双重孔隙介质波传播理论与地震响应实验分析

为调查非均匀流-固双相介质中的弹性波传播规律,本文推导了双重孔隙介质中的波传播方程,从双孔模型的设计、波动方程的推导、速度频散与衰减规律的分析、岩石物理实验的验证四个方面讨论了双孔波动理论的数学物理基础与实际意义.速度频散与衰减分析显示,双孔波动理论能兼容前人理论的所有特点.在岩石实验的验证中,本文与前人理论的对比显示,双孔波动理论能较好解释岩石内部地震波在中低频带的速度频散现象.     

流体饱和储层砂岩超声波纵波速度频散的定量预测

针对岩芯的实验室超声波测试速度由于频散误差而不能直接用于涠西南凹陷声波测井速度标定的问题,利用涠三段5块不同物性的储层砂岩,通过比较盐水和4种不同密度油作为孔隙流体时的饱和岩样超声波纵波速度变化,优化和完善速度频散机制分析流程,提出和验证样品被喷射流机制统治时的非弛豫湿骨架模量与高压情况下的干骨架模量相当的假设,并探索出一种BISQ理论特征喷射流长度(R)的估计方法。最后建立对涠三段储层砂岩的纵波速度频散进行全频带定量预测的方法,从而能够确定速度频散的机制和大小。通过提出的全频带速度频散预测公式,可将实验室的超声波测试速度校正到不同频率条件,在实际应用中满足测井(中频带)和勘探地震(低频带)的岩石物理分析需求,具有一定实践意义。     

碳酸盐岩超声波速度频散实验研究

研究岩石超声波速度频散规律,为解决测井和室内超声波透射实验之间数据匹配问题提供参考依据.用数值模拟与物理实验方法研究碳酸盐岩的超声波速度频散现象,结果表明:均质型碳酸盐岩不存在速度频散;孔洞型碳酸盐岩出现了较为明显的速度频散,并随着孔洞密度的增大而增大.孔洞结构也会导致声波速度的离散,这种离散随着频率的增大而减小.不同孔洞分布的碳酸盐岩也会出现速度频散现象,但如果这种分布没有改变声波传播的最短路径,声波速度几乎不会发生离散.不同长度碳酸盐岩样品的速度频散现象严重,但是这种频散现象并没有随岩心长度的变化发生改变.碳酸盐岩内部的孔洞结构极易改变声波在岩石中传播的最短路径,而人造孔洞的分布特征、长度并没有引起最短路径的改变.     

基于双相介质的地震流体识别

为避免间接计算的累积误差,提高储层流体识别精度,根据孔隙弹性介质理论,建立基于弹性阻抗反演的流体因子直接提取方法和固液解耦流体因子叠前地震反演方法。地震波在含烃储层中传播时发生速度频散,根据中观尺度岩石物理理论,提出基于叠前反演的频散属性提取方法,实现频散属性的定量表征,将速度的频散幅度用于流体识别。该方法实际工区应用效果良好。结果表明:以双相介质岩石物理理论为基础建立流体因子,依托叠前地震反演进行储层流体识别的方法精确可靠。     

VTI孔隙地层喷射流机制对井孔导波频散与衰减的影响

采用同时考虑Biot流动和喷射流动机制的横向各向同性BISQ模型模拟横向各向同性孔隙地层, 理论求解该地层中多极源激发的裸眼井孔导波声场, 通过数值求解井孔复频散方程的复根获得最低阶导波的相速度和衰减系数, 并考察了特征喷射流对充流体井孔中Stoneley波和弯曲波传播的影响. 结果表明: 考虑喷射流机制后,  喷射流变化不影响Stoneley波和弯曲波的频散, 但衰减均显著增大; 其衰减随水平和垂直特征喷射流长度变化的趋势相反, 其中弯曲波的衰减特性在低频段和高频段的变化规律还发生反转.      

BISQ模型中岩石喷射流对井孔声导波的影响

用Biot-喷射流统一模型(BISQ模型)模拟孔隙地层, 研究岩石喷射流对充流体井孔中声导波传播特点的影响. 数值结果表明, 顾及喷射流机制后, 单极、 偶极和四极声源激发的井孔导波的衰减都增大, 激发幅度变小, 但它们的频散特性几乎不受喷射流的影响.     

