基于真实裂缝的井筒-地层耦合流动试验装置研制

在钻井过程中当钻遇裂缝发育地层时,钻井液和原油或气体之间存在密度差,经常导致钻井液和地层流体在裂缝内部发生双向耦合流动,表现在钻井过程中就是既有钻井液的漏失,同时又有原油或气体的产出,处理起来非常复杂。目前国内外尚没有基于真实裂缝空间的耦合流动试验装置,通过扫描现场实际露头裂缝,构建真实的裂缝空间,同时设计并建造了一套基于真实裂缝空间的可视化井筒-地层耦合流动试验装置,该装置高6 m、直径为15.24 cm,裂缝尺寸为0.5 m×1 m,工作压力为0.5 MPa。该试验装置可以模拟地层定容和定压情况下钻井液-原油、钻井液-气体在真实裂缝中的耦合流动状态,还能进行裂缝内堵漏效果评价,除了可视化观测及高速摄像外,还可以测量各种压力、流量数据。通过对各种试验现象和数据的分析为现场采取合理的技术措施提供依据。     

四川盆地下二叠统断层与缝洞发育关系研究

四川盆地下二叠统碳酸盐岩为典型的缝洞型储层，断层带钻探获得了较好的效果。较多的研究认为断裂带是有利的裂缝发育带并沿裂缝形成溶洞，研究发现地表剖面溶洞充填物被断层切割错动，溶洞次生方解石充填物中可见沥青质包裹体和沥青团块，沥青物质为原油裂解成天然气后残留，而石油裂解成气的时间远早于构造断层菜成期，钻井质资料统计表明，放空的井次在断点附近并没有明显优势，放空井段通常造近侵蚀面顶部，而断层带以裂缝发育为主，因此，下二叠统储层中溶并非断层裂缝形成后的产物，溶洞发育时间在构造褶皱，断层形成之前，而构造褶皱，断层发育后并发未发生较大规模的岩溶作用。     

基于水动力学理论的微观流动单元渗流数学模型

 为了研究非均质油藏内部渗流规律,反映不同开发阶段地层中流体流动规律及分布特征,揭示流场变化与储层特征间的内在联系。本文基于水动力学原理及流线簇方程,提出储层中波及范围内具有相似流动规律及储层特征的渗流区域为微观流动单元,建立流量贡献率、流动单元流量非均匀分布曲线和流量强度差异系数渗流数学模型,通过流动单元的区域流量对总产量贡献的大小进行划分,建立流动单元高速流动区与低速流动区的划分准则。通过对五点井网一个注采单元的模拟,结合流线簇方程进行表征,结果表明,高速流动区能量充足,其占整个流动单元面积的53.7%,提供了总流量的61.7%,为流量的主要贡献区域;低速流动区域占整个流动单元总面积的46.3%,只提供了总流量的38.3%。     

基于储层构型的流动单元渗流屏障级次研究

随着国内外各类储层构型研究的深入,储层构型理论趋于成熟,但对于研究成果的运用一直很薄弱。在典型辫状河储集层构型研究的基础上,以A油田辫状河储集层为例,将辫状河储集层划分成辫状河道、心滩坝、落淤层、坝上沟道等构型要素,分析总结了辫状河储集层渗流屏障与连通体的确定原则与方法,以期直观指导油气田开发。研究表明,渗流屏障与连通体的识别,能将油藏开发前期静态构型模型与油藏开发后的动态流动单元类型联系起来,不同级别的渗漏屏障限制不同类型的流动单元,渗流屏障的发育直接影响周围流动单元的类型,从而影响油藏流体运动规律。     

基于Darcy-Stokes耦合模型的缝洞型介质等效渗透率分析

根据缝洞型介质的特点和流体在不同尺度空间的流动特征,建立Darcy-Stokes耦合数学模型,推导出考虑基岩渗透率的广义立方定律和单裂缝多孔介质的等效渗透率张量表达式,以此为基础提出裂缝预处理技术,将溶洞-裂缝-基岩耦合流动问题转化为溶洞-基岩耦合流动问题,分析不同缝洞结构介质体的等效渗透率和渗透特性。结果表明:缝洞结构的存在不同程度地影响介质体的等效渗透率;含圆形溶洞介质的等效渗透率与基岩渗透率成线性关系;裂缝预处理技术可以提高计算效率。     

