裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验

煤粉在煤储层裂隙中沉积会降低裂隙导流能力,制约煤层气井高效稳产开发。设计了裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验方案,通过裂隙中煤粉运移可视化物理模拟实验,分析了裂隙不同位置煤粉颗粒沉积面积的变化和沉积形态特征,揭示了煤粉运移、沉积的动态规律;通过裂隙中煤粉解堵可视化物理模拟实验,分析了解堵时间和流速对裂隙中沉积煤粉解堵面积的影响,揭示了煤粉启动、解堵的动态规律。实验结果表明:煤粉颗粒在裂隙不同方向和位置聚集状态不同,裂隙喉道由入口向垂直主运移方向的两端及主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐减少,支路通道沿主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐增加。裂隙喉道、支路通道和主路通道处煤粉沉积的形态分别呈鹰嘴状、层状和流线型,其原因是裂隙不同位置对含煤粉流体的阻力不同,导致煤粉在不同位置的沉积形态不同。在相同流速下,随解堵时间增长,煤粉解堵效果越好,但前期解堵面积大,后期解堵面积小,裂隙喉道处煤粉解堵效果明显优于支路通道,其原因是松散、易于解堵的煤粉颗粒会被首先解堵,随时间进行,剩余未被解堵的煤粉颗粒需要更大的启动流速。流速越大,裂隙喉道处和支路通道处的煤粉解堵面积越大,其原因是提升流速能增强煤粉颗粒的流动性。

多薄层致密砂岩储层大型水力压裂三维物理模拟实验

鄂尔多斯盆地东北缘临兴气田以多薄互层型致密砂岩储层为主,储层岩性复杂、渗透率低,受多种因素影响且作用机理不明确,导致压裂施工难度大、效果差异大。为此,针对临兴气田致密砂岩储层不同岩石组分、黏土含量、粒径、沉积旋回、平面及纵向非均质性等特性,设计并开展了不同地质条件下的水力压裂室内大型三维物理模拟实验。根据相似准则,参照二叠系石盒子组三向地应力、岩石强度、井身结构参数、现场压裂施工参数,确定了实验基本参数。根据临兴气田典型井主力储层特征,制作了考虑不同岩石组分、黏土含量、粒径、沉积旋回组合、平面非均质性组合、纵向非均质性组合的15块立方体岩心,开展了15组压裂模拟实验,并从分析注入压力曲线和观察岩样破裂面两个方面总结了影响水力压裂缝扩展规律的储层主控因素。研究表明,岩石矿物和粒径、沉积旋回、平面及纵向非均质性对致密储层裂缝扩展形态有显著影响。砂岩粒度较大、胶结较弱、黏土含量较高、平面非均质性较强,使得裂缝面更易于屈曲,扩展压力增大,导致加砂困难;沉积旋回会使得水力压裂缝易于沿旋回层面扩展,从而形成水平缝,其中反旋回界面突破难度比正旋回大;由于砂—泥层间界面、砂—煤层间界面、天然砂岩弱面易被激活,从而产生“工”或“T”字形裂缝,对于砂泥多薄互层还会产生“工”+“T”+“十”字形的组合裂缝。实验研究揭示了不同地质条件下的水力压裂缝扩展形态,也为类似区块的研究提供了借鉴。

岩体物理模拟实验中的相似材料配比

为确定岩体物理模拟实验中常见相似材料的配比,首先选取河砂、重晶石粉、石膏和水泥四种原料,采用正交设计的方法,设置骨胶比(河砂和重晶石粉质量与石膏和水泥质量之比)、水膏比(水泥质量与石膏质量之比)和重晶石掺量(重晶石粉质量与骨料质量之比)3个因素,每个因素5个水平,开展单轴压缩情况下的密度试验和声发射试验,然后确定不同配比对相似材料物理力学指标和表征损伤程度指标(D)的敏感性。试验结果表明:在骨胶比影响下,相似材料密度、抗压强度和弹性模量的极差最大,分别为0.13 g/cm^(3)、2.60 MPa和247 MPa,F检验值最大,显著性最高;在重晶石掺量影响下,泊松比的极差最大,为0.09,同样显著性最高;在骨胶比影响下D的极差最大,为0.25,显著性最高。总的来说,骨胶比对相似材料密度、抗压强度、弹性模量和D起控制作用,重晶石掺量对泊松比起控制作用;重晶石掺量最优为20%。

