煤岩裂隙形态对渗流能力影响数值模拟研究

煤岩内发育的裂隙网络是气体运移的主要通道,影响煤储层的渗流能力,裂隙网络的几何特征对煤层气流动特性具有重要影响。以保德区块煤样为研究对象,利用COMSOL Multiphysics模拟软件,建立了煤岩二维裂隙网络模型,研究裂隙长度、密度、开度和角度等因素对产量影响,为提高煤层气产量提供理论指导。研究结果表明:裂隙形态因素影响关系为长度、密度、开度越大,与流动方向夹角越小,煤岩渗流能力越强。但随着长度、密度与开度的增加,流量增幅变缓,继续增加单一因素提高煤层气开采效果不显著且成本难以控制。各因素的增长对出口流量的影响程度中,角度、密度影响效果大于长度和开度。考虑地面定向井+高压水力切割方法提高煤层气开发效率。利用定向井眼和水力缝槽沟通天然裂缝系统,充分利用平行面割理方向渗透率优势;高压水力切割过程中诱导煤层产生裂隙,增加导流通道数量与连通性,有助于提高煤层气产量。

智能水驱基于界面离子调控机制的提高采收率机理研究

通过调节关键离子的浓度,智能水驱技术能够有效提高原油采收率已经得到学术界及工业界的广泛认可,但其微观机理仍存在争议。重点研究了硫酸根离子在砂岩及碳酸盐油藏中的提高采收率效果及机理。通过长岩心驱替实验探究硫酸根离子浓度对原油采收率的影响;通过开展油水界面张力、油水界面扩张模量、接触角及液桥收缩-断裂动力学行为分析,分析硫酸根离子浓度对油-水界面及固-液界面的影响规律及机制。结果表明,在低温条件下,将海水中硫酸根离子的浓度提高3倍能有效提高Berea砂岩及Indiana石灰岩中的原油相对渗透率及采收率;其微观机理包括两个方面:①硫酸根离子提高了两种岩石表面的亲水性;②硫酸根离子不仅降低油水界面张力,而且提高了油水界面扩张模量及油水界面稳定性,从而抑制地层中“颈缩-分离”(Snap-off)行为的发生,提高原油的连续性。

断层发育油气藏地应力扰动特征及反演方法

为实现断层发育油气藏三维地应力的精确描述,通过数值试验研究了各因素对断层带主应力量值和方向的影响,揭示断层带应力扰动的关键影响因素,阐明断层带应力量值和方向的扰动规律。在此基础上构建断层内主应力扰动特征与模量的拟合函数,根据井筒在断层发育位置的主应力量值和方向变化预测断层等效体积模量,并将其作为断层发育油气藏三维地应力反演的基础参数。基于现场钻完井资料及地震资料建立目标储层三维数值模型,建立精细化断层模型,以测点实际三维地应力为基本约束,利用有限元法对工区现今三维地应力场进行反演,提出适用于断层发育油气藏的三维地应力反演方法。

用于中低渗油藏的表面活性聚合物驱油剂

以表面活性单体N-十六烷基-N-磺基丙烯酰胺(NS)、丙烯酰胺(AM)为原料,采用水溶液自由基聚合法制备了低相对分子质量的表面活性聚合物(PAS)。利用FTIR对其进行了结构表征,考察了PAS作为驱油剂的增黏、乳化、注入、提高采收率相关性能。在45℃、NaCl矿化度为2410 mg/L条件下,质量浓度为1000 mg/L的PAS溶液表观黏度为32.6 mPa·s,高于相对分子质量为8.0×10^(6)的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM,18.9 mPa·s);在PAS质量浓度为1000 mg/L的条件下,其与原油形成的乳液120 min析水率为5.0%,3次吸附后表观黏度保留率为114.11%,吸附后仍具有较好的乳化性;在渗透率为0.025μm^(2)的岩心中注入平稳压力为1.02 MPa;在岩心渗透率为0.1μm^(2)的条件下,PAS驱能在水驱基础上提高采收率19.02%,比HPAM驱高5.00%,与HPAM-碳酸钠-石油磺酸钠三元体系提高采收率相当,仅低0.58%。

