致密油藏勘探开发是当前石油工程的研究热点,水平井和分段体积压裂技术的成功应用为致密油藏商业化开采提供了条件。致密油藏由于岩性致密、渗流阻力大、压力传导能力差等物性因素导致油井产量低。目前致密储层衰竭式开采研究多数基于现场和数值模拟方法,几乎没有关于实验方面的研究。论文从实验的角度出发,揭示了致密储层孔隙结构特征及其衰竭式开采机理和采出程度。储层的孔隙结构不仅对油气储量、孔隙流体的渗流规律有影响,而且对油气井的产能也有着重要的影响。致密储层由于其结构十分复杂,不能用常规物性方法完全表征。论文采用气体吸附、CT、压汞、核磁等多种表征孔隙结构的方法对致密储层孔隙结构进行了全尺度表征。研究结果表明:致密油藏岩心的孔隙半径下限为0.35纳米,纳米级以上的孔喉半径主要分布在150nm附近,致密储层中存在微裂缝,裂缝宽度主要分布在300~800nm,致密储层岩石渗流过程中起主导作用的为亚微米-微米尺度孔隙,核磁结果表明致密储层原油可动用孔隙半径下限为2nm。明确了致密储层孔隙特征之后,以长7致密砂岩储层为研究对象,建立了一套致密储层衰竭式开采实验平台和评价方法,突破了油藏条件下的全直径物理模拟技术。选取长7致密储层对应的露头岩心并沿水平层理钻取了3块全直径岩心,然后将3块岩心对接,进行衰竭式开采实验研究。沿程布置7个测压点以监测压力。研究结果表明:长7致密油藏衰竭式开采的采收率约为3-11%。地层压力系数、原油是否含溶解气等是影响衰竭式开采采收率的重要因素。压力系数越高且含溶解气的原油储层其采出程度也越高。致密储层采出程度与降压方式无关,含溶解气的致密储层衰竭式开采可分为两个阶段,第一阶段为油藏压力高于饱和压力时,致密油开采以弹性能为主,阶段采出程度2-3%;第二阶段为油藏压力低于饱和压力后,溶解气驱发挥主要作用,这一阶段采出程度为5-8%。论文明确了致密油藏衰竭式开采机理和采出程度,为致密油藏衰竭式开采产能预测及参数优选提供了理论指导。