基于碳酸盐岩缝洞系统的孔网模型构建与流动模拟研究

针对缝洞发育丰富的碳酸盐岩介质,基于孔隙网络构建理论,构建了两种不同的孔隙网络模型,并基于能量守恒与达西公式分别对两种模型进行流动模拟,通过与基于数字岩心流动模拟的结果对比,表明目前两种主要孔网建模的方法均不能准确描述缝洞特征显著的碳酸盐岩介质,但由于基于中轴线法构建的孔网中会产生数量众多的孔隙与吼道,因此该方法可以被用来表征缝洞介质,但需要从缝洞系统特征入手对其加以改进,以期在未来可以准确的描述缝洞型介质。     

鄂尔多斯盆地马岭长81储层流动单元研究

马岭油田是鄂尔多斯盆地较早开发的油田,位于鄂尔多斯盆地西南部,属于陇东北部地区。长8油层组是一套以三角洲前缘相为主的陆源碎屑沉积,发育泥岩、泥质砂岩及中一细砂岩,形成一套低孔、低渗一特低渗油层组。目前,对该油层组的储层、油藏关系等研究还比较少。为了更高效的勘探和开发,用流动分层指标法,根据5口关键井的岩心分析资料和测井资料,计算和提取了流动分层指标和储集层品质指数,结合孔隙度、渗透率等物性参数确定了该区长8,储层流动单元的划分标准,即将长8,储层流动单元定义为4类,Ⅰ类的储集性能最好,Ⅳ类的储集性能最差。根据此划分标准,利用区域内其他井的流动单元流动指标、孔隙度、渗透率等参数对储层流动单元进行定量评价,初步预测了马岭长8,西北部各油层组流动单元平面分布,为下一步挖潜提供依据。     

基于因子分析的流动单元研究

利用因子分析,从隔夹层数、砂厚、隔夹层厚、层厚、砂地比、孔隙度、渗透率、地层系数等17个参数中提取储集因子、流动因子、非均质因子、隔夹层因子、地层厚度因子、饱和度因子6个具有代表性并能反映各参数内部规律的公共因子。通过聚类分析方法和判别分析方法将821个样本分为4类,即4类流动单元,然后采用流动单元约束的随机建模,运用序贯高斯随机模拟方法来进行属性场的预测和模拟。预测结果良好,说明采用该方法可以完成对储层的精细定量描述。     

串珠状缝洞型碳酸盐岩储层压力变化特征研究

目前的缝洞型碳酸盐岩储层模型建立主要以多重介质、渗流、管流或渗-管流结合等理论为基础,但是当储层内具有大尺度溶洞时,多重介质、渗流理论不能准确表征宏观缝洞储集体。当储层内具有大开度裂缝时,其内部流体流动特征与平板流特征更为接近。因此,需要建立以裂缝平板流与宏观非均质性理论为基础的储层模型。根据气体物质守恒方程与流体力学方程,推导了更接近于真实大型裂缝中气体流动特征的平板流动模型,建立了串珠状缝洞型碳酸盐岩气藏储层的宏观非均质数学模型,并通过数值方法求解出该模型定产量生产时井底压力与各溶洞压力数据。绘制出了溶洞压力导数半对数曲线和井底压力双对数曲线。压力导数双对数曲线可以分为4段：井筒储集反应段、裂缝反应阶段、溶洞反应阶段和边界反应阶段。随后,分别研究了各类缝洞参数对压力导数双对数曲线形态特征的影响。研究表明,不同的缝洞参数会影响压力导数双对数曲线上相应阶段的形态特征。     

