海洋CO_(2)地质封存研究进展与发展趋势

CO_(2)捕集、利用和封存是中国实现“双碳”目标的核心技术,也是全球研究的热点。CO_(2)地质封存是其中的关键环节,特别是海洋CO_(2)地质封存是今后的重点发展方向。以国内外海洋CO_(2)地质封存的发展历程为基础,结合典型CO_(2)海洋封存示范项目案例,系统梳理了国内外海洋CO_(2)地质封存理论研究进展,分析了CO_(2)在井筒流动、相变与传热、CO_(2)流体运移与储层物性参数展布规律、海洋地质封存机制及封存潜力、地质封存盖层完整性及安全性评估等方面的研究现状。认识到中国目前对海底地质结构中CO_(2)注入过程的多相态转化、溶解、捕获传质特征及动力学特性认识尚浅,对海洋封存机制及不同封存机制之间的相互作用机理尚不明确,未来应开展海洋CO_(2)动态地质封存空间重构机制研究,解决地质封存相态转化及流体动态迁移机理等关键科学问题,揭示海洋CO_(2)地质封存机制的相互作用机理,形成适用于中国海洋地质封存CO_(2)高效注入和增效封存方法。

高质量发展背景下长沙跨境电商数字化供应链构建研究

本文以长沙市跨境电商数字化供应链的建设为研究对象,通过对建设现状进行分析,找到制约因素和发展障碍,构建跨境电商数字化供应链体系,提出符合长沙跨境电商数字化供应链建设的实施路径。长沙可以从明确发展目标、完善政策体系、打造智慧管理平台、推动人才培养和引进、倡导金融服务创新、运用数字化技术等方面着力,促进长沙跨境电商数字化供应链的转型升级,以推动长沙跨境电商高质量发展。

深层页岩天然裂缝群发育下缝网压裂优化方法——以川南地区LH-7井为例

川南地区深层页岩气区块天然裂缝发育情况变化较大,压裂期间容易发生滤失严重、井间压窜等现象,对页岩气井缝网压裂效果存在显著影响。开展深层页岩地层天然裂缝群影响下的压裂缝网扩展模拟,并根据天然裂缝群特征针对性地进行缝网压裂参数优化,减少天然裂缝群造成的不利影响,有助于改善压裂效果,降低施工风险,提高气井最终采收率。文中构建了深层页岩天然裂缝群发育下的压裂缝网扩展模型,以川南地区LH-7井为例,绘制了天然裂缝群发育井段压裂优化设计系列图版,提出了裂缝发育井段压裂参数优化设计流程。该井采用压裂液变黏变排量缝网压裂设计,压裂液总量增多0.75%,缝网体积扩大14%,缝网建造效率提高13%,优化效果显著。

基于最优SRV的页岩气水平井压裂簇间距优化设计

水平井分段分簇压裂时的簇间距大小对页岩气藏的压裂改造效果具有重要影响,过小的簇间距设计将导致分簇主裂缝之间的改造区重叠,降低压裂改造效率;而过大的簇间距设计则会在主裂缝之间产生未改造区,影响储层的动用程度。目前的簇间距优化设计主要基于静态模式下进行且以储层潜在改造区为目标,没有发展与实际压裂过程相吻合并以动态储层改造体积(SRV)为目标的簇间距设计方法。为此,考虑裂缝扩展、压裂液滤失和应力干扰相互耦合的作用机制,建立了分簇裂缝扩展下的动态SRV计算模型,以最优SRV为体积压裂设计的目标,对簇间距进行优化设计。在四川盆地涪陵地区焦石坝页岩气田开展了簇间距优化实例应用,验证了所建立方法的可靠性,分析了影响最优簇间距的关键地质工程参数,并针对该气田南、北不同区块不同地质特征,分别绘制了最优簇间距设计参考图版。结论认为,所建立的簇间距优化设计方法对改善目前分簇射孔的盲目性、指导页岩气藏体积压裂优化设计具有重要的作用和意义。

