室内实验规模的出砂数学模拟

为了研究疏松砂岩的出砂特征，根据连续性孔隙介质渗流、微粒释放和微粒运移理论，建立了室内实验规模的出砂数学模型，并采用有限差分法对该模型进行了求解。结果表明，实验条件下数学模拟与物理实验模拟的结果吻合较好。用理论出砂模型模拟了胶体力、水动力导致的出砂和砂粒运移过程中滞留引起的渗透率变化。模拟结果表明，渗流速度高于临界流速才引起冲刷出砂；胶体力和冲刷力是出砂的诱发因素，砂微粒在运移过程中在孔隙表面再沉积和孔喉处被捕集将降低出砂程度；渗透率比值与注水孔隙体积倍数或渗流速度的关系曲线均呈“S”形；在运移过程中，砂微粒滞留导致渗透率比值随岩心长度的变化呈线性降低趋势。     

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析是对目前静态流体或稳态多相渗流中微粒运移/捕集的补充,通过分析弹性波对微粒剥离运移捕集过程的影响,建立弹性波作用下微粒运移模型,得到对微粒运移效果和储层物性变化的影响规律。由推导得到的弹性波作用下微粒剥离临界速度可知,当微粒与孔喉半径的比值越小时弹性波导致的振荡附加力影响越大,临界速度与流体粘度、微粒/孔喉半径比成负相关,与基质胶结程度、结构力、微粒半径、微粒密度成正相关。弹性波作用下微粒运移模型需同时考虑多孔介质渗流速度的变化,此时微粒剥离释放速率增加,但随着波衰减和时间延长而降低,微粒在孔隙表面沉积滞留速率先上升后下降,喉道堵塞的速率有所上升,说明弹性波作用下微粒的剥离和悬浮能力增加,但亦增加了微粒在微细孔喉"架桥"堵塞的可能性。研究结论对岩石物理学和工业化波动处理涉及的储层物性研究具有一定指导意义。     

疏松砂岩油藏出砂机理物理模拟研究

利用玻璃板填砂平面模型,在室内对地层出砂进行了实验研究,分析了疏松砂岩油藏出砂机理,并对影响地层出砂的非均质性、粘度、渗透率和流体渗流速度等因素进行了分析.结果表明,大孔道的形成是一个在主流线上分枝发展的“灾变”过程.在临界出砂速度以上,随流速的增加,出砂速度迅速增大;胶结强度越高,出砂量和出砂速度越小;在相同的渗流速度下,渗透率越大,出砂量越小;随着原油粘度的增加,出砂量增加.出砂量的变化表明,胶结程度和水力冲刷是影响油层出砂的重要因素.大孔道一旦形成,油井含水率增加,油藏的采收率降低36%.     

基于温度与压力双重作用的致密储层渗透率定量评价模型

为了建立油气开采过程中,储层渗透率随温度、孔隙压力变化而改变的定量评价模型,假定岩石仅产生弹性变形,根据多孔介质弹性力学理论,推导出岩石孔隙体积和尺寸的应力-应变关系;再应用管流模拟渗流,根据Kozeny-Carman方程得到渗透率随温度、孔隙压力变化的定量计算模型.针对常规渗透率测试存在的问题,改进实验方法,模拟真实储层温度压力条件,开展了岩心力学和渗透率同步实验.研究结果表明,模型计算的渗透率损失与实验测试结果吻和良好.模型适用于裂缝不发育的致密岩石在弹性变形范围内的渗透率定量计算.随着油气采出,孔隙压力下降,导致渗透率减小,而地层温度降低,导致渗透率增大,这两方面对渗透率的影响具有相互抵消的作用.因此,由于温度、孔隙压力变化引起的储层岩石渗透率总体变化很小,一般不超过±2％.     