砂岩储层流动单元划分方法研究分析

本文首先针对流动单元的定义以及特征进行了论述,随后对目前流动单元的划分方法进行了分类研究,即流动单元的定性划分和定量划分两大类。同时本文又对流动单元定性划分法,露天沉积界面法和沉积岩相法;流动单元定量划分法,孔喉半径法、流动带指数法、物性特征综合法以及生产动态资料法等等,进行了全面而系统地研究分析。通过对砂岩储层流动单元划分方法的研究分析,就完全能够为我们今后探索新的流动单元划分方法提供一定的技术指导方向。     

岩石裂隙中非恒定渗流与变形耦合作用的DDA方法

由于渗流作用,会在岩石裂隙中形成非稳定流,非稳定流作为裂隙表面荷载会使岩体产生变形,变形又会影响岩土结构的渗流特性,从而产生渗流和变形耦合的作用.根据最小能量原理构造出单元DDA(不连续变形分析)瞬时平衡方程.编制了基于DDA的岩石裂隙中稳定渗流和不稳定渗流压力水头的有限单元计算程序,通过对实验结果与计算结果的比较,验证了计算程序所使用的数学模型的可靠性.地下水是影响边坡受力变形及稳定性的一个重要因素.通过对某隧洞破坏过程的模拟,用这种渗流-变形耦合DDA法研究了地下水对裂隙边坡稳定性的影响.模拟结果与实际发生的结果一致,验证了本文方法的可靠性.     

低渗透储层中氮气的微尺度流动及其对渗流的影响

从气体在低渗透储层微米量级孔喉中的微尺度流动规律研究入手,探讨低渗透储层中气体的非线性渗流机理.实验研究了气体(N2)在内径为2.05～10.10μm微管中的流动规律.结果表明:气体在微管中的流动具有明显的微尺度效应,表现为实测流量大于经典流体力学理论预测流量;管径越小,流动压力越小,微尺度流动效应越强,实测流量与预测流量的偏离越显著.根据微管实验数据,结合毛管束模型,研究了气体微尺度流动效应对渗流的影响.结果表明:考虑孔喉中气体的微尺度流动效应后,低渗透多孔介质中气体的渗流具有非线性特征,表现为视渗透率随流动压力的减小而增加;多孔介质平均孔喉直径越小,视渗透率随压力的变化越明显.     

裂缝性低渗透油藏渗流规律实验研究

对某油田断块含天然裂缝的低渗透储层渗流特征进行了实验研究。本实验在常规渗流实验岩心夹持器末端增加了一套回压控制装置，渗流实验过程中，通过给岩心施加不同的回压，模拟了储层在变压条件下的流体渗流情况。得到了裂缝性低渗透储层岩心水相渗透率随回压的变化曲线。实验结果表明，裂缝的存在对低渗透储层的渗流特征有明显的改造，裂缝开启前，储层渗流可以看作是基质岩石渗流，裂缝对渗流的影响不大;裂缝开启后，由于其渗流能力较强，将发挥主要的渗流通道作用。     

Stability in channel flow with fiber suspensions

The constitutive equation of fiber suspensions is established on the basis of fiber orientation tensors. The modified Orr-Sommerfeld stability equation is obtained further and numerically solved by aid of spectral method and finite difference method. The computational results of channel flow without fibers agree well with the experimental data with a higher degree of accuracy than previous numerical results. The results of the channel flow with fiber suspensions indicate that the presence of fibers attenuates the instability of flow, increases the critical Reynolds number, reduces the growth rate of perturbations and narrows the range of unstable waves. The extent of the effect of fibers on the flow stability is in direct proportion to the volume fraction and aspect-ratio of the fibers.     

