氮气泡沫压裂液体系在水平管段中的流动规律

根据泡沫压裂液体系含有气体和液体两相这一特性,设计了一套室内泡沫流体管式流变仪,进行了泡沫压裂液体系在水平管段的流动规律研究,得到了泡沫压裂液体系在实验管段的微观结构;并对泡沫质量对泡沫压裂液体系的流变性影响进行了研究。实验结果表明,泡沫压裂液体系随着泡沫质量的增加,管路中的压降先增加后减小;并且泡沫质量较小时很难得到稳定的泡沫;泡沫质量在40%~75%之间能得到稳定的泡沫;用幂律模型研究泡沫压裂液的流变特性,得到泡沫压裂液体系的流变方程。结果表明,随着泡沫质量的不断增加,泡沫压裂液体系的稠度系数不断增加,流变指数不断减小;并且随着剪切速率的增加,表观黏度不断降低,对于研究泡沫压裂液在井筒中的流动具有一定的价值。     

CO2泡沫压裂液两相流流动特性的试验研究

通过大型高参数泡沫压裂液试验回路首次详细研究了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液的流变特性,得出了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液流变参数的计算关联式,从而为低渗油气藏泡沫压裂技术的有效实施提供了试验依据.研究表明:在实际施工条件下,CO2泡沫压裂液具有剪切稀化性质,可用幂律模型来描述;其有效粘度随剪切速率、温度的增高而减小,随压力、泡沫质量的增大而增大;相对而言,温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响明显,在该试验范围内,温度和泡沫质量对流变参数的影响呈指数规律变化.     

C02泡沫压裂液两相流流动特性的试验研究

通过大型高参数泡沫压裂液试验回路首次详细研究了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液的流变特性，得出了实际压裂条件下C02泡沫压裂液流变参数的计算关联式，从而为低渗油气藏泡沫压裂技术的有效实施提供了试验依据。研究表明：在实际施工条件下，CO2泡沫压裂液具有剪切稀化性质，可用幂律模型来描述；其有效粘度随剪切速率、温度的增高而减小，随压力、泡沫质量的增大而增大；相对而言，温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响明显，在该试验范围内，温度和泡沫质量对流变参数的影响呈指数规律变化。     

GRF-CO_2清洁泡沫压裂液流变特性实验研究

基于管式流变仪原理,使用大型高温高压泡沫压裂液实验系统,对GRF体系的CO2清洁泡沫压裂液流变特性进行了详细的实验研究,研究了其流变特性受温度、泡沫质量、剪切速率和压力影响的规律,得出了压裂液流变参数的计算关联式,GRF-CO2清洁泡沫压裂液流变指数、流变系数的计算关联式平均误差均小于10%,能够满足实际工程需要。     

基于气泡尺度的泡沫压裂液流变机理研究

从介观层次入手，以高压高剪切速率下气泡尺寸均匀分布的泡沫压裂液为基础，建立了一个二维泡沫压裂液物理模型．该模型视泡沫压裂液的最小组成单元为气泡，将气泡和周围液相以及气泡与气泡之间的作用力用弹簧表示，并从能量耗散的角度出发，成功推导了当泡沫质量（气相的体积分数）大于70％、剪切速率大于500s^-1时的泡沫压裂液流变特性的本构方程．利用该本构方程计算得到的泡沫压裂液有效黏度和试验结果对比最大误差只有9．7％，平均误差只有4．9％，所得结果明显地优于Reidenbach和Mathel等人给出的拟合公式．该模型不仅可以从机理上阐述泡沫压裂液的流变特性，而且还能够很好地表现出泡沫压裂液在泡沫质量较高时的有效黏度特性．更为主要的是该模型还可以用于解释泡沫压裂液的屈服应力和壁面滑夥现象．     

泡沫压裂液在裂缝内的层流流动

泡沫流体流变模式的研究表明幂律模式和H-B模式的层流流动完全能满足泡沫压裂液的实际流动.对于宽度相比于长度和高度来说相当小的裂缝,可以将其内部泡沫压裂液的流动简化为无限大平行平板的流动.本文将分别以幂律模式和H-B模式来分析不同流变模式对流动的影响.     

