热重实验(TGA)表明了其具有较好的热稳定性.随后通过中压滤失和高温高压滤失实验评价了GE在高温条件下对基浆降滤失性的影响,并利用Zeta电位、粒径分布、扫描电镜(SEM)实验分析了GE的降滤失机理.实验结果表明,170℃老化 16 h后,含有 3%GE基浆的中压(API)滤失量为 12.8 mL,小于 15 mL,120℃高温高压(HTHP)滤失量为 24.0 mL,优于常用降滤失剂羧甲基淀粉(CMS)、聚阴离子纤维素(PAC)和国外聚合物降滤失剂Driscal,与磺酸盐共聚物(DSP-2)的降滤失效果相当.GE具有优异的降滤失性能主要通过氢键作用和静电作用强烈吸附在膨润土表面,增加了膨润土的zeta电位绝对值,提高了膨润土在高温下的电稳定性,使得膨润土高温不易聚结,减小了膨润土的粒径,更好地促进了膨润土的分散,且滤饼表面光滑.GE分子结构含有苯并六元杂环,这种结构使得分子链刚性强,在高温条件下不易发生蜷曲变形,使其在高温170℃下保持了优异的降滤失性能.此外,GE的生物毒性EC50 为 133 690 mg/L,大于 30 000 mg/L,GE的生物降解性BOD5/CODcr为32.75%,大于5%,表明了它是无毒且易生物降解.
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  基于ALE-FEM耦合算法的磨料水射流破岩数值模拟及其机理分析

  徐鹏;盛茂;田守嶒;王天宇

  . 2024, 9(4): 627-636.

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  磨料水射流在钻井提速、深穿透射孔和压裂增产等方面应用效果显著,深入认识磨料水射流破岩机理是提升其应用效果的关键之一.本文基于任意拉格朗日—欧拉耦合有限单元算法,提出了独立封装有限元网格描述磨料的方法,将水射流单元设定网格随物质的运动而变化以实现流体流动特性,速度设置给物质;将磨料单元设定网格不随物质的运动而变化以实现固体颗粒特性,速度设置给网格.综合考虑岩石的动态冲击损伤作用以及水射流和磨料的协作,建立了可表征水射流流动和岩石损伤破坏的多相多物理场耦合过程的磨料水射流破岩模型,模型聚焦磨料颗粒和水射流对岩石微秒级的冲击破坏.采用 2 套网格捕捉磨料和水射流的协同破岩作用,得到了岩石破碎体积、岩石损伤场、水射流压力场、水射流和磨料对岩石破碎的能量贡献率等关键参数的时空演化特征.结果表明,磨料水射流破岩过程磨料起主导作用,水射流起辅助作用.分析得到磨料水射流中磨料—水射流协同破岩机理认识,磨料撞击岩石使岩石局部产生的高程度损伤降低了水射流破岩的难度,此外磨料冲击破碎岩石使得水射流和岩石之间产生新界面,促使水射流的冲击压力升高,提高了水射流的破岩能力,因此磨料水射流中的水相比于纯水射流具有更高的射流打击力和能量利用率,磨料冲击预损伤岩石叠加水射流聚集增压的磨料—水射流协同作用破岩是磨料水射流破岩效率和能量利用率高于纯水射流数倍的重要机理之一.研究结果对优化磨料水射流破岩参数提供了理论模型和设计依据.
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  基于改进蚁群算法的海上稠油热采井钻井顺序优化

  吴俊涛;刘伟;邓金根;谭强;何奇

  . 2024, 9(4): 637-647.