煤岩变形破坏过程中渗流演化规律试验研究

高煤阶煤层气的开发主要采用压裂的方式进行增产。在压裂过程中,随着煤岩应力的不断变化,其孔隙结构和渗透特性发生变化,进而影响煤岩的力学破坏特征。以高阶煤为研究对象,开展不同围压作用下三轴渗流-应力耦合流变试验,研究煤岩变形和破坏过程中的应力、应变与渗透率之间的相互关系,分析了煤样应力、应变变化过程中渗透率随围压和体积应变的变化规律。试验结果表明:煤岩的应力-应变关系具有脆-塑性特征,煤岩体积应变经过压密和扩容阶段,环向应变能够比轴向应变更灵敏地反映出煤岩变形破坏的过程。煤岩渗透率在压缩过程中出现波浪状变化,在高应力作用下发生破裂后,其渗透率不一定比破裂前增加,相反有可能会减小。研究结果可为多场耦合下煤岩破裂模型的建立与分析、压裂施工参数设计和工艺的优化提供技术支撑。     

考虑流固耦合效应的饱和砂土渗透破坏数值模拟

综合考虑水压力梯度力和拖曳力产生的流固耦合效应,建立3维颗粒流(PFC3D )数值模型,从细观角度分析砂土颗粒运动及水压力分布,与理论结果比较以验证数值模型的可行性,并建立实际的饱和砂土渗流模型,模拟超过临界水力梯度后的砂土颗粒运动及赋存状态。结果表明：水流速和颗粒级配对介质颗粒运动的影响较大,颗粒刚度比和摩擦系数的影响相对较小,但较软的颗粒能提高计算效率。该模型可从宏细观角度更准确地反映饱和砂土介质的渗透破坏机理,对实际工程的渗透破坏具有指导作用。     

某冰水堆积体层流-紊流过渡状态渗流特性试验研究

澜沧江上游两岸河谷地带广泛分布一套规模巨大、形成于第四纪更新世中晚期的冰水堆积体,这类冰水堆积体往往具有较特别的渗流特性。通过对澜沧江某冰水堆积体的结构特征调查和颗粒组成试验分析,从沉积相的角度,认为该冰水堆积体可分为两层:表层厚约40 m的混合巨粒土,和底部厚约17 m的粗颗粒土。通过对这两层冰水堆积体的渗流特点试验研究,结果表明地下水在表层混合巨粒土中的渗流方式主要表现为层流-紊流过渡阶段的特点,渗流速度与水力梯度成幂函数关系;而在底部粗颗粒土中的运移方式主要表现为层流特点。根据混合巨粒土的渗流特点,文中提出了两种计算其渗透系数的方法,即根据渗透速度和水力梯度关系曲线估算渗透系数,或采用文中提出的公式计算渗透系数。     

黄骅坳陷马东地区古近系重力流水道相储层特征研究

通过岩心、测井、地震等多信息综合,对黄骅坳陷马东地区古近系沙一中、下亚段重力流水道相储层进行了精细研究,划分为水道中心、水道边缘及漫溢、河道间及湖盆泥3种微相类型,并依据地震属性分析和测井约束反演结果预测各层砂体分布.统计表明,单期水道宽度为500～1000m,平均厚度3m左右,并具有分叉、合并、连片、并行等多种组合方式,在垂向上多期叠加构成复合水道砂体.在多参数分析的基础上,通过渗透率累积概率分析有效地对储层进行了分类,可为马东地区的开发方案调整提供地质依据.     

岩体裂隙渗流水力特性的实验研究

根据数理统计原理，从随机平稳过程理论出发，提出了一套描述裂隙空间曲面几何形态的三维指标和方法。在一套特制的岩石裂隙渗流实验装置上系统地研究了不同几何形态的裂隙在不同应力、应变条件下的水力特性，探讨了渗透系数与机械隙宽、剪切变形、几何形态、应力条件、加卸载条件的关系，并得出了各种不同情况下的实验数据拟合方程式。     

基于水气二相流的稳定饱和-非饱和渗流模拟研究

非饱和带的渗流过程实质上是水、气两种流体在土壤孔隙中相互替代的过程,因此采用水-气二相流模型求解饱和-非饱和渗流问题更加合理.根据水、空气的质量守恒定律和达西定律,结合多相流理论建立水-气二相流模型,采用高效的积分有限差分法求解,给出精确模拟水相、气相边界的处理方法.通过求解Muskat稳定渗流问题得到逸出面长度与解析解基本一致,验证了水气二相流模型的有效性;由孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的分布可知,稳定渗流中气相的影响几乎可以忽略,而非稳定渗流中气相的影响有待进一步研究.