用有限元法计算井中水平裂缝的反射斯通利波

用有限元法研究了当井中存在水平裂缝时的声波全波列 ,并对裂缝宽度对低频斯通利波的影响进行了数值分析。当井中存在水平裂缝时 ,在接收的声波全波列波形中 ,既有直达的斯通利波 ,也存在来自裂缝的反射斯通利波。数值计算结果与实验测量结果具有很好的一致性。计算结果表明 ,裂缝宽度越大 ,反射斯通利波的幅度也越大 ,而直达波幅度变小     

基于线性滑动模型的裂缝性地层声波测井响应数值模拟

为了研究水平裂缝对声波波形的影响规律,把裂缝当作线性滑动界面,模拟在含有裂缝的地层中全波列声波测井响应。建立柱坐标系下穿过井孔的水平单条裂缝和多条裂缝计算模型,采用有限差分法模拟声波的传播,记录声波波形。通过分析不同源距、不同宽度裂缝和不同裂缝条数条件下透射波和反射波的波形变化,研究裂缝对纵波、横波和斯通利波波形的影响规律。结果表明:采用线性滑动模型描述的裂缝对纵波的影响很小,只有靠近裂缝的透射纵波幅度会发生改变;裂缝不仅引起横波很强的衰减和反射,而且使横波的相位发生了改变;接收器距离裂缝越远,横波的衰减越大;当裂缝延伸距离很短时,透射横波的幅度和相位随着裂缝延伸距离的改变会发生变化;裂缝也会引起斯通利波的衰减和反射,透射斯通利波对线性滑动裂缝的宽度变化不敏感,而对裂缝条数变化敏感。     

粗糙裂缝对井眼声波传播的影响

由于天然裂缝并非光滑裂缝,在通过声、电成像对裂缝进行识别过程中,如果将裂缝视为光滑裂缝,将会产生误差。斯通利波反射系数对裂缝宽度具有较高的灵敏度,常用斯通利波识别裂缝。分别采用物理实验和数值模拟的方法来研究粗糙裂缝对声波响应的影响,在实验方面,进行了模型井裂缝粗糙度实验,得到了粗糙裂缝的裂缝宽度和衰减系数之间的关系。对水平裂缝井眼模型进行数值模拟,研究正弦形状的粗糙裂缝对斯通利波的影响。采用迂曲度对裂缝表面的粗糙程度进行描述。实验结果显示随着裂缝表面刻槽的增加,斯通利波的衰减系数也会增加。模拟结果显示粗糙裂缝的宽度越小,和同样宽度的光滑的裂缝衰减系数之间的差距越大。通过拟合建立了斯通利波衰减系数与裂缝宽度、迂曲度的关系式。     

全波列测井分析在油气储层评价中的应用

声波全波列测井记录了井内首波和后续流体波的速度、幅度、频率、波形包络等与地层性质密切相关的信息,尤其是井眼斯通利波信息能指示地层裂缝或渗透带发育。基于对井眼声波传播模式和数字信息提取技术的研究,利用 C++ Builder 开发了可用于全波列分波处理及全波列测井综合分析的软件,并在新疆塔里木盆地某碳酸盐岩型油田的油气储层评价中取得了良好的效果。     

一种考虑滤失的水平裂缝延伸新模型

为满足工程设计的需要,以缝中流体单元的受力分析为基础,综合流体力学理论、弹性力学理论和物质平衡原理,重新建立了水平裂缝中压力分布、水平裂缝宽度和水平裂缝延伸半径等数学模型以及用差分法离散后的数值模型,并用牛顿迭代方法进行数值求解。这些模型综合考虑了压裂液滤失对缝中压力分布及流量分布的影响、能准确模拟水平裂缝延伸过程。研究结果表明,系统中考虑压裂液滤失对缝中流量和压力分布的影响而建立的水平裂缝延伸模型,由于考虑了水平裂缝中压裂液流量的实际分布,能准确描述水平裂缝延伸过程,模拟出的缝中流量沿裂缝半径逐渐减小至零,计算出的缝裂缝半径和缝宽均比原有模型结果小,符合水平裂缝压裂的现场实际。提出的迭代数值解法稳定可靠,其方法和思路为水平裂缝参数分析和施工设计奠定了基础。     

平面声波在平行分界面上反射和折射的理论计算

建立了平面声波在平行界面上反射和折射的理论模型，推导了该理论模型下的反射系数表达式，对反射系数随入射角的变化规律作了分析和探讨。对在第一临界角和第二临界角附近的反射系数大小的讨论，有助于研究声波全波列中的滑行纵波、滑行横波和伪瑞利波的幅度特征。     

平面声波在平行分界面上反射和折射的理论计算

建立了平面声波在平行界面上反射和折射的理论模型,推导了该理论模型下的反射系数表达式,对反射系数随入射角的变化规律作了分析和探讨.对在第一临界角和第二临界角附近的反射系数大小的讨论,有助于研究声波全波列中的滑行纵波、滑行横波和伪瑞利波的幅度特征.     

