基于二维孔隙网络模型的悬浮颗粒微观尺度滞留规律及渗流场特征

油气田开发是典型的多相渗流过程,在长期并持续的开发过程中,注水、气驱、化学驱及压裂等技术都会导致携带来的矿物颗粒及储层内原有喉道的砂体颗粒逐渐松散并脱落,造成储层孔隙中的迁移及堵塞,继而影响储层的动用及最终采收率.因此,研究悬浮颗粒在多孔介质中迁移与滞留过程及流场特征有重要意义.然而,现有针对悬浮颗粒在多孔介质中迁移与滞留的研究主要关注颗粒的迁移和滞留对渗透率的损害,没有体现颗粒运移的过程,也不能反应孔隙网络中颗粒堵塞和流场变化的关系.为探究悬浮颗粒在多孔介质内的流场特征,本研究利用微观可视化模型及微观粒子图像测速技术(MicroParticle image velocimetry,简称为Mirco-PIV)分析了在二维孔隙网络中悬浮颗粒的滞留特征及相互关系,并揭示了流场的变化规律.实验结果表明,初期主通道流速更高,但由于主通道颗粒滞留量(6.5μg·μm^(-2))比边界区更多(2.4μg·μm^(-2)),颗粒续注入导致主通道流速降低,扰乱原有流场导致“斑”状流场出现,也使主通道(110μm·s^(-1)降低至41μm·s^(-1))在中期流速低于边界区(67μm·s^(-1)降低至45μm·s^(-1)).这也表明高流速区更有效的输运了颗粒.滞留的分布特征观察到主要滞留在了边壁附近,较高浓度条件下还会在主通道内产生聚集现象,这些都导致了对孔隙的有效封堵.本文首次提供了颗粒和流场互动过程,给出二维孔隙条件下可视化的直接的证据.此外,本文还得出了颗粒分布特征,并总结出滞留靠近边壁、流动有效半径变窄及主通道高浓度的聚集问题,是导致封堵的核心机理,为进一步颗粒滞留理论的完善提供参考.

多孔岩石中天然气择优渗流规律

在渗流力学分析基础上建立了多层同源气驱水实验方法,揭示多孔岩石中天然气渗流规律和含水砂岩气藏水封气形成的临界力学条件。选用鄂尔多斯盆地苏里格气田天然岩心,根据气井钻遇纵向储层物性分布特征进行并联组合,开展了完全饱和水条件下岩心同源逐级增压气驱水实验。结果表明:天然气流动路径与储层渗透率和气驱水压力大小密切相关,在特定气驱水压力条件下,天然气优先选择高渗岩心流动,随着气驱水压力逐级增加,逐级覆盖低渗致密岩心;在基质渗透率小于4.77×10^(-3)μm^(2)的储层,尤其是基质渗透率小于等于1.0×10^(-3)μm^(2)的储层,气驱水临界流动压差与渗透率存在良好的幂函数关系;随着储层渗透率的降低,气驱水临界流动压差反而增大,在气藏衰竭开采过程中,当地层压力下降至无法突破水封阻力时,容易形成水封气。研究成果可为气藏剩余气评价和补能降阻解水封提高采收率提供依据。

砾岩裂缝动态闭合规律实验研究

水力压裂技术是经济开发致密砾岩储层的必备手段,明确水力裂缝导流能力动态变化特征对指导砾岩储层水力压裂设计,确保油井高产稳产具有重要意义。考虑基质不同支撑方式和裂缝不同存在方式的砾岩属性,开展了水力裂缝动态闭合规律实验研究,优选函数模型能够准确预测不同应力条件下砾岩储层水力裂缝渗透率值。主要结论 :围压加载导致砾岩岩心伤害不可逆,渗透率随围压变化表现出三个阶段特征,即陡降段、平稳段和缓降段;杂基颗粒支撑岩石裂缝渗透率降低幅度达92.91%,远高于多级颗粒支撑(53.32%)和杂基支撑(28.55%);杂基颗粒支撑岩石裂缝,铺砂相对于未铺砂及基质岩石而言,具有最高的渗透率及最低的渗透率降低幅度。