营口—佟二堡断裂带成因机制的构造物理模拟实验研究

营口—佟二堡断裂带是控制辽河坳陷东部凹陷形成和演化的主体构造体系,是郯庐断裂带的北延部分。根据地质资料分析和构造物理模拟实验研究,营口—佟二堡断裂带在新生代经历了早期的拉张应力和后期右行剪应力的复合作用。拉张构造运动发生在古新世房身泡组沉积期至始新世沙河街组一段沉积期(距今约37.0～63.0Ma),在大陆裂谷演化阶段因地幔上涌而派生;右行走滑构造运动发生在渐新世东营组沉积期(距今约24.5～36.9Ma),后期右行剪应力作用使早期断裂再活动并形成新的断裂。基于构造物理模拟实验结果和对地质资料的分析,渐新世右行走滑构造运动导致的辽河坳陷水平位移约为4～8km。

利用核磁共振物理模拟实验研究岩性油气藏成藏机理

本文采用核磁共振成像技术(NMR)进行物理模拟实验,直观地观测了岩性圈闭中油的聚集成藏过程并定量模拟了不同条件下砂体中的含油性。实验结果表明,油气在砂体中的聚集是缓慢的,向上、向下及侧向都有油的运移,但以向上的运移速度较快,其次是侧向,向下较慢;温度、压力、砂体物性和围岩含油性是影响砂体含油性的重要因素。在实验研究的基础上,分析了岩性油气成藏的微观机理,将油气成藏过程划分为三个阶段,第一阶段为在扩散作用力、烃浓度差异压力作为动力克服毛细管阻力下的油气在烃源岩孔隙中心顺干酪根网络运移的过程;第二阶段为在毛细管压力差引导下的油气在砂泥岩界面通过孔隙和喉道渗滤的过程;第三阶段为在浮力作用下克服流体流动粘滞阻力和吸附阻力在砂体内富集的过程。

长岩心注二氧化碳驱油物理模拟实验研究

所研制的长岩心驱替实验装置 ,考虑了相似条件对岩心长度的需要 ,以及多次接触混相其物理化学过程的阶段性和机理的复杂性。该装置可以在油藏条件下实施多种驱替实验 ,这些实验包括 :水驱或气驱二次采油实验 ;利用注入溶剂 (如氮气、碳氢化合物、二氧化碳等 )或注入聚合物、胶态分散凝胶等化学驱油剂开展三次采油动态室内模拟实验研究。该装置岩心长为 2m ,其工作压力、温度分别为 60MPa、15 0℃。利用该实验装置成功地进行了注二氧化碳驱替实验 ,得到了文 184块油藏流体在水、二氧化碳交替驱油过程中的压力、采收率和相态变化等重要参数。

三元复合驱注入段塞组合物理模拟实验研究

选取分子量为1200万、2000万的聚合物,通过室内物理模拟实验,研究三元复合驱注入段塞组合、浓度、大小对驱替效果的影响。实验结果表明:在化学剂用量相近时,高浓度小段塞的采收率比低浓度大段塞高,高分子量聚合物的驱油效果比低分子量聚合物更明显。不同前置和后续段塞优化驱油实验的结果表明,把聚合物、碱、表面活性剂拆分成双段塞(聚合物、碱+表面活性剂)分注比整个三元体系作主段塞单段塞合注采收率高;在碱、表面活性剂用量不变的情况下,注入的聚合物前置段塞(0.1～0.3 PV)增大对改善驱油效果有利,前置段塞聚合物浓度应不低于1.2g/L;后续段塞大小一般选择0.2PV,在聚合物浓度不变时,后续段塞大小变化在一定范围内对驱油效果影响不大。