低渗透砂岩石油渗流的微观模拟实验研究

采用天然低渗透砂岩微观模型,通过与实际地质状况较为相似条件下的油驱水实验,模拟石油在低渗透砂岩孔隙内的渗流,分析和探讨了低渗透砂岩孔隙介质中石油的微观渗流机理。研究结果表明,石油在低渗透砂岩中渗流路径曲折复杂,运移渗流模式有稳定式、指进式和优势式3种;石油在低渗透砂岩中渗流存在启动压力梯度,启动压力梯度与砂岩孔隙度关系复杂,而与砂岩渗透率有很好的相关性;石油的渗流速度与驱替压力呈很好的相关性,石油以相同速度在不同渗透率级别的砂岩内渗流时所需要的驱替压力随砂岩渗透率的增大而降低。     

乳状液线性渗流启动规律研究

从实验和理论方面研究了多孔介质中乳状液渗流的规律及线性启动数学模型。在恒定压力下,通过不同乳滴的水包油型乳状液在不同渗透率的亲水性胶结岩芯中的渗流实验,得到了孔隙介质的渗透率随乳状液注入孔隙体积倍数增加而降低的变化规律;在不同的恒定压力下,通过乳状液渗流实验,得出了孔隙介质渗透率的降低幅度随着压力梯度的增加而减小的变化规律。提出了一种滞留乳滴的线性启动数学模型,采用方程积分与参数优化技术联合编程的计算方法,计算了乳状液在孔隙介质中的渗流规律,结果表明理论计算和实际测量值非常一致。     

稠油热采出砂机制试验研究

稠油生产出砂是油气田开发中制约产能的重要因素,高温蒸汽冲刷、沥青质的热解和水岩反应溶解是稠油热采出砂的主要原因。针对稠油开采出砂问题,分析稠油区块的出砂机制,并试验研究稠油热采注蒸汽对岩心渗透率的影响和稠油热采的出砂机制。结果表明:随着注入蒸汽量的增加,岩心的渗透率都会先下降后上升,开采时需要适当控制蒸汽流速以恢复最终渗透率到原有的80%左右;高流速下流体的流动冲刷导致地层的拉伸破坏而产生微粒的运移,破坏了骨架砂;高温导致岩石的胶结强度下降,砂粒疏松;高黏度的原油在流动中阻力大,流动所需的压力梯度大,对砂粒的摩擦携带作用也大;岩心初始渗透率低导致驱替压差大,对岩心产生剪切破坏。     

储层微粒运移预测技术在石油开采中的应用

针对在油田注采过程中 ,经常由于忽略注采速度的影响而导致地层发生微粒运移 ,从而堵塞地层孔隙 ,使油气井产量急剧降低 .尤其对于低渗油层 ,地层伤害程度更大 .在岩心速敏实验基础上 ,应用渗流力学和采油工艺等基本原理 ,将室内临界流速与油田开发相结合 ,建立了微粒运移堵塞预测数学模型 ,并利用该模型对大庆龙虎泡油田几口油井进行预测 .预测结果表明 :金 1 91、金393井存在一定程度的微粒运移损害 ,与现场实际情况基本吻合 ,从而证实该技术切实可行     

储层微粒运移预测技术在石油开采中的应用

针对在油田注采过程中,经常由于忽略注采速度的影响而导致地层发生微粒运移,从而堵塞地层孔隙,使油气井产量急剧降低。尤其对于低渗油层,地层伤害程度更大。在岩心速敏实验基础上,应用渗流力学和采油工艺等基本原理,将室内临界流速与油田开发相结合,建立了微粒运移堵塞预测数学模型,并利用该模型对大庆龙虎泡油田几口油井进行预测。预测结果表明：金191、金393井存在一定程度的微粒运移损害,与现场实际情况基本吻合,从而证实该技术切实可行。     