超深层断控碳酸盐岩油藏地质力学建模及其在开发中的应用

为提高超深断控碳酸盐岩油藏的开发效益,通过开展大尺寸岩样力学实验,揭示高角度—近直立断裂面变形与连通机理;基于高压注水提采的力学与流动耦合原理,通过地质力学建模,明确了断控碳酸盐岩油藏现今地应力场和断裂活动性分布规律;发现不同方位的断裂活动性以及不同部位的缝洞体连通性有明显差异,进而分析了不同井眼轨迹的开发效果,提出了地质工程一体化工作方法,科学指导井眼轨迹设计和注水方案优化。结果表明:①走滑断裂变形中的大尺度破碎体和高角度裂缝系统是影响储层品质的关键因素,高压注水一方面能够激活先存裂缝,一方面还能在先存裂缝基础上发生延伸扩展,甚至可以产生新的裂缝,促进了断控缝洞体在纵横向上的互相连通;②高压注水过程中断裂体内部发生力学与流动之间的耦合变化,渗流环境得到改善,通过循环举升,从而提高油气采收率;③根据断裂体形态、产状以及断裂面动态剪切变形连通性,可优选定向井最佳井点和井眼轨迹,并优化注水方案;④塔里木盆地断控油藏试验区通过高压注水,采收率提高5个百分点,该方法为超深断控型油藏高效开发提供了较好的理论依据和技术支撑。

基于数字孪生的天然气井多源数据融合温度场分析

井筒温度场是评估天然气井服役安全的重要参数,其变化直接影响井筒的完整性,由于天然气井生产过程伴随复杂的温度变化,使其全井筒温度场演化分析难以获得精确的数值模拟结果。基于天然气井的数字孪生模型,建立了井筒内流体与时变非稳态地层的传热模型,以及井筒内流体温度场的径向传递模型,进而提出了一种井下监测与数值模拟多源数据的融合方法,建立了井下任意数量与位置测点的温度采集数据与温度数值计算的耦合求解模型,实现了在有限监测数据的条件下,全井筒高精度温度场演化分析。多源数据融合方法有效提高了全井筒温度场预测的精度,为有限数据条件下的井筒完整性评估提供了可靠的分析方法,并为天然气井的高效、安全运行提供了技术支持。

气体水合物合成研究进展

水合物法捕集与封存CO_(2)气体可服务于大规模减排的技术需求,加速“碳中和”目标的实现,对应对气候变化具有重要意义。从气体水合物的基本性质、生成机理及模型,多孔介质中水合物合成,水合物合成的分子动力学模拟等方面,综述了前人针对水合物合成领域的研究现状,提出了气体水合物合成过程中存在的科学问题,并对气体水合物的发展及煤系地层CO_(2)水合物的封存方向进行了评价。研究认为,CO_(2)气体的溶解度是限制准确计算多孔介质中水合物储气量的关键因素;气体水合物的局部结构化(成核)机制复杂,仍需深入研究;高纬度及永久冻土区煤系地层可作为水合物法封存CO_(2)气体的地下空间。

深层页岩储层裂缝识别及有效性评价方法研究及应用——以四川盆地南部为例

四川盆地南部地区(以下简称川南)深层页岩储层断裂发育,直接影响页岩气水平井的工程施工和有效建产。基于川南五峰组—龙马溪组页岩岩心,开展岩石物理实验和数值模拟实验,得到了不同尺度、不同产状、不同充填物质的裂缝声学响应特征,分析了裂缝对声波衰减能力的影响因素,建立了1套页岩气水平井裂缝识别和有效性评价方法。结果表明:纵波、横波和斯通利波的振幅衰减受裂缝倾角和裂缝宽度的共同影响,其衰减能力随裂缝宽度增加呈指数增加,随裂缝倾角的增加而降低。斯通利波对充填流体裂缝敏感,可识别和评价含气、含水的有效裂缝;纵波和偶极横波对充填方解石裂缝敏感,可识别和评价充填方解石的无效裂缝。基于反射波成像识别的裂缝结果与成像测井、岩心识别裂缝类型一致,验证了有效性评价方法的可靠性。将研究成果应用于页岩气水平井实测资料,精细评价了页岩气水平井断裂风险位置,有效保障了“一段一策”压裂分段的优化设计。

