高温蒸汽作用油页岩孔隙-裂隙结构演化规律实验研究

油页岩孔隙裂隙演化规律是影响对流加热方式原位流态化开采油页岩的关键影响因素。选取新疆巴里坤油页岩试样，首先利用自主研制的高温蒸汽作用实验系统对试样进行加热，然后采用显微CT和扫描电镜对不同温度作用后的油页岩的孔隙裂隙特征进行测试，并利用Avizo软件，对油页岩孔裂隙结构、内部渗流场特征以及表面微观特征随温度的演化规律进行了详细地研究，结果表明：1)原始状态下油页岩内部裂隙以微裂隙(100～500μm)为主，随着水蒸汽作用温度不断提高，微裂隙数量呈指数形式增长，同时孔径较小的小孔逐步转变为孔径较大的中大孔。2)随着水蒸汽作用温度增加，油页岩孔隙度显著增加，由常温状态下的2.7%增加到555℃时的16.2%,是常温下的6倍。3)随着热解温度的升高，油页岩内部连通的孔隙也不断增多，为高温水蒸汽以及热解产物的运移提供了良好通道，总体上平行层理方向的渗透率总是大于垂直层理方向的渗透率。4)油页岩渗透性存在明显的各向异性特征，当热解温度为314℃时，油页岩在平行层理方向与垂直层理方向的渗透率差异性最大，渗透率各向异性系数量级可达103.研究结论对调控水蒸汽对流加热原位开采油页岩油气的工艺参数具有重...     

基于数字岩石物理的油页岩热导率模拟

利用数字岩心技术,充分考虑岩石的孔隙空间结构对于岩石热导率的影响,对微波辐射作用下油页岩在室温至600℃时内部孔裂隙及裂缝进行三维可视化进行研究。结果表明：垂直层理面的热导率要小于平行层理面的热导率,油页岩强烈的热各向异性导致传热的不均匀,热导率在3个方向上总体呈现下降趋势,并且将模拟值与经验模型进行对比,其精度可接受;各向异性的比值(即平行/垂直热导率)的上界为2.149,各向异性最高出现在热导率最低的区域;油页岩内部结构的变化是导致热导率下降的主要原因;研究成果能够在岩心尺度上对岩石热物性研究提供一定的参考。     

压裂-注氮原位裂解油页岩加热工艺及传热模拟

提出了一种油页岩地下原位转化的新方法,即压裂-注氮原位裂解油页岩技术.油页岩储层压裂后,在加热井内下入电加热器,然后向井内注入氮气,利用加热后的高温氮气原位裂解油页岩.介绍了该方法与传统的电加热法和对流加热法相比的优势,以及特别适用的地层,并且对加热氮气过程进行了传热模拟,优化了气体加热器的参数,确定加热器的最佳长度为30 m,其热流密度为11 k W/m2.针对本工艺方法特别适用的薄层油页岩地下原位开采,进行了地层加热时间的传热模拟,确定了80 d即可将井距15 m,矿层1.5 m厚的油页岩加热到裂解温度,较电加热法和对流加热法的加热时间明显缩短.     

油页岩注蒸汽原位开采数值模拟

注高温蒸汽是一种有效的油页岩原位加热开采方法。参考美国绿河地区某油页岩原位电加热开采项目,采用CMG油藏数值模拟软件建立油页岩原位加热开采的数值模型,将其中的电加热井改为注高温蒸汽井,求解油页岩的温度场、干酪根浓度和产油量,对比电加热和蒸汽加热的优缺点,并讨论注入蒸汽速率和加热范围这两个主要因素对油页岩原位开采的影响。结果表明:与电加热相比,注蒸汽加热时油页岩层温度更高,干酪根分解更快,页岩油产量峰值到达时间更早;随注入速率增大、加热范围减小,干酪根热解反应加快,页岩油产出结束较早。     

非稳态原位热解扶余油页岩热-流耦合模拟

采用热-流耦合分析模式,对水力压裂之后扶余油页岩储层的传热导流渗透能力进行数值模拟,发现流体主要沿油页岩层理方向形成地裂隙流出,但是随温度的增加,孔隙度增大也会有少许流体从油页岩的原生孔隙流出,渗流场压力在同一截面自裂隙垂直于油页岩层理向两端呈现下降趋势;流体对油页岩地层热量的传导主要是沿裂隙方向进行.加热时间增长,裂隙两侧油页岩裂解,孔隙度增加,氮气向油页岩储层的扩散速度也得到了提高,加热至40d之后,裂隙周围油页岩首先达到裂解温度,加热至60~100d,油页岩层的平均温度自500K提升至650K,整个油页岩能够被有效热解.     

