粒子群算法在时效变形参数反演中的应用

以往的现场刚性承压板压缩蠕变试验中部假设岩体变形为黏弹性变形,然后推求岩体的蠕变变形公式,并结合最小二乘法反演获得蠕变参数,这种方法由于进行了黏弹性变形的假设从而无法考虑岩体的黏塑性变形,为此,采用粒子群智能算法的数值反演方法进行研究,并且提出将流变模型中控制瞬时变形和时效变形的2种参数分开反演的二次粒子群算法.研究结果表明:采用这种方法可以有效地减小反演的难度,提高了反演精度;将此方法应用于现场压缩蠕变试验的参数反演,拟合时效变形参数曲线与试验曲线较吻合,从而可获得相应的流变参数.     

盐岩层大位移井蠕变规律影响因素分析

中东油田碳酸盐岩上方往往覆盖着巨厚盐岩层,在应力作用下会发生蠕变造成缩径,大位移钻井时容易出现钻具卡钻事故。现有的盐岩层蠕变分析模型或者是基于二维平面模型,或者是利用有限元进行数值模拟,缺少定向井三维蠕变解析模型,不利于表征盐岩层蠕变规律和影响因素之间的关系。在黏弹性理论的基础上,采用开尔文-沃伊特蠕变模型,结合直角坐标系和圆柱坐标系下斜井井壁应力公式,推导了大位移井三维蠕变解析表达式。利用此解析模型,定量分析了盐岩层在不同钻井液密度、蠕变时间、方位角以及井斜角下的蠕变规律,对现场大位移钻井成功钻穿盐岩层提供了指导作用。     

盐岩层钻井中盐岩蠕变量的研究与应用

盐岩地层钻井过程中常因盐岩蠕变造成卡钻、井壁坍塌、井眼报废等复杂情况。为此,深入研究盐岩蠕变量的变化规律对解决此类问题有十分重要的意义。通过对盐岩地层蠕变缩径的力学分析,建立了确定盐岩蠕变量的简单解析模型;并对盐岩蠕变量随地层温度、上覆岩层压力、钻井液密度等的变化规律进行了详细的分析。分析结果表明:盐岩蠕变量随着地温梯度、地应力梯度、蠕变系数、裸露时间的增加而增加,而随着蠕变常数、应力指数、钻井液密度的增加而减小;各因素对盐岩蠕变量的影响程度随着井深的增加而加剧。还对中东某区块进行了实例计算,结果表明:基于该模型确定的合理钻井液密度与盐岩地层实际钻井钻井液密度值吻合较好,说明该模型准确可靠,值得生产现场确定盐岩地层合理钻井液密度借鉴。     

盐岩地层套管蠕变荷载试验及其数值分析

中原油田在钻遇盐岩层的油水井中,某些区块套管的损坏率高达65%,盐岩层蠕变是套管损坏的一个重要原因.通过对6块盐岩岩心进行地下条件的蠕变模拟试验,得出了盐岩层的蠕变规律和特征参数,建立了套管承受外载的有限元计算模型,并编制了计算程序.利用所编制的软件对中原油田某口井的套管蠕变载荷进行了数值模拟计算.结果表明,作用在套管上的径向载荷与相位角和蠕变时间有关,并且蠕变条件下套管的最大载荷超过原地应力10%左右.     

含杂质盐岩典型蠕变模型的参数识别与对比分析

通过分级加载蠕变试验,测定了两组成分相近、杂质随机分布的盐岩蠕变数据。基于一组试验数据,对目前常用的几种盐岩蠕变模型,Bailey-Norton模型、伯格斯(Burgers)模型、西原模型和分数阶蠕变模型蠕变模型参数进行参数识别,并采用识别的参数计算另一组的蠕变变形,对比分析各个模型在描述含杂质岩盐蠕变变形方面的适用性。结果表明:分数阶蠕变能较好地刻画盐岩蠕变损伤引起的力学性能变化。本文给出的典型盐岩蠕变模型参数和模型对比分析结果,含杂质盐岩蠕变研究中,模型选用和参数识别具有一定的指导意义。     