渗透率对含气储层地震响应影响的数值模拟

分析了渗透率对具有斑块气-水饱和特性的砂岩储层的地震响应的作用。从White经典模型出发,基于Johnson模型,分析了不同含气饱和度情况下,地震波衰减和速度频散特性以及渗透率对它们的作用。结果显示:在地震波频带范围内,地震波穿过含气储层会产生明显的衰减和速度频散,且对渗透率的变化非常敏感。用波动方程数值模拟,分析了地震波从不同角度入射时,渗透率对地震反射数据的影响。模拟了地震波垂直入射时,渗透率对地震波衰减和速度频散的影响。对于岩石颗粒相对松散,孔隙比较发育的砂岩储层,地震波垂直入射时,渗透率对地震反射数据有非常明显的影响。在一定条件下,表面接收的地震反射数据对含气储层的渗透率非常敏感。     

砂砾岩弹性试验研究

对济阳坳陷东营北带东段地区砂砾岩体储层取样进行岩石物理试验测试.首先利用等效介质理论计算岩石基质的弹性模量;通过薄片观察和弹性模量测试,研究砂砾岩Biot系数变化特征,分不同岩性利用曲线回归干岩样的Biot系数与φ/φc(φ和φc分别为岩石孔隙度和临界孔隙度)关系式模型,根据扩展的Biot-Gassmann关系式计算出流体饱和后的岩石弹性模量,将预测纵横波波速与实际测试进行对比;最后通过岩石物理试验测试,验证Biot-Gassmann理论用于分析砂砾岩弹性特征的适用性.结果表明:利用HS边界模型计算的弹性模量更接近岩心的实际基质弹性模量,比取经验值精确,且降低了岩样流体饱和后的敏感性影响;Biot系数反映岩石孔隙的刚度,孔隙度大的系数大,它随着有效压力的增大而减小,与岩石的岩性、矿物组成、内部结构有关;利用扩展Biot-Gassmann理论预测纵横波速度得到满意结果,简化了估算纵横波速度的过程.     

三相流体非均匀饱和多孔岩石声学模拟与分析

多孔岩石岩性、孔隙度、渗透率变化,导致流体饱和度在储层中非均匀分布.传统的基于流体均匀混合的双相介质模型不能用于计算流体非均匀饱和岩石的声学性质（纵、横波速度）.依据三相流体Brooks-Corey模型、Gassmann理论和边界理论提出了有效计算中观尺度下非均质多孔岩石三相流体非均匀饱和时岩石声学性质的方法,为研究三相流体非均匀分布对岩石声学性质影响提供理论与方法,并建立了在毛管压力平衡状态下非均匀饱和多孔岩石声学性质与总含水饱和度的定量关系.揭示了不同流体饱和状态下纵、横波速度随总含水饱和度的变化规律.实例模拟分析表明,多种岩性岩石组成的多孔岩石储层三相流体非均匀饱和时,纵波速度随总含水饱和度的变化趋于连续变化,而流体均匀饱和岩石,仅在接近完全含水时,纵波速度有明显变化.流体饱和度分布均匀与否对横波速度没有影响,但岩石三相流体饱和与两相流体饱和时相比,横波速度随总含水饱和度的变化特征更加复杂.     

层状孔隙介质中局域流的相互干扰研究

中观尺度局域流是地震频段下(1～10kHz)孔隙岩层表现出速度频散与衰减的主要原因,研究中观尺度孔隙中局域流的干扰作用,有助于研究层状介质中岩层的分布规律。基于Biot固结理论,结合达西定律,得到时间域内局域流流体相对速度,引入傅立叶变换得到频域上的流体相对速度。通过数值模拟分析了模型中单点局域流的相互干扰情况和对应的地震衰减;同时从模型全局的尺度,针对不同的平均含水饱和度,在不同标准差情况下,分析了平均固体颗粒速度的变化趋势和对应的地震衰减以及速度频散。数值模拟结果表明,局域流的干扰是一个动态的过程;且随着干扰的增大,衰减峰值逐渐变小;同时衰减对应峰值频率和局域流过渡频率在这一过程中都有着降低的趋势,这种趋势在低饱和度的情况下表现更为明显。     

空心玻璃微珠在钻井液中的分散性能评价及微观机理研究

针对空心玻璃微珠(HGM)在低密度钻井液中分散性较差的问题,采用实验研究、理论分析和微观分析相结合的方法开展了低密度钻井液的研制与性能评价。首先筛选了六种不同类型的添加剂开展HGM的分散性能实验研究。从微观角度对HGM与添加剂之间的相互作用进行理论分析,并采用扫描电镜对性能优越的添加剂进行微观机理分析。最后,提取分散性能良好的添加剂,根据钻井液综合性能的需要引进其他添加剂,研制了适用于低压力系数油气层钻探的低密度钻井液配方,并对其流变性能及长期的分散性能进行了评价。结果表明,研制的低密度钻井液体系组成简单、润滑性能优越,低失水、分散性能及流变性能良好。     

高温高压下钻井液循环流动摩阻实验研究

深层油气勘探开发过程中常面临高温高压的挑战,钻井液在高温高压等复杂工况下,其性能会发生改变,研究钻井液在复杂工况下的流动摩阻变化规律,能为特深井钻井提速及井控提供理论基础。根据实际工况要求,建立了高温高压钻井液循环流动摩阻测试装置,实验研究了温度、压力、固相颗粒及含气率对钻井液流动摩阻的影响,采用多元回归方法拟合并绘制温压摩阻系数图版,能更好阐述温压与钻井液流动摩阻的定量关系。结果表明：顺北区块钻井液流动摩阻随温度增大而减小,随压力增大而增大,摩阻系数图版能更准确体现摩阻系数与温压的定量关系,固体颗粒含量对流动摩阻影响不大,钻井液流动摩阻随着含气率增加而增大。该实验装置与分析方法,对于研究复杂工况下钻井液流动摩阻变化规律具有重要意义。     

