分子扩散对枯竭油藏型地下储气库动态的影响

针对枯竭裂缝性油藏型储气库渗流特性非常复杂,许多矿场在应用和理论研究中往往忽略气体分子扩散对枯竭裂缝性油藏型地下储气库动态的影响。引入了Fick第一定律,对多孔介质中的扩散系数进行了修正,计算了气体扩散流量;并将气体分子扩散流量代到WarrenRoot双孔模型中,建立了考虑气体分子扩散的枯竭裂缝性油藏型地下储气库的数学模型,应用该模型进行了实例计算。算例分析表明：储气库运行18年后,考虑分子扩散比不考虑分子扩散自由气量多损失6％,累积产油量增加1.35倍;证明了气体分子扩散是储气库气体损失的一个重要原因,同时也是注气提高原油采收率的重要机理。     

基于有限元分析的页岩气扩散数值模拟

本文基于Fick扩散定律,结合页岩气赋存形式和运移特点,针对干酪根有机质中溶解气扩散形式,建立干酪根中页岩气扩散数学模型。利用有限元分析方法进行数值求解,得到不同时刻干酪根内部页岩气浓度分布,分析干酪根内部不同位置浓度变化规律,内边界气体平均扩散通量变化规律,并通过计算得出给定符合页岩储层有机干酪根存在条件下干酪根扩散通量。同时在该扩散模型基础上改变边界条件,可以理论上计算多孔介质中气体有效扩散系数,为今后关于页岩气渗流理论和数值模拟研究奠定了基础。     

页岩基质中甲烷传质输运产能计算模型

页岩气藏基质中存在吸附气和游离气,通过扩散和渗流两种传输机制进行流动。为了研究页岩气藏基质产气规律,推导了一维页岩基质产气量计算公式,扩散体积流量与入口压力成线性正比关系,渗流体积流量与入口压力成二次函数关系,渗透率越高、扩散系数越大,则体积流量越大。在此基础上,设计了全直径页岩岩心甲烷解吸、扩散、渗流耦合实验,研究了产气量与压力的变化关系;并通过拟稳态阶段的实验数据验证了一维页岩基质产气量计算公式的正确性。利用模型计算结果预测了页岩气传质输运实验未来体积流量的变化趋势:当入口压力达到15 MPa时,渗流体积流量在耦合流量中所占比例接近50%;当入口压力低于15 MPa时,扩散体积流量在耦合流量中所占比例较高。     

页岩气扩散系数和视渗透率的计算与分析

目的探究页岩低至纳米级孔隙中气体渗流能力以及分析扩散对总质量通量的贡献。方法先由Kn数划分流动区域,求得各区域对应扩散系数作为系统的扩散系数,然后将其代入气体在纳米孔隙介质中的扩散和渗流方程,最终求出相应的质量通量和视渗透率并分析孔隙半径大小和气体种类对它们的影响。结果页岩储层中气体扩散主要处在过渡扩散和Fick扩散区域;视渗透率与达西渗透率的比值以及扩散质量通量占总质量通量百分比都随孔隙半径的减小而增加;甲烷的扩散能力强于乙烷。结论页岩扩散系数的计算,如果只用Knudsen扩散系数模型会使计算结果偏大;考虑了扩散和滑脱效应后,在储层一般的温压条件下,甲烷在页岩纳米级孔隙中的视渗透率值为10-6μm2级,而非10-9μm2级。     

超临界CO_2在致密油藏中的扩散前缘预测

国内外大部分学者认为超临界CO_2在致密油藏中的扩散是吞吐提高采收率的关键因素之一。通过设计基质-裂缝模型结合压降法搭建了测定超临界CO_2在饱和油岩芯中扩散系数的实验装置,系统研究了压力、储层物性等油藏条件对超临界CO_2扩散系数及浓度分布的影响规律,建立了超临界CO_2浓度场及扩散前缘的预测方法。实验结果表明,超临界CO_2在致密岩芯(0.06 mD)中的扩散系数为10~(-12) m~2/s数量级,扩散系数随着初始注气压力的升高而增大,最终趋于平缓,但在临界压力点附近出现最大扩散系数;扩散系数随基质渗透率和孔隙度增大而增大,随岩芯迂曲度的增大而快速递减。经过900 d扩散,扩散前缘仅前进了0.095 m,因此,在致密油藏CO_2吞吐现场作业周期内忽略扩散作用是合理的。在扩散后期,CO_2浓度梯度越来越小,扩散速度逐渐降低。     