水力压裂时岩石破裂压力数值计算

以多孔介质流体渗流与岩石应力-应变耦合理论为基础,推导水力压裂时岩石破裂压力数值计算方程,提出一种全新的岩石破裂压力计算方法。该方法考虑岩石变形与流体渗流的全耦合作用,采用有限元法数值计算技术,能模拟计算流体向地层渗滤情况下井眼周围地层有效应力的时空分布,因此,该方法不但能求得岩石的破裂压力,还能同时求得岩石的破裂时间。建立的破裂压力数值计算理论克服传统破裂压力解析计算方法的许多不足,如无法精确计算井眼周围孔隙压力的升高导致应力集中加剧对破裂压力的影响,无法计算地层破裂的确切时间等问题。该计算理论的建立,实现岩石破裂压力数值计算的突破和计算精度的提高,为水力压裂时岩石破裂压力的计算找到了新的理论和方法。

页岩气水平井增产改造体积评价模型及其应用

目前,已有的水力压裂储层增产改造体积(SRV)评价方法主要包括微地震监测法、倾斜仪测量法以及数学模型计算法,其中,直接测量方法都存在着成本高、可复制性差的不足,而理论模型计算SRV可以降低成本,提高计算的速度和结果的准确性、可靠性。为此,在分析目前SRV评价模型局限性的前提下,基于水平井分段分簇压裂裂缝扩展理论、岩石力学理论和渗流力学理论,考虑页岩气水平井分段分簇压裂裂缝扩展过程中流体扩散渗流场和裂缝诱导应力场同时改变对页岩体天然裂缝的触发破坏机制,针对页岩气储层水平井分段分簇缝网压裂建立了一套SRV数值评价模型(以下简称新模型),并据此对分簇裂缝延伸行为、水力裂缝诱导应力场变化、水力压裂储层压力场抬升以及天然裂缝破坏区域的扩展进行数值模拟与表征,计算储层改造总体积,并在涪陵国家级页岩气示范区X1-HF井对新模型进行了矿场应用验证。结果表明:(1)新模型的计算方法与页岩压裂过程储层SRV实际物理演化机制相一致,可实现对SRV更准确地计算和定量表征;(2)新模型模拟所得SRV与现场微地震监测结果较为吻合;(3)示范区内水平井分段压裂形成的SRV能够满足页岩气高效开发的要求,压裂增产效果明显。结论认为,新模型具有较高的准确性和可靠性,对于涪陵页岩气示范区后期页岩气缝网压裂优化设计、井间距调整和加密井部署设计等都具有重要的指导作用,值得大规模推广应用。

重复压裂初裂缝有效率评价方法

在对重复压裂井进行产能评价时,常常认为初次压裂形成的裂缝完全失效,这种考虑与实际情况是不相符合的,导致对重复压裂井的产能预测有很大的误差。为此,建立了裂缝有效率评价及重复压裂井产能评价的数学模型和模型的数值求解方法,考虑只有初裂缝存在,根据重压前的产量和含水率,通过调整初裂缝的各参数,拟合计算了初裂缝的有效率。在考虑重复压裂裂缝和初裂缝共同作用下,对重复压裂井进行了产能评价,验证了重复压裂井中初裂缝的有效性。

断块油藏中阶梯水平井的渗流特性

根据流体力学和渗流力学的相关理论,考虑阶梯水平井穿越3个独立断块油层的情况,建立了阶梯水平井井筒管流与地层渗流耦合的数学分析模型。在该模型中,对于水平生产段,采用质量守恒原理和微元线汇理论,分析了沿程流入对井筒内压降的影响,导出了阶梯水平井井筒内生产段的压降计算公式;对于各个油层之间的连接段,建立了不同曲率半径情况下的压降计算方法。同时,考虑了阶梯水平井穿越的断块油层具有不同的生产能力,推导并提出了数学模型的求解方法,并编制了相应的计算程序。利用该分析模型,可以求解阶梯水平井井筒沿程压力分布及产量分布。模拟计算表明,阶梯水平井在生产时,产量受各个油层的生产能力和水平井筒的摩阻共同影响,且物性较好的储层在水平井的跟端,物性较差的储层在水平井的指端对开采较有利。