海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验

天然气水合物是继页岩气、致密气、煤层气等之后潜力巨大的接替能源,国内外天然气水合物开采技术研究和试采工程以降压法为主,均借鉴常规油气开采工艺,由于试采时间短,回避了长期开采存在的环境安全、装备安全、生产安全以及工程地质等风险。为此,由西南石油大学、中国海洋石油集团有限公司、四川宏华石油设备有限公司等单位组成的联合项目组历经多年协同攻关,提出了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采原理,发明了基于该原理的模拟实验方法和技术,研制和开发了具有完全自主知识产权的全球首个海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验系统。基于上述实验系统,开展了与海洋非成岩天然气水合物固态流化开采相关的天然气水合物样品快速制备、高效破碎及管道输送等物理模拟实验,验证了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采相关理论模型的准确性,揭示了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采过程中关键参数的变化规律。该项研究成果为全球首次海洋天然气水合物固态流化试采的成功开展奠定了重要的基础。

砂岩孔隙介质内天然气运移的微观物理模拟实验研究

采用真实的砂岩微观模型,通过与实际地质状况较为相似条件下的气驱水运移实验模拟天然气在砂岩孔隙内的二次运移,直接观察了天然气在砂岩孔隙、喉道内运移的过程和特征,在此基础上,分析和探讨了真实砂岩孔隙介质中天然气的微观运移机理。研究发现,天然气运移路径的形态通常迂回曲折,表现复杂的分支状特征,而且气体只沿毛细管阻力最小的运移路径向前运移;受真实砂岩孔隙结构的非均质性和运移动力变化的影响,天然气运移的速率不均一,呈现出跳跃式的运移方式;在孔喉比相差较大的亲水介质中,气体的卡断现象较为普遍,卡断增加了气体运移的阻力,对天然气运移十分不利;外界突发性的振动能够增加天然气运移的有效性。

煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验

探讨煤岩水压裂缝扩展规律是提高煤层气开采效率,降低开采安全风险及成本的重要课题。采用原煤试样,参照煤层气井水力压裂工程制定了"三轴向施加围压-顶部钻孔-下射流管注水"的煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验方案,根据实验方案结合现有实验条件开展了煤岩水力压裂物理模拟实验及煤岩裂缝检测实验。实验结果表明:煤岩沿层理面方向裂缝的发育程度要高于垂直层理面方向的裂缝;煤岩水压裂缝扩展形式以注水孔壁原生横向裂缝扩展为主,纵向裂缝扩展为辅,且裂缝呈直线形、跳跃性扩展。同时,根据实验结果分析提出:实际煤储层水力压裂工程中,射流孔应尽量布置在井壁含有较多横向原生裂缝的位置,提高煤层气井水力压裂质量;对于井壁同时含有较多横向裂缝和纵向裂缝的储层,采用"控压"压裂方式提高造缝质量;对于厚储层,采用"分段-分压"压裂方式构造横纵交织的裂缝网,提高煤层气的开采效率;尽量避免在含较多纵向原生裂缝及较大断层的井壁位置布置射流孔,以免引起煤储层顶板、底板失稳破坏,造成安全事故。

相—势—源复合控油气成藏机制物理模拟实验研究

含油气盆地的地质相、流体势、烃源灶是影响圈闭含油气性的决定性因素,三者缺一不可。在各要素满足控藏临界条件下,优相—低势—近源复合指数(FPSI)越高,圈闭含油气性越好。基于相—势—源复合控油气成藏机制开展物理模拟实验研究,结果表明:"源"控制着油气成藏的物质来源,"相"控制着油气成藏的孔隙空间、"势"控制着油气成藏的运移动力,当三者联合作用时能够形成油气藏。实验结果还表明,圈闭外部(盖层)岩相和圈闭内部(储集层)岩相粒径差别越大,越有利于油气在毛细管力作用下从细粒低孔渗的围岩之中进入到粗粒高孔渗的储集层之内聚集成藏,临界条件是:圈闭外部围岩颗粒粒径较圈闭内部储集层颗粒粒径小2倍以上,或外部毛细管力较之内部大2倍以上,也即外部界面势能较内部高2倍以上;圈闭外部烃源岩含油气饱和度越高,越有利油气进入圈闭内部储集层中聚集成藏,临界条件是外部源岩的含油气饱和度达到和超过5%。