氮气泡沫压裂液体系的研究与应用

氮气泡沫压裂是70年代以来研究发展起来的一项新的压裂工艺技术,它特别适用于低压、低渗和水敏性地层的压裂改造。对氮气泡沫压裂液的基本配方和流变性能进行了室内评价研究。研究了泡沫质量、表面活性剂类型、浓度、剪切速率、温度、压力等因素对泡沫压裂液流变性能的影响。在实验基础上提出了适宜辽河油田的泡沫压裂液配方体系,采用该压裂液在辽河油田先后成功地对8口井实施了氮气泡沫压裂施工,施工成功率100%,累积增产原油1.24×10⁴ t,取得了显著效果。     

稠油蒸汽泡沫共混体系的流变性能研究

为了进一步加强对稠油蒸汽泡沫驱油过程中流体力学性能的认识,在油藏压力7.60 MPa下,利用高温高压流变仪测得了不同条件下稠油蒸汽泡沫共混体系的流变曲线.实验结果表明:稠油蒸汽泡沫驱油体系均为假塑性流体,其流变方程能很好地关联幂律模型;随蒸汽相饱和度和泡沫剂浓度升高,体系表观黏度增大;随蒸汽干度和温度升高,体系表观黏度降低;在低剪切速率时,表观黏度和温度关系满足Arrhenius方程,随着剪切速率增大,表观黏度和温度关系逐渐偏离Arrhenius方程;黏流活化能的绝对值随剪切速率增大而降低,在低剪切速率时,表观黏度对于温度变化更敏感.     

TS和温度对污泥流变特性的影响

对污水厂的污泥进行流变特性分析,考察不同TS下污泥的极限黏度、屈服应力、触变性等流变特征指标的变化规律,并重点探讨TS和温度对污泥流变特性的影响。结果表明：当活性污泥TS为0.86%时,剪切速率从0增加到100s-1的过程中,污泥具有假塑性流体的特征,但随剪切速率的不断增大(100s-1到1000s-1时）,表现出胀塑性流体的特征,其流变特性可用Herschel-Bulkley模型来描述。屈服应力与TS的呈幂律关系;极限黏度和触变环面积与TS呈指数关系;污泥黏度和触变环面积随温度升高而呈现降低趋势,且低剪切速率对黏度这种趋势的影响更加显著。     

总固体和温度对污泥流变特性的影响

对污水厂的污泥进行流变特性分析,考察不同总固体(total solid,TS)下污泥的极限黏度、屈服应力、触变性等流变特征指标的变化规律,并重点探讨TS和温度对污泥流变特性的影响。结果表明:当活性污泥TS为0.86%时,剪切速率从0~100 s-1的过程中,污泥具有假塑性流体的特征,但随剪切速率的不断增大(100~1 000 s-1时),表现出胀塑性流体的特征,其流变特性可用Herschel-Bulkley模型来描述。屈服应力与TS的呈幂律关系;极限黏度和触变环面积与TS呈指数关系;污泥黏度和触变环面积随温度升高而呈现降低趋势,且低剪切速率对黏度这种趋势的影响更加显著。     

泡沫压裂液的两相欧拉颗粒流数值模拟

从两相流的角度出发，将泡沫压裂液的气相处理成气泡相并建立两相欧拉颗粒流模型来研究泡沫压裂液的流变性．研究发现：气泡尺寸随剪切速率增加而减小是泡沫压裂液呈剪切稀化的重要原因，泡沫压裂液的黏度及非牛顿流体性质主要由气泡相黏度产生；气泡间的摩擦和碰撞是泡沫压裂液黏度急剧上升的主要因素，摩擦产生的黏度在高气相体积分数时占主要地位；两相之间基本没有相间滑移速度存在，两相的湍流脉动动能随气相体积分数的增加而增加，管壁附近的湍流脉动动能最大；有效黏度的模拟值与实验结果基本吻合，但模拟值稍微偏大，这可能是因为实际泡沫压裂液中的气泡在剪切场中发生了破碎和变形．但是，该两相流模型不能用于气相体积分数大于65％以上的泡沫压裂液．     

硼交联N_2伴注泡沫压裂液的阻力特性研究

液氮泡沫伴注压裂液的阻力性能对于有效实施压裂工艺、选择合理的压裂参数、进行更为准确的裂缝预测、评估压裂效果都至关重要.利用高参数泡沫压裂液实验回路详细研究了模拟实际压裂条件下N2泡沫压裂液的阻力特性.研究表明:N2泡沫压裂液的摩擦压降梯度随着流速的增大而增大,随着温度的升高而减小,随着压力的增大而增大;摩擦阻力系数随着流速增大而增大,随着温度的升高而减小,而其随着压力的变化特别复杂.通过实验研究得出了N2泡沫压裂液在15~45MPa范围内摩擦阻力系数和广义雷诺数之间的计算关联式,其在本文实验工况下的平均计算误差为10.2%.     

葡萄糖改性有机硼交联剂在水基聚乙烯醇压裂液中的应用

为验证聚乙烯醇作为水基冻胶压裂液的可行性,提出葡萄糖改性有机硼交联剂的压裂液体系.采用实验室自制葡萄糖改性有机硼交联剂,得出原料最佳配比n(硼砂):n(葡萄糖)=1∶1.5.葡萄糖改性有机硼交联剂对聚乙烯醇有很好的延时性和耐高温性,其交联时间可以控制在60～500 s之间,耐热温度在70℃左右.以聚乙烯醇为稠化剂的水基冻胶压裂液的最低有效浓度可达1.1%.     