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  蒸汽吞吐是广泛应用的稠油开采方式之一.海上稠油区块钻井作业成本高,故钻井的同时对邻近已完钻井进行注热,该模式可大幅提高钻采效率,然而存在注热井蒸汽窜至在钻井风险.本文对热采井的汽窜风险进行了研究,并提出了改进蚁群算法,以求解出满足安全距离且钻井总工期最短的钻井顺序.首先,构建了三维储层,模拟向井底注热时井周温度场与压力场分布规律.结果表明,向非均质储层注热时,蒸汽易沿高渗通道突进,9 d时间窜流距离可超 90 m.其次,对蚁群算法做出了改进,将归一化的井底最小距离引入位置转移概率,将钻井停工时间引入信息素更新策略,优化求解钻井顺序.结果表明,针对渤海油田典型案例,当设定安全距离为 400～460 m时,该算法较人工选取法可节约钻井总工期 15～30 d.本文提出的改进蚁群算法可以快速高效求解出钻井总工期最短的钻井顺序,为钻进顺序的优选提供了定量化计算方法,对节约钻井成本、增强海上稠油热采井钻井安全性具有重要意义.
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  基于三维数字岩心的油页岩裂解孔隙重构及表征研究

  王斌;孙廉贺;杨睿月;杨兵;王海柱;张云鹏;王全;刘铭盛

  . 2024, 9(4): 648-658.

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  油页岩孔隙结构作为油气渗流的主要通道,高温热解过程中将产生复杂变化,然而其变化规律不明严重制约储集层分类评价和高效开发.因此,开展不同温度及不同有机质含量条件下油页岩热解对孔隙结构影响的研究对于油页岩的有效开发具有重要意义.针对热解前后油页岩孔缝结构变化精细表征难的问题,本文通过编程方法提出了一种基于三维数字岩心重构的裂缝及孔隙结构表征新方法,定量分析了热解过程中样品裂缝宽度、裂缝方向、分形维数及孔隙度等参数的变化规律.研究结果表明:(1)本文所提出的裂缝性数字岩心精细化处理方法结合等位精细化中面提取算法,在准确计算岩石物性参数的基础上可实现对缝宽及裂缝方向分布的精确计算,可达到对裂缝孔隙精细表征的目的;(2)随着热解温度的升高,油页岩样品孔隙度由 18.3%升至 20.9%,且裂缝宽度不断增大,油页岩样品物性得到持续改善,但当热解进行到一定程度后油页岩孔隙结构变化趋势放缓;(3)相同温度条件下随着有机质含量的升高,热解后油页岩样品孔隙度由 12.1%升至 29.3%,但 4 种样品分形维数未随着有机质含量升高呈现出单调递增趋势,表明热解裂缝复杂性除受有机质含量影响外,也受到样品中有机质初始分布的影响.本文可为油页岩热解后孔隙结构精细表征提供新思路.
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  超低渗致密砂岩和页岩储层渗流能力瞬态法评价进展

  贾趵;赵宇;鲜成钢;余凯;曹炜;贾文峰;左玄

  . 2024, 9(4): 659-678.

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  致密砂岩和页岩储层已逐渐成为全球油气产量增长的主要来源.准确的储层评价是实现油气田高效开发的关键,其中实验测量油气储层渗流能力是评价工作的重要内容之一.传统的渗透率测量方法基于稳态方法,即在岩心进出口压降达到平衡时,根据达西定律计算渗透率.然而,对于超低渗和页岩储层,稳态方法难以应用.因此,采用瞬态法替代稳态法,压力脉冲衰减实验成为研究超低渗透率的常用手段.本文全面分析了近50年来压力脉冲衰减实验的发展历程,重点评述了具有代表性的论文成果,针对现有技术手段的不足,提出了需要加强的超低渗透多孔介质渗流基础研究方向.目前,一维近似解析解和数值模型已能进行高精度超低渗透率计算,二维和三维模型也在快速发展中.然而,将复杂形态裂缝及多尺度裂缝高效地嵌入压力脉冲衰减模型仍是亟待解决的关键问题.对于页岩气等吸附性气体,明确静态吸附与动态吸附的区别以及将吸附曲线有效地纳入流动模型是需要深入探讨的基础科学问题.基于此,可通过压力脉冲衰减实验评估多物理作用下的岩石物理特性.此外,系统研究相对低压状态下的非达西渗流行为也是促进压力脉冲衰减实验科学计算的重要途径.总的来说,几十年来,超低渗岩心储渗能力评价的实验和模拟取得了显著进展,进一步深入理论研究和先进实验装置研发具有重要应用需求,相关研究进展对我国致密和页岩油气藏的高效勘探开发以及保障国家能源安全具有重要战略意义.
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  基于深度自回归神经网络的多井产量概率预测

  韩江峡;薛亮;位云生;齐亚东;王军磊;陈海洋;刘月田

  . 2024, 9(4): 679-689.