多场耦合作用下氯离子分布场的数值模型

为了研究温度场、湿度场和CO2分布场对氯离子分布场的影响,基于Fick扩散定律和质量守恒定律,主要考虑氯离子扩散系数、湿度以及氯离子结合和释放4个敏感参数,推导了混凝土中氯离子三维分布场控制方程,给出了初始条件和边界条件.利用ANSYS内部集成的参数化程序设计语言APDL建立了数值分析框架.结合试验参数,进行了湿度场作用下混凝土中氯离子分布场的数值计算,并进行了模型参数敏感性分析.结果表明:该模型可以实现不同边界条件下二维和三维多场耦合的数值计算.湿度扩散系数、氯离子扩散系数、边界氯离子浓度以及氯离子结合等温线的取值对氯离子浓度分布影响显著.数值计算结果与实验结果吻合良好,数值模型具有足够的可靠性.     

基于等温吸附实验的页岩吸附气含量计算新方法

为了能更准确地表征页岩等温吸附曲线,研究压力对吸附量的变化范围。通过等温吸附模拟实验,获得页岩等温吸附特征曲线、兰氏体积和兰氏压力,利用兰氏模型计算任意压力下的吸附量。并结合球状模型,拟合压力和吸附量的计算表达式,建立计算吸附量的新方法。用新方法计算结果可知,在不考虑温度的影响下,页岩吸附气体达到饱和时的最大吸附气量要比等温吸附实验条件下页岩饱和吸附量(兰氏体积)大。压力存在一定的变程,不同的压力范围,页岩吸附气量的增加速率不同,随着压力的增大,页岩吸附气量的增加速率由大变小,直至减小为零,吸附气量不再变化。此方法能准确地给出吸附量与压力的变化范围,能给定压力和吸附量的界限值,可评价页岩吸附量饱和值。此研究是一种评价等温条件下页岩吸附量的好方法,对页岩吸附气含量评价具有一定的指导意义。     

酸岩反应中的H~+扩散系数规律

H~+扩散系数是酸岩反应模型计算的关键参数,分析判断酸岩反应过程中H~+扩散系数规律,有助于优化酸压工艺设计方案,提高改造效果。通过引入幂律流体雷诺数与施密特数,修正了不同黏度酸液酸岩反应动力学参数测定装置的H~+扩散系数计算方法。结合在不同酸液浓度、反应温度和流速条件下的酸岩反应实验,获得了稠化酸和交联酸的酸岩反应速率及H~+扩散系数相关规律。结果表明:酸液浓度、反应温度和流速增大时,酸岩反应速率均加快,酸液黏度升高会导致各因素对酸岩反应的影响程度降低。酸液浓度为0.006mol/cm~3,离子间的牵制作用导致H~+扩散系数最小。酸液流动过程存在边界层效应,当稠化酸和交联酸流速分别超过113.21cm/s和158.38cm/s时,H~+扩散系数趋于稳定。     

基于化学动力学的地层硫酸钡结垢模型研究

成垢离子在地层中发生沉淀反应的规律与普通水溶液中的不尽相同。多孔介质渗流过程中的扩散与沉淀反 应的反应系数需要通过岩芯流动实验中所测得的出口端钡离子浓度拟合得到。在已有的岩芯结垢模型与地层结垢模 型求解方法中,需要分别假设入口端与近井地带边界处的钡离子与硫酸根离子的浓度比远小于1,这一假设使模型有 很大的局限性。采用罗巴托与牛顿法求解岩芯结垢模型,取消了关于离子浓度比的假设;并详细推导了地层结垢模 型,修正了控制方程中的二阶项系数,研究了低硫酸根离子浓度的海水作为注入水的情况下,不同无因次扩散系数,无 因次化学反应系数,边界浓度比对地层结垢模型中阻力系数的影响。结果表明,采用低硫酸根离子浓度注入水降低边 界离子浓度比,阻力系数将大大降低;若离子浓度比与无因次反应系数降低相同的百分比,前者将导致更大的阻力系 数减幅。     

混凝土C_S和D双时变下氯离子浓度分布解析解

为了准确分析氯离子侵蚀环境下混凝土结构的耐久性,同时考虑表面氯离子浓度和扩散系数的时变性对混凝土中氯离子扩散过程的影响。首先应用变量代换法、Laplace积分变换及其逆变换,建立了同时考虑混凝土表面氯离子浓度和扩散系数时变性的氯离子扩散解析解。通过算例分析验证了解析解的正确性,并对比研究了表面氯离子浓度和扩散系数的时变性对混凝土中氯离子扩散的影响。结果表明,两个参数的时变性都会对混凝土中氯离子浓度分布产生显著影响,且随着计算深度增大,双时变影响越显著,其中扩散系数的时变性影响更大。因而,混凝土结构耐久性分析和设计中应同时考虑表面氯离子浓度和氯离子扩散系数的时变性。     

