页岩储层中气体多机理耦合渗流研究

页岩储层中有纳米孔、微米孔、微裂隙、人工裂缝等储集空间和运移通道,多尺度的孔隙结构使气体具有扩散、滑脱、达西渗流等多种流动形式。当储层压力、温度、应力改变时,赋存气体的运动状态、孔隙结构会发生改变,使渗流复杂化。利用毛管束模型和平板模型,分别讨论了扩散、吸附、应力解吸对页岩中气体渗流的影响。研究表明:1当温度一定时,在低压小孔隙中,气体的扩散主要是Kudsen扩散;当压力和孔径变大时,则以Fick扩散为主;2在低压小孔隙储层中,扩散对渗流影响不可忽略;但当压力和孔径达到一定值后,可以忽略扩散的影响;3滑脱对气体渗流的影响程度与压力和孔隙尺度有关;4吸附会减小孔隙直径,影响气体渗流,孔隙越小,吸附对渗流的影响越严重;5随有效应力的增加,页岩渗透率降低;页岩中裂缝越多,渗透率降低越显著;气体解吸后页岩的渗透率变大。     

油藏热流固耦合模型及应用

针对变温变形油藏的耦合渗流规律这一亟待研究的课题,综合分析油藏中流体力场、固体力场、温度场之间的耦合关系和三场耦合的力学机理与结合点,认为油藏中热效应与流体孔隙压力导致岩石变形;岩石变形与流体渗流导致温度场变化;岩石变形与热效应导致储渗特性和孔隙流体压力的改变从而影响流体渗流,以上三种效应是同时发生的.建立了一个反映变温变形油藏实际的热-流-固耦合模型,利用此模型进行了几项对热采油藏地层损害和石油生产有着重要影响的参数、指标的计算与分析.     

低渗透岩石在围压作用下的耦合渗流实验

为了解有效围压对低渗透砂岩渗流性能的影响规律,利用高精度的FDES-641三轴驱替评价系统,以盐水作为渗流流体,分别采用恒速法和恒压法进行低渗透饱和砂岩在有围压耦合作用下的稳定渗流实验。结果表明:岩石渗透率随着有效围压的增加而下降,呈现非线性关系。结论为:1)当流速或压力梯度保持恒定时,随着有效围压升高,渗透率下降速率逐渐降低,渗透率比与有效围压近似呈反比关系。2)当有效围压下降时,岩石渗透率回升,但回升路径低于原始路径。3)恒速法比恒压法操作方便、精度高,有利于围压作用下的稳定渗流实验。     

页岩储层渗吸特性的实验研究

页岩含有大量黏土矿物,遇水会导致页岩中黏土矿物水化、膨胀,为研究页岩吸水特性及探究页岩气井返排率的影响因素。开展了页岩动态渗吸及静态渗吸实验;并对实验结果进行了详细的分析。研究表明:页岩水化作用主要发生在页岩与水或水基溶液接触的表层附近,液体侵入深度十分有限;不同的液体介质下页岩的吸水能力各不相同;页岩吸水量由表面水化吸水量、渗透水化吸水量和毛管吸水量组成,而且水化吸水量基本无法排出,在一定程度上降低了页岩气井压裂液的返排率;相同的成藏条件下页岩的渗透水化吸水量及表面水化吸水量相同;页岩水化能力及压裂效果是影响返排率的主控因素。     

力—化耦合作用下泥页岩井眼动态破坏分析

为进一步研究中深层硬脆性泥页岩在水化条件下的井眼失稳问题,基于泥页岩矿物组成、微观结构及力学试验研究,考虑泥页岩吸水扩散、强度弱化、化学势变化以及流体流动对固体变形的影响,建立了泥页岩井壁稳定流—固—化耦合模型,提出了模拟泥页岩井眼动态破坏过程方法,并应用建立的模型计算实例井井眼动态破坏过程。结果表明:开挖后井眼围岩渗流场的变化不足以引起井眼继续破坏,水化效应对井眼扩大率的影响起决定作用,井眼扩大率随钻井液浸泡时间的增大而增大。提出的模型可有效模拟硬脆性泥页岩井眼动态破坏过程,计算出的井眼动态破坏过程与实际钻井基本一致。     

不同温度条件下页岩储层吸附能力预测模型

吸附特征曲线函数是预测不同温度吸附曲线的重要参数,主要依靠“拟合”得到,缺乏严格理论推导,且需要多个温度下的吸附数据确保拟合精度,不能达到高效预测的目的。基于Polanyi吸附势理论与Langmuir吸附理论,推导了吸附特征曲线函数式,揭示了温度对吸附曲线的影响规律,并且建立了“仅利用一条等温吸附曲线预测其他温度吸附曲线”的方法。实验表明:利用页岩样品低温(38 ℃)条件下吸附曲线,预测得到的高温(65～150 ℃)条件下吸附曲线误差小于5%,具有较高精度。同时,在考虑实际储层压力梯度、地温梯度基础上,耦合温度与压力的共同影响,量化了页岩吸附能力与储层埋深关系曲线。结果表明:在埋深较浅的情况下(<750 m),页岩储层吸附能力随埋深增大而迅速增强; 随后吸附能力随埋深变化缓慢,达到峰值后,存在下降趋势; 样品吸附能力峰值对应的埋深约2 200～2 400 m.     