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  传统产量预测方法易受到单井生产历史和模型假设条件的限制,预测结果无法量化不确定性,难以考虑区块其他生产井开发规律对目标井的指导作用,无法充分利用大量相关的生产历史数据.为此,提出一种以深度自回归神经网络为基础,多井产量数据驱动的概率预测新模型.考虑生产时间、油/套压等动态协变量数据,结合贝叶斯推断,利用梯度下降算法和极大似然估计方法,得到多井共有的广义历史—未来产量概率演化模式,实现基于数据驱动的多井产量概率预测.利用鄂尔多斯盆地某两个区块 943 口致密气井的数据,研究了深度自回归神经网络模型在单井预测、分类预测和总体区块产量预测上的性能.研究结果表明:相比传统深度学习模型(LSTM),新模型利用学习得到的广义产量概率演化模式与目标井的特定产量历史数据相结合,形成"广义+特定"的产量概率预测方法,平均意义上较LSTM模型相对误差降低了 45%.分类模型较全局模型相对误差降低了 24%,实现了在全局模型的基础上,进一步降低了概率预测的不确定性,提高了特定精细分类井的预测精度.经过实际数据验证,新模型预测精度更好,鲁棒性更强,可以用于油气藏多井产量预测分析.
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  煤炭地下气化腔体稳定性研究

  董京楠;何爱国;刘奕衫;郭文彬;熊浩宇;乔磊;张应斌

  . 2024, 9(4): 690-698.

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  煤炭地下气化过程中气化炉腔体的稳定性是保障气化炉安全稳定生产的重要条件.本文基于吐哈—三塘湖盆地沙尔湖凹陷煤层的地层物性、尺寸、热力学参数及岩石力学等参数,通过离散元方法建立地质—腔体模型,研究了不同形态腔体在不同压力情况下的蠕变稳定性,得到腔体塑性区分布规律,通过对腔体进行长期蠕变行为计算,得到了可能的地表沉降情况.结论表明,蠕变过程中塑性区趋向于分布于腔体内壁,整体来说以剪切破坏为主,在腔体壁面外 1 m范围内并未出现大面积向外扩展的情况;在地下 1000 m处形成特征半径 5 m的腔体,由腔体蠕变本身对地表所带来的沉降比较有限,地表沉降的主要来源是地层自身性质.本研究对地下煤炭气化运行及废弃过程中的腔体稳定性评价具有指导意义.
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  沉积储层相对渗透率的各向异性特征及其对渗流的影响

  裴雪皓;刘月田;林子愉;薛亮;毛钰鑫

  . 2024, 9(4): 699-712.

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  沉积过程和成岩过程通常会使储层具有各向异性特征,现有各向异性研究主要针对储层绝对渗透率,缺乏对相对渗透率各向异性的研究,无法反映各相之间干扰程度在不同方向上的差异.为研究各向异性结构对油水两相渗流的影响,本文设计了立体交错取心方法,以降低常规立方体岩心各向异性相渗实验中末端效应的影响,建立了各向异性相渗曲线的获取方法;在此基础上开展天然砂岩油水两相相对渗透率各向异性对比实验,证明了砂岩储层相对渗透率各向异性的存在;分析了各向异性相对渗透率的产生机理及张量表示;研究了相对渗透率各向异性对渗流过程的影响.结果表明,微观层状结构是造成沉积储层相对渗透率各向异性的主要原因;相对渗透率各向异性量化表征了不同方向上水相突进能力、水油流度比的差异;高渗方向的相渗曲线具有残余油饱和度较高、两相渗流区较窄、等渗点含水饱和度较小、等渗点相对渗透率较低的特征;相对渗透率各向异性会导致油水分向渗流,对油藏开发产生显著影响,主要表现为,随开发过程的进行,油水渗流方向会逐渐呈现出明显的差异性,相继出现单向死油区和平面死油区,导致剩余油分布更加复杂.