页岩超临界态吸附气量计算模型

页岩吸附气量是决定页岩气井开发价值和开发寿命的关键性参数，也是能否成功进行开发的重要参考因素。由于现有的适用于亚临界态的单分子层吸附的兰格缪尔等温吸附模型不适用于中国页岩气的储层条件，为此，通过不同温度下的等温吸附实验，拟合等温吸附曲线并分析影响页岩吸附能力的因素，发现影响页岩吸附能力的主要因素为地层温度和压力、孔隙度、有机质含量及成熟度、矿物组成及含量（其中以黏土矿物为直接影响因素）。以波拉尼吸附理论为基础，构建了考虑温度、压力、孔隙度、有机质含量及成熟度、矿物组成及含量的页岩吸附气定量计算模型。对比该模型的计算结果在整体趋势上与现场岩芯取样分析含气量结果基本一致。新模型考虑了超临界吸附，弥补了目前普遍采用的单层吸附模型的不足，对页岩吸附气量定量计算具有重要的现实意义。     

页岩吸附与解吸气量实验测量实例研究

页岩气主要以游离气和吸附气形式存在于富有机质页岩中,含气量的大小受页岩储层压力、温度、矿物类型、物性、湿度等多种因素影响。页岩吸附气量是评价页岩气资源量的关键性参数,也是评价页岩气是否具有开采价值的一项重要标准。在分析页岩气吸附与解吸机理的基础上,通过F页岩气田龙马溪组-五峰组页岩心等温吸附、解吸实验测量实例研究,得到结果:利用等温吸附线法是获得饱和吸附体积VL和朗氏压力PL的有效途径;钻井现场页岩快速解吸获得的总含气量主要为吸附气量,游离气量占比较小,不能代表真实的地层游离气量占比;页岩VL与样品的TOC成正相关,达到饱和吸附后温度升高,吸附能力明显下降。     

裂缝性页岩气藏考虑应力敏感的产量递减模型构建

 页岩气藏广泛采用常规气藏产量递减模型进行动态分析,而页岩气在储层中的赋存方式具有一定的特殊性,主要以吸附态和游离态为主,所以常规气藏递减分析方法已不再适应。本文在传统裂缝-基质双重介质模型基础上,引入无因次应力敏感系数,定义两个无因次吸附参数——无因次Langmuir体积和无因次Langmuir压力,建立了考虑应力敏感和吸附效应影响的裂缝性页岩气藏产量递减数学模型。利用隐式差分和牛顿迭代方法,进行数值离散,获得产量的数值解,并绘制了Blasingame型产量递减曲线。分析表明,裂缝性页岩气藏应力敏感越大,无因次产量、产量积分及产量积分导数越小;页岩气基质吸附量越大,无因次产量递减积分导数曲线出现下凹的时间越晚;同时结合页岩气井生产数据,页岩气藏的吸附常数和其他地层参数,以及应力敏感效应引起的产量下降都可以通过典型曲线得到。     

页岩气吸附综合模型及其应用

页岩气藏中吸附气体占很大比例,吸附气的含量直接关系到页岩的储量计算,因此准确得到页岩的吸附气含量至关重要。通过不同温度下页岩等温吸附实验发现温度升高页岩的吸附能力下降;对不同温度下页岩等温吸附曲线进行一系列计算得到了页岩气吸附综合模型,该模型可以用来计算不同温度和压力条件下等温吸附曲线,该模型为页岩吸附气含量的准确计算提供一种方法和依据。     

页岩气表观渗透率与多流动机理及有效应力演化关系

由于多尺度孔隙存在纳米尺度到宏观尺度的过渡,气体在页岩中流动的主导机制会在达西流和努森扩散等运移机理之间发生转换,该现象结合页岩基质内的气体吸附作用使得页岩气渗透率的测算变得更为复杂.因此,在实验室尺度确定有效应力及气体运移方式对渗透率的综合影响力对实际页岩气开采中的渗透率及产量评估准确性有着不可忽视的影响.采用脉冲衰减渗透率测算法,在不同围压条件下,对氦气和二氧化碳在富含有机质的页岩薄片中的气体渗透率进行测量.结果表明:努森扩散作用在低孔压时对页岩气渗透率有显著的正面影响,其强度与孔压成反比.在较大围压作用下的高孔压下的超临界二氧化碳可导致页岩基质最大吸附量降低,进而增加表观渗透率.表观渗透率随着有效应力的变化在不同孔压区间有着截然相反的趋势,有效应力系数此时出现非单一值,其主要是由于孔压变化带来的气体流动机理变化而引起的.     