盐岩蠕变对固井质量的影响

盐岩具有较好的可塑性,在钻井及固井过程中易发生塑性变形或蠕动流动,经常造成盐岩层段固井水泥胶结较差。为给盐层段固井质量评价提供理论依据与指导,通过盐岩力学及蠕变实验获取了盐岩力学特征及蠕变特性参数,构建了盐岩蠕变模型,分析了研究区的实际工程资料。结果表明：相同应变条件下,围压越大,盐岩承载能力越强,弹性模量越大;不同围压条件下,盐岩表现为典型弹塑性变形特征,盐岩破坏类型为扩容破坏;偏应力越大,瞬时弹性应变越大,稳定蠕变应变率越大;随着盐岩的蠕变,固井二界面密封能力在短时间内迅速增大,1000h后增速变缓并以一较小的稳定速度继续增大,且工程实践与数值模拟结果得到相互验证。可见评价模型与方法对盐岩层段固井质量评价具有积极实践意义,亦可对其他地区类似地层提供有意义的借鉴。     

基于BG理论确定Phillips方法的正则化参数并评价反演结果

<正>则参数的选取在Phillips-Twomey方法中起着关键性的作用,但一方面人们很难确定该参数的选取是否恰当,另一方面在参数选取时存在着很大的主观因素。研究利用Phillips-Twomey方法反演核磁共振横向弛豫时间谱时正则参数的确定,其确定方法是基于BG理论中的折中准则和正则参数最小准则;同时,还利用分辨率矩阵和协方差矩阵来评价反演所得横向弛豫时间谱。数值模拟和岩心分析均表明,基于BG理论的折中准则和正则参数最小准则方法适用于确定Phillips-Twomey方法反演核磁共振横向弛豫时间谱的正则参数r的选取。岩心分析结果表明,该方法反演效果比常规的SVD方法好,并且该方法避免了反演者的主观判断,因此反演结果没有反演者个人偏好影响。     

基于广义Kelvin模型的非定常盐岩蠕变模型

针对川东北油气田盐岩地层普遍出现的套损现象,对该地层段盐岩的蠕变特性进行研究。用非定常黏壶元件替换广义Kelvin模型中的线性黏壶元件,建立非定常广义Kelvin模型;将其与能够描述盐岩稳态蠕变特征的Heard模型进行串联,构建新的四元件NGKH盐岩非线性蠕变本构模型,可以描述盐岩的衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段特征。基于室内三轴蠕变试验结果,利用Levenberg-Marquardt算法对NGKH模型蠕变参数进行识别。基于FLAC~(3D)的UDM接口程序,采用C++编程语言对其进行二次开发;并通过三轴蠕变试验的数值模拟对开发NGKH模型进行验证。研究结果表明:NGKH模型的拟合结果与室内试验结果吻合良好,该蠕变模型能够准确描述盐岩的非线性蠕变特性;通过黏弹性与非线性计算结果,验证了开发NGKH模型程序的正确性和合理性。     

盐岩夹层蠕变特性实验研究与理论分析

通过对湖北应城盐岩夹层160 d的单轴压缩蠕变试验研究,可知湖北应城盐岩夹层具有良好的蠕变特性,盐岩夹层蠕变来自两部分,一部分为盐岩蠕变,另一部分来自夹层蠕变,且纯盐岩蠕变率高于夹层,横向应变率大于夹层。根据试验结果,拟合试验曲线得出了盐岩夹层蠕变经验公式,由最小二乘法得到盐岩夹层蠕变经验公式拟合参数;并分析了曲线特征,建立了盐岩夹层蠕变理论模型,得出了盐岩夹层的粘弹塑性本构方程,为盐岩矿床油气储库的稳定性分析提供了依据。     

损伤层状盐岩蠕变-渗透的流固耦合实验研究

以湖北云应盐矿地下600~700 m含泥岩夹层的氯化钠盐岩试件为研究对象,进行层状盐岩的蠕变-渗透试验。研究结果表明:单轴压缩条件下层状盐岩的衰减蠕变、定常蠕变阶段显现,定常蠕变率保持在7.05×10-6/d左右;在定常蠕变阶段,盐岩层微裂隙稳定扩展,盐岩层与泥岩夹层蠕变特性的差异诱发盐岩-泥岩夹层出现剪切损伤破裂,这种层状盐岩的蠕变破裂为渗流提供了通道;未扰动的层状盐岩致密,渗透性差,而蠕变损伤状态下的层状岩盐透气系数呈数量级增加,而且渗透性能的流固耦合效应十分显著,渗透系数随体积应力与渗透压的变化而发生变化,定常蠕变阶段损伤层状岩盐的渗透系数k与有效体积应力Θe遵循负指数函数规律,其流固耦合方程为:k=2.046 2×10-10exp(-0.061Θe),这可对层状盐岩油气储库的渗漏安全评价提供参考。     