高温高压煤复电阻率各向异性实验研究

电阻率各向异性是影响煤储层电法勘探的重要因素,针对煤样复电阻率各向异性的参数评价,对焦作地区煤矿储层沿平行和垂直层理方向分别钻取了煤样,并在高温高压条件下测量得到了相应的复电阻率频谱。为了定量分析温度、压力对煤样复电阻率各向异性的影响,建立了煤样不同方向频散参数(界面极化频率、模值频散度、弛豫时间)与温度压力的对应关系,电阻率各向异性系数与温度、压力的对应关系。结果表明：平行层理方向频散参数均与温度、压力呈现良好的线性关系,垂直层理方向频散参数的线性关系不如平行层理方向好;任意方向煤样频散与温度、压力的响应关系都可以用弛豫时间来定量评价;随温度升高各向异性系数增大,随压力增大各向异性系数变化不明显。研究结果可为更精确地定量评价温度、压力对煤储层电各向异性的影响提供实验基础和理论参考。     

原位注蒸汽开采横观各向同性油页岩储层的数值研究

油页岩可以被看作横观各向同性材料,其热传导系数、热膨胀系数、弹性模量、渗透率均表现出较强的各向异性。首先建立了横观各向同性热流固耦合数学模型,然后结合高温作用下获得的油页岩各向异性物理力学参数,对原位注蒸汽开采油页岩进行数值研究。结果表明:油页岩储层温度场分布与过热蒸汽在储层中的运移密切相关,在温度场边缘形成快速降温带;蒸汽注入过程中,在油页岩矿层中部形成应力集中区,随着注入时间的增加,应力集中区向底板方向移动;渗透率的各向异性对油气产量影响最大,其次是弹性模量的各向异性,而热传导系数的各向异性对油气产量影响不大。研究结果可以为原位注蒸汽开采油页岩提供理论基础。     

油页岩原位开采中裂隙与井组相对位置及其产状对加热效果的影响

当采用对流加热技术对地下油页岩进行加热时,地下的裂隙为热流体提供了运移通道,影响着油页岩的加热速度和加热范围。因此充分地认识地下裂隙对油页岩加热效果的影响,确定合理的布井方式对油页岩的开采十分重要。通过使用商业仿真模拟软件ANSYS,建立了3组含有简化裂隙的三维模型,以此来模拟油页岩原位注热开采中的温度场,探究并分析不同裂隙位置与产状条件下油页岩的加热效果。模拟结果表明,加热5年后即可达到稳态,加热井远离开放裂隙,生产井位于加热井与开放裂隙之间时油页岩加热效果更好。井组连线的走向垂直于裂隙走向时,加热效果更好;开放裂隙垂直于岩层时,加热效果更好。     

低透气性原煤瓦斯渗流各向异性试验研究

为研究低透气性煤层中瓦斯渗流的各向异性,以同一煤岩平行层理方向和垂直层理方向制取煤样,利用自主研制的试验装置进行含瓦斯煤三轴伺服渗流试验。结果发现平行层理煤样的渗透率远大于垂直层理煤样。在峰值破坏前,平行层理煤样随着轴压增加,渗透率在应力屈服点达到最小值,垂直层理煤样在弹性阶段初始时达到最小值;峰值破坏后,两个方向煤样的渗透率均呈非线性增长。     

含氮气煤体超声各向异性特征实验研究

探讨含气煤体超声响应特征可为利用超声技术在煤岩物性特征测试中的应用提供依据。利用自主研发的煤储层物性特征实验系统,选取平煤八矿己_16-17煤层煤样,制备平行层理与面割理（x）、平行层理垂直面割理（y）和垂直层理（z）等3类煤样,对含氮气煤体在不同气体压力及不同吸附时间下的超声特征进行测试。实验结果表明：（1）轴压恒定时,随着围压增加,煤的弹性波速度不断增加,煤体抽真空状态下的纵、横波速度略大于常压下的波速;（2）煤柱从负压状态到注气吸附状态,随着注气时间的延长,波速先下降,然后缓慢升高;（3）轴压和围压不变时,随着气体压力的变化,纵波和横波速度均有所增加;（4）平行层理与面割理、平行层理垂直面割理和垂直层理方向各向异性明显,但超声响应规律基本一致;（5）煤样纵波和横波垂直、平行层理方向各向异性程度与吸附时间的关系差异明显,纵波各向异性程度对吸附时间更加敏感。     