稠油油藏注蒸汽储层热伤害规律实验研究

针对稠油油藏注蒸汽过程中储层的热伤害问题,研究了稠油油藏热采过程注入的高温、高pH 热流体对储层 渗透率的影响,研究中利用正反向流动实验方法,研究了高温冷凝液注入疏松砂岩后引起的微粒运移作用及储层渗透 率的变化特征;并利用储层矿物的水热反应实验,分析了疏松砂岩油藏注蒸汽开发过程中的微粒运移机理。实验结果 表明,注蒸汽过程中,稠油油藏储层渗透率随温度及pH 值的升高而降低。高速流动的蒸汽及冷凝液造成储层内固相 微粒的运移及滞留,使储层非均质性进一步加剧;同时,高温、高pH 的蒸汽冷凝液既促使黏土矿物发生膨胀又造成储 层矿物发生溶解与转化,从而进一步加剧了稠油油藏疏松砂岩储层的储层热伤害。     

砂柱微生物注浆的水力渗透性质试验研究

为了有效实现防渗堵漏,对砂柱微生物注浆的水力渗透性质进行试验研究。砂柱微生物注浆采用巴氏芽孢杆菌菌种,向试验装置中注入胶结液与菌液,静置完成微生物注浆。对实际工程问题物理模型进行简化处理,构造满足工程特性的数学模型,对模型赋予参数、初始条件及边界条件,为砂柱微生物注浆水利渗透性质试验提供依据。构造均质高孔隙率砂岩非稳定达西渗流数学模型,计算可体现砂柱微生物注浆水力渗透性质的孔隙率与渗透率。将已有实验结果和数值模拟结果进行比较,对数值模型合理性进行验证。通过观察孔隙率与渗透率对砂柱微生物注浆的水利渗透性质进行试验分析。结果发现,砂柱微生物注浆可降低砂柱孔隙率与渗透率,提高砂土水力渗透性质。     

悬浮颗粒在孔喉中的微观运移模拟研究

悬浮颗粒多孔介质微观运移模拟正逐渐成为颗粒堵塞机理研究和地层伤害评价的一种快速而有效的研究方法,基于颗粒离散元方法建立了一种悬浮颗粒在多孔介质中运移的微观孔隙模拟方法。通过拟合宏观力学参数生成了Antler天然砂岩骨架颗粒模型,建立了骨架颗粒流体耦合孔隙网络模拟方法,通过达西线性流验证了骨架颗粒流体耦合模型的正确性。之后在分析悬浮颗粒受力基础上,建立了耦合的悬浮颗粒侵入模型,模型考虑了侵入颗粒与流体、侵入颗粒与骨架颗粒的相互作用。模拟结果表明,在发生贯穿性堵塞时粒径小的悬浮颗粒造成更大地层伤害,初始孔隙度大的岩芯的渗透率降低幅度较大,因此在防止地层伤害注水方案设计时要针对具体地层的孔隙度和渗透率情况严格控制悬浮颗粒的粒径和浓度。     

低渗透非达西流场中溶质运移实验及数值模拟

为了更好的研究低渗介质中污染物的运移规律,运用低渗岩芯中溶质运移实验,比较了不同启动压力梯度下溶质运移规律及其特征,并应用所建立的数学模型模拟了饱和的低渗岩芯中溶质运移过程。结果表明:不同质地的低渗岩芯,其启动压力梯度不一样,启动压力梯度越大,流速越小,水动力弥散作用对溶质运移的影响更加明显,应用对流扩散方程可以很好的模拟溶质在低渗岩芯中运移的过程。     

疏松砂岩油藏流固耦合流动模拟研究

现有商品化黑油数值模拟器的数学模型未考虑疏松砂岩油藏因适度出砂导致油层孔隙度和渗透率大幅度提高的特征,忽略了介质形变对油藏开发动态的影响,导致疏松砂岩油藏开发方案设计和开发指标动态预测可能存在不可靠性。基于渗流力学和岩石力学理论,建立了一个疏松砂岩油藏耦合多相流渗流数学模型,模型考虑了应变引起的渗透率和孔隙度随地层压力变化的影响,采用显式耦合方法进行流固耦合处理。对耦合数学模型进行有限差分数值求解,改写了BOAST II程序源码,并对某疏松砂岩油藏进行了流固耦合模拟实例研究。模拟计算结果表明:①考虑流固耦合和不考虑流固耦合计算预测开发指标存在较大差别;②前者预测的原油采出程度高于后者预测的原油采出程度;③由于疏松砂岩油藏普遍为高渗储层,使得两种模拟计算在前期差别比较显著,在后期差别逐步不明显。该理论和研究方法较好地解决目前常规油藏数值模拟对疏松砂岩油藏的不适应和局限性问题,为该类油藏合理开发提供一定的借鉴和指导作用。     