核磁共振全直径岩心分析仪磁体的研制

采用核磁共振进行石油岩心分析，可以从一块岩样中得到孔隙度(总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚水孔隙度等)、自由流体指数(可动流体百分数)、孔径分布以及渗透率等多种参数，具有无损检测、一机多参数、一样多参数的显优点．我国油田以陆相沉积油田为主，其主要特点是储层存在严重的非均质性，所以采用核磁共振全直径岩心分析非常有必要性，和核磁共振标准岩心分析同样重要，磁体是核磁共振岩心分析仪的核心部件，这种磁体相对体积较小，有效气隙大，重量轻．在设计磁体时，首先要根据经验初步确定磁体类型和结构尺寸，然后再用有限元方法进行计算，得出准确的尺寸，装配完的磁体通过无源匀场使磁体的均匀度达到要求，磁场的均匀度和FID(free induction decay)信号衰减程度密切相关，FID衰减的越快，说明磁体均匀度越差，磁体经调试完毕后，使用煤油和四氯化碳模拟孔隙介质组成的标准样做FID测试，通过磁体的测试，可知磁体的均匀度、磁场场强的温度稳定性、磁体的总体稳定性良好，完全可以给核磁共振全直径岩心分析仪营造一个合适的匀场环境。     

剪切变稀作用对聚驱试井分析影响的数值研究

考虑聚合物驱中剪切、吸附、不可及孔隙体积等物化现象影响,建立了耦合井储与地层渗流的两相四组分的聚合物驱模型。基于PEBI网格、采用有限体积法进行离散并用全隐式方法进行求解,形成了聚合物驱数值试井模型;研究了剪切变稀作用对聚驱井底瞬态压力响应的影响,发现由于聚合物溶液剪切变稀特性和关井后井周围水相速度的急剧降低,压力导数曲线在井储段结束后会出现明显的抖动。地层渗透率的变化会导致导数曲线抖动的位置发生明显变化但对抖动的幅度影响很小。基于以上结论给出了考虑剪切变稀作用的聚驱数值试井拟合方法。通过对油田现场压力测试数据的拟合验证了上述规律的正确性并表明该规律对合理解释现场压力测试资料,正确反演地层参数有很大指导意义。     

鄂尔多斯盆地长7地层油页岩含油率预测

油页岩的含油率是油页岩工业品质评价中最重要的参数之一,其计算的准确与否直接关系到炼油适宜性的有效确定。鉴于岩心测试成本较高、且不连续等因素,本文充分利用测井资料和含油率室内化验分析资料,在含油率化验分析资料归位的基础上利用现代数理统计方法优选了含油率的敏感性测井参数,采用BP非线性神经网络技术构建了研究区的含油率多测井参数预测模型。含油率预测结果表明,该法能够较好地对研究区内的油页岩含油率进行有效预测,可有效弥补实验室测样的不足,并为利用研究区测井资料进行油页岩工业评价提供了依据。     

低渗岩心物性参数与应力关系的试验研究

地应力是影响低渗油气田地层参数的重要因素 ,尤其直接影响油层的渗透率、孔隙度等。通过室内试验 ,利用围压模拟地层应力 ,研究了有效应力与岩心的渗透率、孔隙度、岩石压缩系数之间的关系。研究结果表明 ,低渗岩心渗透率、孔隙度及压缩系数对有效应力变化较为敏感 ,随着有效应力的增大呈指数递减。试验发现 ,在有效应力的变化过程中发生了岩心弹塑性变形 ,在测量过程中低渗岩心存在启动压力梯度     

