页岩气储层的渗吸动力学特性与水锁解除潜力

大规模水力压裂是页岩气成功开发的关键技术,上万方的压裂液被注入地层,而返排率往往低于30%.根据常规油气相关理论,外来流体进入基质孔隙会引起强烈的水锁伤害.但实践中大量压裂液滞留在页岩储层中并未引起严重水锁,部分井的产能随着滞留量的增加反而升高,这说明页岩气储层具有水锁解除的能力.本文基于页岩气储层压裂液渗吸问题开展实验,分析了水与页岩相互作用以及引起的动力学效应,研究渗吸特性与储层水锁解除潜力之间的关系.压裂液通过渗吸作用进入基质产生复杂物理化学作用.页岩的渗吸能力、扩散能力、渗吸水诱发裂隙能力是影响页岩气储层水锁解除潜力的主要因素,储层能量补充、渗吸液向基质深部的扩散、水岩反应产生的微裂隙等是水锁解除的主要机理.提出了以初始含水饱和度、渗吸能力、扩散能力、吸水诱发微裂隙和黏土化学作用等为主要评价参数的水锁解除潜力评价方法,利用自发渗吸、核磁共振与脉冲渗透率测试评价水锁解除潜力.通过该方法对典型页岩气储层的水锁解除潜力进行了分级评价,该研究深入分析了页岩气储层水锁解除机理及控制因素,对页岩气储层压裂改造具有指导意义.     

低渗透储层水锁伤害机理核磁共振实验研究

客观准确地评价低渗透储层的水锁伤害是入井流体优选、增产改造措施和水锁防治解除措施合理运用的基础.对孔隙介质中水的赋存状态、储层伤害原因、黏土吸水伤害和水锁伤害微观机理进行了深入分析;利用低磁场核磁共振T2谱技术,结合常规流动实验手段,对同一性质岩心开展了黏土吸水伤害和水锁伤害实验,提出了水锁伤害核磁共振实验评价方法.通过实验,准确给出了水锁伤害程度;建立了束缚水增加量与黏土吸水伤害程度、可动水相滞留量与水锁伤害程度之间的对应关系;从而对引起水锁伤害的原因做出更精确的判断,实现了对水锁伤害的客观评价.     

致密砂岩气藏水锁伤害及对产能的影响

为了评价致密砂岩气藏水锁伤害对储层的影响程度,设计了适于测定致密砂岩水锁伤害的试验方法,开展了室内试验研究,并分析了水锁伤害对气藏产能的影响。研究表明:致密砂岩束缚水饱和度较高,平均为47.67%,水锁伤害率平均为76.49%,水锁伤害严重。渗透率越低的岩心,水锁伤害越严重。水锁伤害主要发生在含水上升的初期阶段,水锁伤害率随含水饱和度的增加而增加的幅度越来越小;水锁伤害对产能的影响较为显著。水锁发生后,气体产能下降幅度超过了60%;水锁伤害半径越大,对产能的影响也越大,影响程度达到17.78%。致密砂岩储层水锁伤害要以预防为主,因此,油气田现场要适时地采取措施防止水锁伤害的发生,并建立合理的气井生产制度。     

自吸条件下火山岩气藏水锁伤害效应实验

 水锁效应广泛存在于火山岩气藏中,是火山岩气藏的损害类型之一,严重影响着火山岩气藏的开发效果.本文结合核磁共振技术通过室内实验研究,探讨低渗透火山岩气藏自吸作用下的水锁伤害机制及伤害程度,通过气驱反排实验模拟了火山岩气藏水锁解除过程.研究表明:各渗透率级别的火山岩岩心自吸吸入水饱和度与吸水时间并非呈线性关系,自吸开始的2h之内,岩心含水饱和度急剧增加,随着自吸时间的增加,岩心含水饱和度增加幅度越来越小,自吸16h后岩心吸入水量已基本保持不变;应用核磁共振技术研究了吸入水量与孔隙结构的关系,发现孔隙结构越复杂,岩心吸水量越大;通过反排实验发现,岩心含水饱和度以及水锁伤害率随反排孔隙体积(PV)数的增加而减小并趋于平缓,反排25PV后水锁伤害基本得到解除;针对目前水锁伤害评价存在的不足,结合储层中水锁伤害的产生和解除,提出一种改进的水锁伤害评价方法——动态水锁评价方法.     