高温影响下页岩岩石的声学特性实验研究

以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,研究了高温处理后页岩岩样物理性质的变化规律,讨论了温度对页岩岩石声波特性的影响,同时,也研究了高温影响下页岩岩石动弹性参数的变化规律。研究结果表明,当作用温度低于400℃时,温度对页岩表观颜色和物理性质影响较小,而当作用温度超过400℃时,页岩表观颜色逐渐由黑色变为灰白色,且页岩质量下降快、体积膨胀率上升快,造成页岩密度下降快;随着温度增加,页岩声波速度不断下降,且声波主频不断下降,而页岩声波衰减系数不断增大,且声波衰减系数对页岩热损伤效应的敏感性更强;随着温度增加,页岩损伤因子增大,同时,页岩动态泊松比也呈增大趋势,而页岩动态弹性模量、体积模量、剪切模量呈下降趋势。     

含水状态下硬脆性泥页岩蠕变特性实验研究

对岩石进行不同含水率下三轴蠕变实验,试样在整个加载过程中,经历了衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个蠕变阶段。根据不同含水率岩样的等时应力应变曲线,可以看出泥页岩的蠕变是非线性的;并且随含水率和应力水平的提高,应力应变的非线性程度也增大。在相同的外载条件下,随着含水率的增加,泥页岩的蠕变变形增加、蠕变进入稳定阶段所需的时间越长;而岩石长期强度呈减小的趋势。说明对于泥页岩地层的钻井施工,需要考虑泥页岩的时效变形行为及流变效应。     

围岩-水压耦合作用下煤岩渗流特性演化规律

为探究煤体在不同围压及水力荷载下渗流规律,利用SEM微观扫描图像及二值化分析系统,基于孔裂隙分形特征模型,模拟计算煤岩内部孔隙度及静态渗透率,并通过GDS-DYNTTS型软岩流变仪,开展不同水压-围压耦合场下动态渗流试验。研究结果表明：基于微观结构图像及渗透率模型,利用合理分形维度,可得到较真实的静态渗透率;双场耦合中固定水压不同围压条件下,煤体具备3个不同的渗流阶段：孔隙受压闭合期、孔隙变形缓释期及孔隙变形快速恢复期,当围压高于6 MPa时,渗透率对水压敏感度较低,低于4 MPa时,渗透率随着水压增大呈指数增长;双场动态耦合下,煤体渗透率整体变化趋势出现平台期及急增期2个明显特征。研究结果可为开采卸压后煤层涌水路径、水量估算及突水风险预测提供参考。     

干馏后油页岩渗透规律的实验研究

介绍了干馏后油页岩在三轴应力下的渗透实验,揭示了干馏后油页岩的渗透规律,通过多元回归分析得到了干馏后油页岩的渗透系数与体积应力、孔隙压的关系式,表明了它的渗透系数与体积应力、孔隙压呈指数关系。并经过分析可知,若其埋藏深度较浅,可以通过增加孔隙压来改善它的渗透性;若其埋藏深度较深,则可以通过采取适当的措施,提高其渗透系数。这一结论对油页岩的原位开发与利用具有重要参考价值。     

稠油水平井套管柱强度设计方法

摘要 稠油水平井的套管柱设计与常规水平井套管设计有较大差异.本文重点介绍利用设计或已测的井眼机迹参数;稠油热采注汽参数和注汽施工工况;计算稠油水平井套管柱所受热应力、弯曲载荷、摩阻力子的方法以及利用以上受力计算为基础的水平套管柱最大载荷设计法;同时介绍此方法在辽河油田稠油冷平1井的设计和使用情况.

     

挤出流动的力学行为——第二报:牛顿流体的模口膨化

作者继第一报证明了模口处的横向剪切应力是产生出口弯角的根源之后,进一步对牛顿流体的模口膨化效应进行了研究。从理论上证明了模口处的横向剪切应力也是影响牛顿流体模口膨化比的重要因素。另外三个影响牛顿流体模口膨化比的力是:流体流出狭缝后外层流体对内层流体作用的粘性拖曳力,流体的惯性力和表面张力。推导出这4种力与模口膨化比的定量关系式,由这一关系式可明显看出粘性、惯性和表面张力是如何影响模口膨化的,从而解释了许多别人的实验结果和数值计算结果。     