软土地基三维固结分析及其工程应用

采用非线性比奥（Biot)固结有限元法研究软土地基的固结变形,推导了有关公式,编制了相应的计算程序,并对某工程大型沉井封底后沉井的变位和地基应力、孔隙水压力的分布及消散过程进行了研究。结果表明,天然地基下,通车后沉井有南倾趋势;地基应力不大,应力水平较低,地基土不会发生塑性剪切破坏;孔压逐渐减小,地基固结度逐渐增大。     

层状土体固结中孔隙水压力消散规律的研究

基于Biot固结理论，采用状态变量法研究了层状饱和多孔介质轴对称固结问题．通过引入状态变量，利用Laplace—Hankel变换和矩阵理论提出了层状饱和多孔介质Biot轴对称固结问题状态变量法的一般解析表达式，并利用该解析解对层状饱和多孔土体固结过程中孔隙水压力的消散规律进行了详细的研究．文中数值算例给出了层状饱和多孔土体在固结中孔隙水压力沿水平径向和沿深度的分布，以及随固结时间增加，孔隙水压力消散规律的一些结论．     

静压式机械密封流固耦合的理论分析

针对一种收敛间隙静压式机械密封,建立了机械密封流固耦合模型,采用有限元方法求解不可压缩Reynolds方程,得到密封间隙流体压力分布,采用ANSYS有限元软件计算密封组件的弹性变形,利用两者之间自动迭代计算实现流固耦合分析。结果表明,高压工况下,静压式机械密封间隙的压力分布受到密封端面变形的影响,同时又会影响到端面的变形。该流固耦合分析考虑了密封组件之间的接触摩擦和预紧作用,能够准确反映高压流体和密封结构的相互影响。计算得到的泄漏量与实验值吻合,对特殊工况下静压式机械密封的流固耦合研究具有参考意义。     

非均匀孔隙压力下水压致裂的数值试验

运用数值试验方法研究了非对称分布的孔隙压力梯度下水力压裂裂缝的扩展行为 ,数值试验再现了孔隙水压作用下岩石微破裂诱致宏观破坏的演化过程·数值试验结果表明 ,水力压裂裂纹的扩展不仅受到裂纹尖端局部孔隙水压力大小的影响 ,同时也受控于宏观上孔隙水压梯度分布 ,在扩展方向上致裂裂纹往往偏向于高孔隙压力的区域 ,并且其压裂压力随着局部孔隙压力的增大而降低 ,数值试验研究结果与物理实验结果有较好的一致性     

压裂液黏度对水力压裂破裂压力及破裂形态的影响

随着非常规油气开发需求的增加,水力压裂技术作为油气增产的关键技术受到广泛关注。根据现场压裂结果显示,压裂液黏度作为易于调整的工程参数会对储层改造效率造成重大影响。为了探究压裂液粘度对水力压裂效率的影响,系统开展了不同压裂液黏度作用下砂岩室内水力压裂试验,,揭示了压裂液黏度对水力压裂破裂压力、破坏形态的影响及内在机理。试验结果表明：低粘度压裂液将产生两翼平直窄裂缝,高黏度压裂液将形成单翼宽裂缝或分支裂缝。随着压裂液黏度升高,水力压裂过程中由于滤失产生的孔隙压力减小,破裂压力升高。本文通过试验结果得到了考虑压裂液黏度的计算式,对水力压裂参数设计具有指导意义。     

聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型,采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化,以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础,探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明,对于粘弹性流体,阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大,随充填颗粒尺寸的减小而增大;对于牛顿流体,阻力系数为常数;对于幂律流体,阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

海上钻井井壁稳定性研究及应用——以A-1井为例

井壁的稳定性问题是一项急需解决的世界级难题,井壁失稳在世界范围内的各个油田中普遍存在。A-1井是一口位于东海某区块的直井,根据相邻已钻井复杂情况统计可知,该区块遇阻、掉块、卡钻等问题频发。将理论分析与数值模拟相结合,通过收集大量的地质、地震、钻井和测井资料,选择合适的理论模型,预测计算了A-1井的地应力、孔隙压力、破裂压力、坍塌压力等,绘制出了地层七压力剖面图,进而得到该井的安全钻井液密度窗口。经与实测点比对,孔隙压力和破裂压力的预测误差均小于5%。本文基于弹塑性力学理论,分析了井壁围岩的应力状态,并利用ABAQUS软件对井壁稳定性进行了数值模拟,分析了钻井液密度对井筒稳定性的影响,发现在低钻井液密度条件下,井周应变不均匀性明显,最小主应力方向上的井周应变远大于最大主应力方向上的井周应变;而在高钻井液密度下,井周应变较为均匀,没有明显的差异性。研究成果为了解目标区块井壁稳定机理提供了有力工具。