页岩气储层工作液伤害机理研究现状

目前工作液对页岩气产出的影响和与之对应的页岩储层伤害机理研究较少, 而其与常规天然气储层伤害有着较大差异。为此,首先分析了页岩气储层伤害潜在因素以及深层页岩气储层伤害的特殊性,其次阐述了页岩气渗流伤害相关的页岩储层的敏感性和工作液伤害机理、返排时伤害解除及渗吸机理、工作液对页岩气吸附/解吸与扩散的伤害机理的研究现状和进展,最后提出该研究方向需要关注和亟待解决的问题。     

气井防水锁防粘土膨胀射孔液研究与应用

通过分析盆5、滴西14等多个气藏的储层物性、岩性、敏感性等储层资料,开展了水锁伤害和结垢堵塞伤害评价研究。发现新疆气田气藏敏感性强,气藏粘土膨胀伤害、水锁伤害和结垢堵塞伤害较为严重。针对储层伤害的特点,本文研制了粘土防膨剂、共聚物防垢剂、咪唑啉类缓蚀剂,优选了高效防水锁剂和无固相加重剂等,开发了满足新疆气藏气井射孔作业储层保护需要的防水锁防粘土膨胀射孔液,同时根据不同气田射孔作业的需要,确定了射孔液的配方调整方法。结果显示,现场应用效果良好,测试表皮系数比邻井降低了20%~50%,有效解决了射孔作业储层污染的问题。该射孔液具有防水锁伤害、防粘土膨胀伤害的功能,同时具有密度可调、性能稳定等特点,对气藏储层伤害小,在新疆气田致密气藏、水敏气藏的气井射孔作业中具有良好的推广应用价值。     

低渗气井水锁伤害半径研究

水锁伤害是一个长期而持续的过程,评价水锁伤害对低渗气井产能影响时主要通过岩心水锁伤害实验实现。由于实验时间短、岩心长度小等限制,因此无法准确描述作业周期长的低渗气井水锁伤害半径。通过对水锁伤害机理分析,确定影响水锁伤害半径主要因素。结合渗流力学理论将水锁伤害过程近似为毛管束模型的活塞式运动,推导出水锁伤害半径的计算方法;并结合实际井的钻完井和测试资料,进一步验证了计算方法的准确性。运用该方法可以准确计算作业周期长的低渗气井水锁伤害的半径,准确评价其对产能的影响。     

东方1-1气田低渗疏松砂岩气藏伤害机理研究

低渗疏松砂岩气藏不仅具有常规低渗气层孔喉细小、敏感性矿物含量高、毛细管压力大的特点,同时储层胶结疏松,在钻完井、开发过程中易受到损害。以南海DF1-1气田低渗疏松砂岩气藏为研究对象,针对气藏自身特点并结合现场施工工艺,改进了石油天然气行业标准对工作液伤害的评价方法,并系统评价了气藏的伤害机理。研究结果表明:PRD钻完井液体系对气层主要损害机理为有机固相堵塞和水锁;生产过程中微粒运移伤害程度弱。改进后方法的评价结果更加符合现场生产实际。建议在后期开发井钻完井设计中优化PRD钻井液体系配方,加入5%粗粒刚性封堵颗粒,有效降低有机固相、液相侵入程度;增加完井液中破胶剂用量至6%,提高破胶效率。     