基于“扩缝串洞”理念的超深层小缝洞群碳酸盐岩储层改造数值模拟

随着四川盆地和塔里木盆地碳酸盐岩油气藏勘探开发逐渐迈向超深层领域,受地质条件影响,储层由大型缝洞向以厘米—毫米级小缝洞群转变,以往针对大型缝洞储层改造的酸压技术系列难以适应小缝洞群储层。为充分释放超深层小缝洞群碳酸盐岩储层的天然气产能潜力,基于小缝洞群碳酸盐岩储层特征,构建了多尺度离散缝洞方法,建立了考虑岩石变形、裂缝延伸、酸液流动反应、温度变化的热流固化多场耦合数值模型,最后提出了以多级转向扩面积、精准控黏串缝洞、定点生酸扩缝长为核心的“扩缝串洞”缝控改造理念,并对小缝洞群碳酸盐岩储层“扩缝串洞”缝控改造方式进行了优化分析。研究结果表明:①多级交替注入形成的黏性指进现象可以促进缝控改造面积的增加和裂缝非均匀刻蚀,从而提高改造后的产能,且缝控改造效果最佳;②酸液注入黏度比增加,缝控改造无因次产能指数呈现先增大后减小的规律,当黏度比超过30,缝控改造无因次产能指数开始迅速减小,缝控改造中酸液交替黏度比需控制在25~35区间;③酸液用量越大,缝控改造面积及改造后无因次产能指数越大,但对于一定地层参数和单井控制面积的缝控改造存在极限酸液用量,超过该酸液用量后缝控面积趋于极限值,而无因次产能指数仍随酸液用量的增加而稳定增大。结论认为,提高缝控改造面积和激活动用小缝洞群是小缝洞群碳酸盐岩储层提产的关键,该认识为超深层小缝洞群碳酸盐岩气藏的高效开发提供了理论指导。

黏弹性聚合物驱渗流机理研究进展

聚合物驱已成为国内外化学驱中提高原油采收率主要方法之一,其在大庆油田的60年开发稳产中起到重要作用,在水驱基础上提高原油采收率达到约13%.聚合物驱主要机理为改善流度比,提高注入液的波及体积,从而提高驱油效率.近几年,聚合物溶液黏弹性能够进一步扩大其在多孔介质中的微观波及面积从而提高微观驱油效率的作用机理也逐渐被人们所认识.文章从聚合物溶液黏弹特性、聚合物驱微观可视化实验、岩心驱替实验及驱油机理理论研究4个方面进行了综合分析,对比论述了国内外关于黏弹性聚合物溶液渗流机理的研究现状、实验手段及方法,给出了聚合物溶液的黏弹性产生的法向应力能够进一步对水驱后残余油产生“拉”“拽”作用,从而使其比纯黏性流体进一步提高在多孔介质内的微观波及效率及驱油效率,明确了弹性湍流是产生表观增稠的本质,对提高驱油效率产生一定的正向影响.最后针对黏弹性聚合物驱渗流机理研究面临的问题及发展方向进行总结,弹性湍流产生的条件、黏弹性对不同尺寸孔隙内不同类型原油采收率的贡献及弹性与油藏润湿性的协同影响等机理成为未来研究的挑战与方向.论文的归纳能够为黏弹性聚合物溶液机理深入研究及矿场设计优选聚合物提供重要的参考.