天然气运移物理模拟实验及其结果

运用自行设计的天然气运移物理模拟装置 ,研究天然气在运移过程中所发生的组分分异和碳同位素分馏特征 ,目的是了解天然气在不同疏导层运移过程中所发生的组分及同位素变化规律。实验结果表明 ,天然气在运移过程中发生了比较明显的成分色层效应和碳同位素分馏现象 ,粘土矿物对天然气中重烃组分具有较强的束缚能力 ,甲烷碳同位素对运移条件及过程较为敏感。

辽河坳陷古近纪两期构造演化的构造物理模拟实验

按辽河坳陷古近纪经历过早期大陆裂谷拉张变形和后期右行走滑变形的地质模型,对其东部凹陷34.8测线断裂体系形成和演化进行构造物理模拟实验,结果表明,早期地幔上涌派生的拉张应力作用导致正断层断裂体系的形成和演化,后期的右行张扭剪应力作用诱发了正花状和负花状断裂体系的形成和演化,两期构造运动决定了现今复杂含油气构造体系的展布,能够解释辽河坳陷复杂断裂体系形成和演化的动力学成因机制。

三元复合驱室内物理模拟实验研究——天然岩心与人造岩心的差异

在三元复合驱室内物理模拟实验中,选取两种相对分子质量(1 200×104和2 000×104)的聚合物以及两种岩心(人造岩心和天然岩心).研究了三元复合体系注入段塞大小和注入前置及后续段塞大小等不同注入方式对驱替效果的影响.实验结果表明,使用不同相对分子质量聚合物配制的三元体系,其高浓度小段塞比低浓度大段塞的驱油效率高,而且高相对分子质量聚合物驱比低相对分子质量聚合物驱效果的差别更明显;在注入方式相同的条件下,人造岩心的驱油效果优于天然岩心;随着化学剂用量的降低,这种差异会更大.

大型浅水扇三角洲发育的沉积物理模拟实验研究

新疆油田环玛湖地区勘探成果显著,发现了数亿吨的地质储量,揭示了这一地区良好的油气潜力。勘探实践表明,这一地区的沉积体系不同于早年发现的冲积扇沉积体系,而是一种具有浅水、缓坡的扇三角洲沉积体系。为深入认识这种沉积体系的沉积特点及其形成机制,采用长江大学水槽模拟实验装置,对其形成过程进行了模拟实验研究。模拟实验设计了3级坡折和3期主要的湖平面变化,分别对应于百一段、百二段和百三段3个沉积时期,采用重力流和牵引流相间隔的方式模拟扇体的形成过程。模拟结果表明,3个阶段由于湖平面的上升,造成一种退积层序,不同层序之间呈现出明显的上超现象。而对于储集层的内部结构考察表明,其在扇三角洲平原区更多地体现出一种层状结构的重力流和河流交互沉积,其在前缘部位可能更多的是前积作用所形成的牵引流沉积和次生重力流沉积。不同时期的重力流和前积所形成的扇体边界不清晰,比较难于区分。而在沉积过程中,湖平面的位置、坡折、沉积能量(古地形高程)和沉积物的构成对扇的发育具有明显的影响。