高度非均质复杂断块油田油层有效厚度的确定方法

针对高度非均质复杂断块油田地质特点，采用分层划块、去异存同的原则，综合应用岩心分析、生产测试、测井及关键井研究成果。利用含油产状法、测试法、泥浆侵入法、数理统计法、经验统计法和综合分析等方法，确定了枣南孔一、孔二段５套有效厚度划分标准，制定了适应油田特点的有效厚度夹层扣除原则及标准，对枣南１５０口井近万ｍ井段的有效厚度进行了详细的划分与标定     

基于岩屑分形理论的岩石力学参数实时评价方法

现有的岩石力学参数获取方法依赖于钻井取心和测井资料,具有较大的时效限制。将分形几何理论应用于岩石力学参数实时预测的研究中。首先,利用完钻井深层岩心开展力学测试,建立岩石力学参数与多项测井物理量多元统计学模型。然后,开展上返岩屑颗粒的分形维数测试,并依据测井岩石力学模型计算出岩屑原位地层的岩石力学参数,将这些力学参数与岩屑分形维数建立统计学关系式。以准噶尔盆地玛湖凹陷Ma123井为例,通过测试上返岩屑的分形维数,进而实时计算出岩石的力学参数。完钻测井后基于测井反演模型绘制出该井岩石力学参数剖面。两种方法对比认为,基于岩屑分形维数计算的岩石力学参数具有较高的精度(误差小于10.9%)。同时,通过实践总结出一套基于录井岩屑分形理论的岩石力学参数的实时预测方法。该研究成果拓展了分形岩石力学的应用领域,为岩石力学参数的实时预测提供了新思路。     

风机机组能效测试装置的研制

针对风机机组能效测试工作繁杂、效率低下等问题,研制了一套多参数集成化的风机机组能效测试装置。该装置基于STM32控制器为采集核心,采用电力仪表采集电参数,利用压力传感器设计了调理电路测量风压参数,同时对风压参数进行了温度补偿和数字滤波,配合上位机软件实现风机机组能效参数的实时采集分析处理。经现场测试,该装置工作可靠稳定,能够准确测试风机机组的能耗状况,提高了测试效率。     

高分辨率双侧向和双感应测井联合反演

利用电阻率测井理论和反演技术,建立了高分辨率双侧向(HRDL)和高分辨率双感应(HRDI)测井响应的联合反演算法,对HRDL和HRDI测井曲线进行连续反演.构造不同层厚的地层模型,将联合反演结果和单一HRDL反演以及HRD I反演结果进行了对比,结果表明:联合反演不仅可以同时确定地层真电阻率、侵入深度和侵入带电阻率,而且还可以改善测井反演问题中解的局部收敛性和多解性.对现场HRDL和HRDI测井曲线的联合反演结果也证明了其有效性和可靠性.     

基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演

基于现场变形观测资料的优化反演是确定边坡岩体力学参数的主要方法之一,其本质是一个岩体力学参数的寻优过程,因而,如何选择一个高效的优化算法是其核心问题之一.目前,粒子群优化算法已被应用于边坡工程力学参数反演,但其算法实现为同步模式,最优粒子的信息不能及时共享,降低了优化效率,使得反演耗时较多.鉴于此,提出基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演,该算法的搜索步伐并不一致,粒子间表现出异步性,因而寻优效率明显高于同步模式,可有效解决在边坡工程中岩体力学参数反演中存在的低效问题.在此基础上,构建了边坡工程岩体力学参数反演模型,并采用ABAQUS作为反演分析中的正分析工具,给出了边坡工程岩体力学参数反演的实现流程,完成了程序编制,进而通过算例分析,验证了所提出的方法和程序编制的可行性和高效性.     

土-结构系统的非线性参数反演研究

研究土-结构系统的非线性参数反演问题.建立了土-结构系统的二维集中质量非线性计算模型,提出了变量分离的非线性参数拟合法.利用非线性计算模型和变量分离的非线性参数反演法,实现了复杂的土-结构系统的非线性参数反演.以湖南大学建立的野外大比例尺土-结构系统的试验模型为算例,利用地震输入和系统响应,对系统的非线性动力参数进行反演.算例表明,该算法计算量小,反演精度高,可用于土-结构系统的非线性参数的在线反演.