致密储层压驱焖井阶段渗吸机理分子模拟研究

针对致密储层开发中存在的天然地层能量衰减快、驱替相有效波及体积不足等难题,考虑将压驱与焖井相结合的高效开发技术应用于致密储层.基于分子动力学方法从微观作用力角度分析致密储层压驱渗吸机理,进行致密储层压驱过程溶质动态迁移表征,并从分子尺度对渗吸阶段进行划分.采用分子模拟方法,构建致密储层壁面-油相-驱替相三相体系,分别从体系弛豫特征、浓度分布及扩散能力和介质间相互作用能等方面分析常规水力压裂后常压驱替条件和压驱高压条件渗吸过程特征性差异,从分子尺度阐释致密储层压驱渗吸机理.研究表明:相对于常规压裂后驱替而言,压驱条件下,驱替相分子扩散系数提高20.06%,与孔隙壁面的相互作用能提高2.3倍;驱替相分子吸附层数增加,油相解吸效果更为明显,渗吸换油效率提高38.73%.此外,渗吸效率随储层温度变化的过程存在峰值,具有先上升后降低的特征;且受到壁面润湿性的影响,壁面亲水性越强渗吸效率越高.从分子尺度将焖井渗吸过程划分为3个阶段:水分子优先靠近壁面;驱替相流体与油相分子竞争吸附,将吸附态油相剥离为游离态,使其远离壁面;压驱液溶质分子进入初始油相范围,进一步置换油相,提高渗吸效率.压驱技术高压注入压驱剂可快速补充地层能量,扩大驱替相流体波及体积并提高洗油效率,在二者的协同作用下可大幅度提高渗吸驱油效率.该项研究可为致密储层高效开发提供理论参考.

基于时间序列相似性与机器学习方法的页岩气井产量预测

页岩气井单变量产量预测存在较强的不确定性,而现场生产动态数据同时包括多个相关指标,针对如何选取合理的多变量数据对页岩气井产量进行预测,在保证计算效率的情况下提高预测精度。页岩气井的生产动态数据集包括日产气量、日产水量、套压、油压、油嘴直径、开井时间和温度等,采用欧式距离和动态时间弯曲距离对生产动态数据时间序列进行相似性度量,依据与日产气量的相关度,把数据分为强相关时间序列和弱相关时间序列;其次,基于卷积神经网络、循环神经网络、长短期记忆网络和门控神经网络分别对全时间序列、强相关序列、弱相关序列和单变量序列进行页岩气井产量预测;最后,以平均绝对误差、均方根误差和决定系数作为评价指标,得到不同序列的误差由小到大排序为强相关序列、全时间序列、弱相关序列、单变量序列,优选的机器学习方法为门控神经网络和长短期记忆网络。结果表明,采用机器学习方法结合页岩气井强相关性序列(日产气量、套压、油压、日产水量)能有效降低预测误差,提高页岩气井产量预测效果。

高含水油井关停后剩余油再富集速度研究

高含水断块油藏开发末期构造高部位油井在关井一段时间后,会产生剩余油再富集现象。目前关于剩余油再富集速度的研究中,对剩余油运移过程的影响因素考虑不够全面,影响计算精度。针对该问题,在对运移中剩余油再富集受力分析的基础上建立小油滴状和柱状剩余油再富集速度模型,通过正交试验确立2种剩余油再富集速度的主要敏感因素,并建立了2种剩余油再富集速度及再富集时间图版。研究结果表明:存在驱替压差时,储层渗透率为影响2种剩余油再富集速度的主控因素;当储层渗透率一定,驱替压差的增大和原油黏度的减小有利于2种剩余油再富集速度的增大;同一注采井距位置处的小油滴距离孔隙中滞留柱状剩余油越近,聚集过程中剩余油再富集时间越长,但数值上增加不多。该研究对高含水油藏剩余油再富集潜力区评价具有借鉴意义。