构造物理模拟实验方法的发展与应用

构造模拟实验是研究和模拟自然界地质构造现象变形特征、成因机制和动力学过程的一种物理实验方法.在查阅大量相关资料的基础上,总结出构造物理模拟实验的发展史、国内外研究现状,以及在实验理论、实验技术和实验材料等方面的研究进展.目前,构造物理模拟实验已被广泛应用于构造地质学和石油构造地质学研究领域以及石油勘探研究领域,是油气勘探研究由定性描述跨入半定量分析乃至定量分析的有效途径.在研究低级序断层组合方法、纯挤压条件下以及俯冲环境中楔体的形成及演化、铲形主拆离断层控制的伸展构造变形等方面取得了很大进展.作为研究构造变形机制的重要手段,构造物理模拟发展在压扭构造研究、盐构造的物理模拟等方面仍存在不足,研究途径的选择也是构造物理模拟实验面临的一个问题.

弱固结砂岩气藏出砂物理模拟实验

海上弱固结砂岩气藏一旦出砂,危害极大,准确地预测出砂尤为重要。目前国内外关于出砂预测的模型均基于一定的假设条件进行理论计算,参数较多,直接影响到预测精度。笔者基于出砂物理模拟实验,首次研制了一套气井出砂物理模拟实验装置,并进行了大量实际储层全直径岩心模拟实验,测定了岩心发生出砂时的临界压差与流量,通过相似原理反算出实际生产时的出砂临界压差。根据实验测试结果,回归了生产压差与岩心单轴抗压强度的拟合关系,形成了一种简单有效的弱固结气藏出砂预测方法。该方法首次在南海某深水气田进行了应用,预测误差可控制在10%以内。

华南多层推滑构造系的物理模拟实验

利用物理模拟的方法,研究华南多层推滑构造系的变形特征、变形过程和力学机制。在实验室条件下,根据实际地质条件,物理模拟实验再现了多层推滑构造系的形成和演化过程;论证了岩石能干性差异和岩系能干性结构对变形产生的影响。在挤压应力背景下,岩石发生逆冲推覆,能干性层在非能干性层上滑脱、变形,形成断坪-断坡逆冲推覆变形构造。由于非能干性层易发生塑性流变,具有很好的调节变形的作用,使得滑脱面上下的能干性层的变形各具特色。

南堡凹陷分期异向伸展变形叠加特征:来自砂箱物理模拟实验的启示

在前人关于南堡凹陷新生代断裂系统形成机制构造物理模拟实验的基础上,针对南堡凹陷典型沉积时期断裂系统分布规律,进一步细化、分阶段开展了研究区不同沉积时期的构造在不同先存基底条件下的平面砂箱物理模拟实验,探讨了南堡凹陷新生代断裂系统形成的主控因素。研究结果表明:(1)南堡凹陷新生代构造具有分期异向伸展变形叠加的特征,是两期不同伸展方向构造变形叠加的产物;(2)NE—SW向断裂系统是在沙河街时期近NW—SE向伸展作用下形成的;近E—W向断裂系统是自东营期以来在近SN向伸展作用下形成的;东营早期是南堡凹陷应力体制发生转变的关键时期;(3)不同沉积时期的构造形态受控于特定的边界几何条件、基底非均匀性及先存断裂的展布特征。

大民屯凹陷安福屯潜山带古构造应力场与裂缝发育特征的光弹物理模拟实验研究

裂缝的形成和演化受古构造应力场控制。根据对辽河坳陷大民屯凹陷安福屯潜山带前新生界基岩顶面构造演化的分析,认为其裂缝的形成和演化受到燕山期挤压应力场、喜马拉雅期房身泡组至沙河街组沉积期的两期拉张应力场和喜马拉雅期东营组沉积期右行剪切应力场的影响和控制。采用光弹物理模拟实验法,得到了安福屯潜山带前新生界基岩顶面这3期古构造应力场的最大主应力方向图、最大主应力和最小主应力轨迹图和应力级值分布图。依据实验结果,认为燕山期挤压应力场诱发了北东东和南西西向裂缝的形成和演化,喜马拉雅期拉张应力场导致了北北东和北北西向裂缝的出现,喜马拉雅期右行剪切应力场控制了近东西向裂缝的展布。