室内燃气泄漏的模拟与分析

于室内燃气泄漏引发的爆炸和火灾事故给居民的生命财产造成了极大的损失,通过浮射流理论和紊流扩散理论对燃气泄漏后扩散情况进行了分析简化,建立了流体力学模型并定义了其边界条件.运用CFD软件对该模型进行了数值模拟,得到了泄漏发生后不同条件下的室内燃气浓度的变化规律,对燃气管道优化和减少火灾具有指导意义.     

页岩气压裂水平井不稳定流动模型

水平井多级压裂技术已经成为目前开发页岩气藏的主要手段。针对气体在页岩流动过程中存在的吸附解吸、扩散、滑脱、启动压力梯度和应力敏感等效应,基于三线性渗流方程的基础上,推导出五线性渗流方程,建立了页岩气藏压裂水平井渗流数学模型。运用Laplace变换和Duhamel原理,求解出考虎井筒储集效应和表皮效应的页岩气藏压裂水平井Laplace空间的无因次井底拟压力解。通过Stefest数值反演,绘制了无因次拟压力曲线和拟压力导数曲线。依据特征曲线划分了流动阶段,并分析了不同影响因素对气井压力特征曲线的影响。研究结果表明：压裂水平井泄流范围可划分为五个流动区域,气井的压力特征曲线可划分为六个流动阶段。裂缝导流能力对水平井压力特征曲线的影响主要在过渡阶段、双线性流阶段;吸附系数主要影响过渡段、双线性流段、线性流段以及拟稳定流阶段;视渗透率系数主要影响双线性流动阶段、过渡阶段、窜流扩散阶段、地层线性阶段和拟稳定流阶段;导压系数影响窜流扩散阶段、地层线性流阶段和拟稳定流阶段;压裂改造区宽度主要影响地层线性流和系统拟稳态流动段。模型可以正确认识页岩储层复杂渗流规律,判别页岩气藏压裂水平井流动阶段,为预测单井产能和优化压裂设计参数提供了科学依据。     

页岩气藏压裂水平井五区复合模型产能分析

水平井结合水力压裂技术已经成为高效开发页岩气藏的有效手段。为此,建立并求解了综合考虑页岩气解
吸、扩散和渗流特征的页岩气藏压裂水平井五区复合渗流模型,获得了Laplace 空间的产量解析解。运用Stehfest 数值
反演技术得到了实空间的无因次产量,绘制并分析了无因次产能递减曲线。研究结果表明：产能递减曲线可划分为6
个流动阶段;窜流系数主要影响解吸扩散及以后的流动阶段;导流能力主要影响早期裂缝线性流动阶段;压裂区宽度
越大,产能越大;压裂区渗透率主要对中后期的产能曲线产生影响,渗透率越大,压裂之后形成的缝网与天然微裂缝沟
通的越好,产能越大。研究结果可为页岩气藏分段压裂水平井产能递减分析提供科学依据。     

胶莱盆地水南组陆相页岩含气量计算

为定量表征胶莱盆地暗色泥页岩含气性,对研究区样品进行了等温吸附实验,以及吸附气、游离气含量的定性分析和定量计算,通过对吸附气、游离气含量的计算来确定其总的含气量。泥页岩等温吸附实验表明：胶莱盆地水南组暗色泥页岩有机碳含量主要集中在0.27-2.92%,最大吸附量范围为0.85-1.60m3/t,且最大吸附量与有机碳含量大致呈正比关系。对胶莱盆地进行含气量分析计算发现：各不同凹陷泥页岩含气量随着埋深的增大总体呈先逐渐增大后趋于平缓的变化趋势,且含气量主要介于0.50m3/t~1.80m3/t,其中以莱阳凹陷水南组泥页岩含气量最大,最高可达1.80m3/t,莱阳凹陷可作为将来勘探开发的首选目标区。研究表明,有机碳含量和孔隙度是影响页岩气含量最主要的两大因素,有机碳含量越高,孔隙度越大,其含气性越好;但在不同埋深下的吸附气、游离气含气量主要受地层温度和压力的影响,且两者随温度压力的变化而发生相互转化;在一定埋深下,地层中气体吸附解吸可达到一个平衡状态。