致密砂岩油藏增产过程中储层伤害机理

以鄂尔多斯盆地泾河油田致密砂岩油藏为研究对象,在常规分析方法基础上,分别对基质和裂缝性岩心进行了储层伤害实验,同时结合同位扫描电镜方法从微观角度对增产过程中的伤害机理进行了分析,找出了入井液侵入储层引起储层伤害的主要、次要原因,为该区块后续配方体系的改善提供了基础。研究结果表明,入井液侵入储层,黏土膨胀和水锁伤害是引起储层伤害的主要原因,结垢是次要原因;酸化过程中,酸液与酸敏性矿物反应产生二次沉淀及酸化后释放地层微粒是该储层酸敏性伤害的主要原因;压裂过程中,压裂液伤害的主要原因在于水锁伤害,而破胶不彻底产生的残渣伤害也是造成压裂液伤害的另一原因。     

狮子沟构造带裂缝储层保护钻井液配方

针对青海油田英西裂缝性碳酸盐岩储层在钻井过程中存在的储层损害问题,开展了储层裂缝特征、储层岩石成分、储层岩石的分散性和膨胀性能分析,完成了储层固相颗粒损害、水锁损害以及敏感性损害的评价,明确了储层受到损害的主要因素.评价7种现场储层保护剂的酸溶率、油溶率、粒径范围,其中XY-2和NFA-25的可溶解性(酸溶率和油溶率)大于90％,NFA-25的粒径较大且分布范围最广,可作为储层保护剂.评价了3套钻井液体系的动态渗透率恢复值,复合有机盐钻井液污染岩心后,渗透率恢复值为85.52％,储层保护效果最佳.在复合有机盐钻井液配方下,通过加入可酸溶纤维屏蔽暂堵剂,提高钻井液对裂缝的屏蔽暂堵率以及加入低聚有机硅防水锁剂减少钻井液对储层微裂缝造成的水锁伤害,将钻井液的渗透率恢复值从85.2％提高至92.24％,复合有机盐钻井液储层保护效果显著提高.     

紫外老化对沥青化学组成与分子结构的影响

为研究紫外老化对沥青微观结构的影响,本文通过对四种沥青分别进行四组分、红外光谱和核磁共振等试验,研究了紫外老化下沥青的四组分、特征峰、官能团等化学组成指标和氢谱图、碳谱图、氢原子含量、分子结构参数等分子结构指标的变化,并通过分子结构指标对化学组成指标的表征,分析了分子结构变化对沥青化学组成变化的影响。结果表明:紫外老化后沥青更趋于形成沥青质分子,而沥青质的转化来源主要为芳香分,且含量越高老化后的损失率越高;同时羰基和亚砜基会随着老化的时间增加先快速增加之后趋于平缓,其中羰基指数可表征沥青老化的产生,而亚砜基指数可评价沥青抗老化的能力。紫外老化下沥青芳香环会发生缩合程度增大、环烷基取代基增加以及氢的取代、结构异化等反应;同时高紫外光子能量也会使脂肪碳发生断键,断键的脂肪碳连接到芳香环上提高了化学稳定性。由表征分析可见,沥青的化学组成主要受芳香结构、支化度和芳香环系缩合指数的影响较大。     

综合能源环境下配电系统的无差异性模式规划问题研究

本文提出无差异模式规划（简称无差异规划）的概念,即负荷需求（本文指负荷密度及供电可靠性）相似的分区内各类设备容量的近似一致性规划,且设备数量与分区面积近似成正比关系。无差异规划以牺牲准确性为代价,换取规划的简便性,综合能源环境下的配网规划复杂性强,分布式电源数量众多,无差异规划的简化手段在此类问题中具有一定优势,使配电网的规划具有一定的可复制性。本文研究了配电系统、热力系统及分布式电源耦合环境下的配电网无差异规划问题,各主体均可以选择自身的行为模式。通过算例,验证了无差异规划的可行性,并分析了综合能源环境下各主体不同的行为模式对配电网无差异规划的影响及修正方法,验证了其在综合能源环境下的适用性。     