油页岩原位开采过程中孔隙度和渗透率变化数值模拟

油页岩原位开采技术是一种经济、环保的油页岩利用技术。在油页岩原位开采过程中,温度变化引起油页岩中干酪根的分解及黏土矿物的转化使油页岩的孔隙度和渗透率发生改变,而孔隙度和渗透率正是影响生成的烃类物质运移的重要因素。为了研究油页岩原位开采过程中孔隙度和渗透率的变化规律,参考吉林省松原地区油页岩原位开采的现场试验情况,以梅花状布井方式建立了三维模型,模拟了油页岩原位开采的注热、生烃、黏土矿物转化以及孔隙度和渗透率变化的过程。结果表明:油页岩原位开采过程中,油页岩的孔隙度和渗透率随生烃过程的进行呈现增大趋势,且增长速率先快后慢,注热1 000 d时,孔隙度增长了3. 37%,渗透率增长了0. 004 9×10~(-3)μm~2。油页岩的孔隙度随蒙脱石-伊利石的转化逐渐增大;蒙脱石-伊利石转化过程使油页岩的渗透率有所增大;注热1 000 d时,孔隙度增长了2. 14%,渗透率增长了0. 002 5×10~(-3)μm~2。     

薄层油页岩电加热原位改性温度场数值模拟

原位开采是油页岩未来主流开采技术,目前油页岩原位开采技术研究对象多为厚层油页岩,但中国存在大量的薄层油页岩,故研究薄层油页岩原位电加热温度分布规律具有重要的意义.针对中国特殊薄层油页岩结构,采用ANSYS软件中瞬态热分析模块,建立薄层油页岩原位电加热模型,研究加热5年内薄层油页岩中温度场分布.仿真结果表明:油页岩的有效加热体积随加热时间增加而增大,且加热前3年增加速度显著快于3年之后,加热3年后继续加热增热效果已不明显,故加热薄层油页岩在加热3年可以使利益最大化.研究结果为中国薄层油页岩的开发提供了数据支撑.     

煤层层理对瓦斯渗流影响理论分析与实验研究

为了探讨原煤层理对瓦斯渗流的影响,先从理论上分析瓦斯沿平行和垂直煤层层理面这2种极端情况的渗流特性,经对渗透系数比较分析,得到平行煤层层理面瓦斯渗透系数大于垂直煤层层理面瓦斯渗透系数.再对原煤进行实验室实验,通过对实验数据分析,得到沿煤层层理方向瓦斯渗流速度与应力、应变关系曲线近似光滑曲线,而垂直煤层层理面瓦斯渗流速度与应力、应变关系曲呈突变曲折曲线;垂直原煤层理方向瓦斯渗流速度增长趋势大于平行煤层层理方向,但平行原煤层理方向瓦斯渗流速度明显大于垂直原煤层理方向,这一结果与理论分析结果相吻合.     

热流固耦合作用下滑脱效应对煤岩低温渗透性的影响

【目的】增加煤储层渗透性是提高煤层气采收率的关键技术,原位注热开采是强化煤层气开采的有效方法。【方法】为了探索热流固耦合作用下煤储层渗透率的变化规律,进行了不同埋深不同温度无烟煤渗流试验,并对结果进行理论分析研究。【结果】1）三维有效应力作用下,无烟煤渗透率随温度和孔隙压力的变化呈“V”形,具有明显的回弹现象,随埋深的增加而减小。当孔隙压力小于临界孔隙压力,温度小于70℃时,煤体渗透性主要取决于滑脱效应。当孔隙压力大于临界孔隙压力,温度大于70℃时渗透性主要取决于热膨胀和孔隙压力对裂隙的张开程度,热刺激对渗透率的影响远大于孔隙压力。2）临界孔隙压力介于1～1.5 MPa之间,滑脱效应随温度的升高对渗透率的影响在逐渐减小,而且影响减小的梯度随埋深的增加而增大。3）裂隙张开度系数随温度升高和埋深增加而增加,但温度越高,不同埋深下渗透性对孔隙压力作用的敏感程度变化越小。【结论】这些研究结果进一步丰富了原位注热开采煤层气理论,并对煤层气的强化增渗开采提供有价值的参考数据。     

油页岩原位裂解开采温度场数值模拟与设计方案优化

根据吉林松原油页岩原位开采试验的布井方式、油页岩及流体物性参数等情况,构建了油页岩原位开采的单压裂隙-单注气井基本模型(模型Ⅰ),采用Fluent软件进行了油页岩热流体加热过程温度场模拟。为了研究不同原位开发方案的效率,在模型Ⅰ的基础上,通过增加压裂隙数、注气井数,建立了双压裂隙-单注气井模型(模型Ⅱ)、双压裂隙-双等深注气井模型(模型Ⅲ)和双压裂隙-双不等深注气井(模型Ⅳ),分别开展了注气速率为5m/s和10m/s、注气加热1500天情况的模拟。模拟结果表明,当油页岩层压裂程度越高、模型注气速率越高、注气井数量足够和注气井贯穿压裂隙加热油页岩层时,油页岩的开发利用越彻底,设计方案最优。     