考虑注水温度及储层堵塞的注水破裂压力计算

 长期注水造成的储层温度变化和堵塞都会影响注水破裂压力。基于多孔介质弹性力学理论, 得到了考虑储层温度变化及堵塞时的井壁处有效应力分布规律, 建立了相应的注水破裂压力计算模型, 并分析了储层温度变化及堵塞程度对注水破裂压力的影响规律。计算结果表明:注水破裂压力随注水温度的降低而降低, 且成线性变化关系, 弹性模量和线膨胀系数越大, 注水破裂压力的变化幅度越大;与储层内部的污染带相比, 滤饼厚度及其渗透率对破裂压力的影响更大, 随着滤饼厚度的增加及其渗透率的降低, 破裂压力将会升高;井壁存在滤饼时, 污染带范围的增加将降低破裂压力, 而其渗透率对破裂压力则影响很小, 当滤饼不存在时, 储层内部污染带不会影响注水破裂压力。     

亚临界CO2在缩放喷管中降压膨胀的数值模拟

忽略两相间的滑移速度,采用Fluent中的混合模型对亚临界CO2过冷液体进入缩放喷管降压膨胀产生气泡的两相流动过程进行了二维数值模拟.其中,气液两相间单位体积内的质量传递率采用空化模型理论进行计算.计算工况如下:喷管液体CO2进口压力为61MPa,温度为29315K,喷管出口为两相状态.计算结果显示,CO2工质流经喉部时,压力急剧降低,相间的质量传递率达到最大值,CO2工质发生相变;工质进入扩散段后,随着压力降低,气体份额不断增大,喷管出口压力为165MPa时,气体体积份额约为093.数值模拟值与实验值对比结果为,计算压力与实测压力值最大误差不超过101%,计算温度与实测温度值最大误差不超过19%.数值模拟揭示了亚临界CO2在喷管中的气液两相膨胀过程.     

页岩气低伤害超临界CO2凝胶压裂液研究

针对常规水压裂液会对页岩造成伤害，容易产生水锁，不易返排，还造成水资源消耗和污染环境等问题，制备了低伤害二氧化碳凝胶压裂液。将自备的F2EU和F4EU增稠剂加入到超临界CO₂基液中，探究两种增稠剂的加入量对CO₂凝胶压裂液黏度的影响，综合考虑成本与效果，优选了2%的F4EU增稠剂，可将CO₂的黏度增至15.4 mPa·s。研究了温度、压力以及剪切速率对凝胶压裂液黏度的影响。实验结果表明，随着温度升高黏度总体降低，但中间出现一个短暂升高阶段；随着压力上升压裂液黏度增加；随着剪切速率的增加压裂液黏度下降，属于一种典型的剪切变稀的假塑性流体。F4EU超临界CO₂凝胶压裂液的平均伤害率为1.39%，远远小于常规压裂液对岩芯的伤害率。实验表明，F4EU超临界CO₂凝胶压裂液在页岩气压裂开采中具有良好的应用前景。     

纳米-滑溜水在致密砂岩中的滞留及其对微观孔隙结构的影响

纳米材料已被证明可以提高非常规油气采收率,但其在储层孔隙中的吸附与滞留机理尚未明确。本文以大庆油田上白垩统青山口组致密砂岩为研究对象,采用低温液氮吸附、润湿角测定、扫描电镜、核磁共振及离心实验方法,研究了纳米-滑溜水压裂液在孔隙中的吸附与滞留,以及其对微观孔隙结构参数的影响。结果表明,纳米滑溜水压裂液处理后,扫描电镜观察到纳米颗粒在孔隙中滞留,岩石润湿角降低30.28%~58.17%;孔隙结构由平板孔向墨水瓶孔过渡,比表面积及吸附量显著增加;微孔占比减小20%~25%,过渡孔占比增大21%~26%,总孔体积增大;分形维数变小更接近2,孔隙结构变简单。纳米颗粒在储层孔隙中的吸附与滞留,导致微观孔隙结构发生变化。实验结果与认识对纳米-滑溜水压裂液在致密砂岩储层中的应用具有重要意义。     

油层水配制压裂液研究及性能评价

以油层水为基液,羟丙基胍胶为增稠剂,有机硼为交联剂,生物酶为破胶剂,研究出适用于不同温度的低温地层压裂液配方.确定稠化剂羟丙基胍胶的质量分数为0.4%,交联剂质量分数为0.5%.随着地层温度的升高,破胶剂生物酶的加量减少,25℃最佳质量浓度为100 mg/L,温度升至40℃时,生物酶最佳质量浓度仅50 mg/L.40℃条件下,该压裂液体系在170 s-1剪切速率下剪切30 min保留黏度大于50 mPa.s,测得破胶液黏度小于5 mPa.s.破胶液残渣质量浓度为450mg/L,残渣粒径平均值为2.8μm,岩心基质渗透率损害率为22.6%.