畅流活水净化动力学行为分析

针对河道和湖泊水质净化处理问题,从水动力学方面优化水体自身的水质净化能力,基于FLUENT软件分别建立二维和三维水动力模型,模拟注水过程中流场的变化,以流场中流速、压力以及湍流强度为指标,研究不同注水位置对水质自净化过程的影响。结果表明:在深度方向上,随着进水口位置的下移,流场活跃范围减小,死区增多;在流动方向,流动距离越远,流场湍流强度越大;在宽度方向,流场流速,压力和湍流强度均以中间进水口的纵向截面对称,流速主要集中在进水口主流区,以及末端的回流处。进水口越接近上部,对于水体的自净化促进效果越好,建议采用上部注水方式来促进河道自净化。研究结果可对促进河道水质自净化提供参考和建议。     

融合三维螺旋运动和混合反向学习策略的改进鹈鹕优化算法

针对鹈鹕优化算法收敛速度较慢、初始化过程随机产生初始种群导致种群多样性差,在后期易陷入局部最优等问题,提出了一种融合三维螺旋飞行和混合反向学习策略的鹈鹕优化算法。首先使用Gauss映射初始化种群,提高种群多样性;其次利用三维螺旋飞行和混合最优最差反向学习策略,加强算法跳出局部最优的能力;最后,引入自适应平衡因子与自适应步长,提出鹈鹕坠落策略,以模拟捕食过程中群体的微小变化。最后,通过12个基准函数和实际案例对IPOA进行测试,并与8个仿生算法进行对比,测试结果与Wilcoxon 符号秩和检验结果均表明IPOA收敛精度与稳定性等各项性能都有所提升,具有明显优势。     

山岭隧道地上地下一体化三维建模方法

针对山岭隧道地上地下一体化三维建模效率低、数据融合难度大的问题,提出一套基于BIM+GIS+倾斜摄影技术的建模方法。以武汉市黄龙山隧道为例,首先,按用途和施工工序对山岭隧道构件进行分类,利用Revit和Dynamo软件,采用参数化建模+自适应拼接的方法构建隧道三维结构模型;其次,通过无人机采用倾斜摄影技术获取地表影像,构建三维实景模型;通过影像匹配和滤波技术处理点云数据,生成数字高程模型(DEM),并结合钻孔数据,采用插值法和约束分区的方法构建三维地质模型;最后,基于MapGIS实现隧道结构模型、地表三维实景模型、三维地质模型的集成。该方法可以优化模型管理方式,减少数据信息的丢失,实现隧道工程信息的集成与共享。     

箱体初始变形对注入头工作性能的影响

针对连续管作业机注入头在现场作业过程中发生链条滚子碎裂、链轮磨损及箱体变形等问题,提出箱体初始变形对注入头工作性能的影响研究。利用SolidWorks软件建立设计箱体及不同初始变形箱体的几何模型,基于ANSYS Workbench软件平台进行注入头箱体有限元仿真计算,分析箱体结构强度及不同初始变形条件下箱体的变形规律,并通过试验验证了此仿真计算方法的可行性。结果表明：注入头箱体结构强度满足设计要求,箱体后板与左右侧板上部焊接位置存在应力集中,对箱体结构改进可以弱化应力集中现象;箱体初始变形越大,工作时产生的变形越大,Z向变形最明显;Z向初始变形最敏感,箱体向减速器侧发生初始变形会使箱体变形增大,向马达侧发生初始变形会抵消箱体变形。研究结果对注入头箱体的加工制造具有一定的指导意义。     