基于压力衰减法的低渗透储层高温敏感性评价实验

低渗透油气藏在钻完井过程中易受到损害且难以解除,而利用传统的稳态驱替法评价低渗透储层损害存在适用性差及实验效率低等技术局限。为此,基于压力脉冲衰减法基本原理,分析了上游压力衰减规律及其与岩心渗透率的关系,以岩心损害前后压力脉冲衰减时间为评价指标,建立了适用于低渗透储层损害评价的实验设备与方法,并利用渤海湾盆地渤中凹陷深部低渗透砂岩岩心,开展了室温和150℃高温条件下的敏感性实验。研究结果表明:(1)当实验条件一定时,压力衰减时间仅与岩心的渗透率有关,压力脉冲衰减法可在无需计算渗透率的情况下对低渗透岩心的损害程度进行评价;(2)实验设备组成简单且操作便捷,避免了复杂的渗透率计算及其带来的误差,实验所需时间远低于常规的稳态法且可重复性良好,在低渗透气藏、特低渗透及超低渗透油藏具有很好的适用性;(3)高温环境明显加剧了储层的敏感性损害,深部高温储层损害特征及技术对策研究需要充分考虑高温的影响。结论认为,该认识解决了传统低渗透储层敏感性评价方法适用性差的难题,为高温低渗透储层保护技术对策研究提供了实验方法支撑和理论依据。

近废弃油藏延长生命周期开发调整技术

针对近废弃油藏特高含水、优势通道发育、剩余油高度分散、非均质性强等主要矛盾,以双河油田北块Ⅱ(2油组)4—5层系为例,采用油藏精细地质建模、数值模拟方法和微观驱替实验方法,表征了聚合物驱后油藏剩余油分布特征。聚合物驱后宏观剩余油平面上注采非主流线、主流线弱势区及注采井距较大的边部区域剩余油饱和度较高,纵向上正韵律顶部剩余油富集;微观剩余油以半束缚态为主,依据剩余油分布特征提出了非均相复合驱变流线井网加密调整技术思路。通过井网变流线加密调整,形成交错式行列井网模式,流线方向转变30°以上,流线转向率达80%,促使剩余油有效动用。数值模拟预测该技术可提高采收率10.96%,新增可采储量70.61×10^(4) t,延长生命周期15 a,为聚合物驱后油藏大幅度提高采收率提供新的技术方法。

考虑启动压力梯度的致密油藏水平井裂缝干扰渗流特征

针对致密油开发中体积压裂水平井裂缝干扰的问题,在三线性流模型的基础上,通过引入半渗透边界条件和井间干扰系数α,建立了考虑未改造区启动压力梯度的致密油藏水平井裂缝干扰渗流模型,对不同干扰情况下水平井井底压力动态及产量递减特征进行了研究。研究结果表明:(1)α越大,裂缝干扰条数越多,压力动态曲线改造区线性流持续的时间越长,改造区窜流、拟稳定流动发生得越晚;未改造区启动压力梯度越大,拟稳定流发生的时间就越早。(2)裂缝导流能力越大,主裂缝线性流出现时间越早,两井裂缝导流能力越接近,α对压力动态的影响较明显。(3)α越大,井底压力相对较低的水平井初期产量越高,至晚期后,产量下降越明显,无因次启动压力梯度越大,后期产量递减越快。(4)裂缝导流能力越小,前期阶段产量曲线越靠下,两井裂缝导流能力相近时,α对产量的干扰相对较大。

沥青质颗粒在垂直井筒中的运移特征流速

为防止沥青质沉积堵塞油井,需明确垂直井筒内流体携沥青质颗粒运移特性。通过静态沉降试验探究不规则形状沥青质颗粒沉降末速规律,采用垂直井筒液携固流动试验装置研究不同因素对沥青质运移临界流速的影响程度,建立沥青质颗粒沉降末速和运移临界流速计算公式。结果表明:沥青质表面不均匀性增大了沉降阻力,使沉降等效直径小于颗粒实测粒径;运移临界流速与颗粒粒径成正比、与液相黏度成反比,颗粒体积分数对运移临界流速影响较小;相同条件下流体携沥青质运移临界流速为沉降末速的1.182倍。