剪切作用对疏水缔合聚合物溶液分子聚集行为的影响

为了研究多孔介质的剪切作用对聚合物溶液结构和性能的影响,采用荧光探针法,对经多孔介质剪切的疏水缔合聚合物溶液分子聚集行为进行了研究。结果表明,多孔介质剪切作用对疏水缔合聚合物溶液分子的聚集行为有着显著的影响。经过多孔介质剪切后,疏水缔合聚合物溶液的发射峰值、激基缔合峰值明显增大,第3发射峰与第1发射峰的比值增加,激基缔合峰和发射光谱中单体发射峰的最大比值明显增加;P6溶液聚集数由剪切前的143.69增加到剪切后的191.59,P9溶液聚集数由剪切前的287.39增加到剪切后的574.77,表明多孔介质剪切作用增强了聚合物分子在溶液中的缔合作用。因此,可利用外界条件的作用,增强疏水缔合聚合物溶液中的缔合作用,使聚合物溶液中形成布满溶液的网络结构,为实现在高渗透多孔介质中建立流动阻力和降低水相渗透率提供技术思路。

剪切作用对不同聚合物溶液流度控制能力影响研究

为考察剪切作用对不同结构的聚合物溶液性能的影响,分别研究了高相对分子质量部分水解聚丙烯酰胺HPAM溶液和疏水缔合聚丙烯酰胺HAP0210溶液经过模拟炮眼剪切后的流度控制能力。结果表明,溶液中不同分子结构的聚合物经过模拟炮眼剪切作用后其流度控制能力存在显著差异。在炮眼剪切作用下,溶液中HPAM大部分分子链断裂,相对分子质量下降50%左右,分子链间缠结和堆积程度大幅度下降;而具有分子间缔合作用的HAP0210在溶液中的网络结构也受到破坏,相对分子质量下降30%左右,但仍能依靠疏水缔合作用在聚合物溶液中形成相互作用能力较弱的网络结构,使溶液表现出一定的抗剪切能力和较强的建立阻力系数和残余阻力系数的能力。

致密砂砾岩矿物与超临界CO2和地层水相互作用

为研究致密砂砾岩油藏CO2注入后与岩石和地层水的相互作用,根据M油田砂砾岩致密油藏全岩X-射线衍射(XRD)分析结果,选取方解石、长石、高岭石、伊利石4种矿物,利用超临界CO2高温高压反应釜模拟地层条件(70℃、20 MPa),通过实验前后XRD、扫描电镜、反应液离子成分及浓度的变化,研究了CO2-岩石矿物、CO2-地层水-岩石矿物的相互作用。结果表明,干燥纯CO2与岩石矿物仅发生物理变化,在地层水中CO2与岩石矿物发生明显的物理化学变化,反应强弱关系为方解石>伊利石>长石>高岭石,反应液中离子浓度亦发生了明显变化。CO2注入储层后,先与水作用,再与地层水中的离子作用,最后与岩石矿物发生化学反应。

高温高盐中渗油藏聚合物驱可行性研究

通过黏度测试方法,研究了温度、剪切作用等因素对2种耐温抗盐聚合物(高分子量部分水解聚丙烯酰胺HPAM和疏水缔合聚合物SSRAP)溶液性能的影响。并利用岩心驱替实验,研究了二者的渗流特征以及驱油效率。结果表明,SSRAP在高温高矿化度条件下仍具有较好的增黏能力,表现出较好的耐温耐盐抗剪切性能。在中渗多孔介质中,SSRAP溶液形成动态可逆的物理网络结构,具有良好的注入性,同时又能够建立较高的流动阻力,达到水驱流度控制的目的。在渗透率为200×10-3μm2左右的多孔介质中,1 750 mg/L的SSRAP溶液提高采收率幅度达到20%以上。因此,利用SSRAP在高温高盐中渗油藏开展聚合物驱具有较高的可行性。