广西思的河流域重金属污染物溶质运移模拟

为评价广西阳朔县思的河流域矿区的重金属污染情况,将流域水文模型ArcSWAT与地下水模型GMS (Groundwater Modeling System) 中MT3DMS溶质运移模块相结合,定量分析污染物锌和镉的迁移过程,为进一步的治理措施提供参考依据。结果表明：（1）采用ArcSWAT和GMS可以更准确地确定垂向入渗量,从而准确进行地下水数值模拟。（2）在没有防治措施的情况下,矿井废水对地下水环境造成较大的污染威胁：尾砂矿矿洞出水口水样中锌和镉的含量分别为18.62mg/L和0.096 mg/L,是流域重金属污染的源头。模拟期20 a内,锌和镉的污染晕分别在16 d和44 d之后到达河流,前端最远距离污染晕中心分别为2 303.75 m和1 887.04 m,两端最长处为3 159.57 m和2 478.57 m,最宽处分别为1 533.54 m和1 128.36m。锌和镉进入流域的质量分别为3 512.44 g和18.15g,流出流域的质量为1 640.49 g和8.47 g,残留在流域的比例分别为53.28 %和53.33 %。（3）根据已有研究结果表明,龙葵对镉具有较强的富集能力,在植物体中的最高富集量为1 084.4 mg/kg,并对锌具有较强的耐性,富集量也超过1 000 mg/kg。因此,设置一个模拟情景对尾矿库生态修复工程进行评价：以尾矿积水塘中锌含量0.284 mg/L和镉含量0.002 mg/L为替代污染源强,模拟期内,锌沿河谷方向的迁移速度由94.38 m/a降低至80.78 m/a,最大污染晕面积由3.80 ×10^6m2缩小至2.50×10^6 m2;镉的迁移速度由86.09 m/a降低至69.13 m/a,最大污染晕面积由1.67×10^6 m2缩小至1.29×10^6 m2,说明生态修复工程取得较好效果,建议继续投入建设。（4）根据模拟预测结果,建议在矿洞出水口修建防渗帷幕等防治措施,划分污染防治区,并加强地下水水质监测,同时制定地下水风险事故应急预案,避免污染进一步加剧。     

基于现场可编程门阵列的矩阵求逆算法设计

针对自适应抗干扰算法在更新最优权值时存在时间延迟问题,提出了一种基于Cholesky分解的矩阵求逆算法实现架构。该实现架构主要包括协方差矩阵计算模块、Cholesky分解模块、计算下三角矩阵的逆矩阵模块、三角矩阵相乘和权值计算模块。本设计可完成在最短权值更新时间的前提下,对高阶采样矩阵进行求逆运算。仿真结果表明,在FPGA的硬件平台上,一次权值的更新时间只需要1.2 ms。本设计为自适应抗干扰快速求解权值提供了一种切实可行的解决方案,对存在类似需求的权值求解系统具有一定的参考价值。     

基于呼吸疲劳节点的驾驶员疲劳状态判别研究

为了提高呼吸信号判别驾驶疲劳的准确率,本文通过模拟驾驶试验探究了呼吸信号与驾驶员疲劳状态的关系,提出了呼吸疲劳节点的概念,并基于呼吸疲劳节点判别了驾驶员的疲劳状态。首先,通过模拟驾驶试验采集驾驶员的呼吸信号,采用Karolinska嗜睡量表 (Karolinska Sleepiness Scale, KSS) 对疲劳程度进行主观自评量化。其次,把单位时间内眼睛闭合百分比 (Percentage of Eyelid Closure over the pupil over time, PERCLOS) 作为参考,与主观自评反馈结合,对驾驶员呼吸疲劳节点进行标定。最后,基于呼吸疲劳节点利用随机树算法获得了轻/重度呼吸疲劳变化节点的判别模型。结果表明:该模型能更加及时、准确地判别出驾驶员的疲劳状态;基于随机树算法获得的筛选条件对轻度呼吸疲劳变化节点识别的准确性要高于重度呼吸疲劳变化节点;轻/重度呼吸疲劳变化节点的平均识别误差分别为3.50 min和3.66 min,预测准确率分别为92.09%和92.03%。     

车辆荷载作用下埋地管道动力响应分析

铺设在农田、荒地的埋地管道容易受地面车辆荷载的影响,管道在其作用下一旦达到强度极限就会产生安全问题。本文建立车-管-土耦合模型,分析车辆荷载作用下埋地管道的动力响应,得到不同时刻埋地管道的应力分布规律。再建立管道减荷有限元模型,分析不同轮压下承压板宽度对管道减荷的效果,得到管道中部等效应力与承压板宽度的对应关系。结果表明：埋地管道任一点处的力学响应与车辆荷载作用点的距离成负相关,承压板宽度与其对埋地管道的减荷效果成正相关,不同宽度的承压板存在承载力极限。该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的减荷提供了参考依据。