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。

高渗透地层压裂液滤失模型研究

对于高渗透地层而言,由于压裂液滤失速度较快,滤失量较大,难以形成严格意义上的滤饼区,这时压裂液的滤失主要是受裂缝与油藏之间压力差的作用,而传统的滤失模型将裂缝到油气藏的区域分为滤饼区、侵入区和油气藏区,考虑压裂液的滤失受到压裂液黏度、地层流体压缩性和压裂液造壁性等3个因素的共同作用,但不能描述压裂液向地层作动态渗流的情况,因此,就无法用于高渗透地层压裂液的滤失计算。文章考虑压裂液为非牛顿型流体、在施工过程中向地层作平面二维流动的实际情况,利用数值模拟方法,建立了高渗透地层压裂液滤失模型,通过数值求解,验证了模型的可靠性。计算结果表明:对于高渗透地层,考虑地层未有滤饼区的形成、压裂液的非牛顿特性和压裂液向地层作二维渗流滤失的实际情况,计算结果更符合现场实际,这可以减少压裂施工的风险,提高压裂设计的准确性。

纳米尺度页岩储层的气体流动行为分析

理论分析及矿场实践表明,页岩气藏采用传统渗流模型预测的产量总是比实际产量低,经典的达西渗流定律不再具有适应性,需要建立能准确描述页岩介质气体流动行为的数学模型。目前针对页岩气藏的渗流模型基本都是对传统黏性流动的校正或者在黏性流动模型上简单的附加分子流动项,忽略了黏性流与分子流中间流态的问题。考虑页岩介质中可能存在不同流态,建立了描述页岩气藏的流动分析模型。计算结果表明:页岩储层的孔隙越小、气体分子摩尔质量越小、地层压力越低,气体流动越倾向表现为微观流态,表观渗透率与达西渗透率的比值越大。模型可解释页岩气藏生产时实际产量高于达西模型预测产量,该研究对于指导页岩气藏生产具有重要的指导意义。

裂缝性储层射孔井水力裂缝张性起裂特征分析

基于弹性力学和岩石力学理论,考虑天然裂缝与射孔孔眼相交的空间关系,结合张性起裂准则,建立了裂缝性储层水力裂缝沿天然裂缝的张性起裂压力计算模型。计算结果表明:水力裂缝沿天然裂缝的张性起裂压力较岩石本体起裂压力显著降低,裂缝性储层水力裂缝倾向沿天然裂缝起裂。张性起裂压力大小对比分析表明,孔眼指端和孔眼顶部位置天然裂缝的张性起裂压力最小,为水力裂缝的最易起裂点;天然裂缝为低倾角时,水平最大和最小地应力方位的张性起裂压力差变小,水力裂缝将从井眼不同周向方位同时起裂延伸,扩展为径向缝网。实例计算分析证实了裂缝性储层水力裂缝的起裂特征。

基于LBM页岩微观尺度气体流动模拟研究

页岩有机质存在大量的微纳米孔隙,分布在该尺度孔隙中的页岩气在开采条件下的流动表现为特殊复杂的流动形态,达西渗流定律已不适用于页岩储层微纳米尺度孔隙中气体流动的模拟计算与表征。采用格子Boltzmann方法,基于页岩气微观尺度气体流动特征,结合真实气体状态方程,建立了页岩微尺度气体流动的物理模型和数学模型,得到不同参数下微观气体边界滑移速度分布和压力分布规律。计算结果表明:孔隙尺寸和压力是页岩气在微纳米孔隙中的流动能力的决定性参数,孔隙尺寸和压力的增加将导致气体压缩效应增强,滑脱效应减弱;温度升高和压力降低均能促进吸附气体发生解吸,且页岩气的解吸吸附效应对于温度的变化相对于压力更敏感。该研究对认识页岩气微观流动规律具有重要的理论价值,对制订合理的开采制度,实现页岩气长效生产具有重要指导意义。