多孔介质中不同缔合能聚合物的吸附滞留研究

以疏水基含量分别为0.35%和0.2%的疏水缔合聚合物和常规线性聚丙烯酰胺为对象,研究聚合物缔合能力对吸附滞留特征的影响。采用浸泡法研究了不同浓度聚合物在石英砂上的静态吸附特征,并采用流动实验装置测定了浓度为1500mg/L的三种聚合物在不同速度下的动态滞留量。结果表明,疏水缔合聚合物呈现三段式的静态吸附特征,即先缓慢上升,达到临界缔合浓度后快速上升,最后趋于平稳;缔合能力越强,在临界缔合浓度之后的上升段幅度越大;缔合能力强的聚合物HAWP-0.35能够在3mL/min的注入速度下与HPAM在0.5mL/min具有相当的吸附滞留量,表明缔合能力能够克服注入速度对聚合物在多孔介质中动态滞留量的影响,缔合能力越强,吸附滞留量越大.

不同聚集行为的聚合物耐盐性能评价研究

以“团簇”状聚合物DHAP和“链束”状聚合物HMPAM为对象,研究了两种不同聚集行为聚合物的耐盐性能。在不同矿化度组成的条件下,应用原子力显微镜、布氏黏度计、哈克流变仪考察了矿化度对聚合物的微观聚集形貌、表观黏度和流变性的影响。结果表明:随着矿化度的逐渐增加,“链束”状聚集体的HMPAM溶液黏度随着矿化度的增加先增加后降低;而“团簇”状聚集体的DHAP聚集体尺寸大,但不同聚集体之间的相互连接较弱,受矿化度的影响明显,空间网络结构容易遭到较大程度的破坏,呈现出随着矿化度的增加溶液黏度快速下降的特征。具有较强空间连接结构的“链束”状HMPAM比“团簇”状DHAP具有更强的耐盐性能。

玛湖砂砾岩致密油藏水平井CO_(2)吞吐现场试验效果分析

新疆玛湖砂砾岩致密油藏孔隙度和渗透率极低,压裂投产后前期稳产效果较好,后期递减较大,为补充地层能量提高原油采收率,先后在玛131井区开展3口水平井CO_(2)吞吐试验。试验结果表明:CO_(2)吞吐提高原油采收率机理主要体现在增加储层能量、膨胀原油体积、降低原油黏度、萃取轻质组分、溶蚀储层矿物、增加流体流动能力等方面。合理的注入参数更有助于提高原油采收率,在进行CO_(2)吞吐开发时井底注入流压越高,焖井时间越长,波及扩散越充分,连续见油时间越早,提高采收率越明显。3口水平井X721、X92、M1114增油量分别为2161 t,1768 t,1452 t,CO_(2)吞吐在砂砾岩致密油藏中具有较好的适应性及推广应用前景。

致密油藏含水饱和度对CO_(2)吞吐效果的影响

储层中含油饱和度的变化会影响CO_(2)与储层流体相互作用,为研究含水饱和度对砂砾岩致密油藏CO_(2)吞吐采油效果的影响,基于新疆玛湖砂砾岩致密油藏储层条件,开展不同含水饱和度下CO_(2)在油水中的溶解、膨胀以及吞吐实验。结果表明:随着含水饱和度增加,CO_(2)在油水中的溶解度从6.08 mol/L降至2.01 mol/L,膨胀体积由最高1.53倍降至1.09倍,CO_(2)与原油作用效果逐渐减弱,累计采出程度最高为20.21%;含水饱和度低于45.0%时采用CO_(2)吞吐开发效果较好;当含水饱和度低于50.3%时,以沥青质沉积为主,储层渗透率降低,超过50.3%时以矿物溶蚀为主,渗透率增加。研究成果对致密油藏的高效开发具有一定指导作用。

超临界CO2萃取致密油的数值模拟研究

利用CO2萃取作用进行吞吐施工能够克服致密油藏难以形成有效驱替的生产开发难题。通过PVTi模块进行原油馏分劈分,结合注CO2膨胀实验数据得到地层原油的拟组分性质,应用CFD模拟研究影响CO2对致密油萃取的相关因素。结果表明:超临界CO2在多孔介质中主要萃取原油的轻质组分,尤其是C15+以下的组分;注入压力越大,CO2注入量越多,对原油的溶解能力就越强,能增强其对重质组分的萃取;同时CO2的注入量增加还能促进CO2在多孔介质中的滞留,利于CO2的封存;随着孔隙度的增加,CO2的萃取效果先增加后下降,在较低孔隙度条件下依然有44%的萃取效果。利用CO2萃取致密油具有一定的应用前景。