油藏各向异性对鱼骨状分支井产能影响分析

为了研究油藏各向异性对鱼骨状分支井产能的影响,基于空间变换理论将各向异性渗透率空间转换为各向同性渗透率空间,并应用鱼骨状分支井渗流模型进行产能预测。结果表明:油藏各向异性会导致鱼骨状分支井等压线分布发生明显偏转,各向异性程度越大,偏转越明显;水平面内垂直于主井筒方向的渗透率对鱼骨状分支井产能起决定作用,水平面内平行于主井筒方向的渗透率起次要作用;当水平面内渗透率各向异性较为明确时,应选择主井筒方向与最大渗透率方向垂直;当水平面内渗透率各向异性不明确时,选择的分支角度越大,越能消除水平面内渗透率各向异性不确定性带来的影响。     

龙马溪组页岩应力敏感性实验评价

X射线衍射和全应力-应变结果表明龙马溪组页岩具有明显的硬脆性特征,破裂前曲线均呈现明显的线弹性变形。在5 MPa和10 MPa围压下,平行层理方向与垂直层理方向岩芯力学性质表现明显不同,平行层理方向的微裂缝由于受到张力作用而导致页岩突然破裂而完全失去承载能力;当围压达到20 MPa时,由于层理微裂缝的闭合,页岩的力学性质表现相似。氮气脉冲压力延迟测试结果表明:平行层理方向取芯页岩的应力敏感性更强,当有效应力增至10 MPa时,垂直层理方向岩芯渗透率下降1~2个数量级,而平行于页岩层理方向岩芯渗透率下降2~3个数量级;方解石充填的天然裂缝可提高岩芯整体渗透率2~3个数量级,且闭合型页岩天然裂缝应力敏感性强于张开型天然裂缝岩芯。     

坝基各向异性岩石力学特性试验研究

为了掌握坝基层理面发育变质凝灰岩的力学特性,对垂直和平行于层理面方向的变质凝灰岩试样进行了三轴压缩试验.基于试验结果,得到了不同围压下垂直和平行于层理面的变质凝灰岩强度和变形参数,研究了其强度和变形特性的各向异性特征,最后分析了三轴压缩状态下试样的破坏形式及机制.研究结果表明,变质凝灰岩强度和变形特性与层理面方位角关系密切,垂直和平行于层理面方向的强度和变形参数表现出显著的各向异性特征,并随围压呈一定规律的变化.     

单颗粒印刷线路板热解传热特性模拟研究

建立了单颗粒印刷线路板的传热模型,模拟了热解传热过程,分析了比热容、导热系数和反应热等参数对线路板颗粒温度变化的影响,并通过热重实验对模型进行验证分析.结果表明:在热解过程中,越靠近颗粒中心的部分,比热容变化对颗粒温度变化的影响越明显;在考虑与不考虑比热容变化两种条件下,线路板颗粒温度偏差最大可达21%;线路板颗粒导热系数存在各向异性特点,对于不同区域,y方向和z方向导热对温度变化的影响效果不同;实验与模拟热重曲线的热失重率差仅为9.78%,表明该传热模型设计较为合理.     

各向异性油藏中五点井网的变形作用

针对各向异性油藏中水驱开发的研究主要集中于各向异性方向垂直或平行于井网单元中任意两口井的连线方向等特殊的情形,而对于其他布井方向的研究相对缺乏的这种情况,采用坐标变换方法将各向异性油藏转化为各向同性油藏,然后利用流线方法计算正五点井网的开发指标,分析了各向异性程度和方向对水驱开发效果的影响。结果表明,在各向异性油藏中,各向异性程度越大,井网的变形程度也越大;当井网单元中任意两口井的连线与渗透率主轴方向既不平行又不垂直时,井网开发效果对各向异性程度的变化反应十分敏感,井网单元可能会发生的破坏和重组现象,这种破坏和重组现象是各向异性方向和大小两者共同作用的结果,从而造成了井网开发效果的不确定性。为了有效避免可能发生的井网的破坏和重组现象,布井时最好选择注水井生产井方向或者注水井注水井方向平行或者垂直于渗透率主轴方向。