基于缝网导流有效性评价的深层页岩气压裂支撑剂优化设计

深层页岩气储层埋藏深、温度高、地层应力大、岩石塑性强,导致压裂缝网复杂度低,缝网导流能力不足,极大影响了深层页岩气储层的压裂效果。评价深层页岩气压裂缝网的有效性,可以指导深层页岩气储层通过高效地压裂改造获得稳定高产的页岩气产能,具有重要的商业价值。基于川东南丁山地区深层页岩地质条件与裂缝导流能力实验,开展了深层页岩高闭合应力条件下裂缝导流有效性评价。结果表明:随着闭合应力的增大,自支撑裂缝与支撑裂缝导流能力呈快速递减的趋势,当闭合应力达到55 MPa时,自支撑裂缝的导流能力仅为0.1μm^(2)·cm,反映了深层条件下剪切裂缝难以满足流体流动的现状;在铺砂条件下,当闭合应力大于69 MPa时,粒径为40/70目的陶粒可有效满足主裂缝的导流要求,粒径为70/120目的陶粒与石英砂均可达到分支裂缝的导流要求;同时定量计算了满足主裂缝与分支裂缝导流要求的最低铺砂浓度,并绘制了不同类型、粒径的支撑剂用量设计图版。研究成果为深层页岩气储层压裂的支撑剂选择与优化提供了技术参考。

基于各向异性扩散方程的页岩气井改造体积计算模型

超低渗透率页岩储层需要通过分段多簇大规模体积压裂形成水力裂缝与天然裂缝相互交织的复杂裂缝网络实现气井产能最大化,且微地震反演裂缝证明,许多页岩储层可以形成裂缝网络。页岩气藏的矿场压裂实践表明,储层改造体积是影响页岩压后效果的重要参数。基于流体扩散方程和岩石破坏准则,建立了一种针对均质各向异性孔隙弹性介质的改造体积计算模型。基于实例井,运用解析模型对改造体积进行了计算。结合微地震监测结果与离散裂缝网络法,进行计算对比分析。结果表明,所提方法的计算误差小,可运用于页岩压裂矿场改造体积计算评价,对完善页岩改造和压后评价理论具有重要意义。

重复压裂气井产能模拟研究

由于重复压裂气井原有裂缝的失效程度难以评价,导致重复压裂气井的产能预测常常有很大的误差。为此,根据重复压裂气井的压前产量和含水率,拟合了原有裂缝的有效率,在考虑新裂缝和原有裂缝共同作用的情况下,建立了气、水两相平面二维的裂缝-油藏数学模型,通过对模型的数值求解,对重复压裂气井进行了产能评价。研究表明,在考虑新、老裂缝共同作用下的产能评价方法,能更为准确地预测重复压裂后的生产动态情况,对压裂时机的确定、压后经济效益的预测都具有重要的指导意义。

压裂井生产动态模拟的天然差分法

规则有限差分法和有限元法是压裂井生产动态模拟计算方法中最常用的基本方法,但各有不同的适应性和优缺点。在考虑油藏系统与裂缝系统单独渗流求解方面,规则有限差分法具有较大的优势,但在求解油藏边界几何形状复杂的问题时将存在困难。有限元法虽然能解决油藏边界几何形状复杂的问题,但不能很好的求解裂缝系统与油藏系统单独渗流时的情况。为此,引入了计算物理中的天然差分法,对不规则网格剖分后的节点控制元进行了流量均衡分析,推导了压裂井生产动态模拟数学模型的天然差分方程,建立了一种全新的压裂井生产动态模拟方法。该方法兼备了有限元法能处理油藏复杂边界问题与规则有限差分法能处理裂缝系统和油藏系统单独渗流的各自优点。在此基础上,编制了天然差分法的计算软件,并进行了实例计算。计算结果表明,提出的生产动态模拟计算方法适应性更强,计算结果更可靠,可更加精确地模拟计算边界几何形状不规则油藏的压裂井生产动态。

裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征分析

为分析裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征,基于等效平面裂缝思想和PKN模型,建立裂缝性地层水力裂缝延伸数学模型及求解方法。模拟计算表明:水力裂缝沿天然裂缝转向延伸时,缝宽在转向延伸段明显减小,在延伸路径上表现为非连续变化特征;受转向延伸段缝宽减小对流体流动的节流作用,转向延伸段的流体压力梯度增大,导致井底施工压力升高;水力裂缝沿天然裂缝转向延伸距离越长或转向延伸次数越多,则井底施工压力上升幅度越大。本文模型为分析裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征提供了手段,为裂缝性地层水力压裂工艺参数设计提供了理论依据。

复杂裂缝中低密度支撑剂铺置数值模拟

低密度支撑剂具有沉降速度慢、有效支撑缝隙长等特性,在缝网压裂中的应用越来越广泛。目前低密度支撑剂在复杂裂缝中运移铺置规律研究较少,且主要通过室内实验开展分析。基于计算流体力学(CFD),建立了压裂液和低密度支撑剂的液固两相流数学模型,运用有限体积法进行求解,通过与室内实验结果对比验证了模型的可靠性与准确性,分析了低密度支撑剂在复杂裂缝中的沉降运移规律及其与常规支撑剂的区别,研究了铺置过程中泵注排量、砂比、压裂液黏度以及裂缝夹角的影响因素。结果表明:低密度支撑剂体系运移能力更好,降低了在缝口处的沉降堆积,在复杂裂缝中铺置更均匀;采用大排量、高黏度压裂液可减缓低密度支撑剂在分支缝的阻力效应,更好地铺置裂缝深处,但缝口支撑剂更易被卷起,形成不均匀砂堤;在现场施工时,建议初期采用大排量、高黏压裂液携带低密度支撑剂铺置缝网远端,后期用大排量、低黏度尾追中—高密度支撑剂铺置裂缝近端;裂缝夹角对低密度支撑剂铺置运移影响较小,采用低密度支撑剂可以减缓沉降,有效避免裂缝相交处发生砂堵。

页岩气藏压裂液返排理论与技术研究进展

页岩气藏的压裂实践表明,压后返排设计对页岩气藏压裂效果具有重要影响。近年来,压裂液返排理论与技术研究已成为页岩压裂领域的热点问题。基于国内外学者在页岩压裂液返排机理、模型、影响因素及工程工艺等方面的研究成果,系统总结和分析了页岩压裂液返排控制机制与设计方法。页岩压后压裂液在返排过程中的力学影响因素主要有毛管力、重力、化学渗透力、黏性力、气体解吸附效应等;针对压裂液是否渗吸进入基质以及压裂液的返排流动区域的研究存在争议,大多数学者认为压裂液并不渗吸进入基质中,返排流动区域主要是压后形成的水力裂缝;根据页岩气田现场生产数据分析得出早期返排过程主要为气水两相流动,目前针对页岩压后返排两相流动过程的数值模拟模型,考虑影响因素单一,应建立综合考虑影响返排过程中各类因素的模型;工程应用现状表明目前现场对返排制度的尝试还不能实现合理的返排控制,返排制度制定缺少正确的理论指导。研究成果对开展页岩压裂返排理论与工程设计研究具有一定导向作用,对提升页岩压裂改造效果具有重要指导意义。