不规则井眼的斯通利波反射数值模拟

讨论了不规则井眼内低频斯通利波反射.利用简化的一维模型研究低频斯通利波的物理性质.用质量平衡边界和传播矩阵表示井眼不规则度与斯通利波的相互关系.模拟结果表明,井径变化比岩性变化产生更强的斯通利波反射.这对实际测井资料解释有重要意义,即斯通利波解释裂缝时,应注意井径变化的影响.将合成模拟的波形与实测波形比较,可以识别裂缝的存在.     

岩溶地基灌浆质量评价的声波全波列测井技术

在理论分析和数值模拟研究的基础上,将声波全波列测井技术应用到湖南吉首—茶洞高速某悬索桥塔基岩体灌浆质量检查中,利用声波图像,对钻孔附近发育的节理裂隙、破碎带和水泥砂浆充填情况进行分析。研究结果表明:结合地质条件,利用全波列测井信号属性参数的特征可以较好地表征裂隙岩体的充填效果;灌浆时水泥浆液在外压下主要沿连通性较好、延伸较远的裂隙向孔外岩体渗透;没有连通的裂隙则被忽略,或在灌浆压力下作用下劈裂而部分充填,形成不同的充填效果,呈现出不同的声波波场特征;声波全波列测井可以检查钻孔的孔壁及其附近岩体灌浆情况,不仅分辨率高,而且探测深度远远超过常规滑行波的探测深度,声波全波列测井技术应用于岩体灌浆质量评价是可行的。     

基于反射声波测井有限元方法的井旁裂缝分布特征

基于声波传播理论,利用声波有限元方法研究存在井旁裂缝情况下的反射波波形特征。以井眼为对称轴,对有声阻抗不连续界面的一侧进行二维轴对称有限元建模,分别建立井旁存在交叉裂缝和弧状裂缝的交叉裂缝反射界面计算模型和弧状裂缝反射界面有限元计算模型。通过对相同源距条件下不同接收点接收的波形数据进行处理,得到反射波波至时间等参数,进而判断出页岩储层井旁裂缝的分布规律。结果表明:反射波的波至时间随声源纵坐标变化而呈现的规律与井旁裂缝的形态表现出了很好的一致性,井旁存在交叉裂缝时,根据波至时间计算得到井旁裂缝倾角为10.13°和20.19°,与解析模型对比的误差率分别为1.31%和0.95%。井旁存在弧状裂缝时,由反射波波至时间得出反射界面的坐标,并与计算模型结果进行对比,得到裂缝中心位置与反射点坐标相对误差为1.70%。声波有限元方法可以有效地反演出井旁裂缝的位置和形态特征。     

斯通利波在测井应用中的研究进展和现状

斯通利波是一种沿井壁传播的声波,当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时就会产生斯通利波。近十几年来,由于长源距和偶极子阵列声波仪在测井中的广泛应用和全波形阵列声波测井资料中各组分波的处理分析方法的进步,可将斯通利波分离出来单独研究并应用于测井资料分析。斯通利波技术是评价裂缝及其渗透性的有效方法。     

海底地震波波动成分及传播特性分析

为获取海底地震波波动成分及其传播特性,将两层半无限液固海洋模型中的波场表示成复积分的形式,采用鞍点法求解波场复积分的远场近似解,并阐述了与积分解相对应的波动成分及其传播特性.结果表明:海底界面处存在的波动成分包括直达声波、反射声波、侧面波、透射纵波、透射横波、泄漏瑞利波和Scholte波;其中直达声波、反射声波和透射波的波阵面为球面,侧面波的波阵面为圆锥面,Scholte波的波阵面为圆柱面.并应用高阶交错网格有限差分法对以上各种波的传播过程进行了数值模拟,给出了场量的波场快照,形象直观地显示出空间中存在的波动成分及其传播特性,数值模拟结果与理论分析结论相吻合.     

泡沫压裂时水平裂缝几何尺寸的计算分析

本文针对三种典型泡沫压裂液,研究了泡沫压裂时水平裂缝几何尺寸的数值计算方法、对影响裂缝几何尺寸的几个因素进行了正交分析。分析结果可供泡沫压裂施工设计时参考。     

井旁地质界面的反射波模拟及f-k偏移成像研究

本文针对现有阵列声波测井仪器,对井旁不同角度和不同位置井旁地质界面的全波波列进行了物理和数值模拟。结果表明,在现有仪器源距范围内,可以从全波波形中观测到清晰的反射纵波。在此基础之上,针对阵列声波全波数据特点,对Stolt的f-k偏移方法进行了改进,使其更适应于阵列声波测井需要,该方法不受地质界面倾角的限制,而且一次可以有效地处理大量现场数据,可以分别得到上倾和下倾井旁地质界面图像。最后,应用该方法对一个倾斜井的阵列声波数据进行了处理,有效的得到了井旁地层界面成像图,验证了该方法的可靠性。     