济阳坳陷古近系沙四段——沙三段页岩油立体评价探索与实践

济阳坳陷为中国东部典型的陆相断陷盆地,古近系沙河街组沙四段—沙三段沉积一套巨厚的中低成熟度页岩油储层,资源量超100×10^(8)t,目前处于评价试验阶段,勘探开发前景广阔。针对陆相页岩油岩相复杂、储集空间多样、非均质性强、烃源岩厚度大的特点,以地震、测井、录井、取心及实验分析等资料为基础,开展烃源岩有利岩相、储集性、含油性、可动性、可压裂性“四性”评价,通过评价井部署和井组先导试验实施,形成以甜点立体评价、井网立体优化、水平井立体压裂为核心的评价技术,落实资源潜力及技术适应性,为优选建产区带、实现规模化开发产能建设提供重要支撑。通过博兴、牛庄和民丰等地区立体评价试验,落实甜点评价标准可靠性、井距层距合理性和压裂工艺适应性,建成中国石化首个10万吨级页岩油先导试验井组,有力支撑了济阳陆相断陷湖盆页岩油国家级示范区的高效建设。

鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段储层微观孔隙结构和固液作用力

针对鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段页岩储层孔隙结构和固液作用力问题,首先,通过聚焦离子束电子显微镜、计算机断层扫描技术和原子力显微镜对纯页岩储层样品开展研究;其次,结合Avizo软件建立页岩多尺度三维重构模型,定量分析页岩孔隙结构特征;最后,提出页岩储层固液相互作用黏附力测试方法,测定原油与孔隙壁面之间的黏附力。研究结果表明:长7_(3)储层发育有粒间孔、粒内孔和有机质孔隙,有机质孔隙形状主要有条状、弯月状和椭圆状;在微米尺度下,可以清晰看到层理缝;在纳米尺度下,不同页岩结构的样品孔隙结构特征无明显差异,孔喉形态多为片状和条状;有机质与原油之间的黏附力最大,长英质与原油之间的黏附力次之,层理面与原油之间的黏附力最小,3种平均黏附力分别为0.098、0.063和0.041μN,长7_(3)页岩储层中壁面原油启动难度较大,这从力学角度解释了该区为原位转化重点区域的原因。

基于BiLSTM-XGBoost混合模型的储层岩性识别

储层岩性分类是地质研究基础,基于数据驱动的机器学习模型虽然能较好地识别储层岩性,但由于测井数据是特殊的序列数据,模型很难有效提取数据的空间相关性,造成模型对储层识别仍存在不足.针对此问题,本文结合双向长短期循环神经网络(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)和极端梯度提升决策树(extreme gradient boosting decision tree,XGBoost),提出双向记忆极端梯度提升(BiLSTM-XGBoost,BiXGB)模型预测储层岩性.该模型在传统XGBoost基础上融入了BiLSTM,大大增强了模型对测井数据的特征提取能力.BiXGB模型使用BiLSTM对测井数据进行特征提取,将提取到的特征传递给XGBoost分类模型进行训练和预测.将BiXGB模型应用于储层岩性数据集时,模型预测的总体精度达到了91%.为了进一步验证模型的准确性和稳定性,将模型应用于UCI公开的Occupancy序列数据集,结果显示模型的预测总体精度也高达93%.相较于其他机器学习模型,BiXGB模型能准确地对序列数据进行分类,提高了储层岩性的识别精度,满足了油气勘探的实际需要,为储层岩性识别提供了新的方法.

CO_(2)状态方程适应性对比研究

气体状态方程被广泛应用于计算CO_(2)的各项物性参数,但CO_(2)物性参数对温度和压力较敏感,不同状态方程计算的结果有偏差。针对目前常用的状态方程开展适应性研究,基于不同温度和压力条件下CO_(2)物性参数实验值对比分析了不同状态方程的计算结果。结果表明:1)GERG对CO_(2)密度及压缩因子具有较高的计算精度。计算CO_(2)密度时蒸汽区平均相对偏差小于0.5%,气相区小于1%;2)SW方程计算CO_(2)定压比热的平均相对偏差为0.29%,计算焦汤系数的平均相对偏差为0.87%;3)Fenghour法计算的黏度最大相对偏差不超过0.5%,平均相对偏差为0.34%,计算结果误差较小;4)V-W法对CO_(2)导热系数的计算结果与实验值较吻合,其平均相对偏差仅为1.24%。研究结果为油气田开发过程中涉及的CO_(2)物性参数计算提供了一定的参考依据。