微观非均质储层注水开发室内模拟及监测方法

储层微观非均质性普遍存在且影响着渗流特征。为了直观有效地表征和模拟储层微观非均质特征及其对水驱开发效果的影响,室内条件下研制了具有微观非均质特征的可视化填砂模型和砂岩岩心模型。分别采用录像观察和饱和度测试的方法,实验模拟并监测水驱开发动态,分析渗流特征及残余油的形成与分布,明确储层微观非均质性对注水开发效果的影响。两种模型实验结果表明:局部低渗形成的微观非均质性易使油水前缘不稳定,指进明显,出口见水较快,驱油效率较低;注水开发后微观非均质储层残余油主要分散分布在局部低渗部位以及低渗部位之间的水动力滞留带;通过录像方法能直观定性地跟踪水驱开发动态,而采用饱和度测试分析可以定量表征油水变化情况,两者相结合可以较全面分析微观非均质对渗流特征及水驱开发效果的影响。     

复合吸水颗粒深部液流转向剂注入性研究

由于吸水网络与控制网络的互穿结构,复合吸水材料颗粒具有吸水膨胀速度可控、吸水后强度高的特点。通过填砂管模型、变径管模型研究了复合吸水颗粒深部液流转向剂的注入特性、吸水后在孔喉中的运移情况。实验结果表明：在粒径小于孔喉尺寸的前提下,未吸水膨胀前颗粒可以顺利注入;吸水后即使颗粒直径大于孔喉直径也可以通过拉伸变形顺利通过,通过后立即恢复原状。注入过程中填砂管渗透率降低,颗粒膨胀后渗透率进一步降低,颗粒膨胀后在驱替压力足够大的情况下依然可以在填砂管微孔中运移。     

渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律

为揭示渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律,基于颗粒-孔隙尺度流固耦合方法,分别对密实、中密和疏松结构的松散堆积层开展渗流管涌仿真试验,从细观层面分析渗流管涌作用下松散堆积层颗粒迁移特征、颗粒流失量、颗粒间接触力链演化和骨架变形的结构演化特征。结果表明：渗流管涌主要以细颗粒迁移为主,存在局部“堵塞”现象,块石颗粒仅会在细颗粒迁移脱空后自由堆积。细颗粒迁移具有明显的“颗粒堆积”现象,主要集中在出口处,呈“上多下少”的特点。同时,渗流管涌发展过程中相同部位的孔隙率变化具有高度相似性,且结构越疏松愈加显著。管涌发展过程中,块石颗粒间接触承担主要的应力传递,力链演化的本质是堆积填料内部应力传递结构的改变。此外,下沉量和体应变均随时步增加,呈先急剧增加,后趋于平稳的态势,且随初始渗流速度越大,平稳时刻逐步提前。该研究成果可为从细观角度认识松散堆积层渗流管涌结构演化规律提供一定借鉴。     

部分充填周期性裂隙岩体渗流理论分析与试验

为研究部分充填周期性裂隙岩体的渗流特性,建立了岩体渗流分析模型.基于无充填裂隙中流体满足Navier-Stokes方程和多孔介质中渗流满足Brinkman-extended Darcy方程,采用不同介质交界面流速相等且剪应力连续的边界条件,推求出部分充填周期性裂隙岩体中流体的流速分布,并给出了岩体等效渗透率的理论表达式.研制渗透试验装置,选用混凝土模拟岩石基质,混凝土间的缝隙模拟岩体裂隙,砂岩模拟充填物,进行部分填充裂隙岩体的等效渗透试验.试验测得的结果与理论计算值相比,二者差值很小,试验很好地验证了等效渗透率表达式的有效性.