黏土矿物对三元复合体系驱油效果的影响

为研究黏土矿物含量对大庆三类油层油藏三元复合驱驱油效果的影响,采用孔隙度和渗透率相近、但黏土矿物含量不同的天然岩心开展驱油实验,并对实验前后的岩心进行核磁共振、X射线衍射分析及产出液乳化粒径测试。结果表明,随着黏土矿物含量逐渐增大,三元复合驱提高原油采收率幅度先增加后降低。在黏土矿物含量为9.5%时,三元复合驱采收率增幅(15.7%)最大。产出液中存在明显的乳化现象,黏土矿物含量由2.3%增至9.6%时,乳状液由油包水型转变为水包油型,粒径不断变小。黏土矿物含量越高,矿物中的高岭石越容易发生运移,使岩心孔喉变大并形成特定渗流通道,导致水驱效果变差,总采收率降低。黏土矿物的含量对大庆油田三元复合驱的驱油效果存在较大影响,主要通过改变产出液乳状液类型、粒径和矿物发生运移后岩心孔喉大小影响水驱及三元复合驱原油采出程度,进而改变最终采收率。

矿化度对疏水缔合聚合物聚集行为的影响

以实验室自制合成的支型和远鳌型疏水缔合聚合物DHAP和HMPAM为对象,研究了矿化度对聚集行为的影响。通过原子力显微镜观察了质量浓度为1 000mg/L和2 000mg/L的疏水缔合聚合物DHAP和HMPAM在盐水条件下的聚合物聚集行为的微观形貌,并通过动态光散射方法进一步研究了矿化度对聚集体水动力学尺寸的影响。结果表明:DHAP聚集体在盐溶液中会形成尺寸较大的"团簇"状形态,HMPAM聚集体在盐溶液中会形成尺寸较大的"链束"状形态,随着矿化度的增加,两种疏水缔合聚合物在水溶液中的聚集体尺寸都出现了先增大再减小的趋势,但是"团簇"状的枝化疏水缔合聚合物具有更好的抗盐能力。空间体积越大的聚合物在相同矿化度条件下,受影响较小,具有更强的增黏性能。

聚合物驱有效流度控制时间范围及其影响因素研究

研究聚合物驱有效控制时间范围及其影响因素,有利于聚合物驱后进一步提高采收率措施的开展。结合水驱油藏的特征曲线理论和聚合物驱流度控制作用机理建立了判断方法,并通过室内驱油实验进行了影响因素的分析。结果表明,聚驱前后的水驱特征曲线存在一定的差异。随着后续水驱过程的进行,其水驱规律会逐渐回归到聚合物驱前的原有规律,将聚合物驱前后水驱特征曲线规律的一致性作为判断聚合物驱有效流度控制范围的方法是可行的。增加聚合物溶液黏度对其流度控制时间的影响相对较小,仅有10^-2数量级注入PV量的影响;增加残余阻力系数能大幅度延长聚合物驱的有效流度控制时间,达到10^-1数量级注入PV量的影响。聚合物的残余阻力系数是影响有效流度控制时间范围的主要因素。

超临界CO_(2)分段多簇压裂井间干扰规律研究

水平井分段多簇压裂是非常规油气藏开发的关键技术,在合理利用压裂诱导应力增大储层改造体积的同时,避免井间干扰所导致的裂缝砂堵和压裂窜扰,是压裂工艺优化中的关键科学问题。文章针对超临界CO_(2)分段多簇压裂的缝间干扰和井间干扰问题,采用流固耦合的扩展有限元方法研究单井及多井裂缝诱导应力演化特征,充分考虑裂缝内超临界CO_(2)流动和滤失,从非常规油气储层岩性特征、地应力场分布及施工工艺等多方面对压裂扰动应力进行系统研究,揭示单井分段多簇压裂缝扩展机制及应力扰动特征,在此基础上研究多井井间压裂缝干扰规律。结果表明:高水平应力差、高弹性模量的储层中压裂干扰界限较大,低水平应力差、低弹性模量地层需适度增大簇间距,减小簇间干扰;老井压裂后,其邻井压裂缝非对称系数随井间距呈先增大、后减小的趋势;当井间距等于压裂干扰界限时,非对称系数λ达到最大,且井周改造范围最大,但裂缝两翼的非对称性可能导致储层动用不充分。本研究为水平井细分切割压裂和立体式井网设计优化提供理论基础,在“双碳”战略背景下对非常规油气资源高效开发具有重要意义。