考虑应力敏感和边界层效应的页岩油油藏渗流模型研究

由于页岩油储层孔隙结构复杂,原油渗流过程中存在明显的多尺度效应,而储层中存在应力敏感效应和边界层效应对原油渗流特征影响使得其流动机理更加复杂。基于毛细管模型,结合边界层和应力敏感理论,建立了页岩油储层渗流新模型并进行了验证。根据新模型分析了应力敏感效应、边界层效应对页岩油渗流特征的影响。研究结果表明：页岩油新渗流模型与渗流实验结果拟合性好,具有较高可靠性;边界层效应和应力敏感效应是影响潜江页岩油储层渗流特征的主要因素;对于含有微裂缝和溶蚀孔的页岩油储层,应力敏感效应是影响储层渗流特征的主控因素;随着压力的梯度的增加,影响渗流特征的因素由边界层和应力敏感效应的综合作用所决定。通过该研究,加深了影响页岩油油藏渗流特征相关因素的认识,为合理开发页岩油油藏提供了理论依据。     

汛期隔河岩大坝工作性态分析

１９９８ 年汛期,为了与长江洪水错峰,减少荆江大堤防洪压力,清江隔河岩水库蓄水高达２０３－９４ｍ ,超过了千年一遇的洪水标准－ 为了掌握高水位下大坝工作性态,本文根据安全监测资料对大坝关键部位的工况进行了初步分析,得出了一些有益的结论,为今后防汛提供了决策依据－     

低熟页岩油高温开采井筒完整性

低熟页岩油是21世纪非常重要的接替能源,低熟页岩油的开采需对地层持续加热,当地层温度升至400℃左右才能裂解产生油气物质,而在长期高温加热情况下会造成完井管串变形损伤、水泥环密封失效等情况,导致井筒完整性失效,影响油气资源安全高效开发.为此,利用有限元分析软件建立了低熟页岩油井筒组合体密封完整性模型,结合水泥石强度试验...     

深层页岩气非线性渗流的温度效应

为了研究温度变化对高温高压的深层页岩气藏产能的影响,建立了考虑变温吸附和随温度变化的压缩因子和黏度的页岩气非线性渗流模型,推导了考虑弹性变形和吸附应变的非均匀孔隙度和渗透率演化模型,发展了具有显式迭代格式的高效的半解析算法,将数值模拟结果与现场生产数据进行对比,验证了所建立模型和算法的正确性,分析了温度变化对深层页岩游离气、吸附气和总产量的影响. 结果表明,压力越高,游离气产量受温度影响越小. 当地层温度上升40 °C时,浅层页岩游离气的产量降低14.5%,而深层页岩游离气产量增加1.4%. 相反,压力越高,温度变化对吸附气产量的影响越大. 当温度上升时,浅层和深层页岩吸附气的产量分别降低19.3%和31%. 浅层页岩气因温度变化总产量相差约15%,而深层页岩气总产量受温度影响不大. 在其他条件相同的情况下,高温高压的深层页岩气前5 a的累计产气量是浅层的1.76倍. 所建立的模型和算法可以为深层页岩气的高效开发和优化设计提供参考.     

碾压混凝土坝渗流对温度应力的影响

编制了渗流场、温度场、温度应力三个三维有限元程序，分析了碾压混凝土坝渗流对温度场及温度应力的影响，并考虑到了碾压混凝土坝上游面设有防渗面板、排水孔、及水平渗透系数和竖直向渗透系数的不同。     

页岩油气科技进步、发展战略及政策建议

为了研究温度变化对高温高压的深层页岩气藏产能的影响,建立了考虑变温吸附和随温度变化的压缩因子和黏度的页岩气非线性渗流模型,推导了考虑弹性变形和吸附应变的非均匀孔隙度和渗透率演化模型,发展了具有显式迭代格式的高效的半解析算法,将数值模拟结果与现场生产数据进行对比,验证了所建立模型和算法的正确性,分析了温度变化对深层页岩游离气、吸附气和总产量的影响. 结果表明,压力越高,游离气产量受温度影响越小. 当地层温度上升40 °C时,浅层页岩游离气的产量降低14.5%,而深层页岩游离气产量增加1.4%. 相反,压力越高,温度变化对吸附气产量的影响越大. 当温度上升时,浅层和深层页岩吸附气的产量分别降低19.3%和31%. 浅层页岩气因温度变化总产量相差约15%,而深层页岩气总产量受温度影响不大. 在其他条件相同的情况下,高温高压的深层页岩气前5 a的累计产气量是浅层的1.76倍. 所建立的模型和算法可以为深层页岩气的高效开发和优化设计提供参考.

     

承受热冲击的大口径机枪枪管的热效应分析

根据热弹性理论,考虑枪管承受对流、传导和热辐射的情况,使用有限元法,计算了带有Cr镀层的某大口径机枪枪管在单个和连续热冲击下的瞬态温度及瞬态热应力,分析了其沿轴向和径向的分布规律,并评价了热冲击对于强度的影响,计算结果得到了实验数据的验证.研究表明:(1)热冲击具有明显的薄层效应;(2)热冲击引起的内膛表面温度响应和VonMises应力响应呈脉冲状;(3)热负荷产生的热应力明显高于膛压产生的应力.