水平裂缝井压后产量影响因素分析

针对目前对水平裂缝井产量的影响因素认识不够充分和增产效果评价不够完善,对水平裂缝井产量的影响因素和增产效果评价进行了深入的研究。结合油藏工程理论和数值模拟技术,考虑裂缝导流能力随时间的变化和地层弹性膨胀能等因素对压后产量的影响,以水平裂缝井在生产过程中的渗流特性为理论前提,采用二维柱坐标模型,建立了含水油藏水平裂缝井中油藏-裂缝系统的压力方程和饱和度方程,采用有限差分法对压力方程和饱和度方程进行差分离散求解。实例计算表明：建立的水平裂缝井压后产能预测模型,可以分析影响水平裂缝井产量的地层因素和裂缝因素,计算压后增产效果。对于优化浅层油气藏压裂设计方案具有一定的指导意义。     

水平裂缝压裂设计数值方法的研究

压裂设计是改进压裂工艺、优选压裂方案和指导压裂施工的一项重要工作。本文对水平裂缝压裂设计中裂缝几何尺寸和裂缝中流体流速的计算、裂缝中支撑剂分布的确定以及压裂产率比的预测等主要环节进行了研究,提出了一套水平裂缝压裂设计的数值计算方法,并编制成程序。这一套设计计算方法适用于以变排量注入两种幂律液体和使用两种支撑剂的情况,并考虑了水平裂缝中压裂液滤失有界的特点及近井地层污染的因素,对砂堆砂沟区支撑剂分布的确定方法也做了改进,从而扩大了前人方法只限于常排量注入一种牛顿液体,地层为无限厚和地层无污染的局限性。本文利用设计程序影响压裂效果的几个主要参数进行了计算、分析和优选。提出了在不同地质情况下进行水平裂缝压裂应当采取的施工方案。     

页岩气藏水平井分段多簇压裂与流动数值模拟

为探究页岩气藏水平井压裂参数对产气量的影响,开展了分段多簇压裂与流动的数值模拟研究。裂缝扩展模型考虑应力阴影作用,利用位移不连续方法求解应力与位移不连续量。耦合井筒和裂缝中流体流动,并采用牛顿迭代法求解;考虑页岩气的黏性流、Knudsen扩散和吸附解吸,采用离散裂缝模型对压裂后页岩气的流动进行了求解。模拟结果表明:多簇裂缝同步扩展时裂缝间距越小,两侧裂缝偏离最大水平主地应力方向角度越大,中间裂缝宽度越小;随着水平井压裂段数增加,累积产气量增加,但增加幅度逐步降低;至于压裂段,三簇压裂比两簇压裂累积产气量高;裂缝间距越大时,累积产气量越高。     

裂缝性稠油油藏水平井产能预测模型及分析

 基于分形理论, 用裂缝宽度分维和迂曲分维表征裂缝线密度和裂缝性储层等效渗透率。将储层水平井井筒周围流体流动状态划分为内外两个区域:内部渗流区为垂直于水平井段的平面径向流和水平井两端的球面向心流, 外部渗流区为平面椭圆渗流区。基于质量和动量守恒方程, 建立二区耦合稳态渗流数学模型, 推导出裂缝性稠油油藏水平井产能公式。计算结果表明, 缝宽分维越大, 裂缝线密度越大, 基质-裂缝等效渗透率越大;迂曲分维越大, 等效渗透率越低;水平井长度的增加, 会提高裂缝性稠油储层水平井的产能;幂律指数大于0.75 时, 对产能的影响逐渐增大, 且随着幂律指数的增大, 产能逐渐增大;启动压力越大, 水平井产能越低, 且随着启动压力梯度的增加, 产能降低的幅度也在增加。     

充液井孔内电脉冲仪声场的有限元模拟

利用有限元软件ANSYS对充液井孔内电脉冲仪声场的分布进行了数值模拟 ,计算出了井壁上不同位置以及孔眼内邻近地层处的声波波形 ,利用声波信号的幅度 (声压幅度 ) ,绘出了充液井孔内电脉冲仪的声场分布图 ,研究了电脉冲仪放电位置与射孔孔眼内邻近地层处的声波幅度间的关系。结果表明 ,沿井轴方向和井径方向上的声压幅度随着距离的增加而指数减小 ;当声源沿井轴上下移动时 ,离孔眼位置的垂直距离越大 ,孔眼内邻近地层处的声压幅度越小。这为提高电脉冲仪处理油井的效果提供了参考依据。     

裂纹宽度对岩石断裂韧性测试结果的影响

深部地层岩石的断裂韧性是水力压裂设计和数值模拟中的一个重要参数。通过试验分析和有限元数值计算，研究了试件的裂缝宽度对应力强度因子的影响，给出了确定无因次应力强度因子与裂尖半径关系的数值方法，弥补了解析方法的裂缝宽度对应力强度因子的影响，给出了确定无因次应力强度因子与裂尖半径关系的数值方法。弥补了解析方法中裂缝零宽度假设的不足，研究结果表明，当裂缝宽度较小时，解析方法可以用不动声色计算断裂韧性；当裂缝宽度较大时，采用解析方法计算出的断裂韧性偏差较大。试验测定时，应使裂尖半径尽可能小，并且破裂压力应该与裂尖半径相对应，这为正确确定岩石的断裂韧性提供了可靠的理论依据和试验方法。