疏水缔合聚丙烯酰胺渗流阻力特征研究

疏水缔合聚丙烯酰胺(HAP)通过缔合作用在溶液中形成聚集形态,表现出了特殊的溶液性能。通过在HPAM溶液中加入钠土分散体系,使HPAM絮凝体系具有类似HAP溶液的聚集形态,分析两种体系在多孔介质中的渗流特征,研究疏水缔合聚丙烯酰胺溶液建立渗流阻力的方式。结果表明,HPAM絮凝体系在多孔介质中,主要依靠吸附滞留作用建立流动阻力;钠土形成的聚集结构在较低渗透率的多孔介质中存在注入压力高的问题。而疏水缔合聚丙烯酰胺依靠溶液中分子间缔合作用,形成了超分子聚集体,在多孔介质流动过程中,超分子聚集体结构发生变化。在较低渗透率多孔介质中,形成的聚集体结构破坏作用较强,使其粘度下降幅度较大,保证了聚合物溶液仍具有较好的注入性。而在高渗透多孔介质中仍具有较高的粘度,并能够建立较高的阻力系数和残余阻力系数。由此表明,疏水缔合聚丙烯酰胺溶液形成的聚集体结构在多孔介质中仍具有可逆性,在多孔介质剪切作用下,仍能形成聚合物分子之间以及与岩石之间的相互作用,使其能够建立较高的流动阻力。

疏水缔合水溶性聚合物AP-P3在多孔介质中的缔合行为研究

疏水缔合水溶性聚合物是一种亲水性大分子链上带有少量疏水基团的水溶性聚合物 ,在宏观条件下由于其缔合作用 ,聚合物溶液表现出明显的抗剪切和剪切恢复的特性。通过室内实验研究了疏水缔合水溶性聚合物 (AP -P3)溶液在多孔介质中的渗流特征 ,从而探讨了AP -P3溶液在多孔介质中的缔合行为。研究结果表明 ,AP -P3溶液在多孔介质狭小的空间中 ,仍能发生以分子间缔合为主的缔合行为 ,但是形成分子间缔合的溶液浓度明显高于宏观条件下的第二临界缔合浓度 (CAC) ;同时应用吸附滞留实验验证了 ,这种缔合作用 ,不是由于大量疏水缔合聚合物在多孔介质中的累积滞留效应引起的。当AP -P3溶液浓度高于孔隙介质中形成分子间缔合的浓度时 ,聚合物溶液的阻力系数随着浓度的增加 ,发生急剧增加的变化 ,表现出了AP

硫离子与部分水解聚丙烯酰胺溶液性能的研究

渤海某油田在注水等作业过程中造成了不同程度的SRB污染,加之注入水中含有大量的硫酸盐,导致了H_(2)S的不断生成,同时油田含水上升快,常规的聚驱流度控制技术受到了挑战。为探讨S2-对聚合物溶液性能的影响,对HPAM粘均分子量、流变性能、各亲水基团中心原子水化能力等进行了研究,利用分子动力学研究了Na_(2)CO_(3)抑制S^(2-)降粘机理。结果表明,16 mg/L H_(2)S对浓度为2500 mg/L的HPAM的降粘率约76%;随着S^(2-)浓度增加,稠度系数K降低,幂律因子n增大,溶液增粘效果变差,其原因是由于S^(2-)使得分子主链断链、侧基基团发生卷曲收缩;在H_(2)S存在条件下,Na_(2)CO_(3)与HPAM形成“竞争”性反应,Na_(2)CO_(3)优先与S^(2-)反应,从而降低S^(2-)含量,达到了抑制S^(2-)降粘作用的目的,也为含H_(2)S油藏聚驱有效控制流度提供了思路。