煤层单相水非稳态渗流模型研究

为了得到排水过程中的非稳态渗流特征,通过相应的坐标变换,建立同时考虑各向异性及应力敏感现象的单相水非稳态渗流模型,采用近似解法并根据物质平衡原理,给出内边界定产、外边界无限大条件下的煤储层压力分布及动边界变化规律.算例分析表明:煤层排水过程中,压降漏斗以椭圆形式向外拓展,应力敏感性越强,井底流压和地层压力下降越快;初始渗透率和应力敏感系数的各向异性共同控制泄流面积的大小及形态.

韩城矿区煤储层非稳态渗流压降传播规律

为了探究煤层气开发过程中煤储层压降传播规律,通过耦合平面径向非稳态渗流模型及火柴棍模型,建立了排采初期单相水非稳态渗流模型,并利用MATLAB软件实现了韩城矿区不同层位储层压降漏斗传播三维成像,分析了压降传播规律及控制因素。研究表明:压降漏斗曲面顶部较为平缓,井筒附近骤然变陡,底部呈细长的锥状,流体能量主要消耗在近井地带。利用纵向压降与扩展距离及时间的比值λ将压降漏斗分为2类:位于3号煤层的W1井和位于11号煤层的W3井λ大于1.5×10^(-5)MPa/(m·d),压降漏斗横向扩展速度慢,持续以纵向加深为主,为Ⅰ类压降漏斗;位于5号煤层的W2井λ小于1.5×10^(-5)MPa/(m·d),整体以水平扩展为主,纵向加深较慢,为Ⅱ类压降漏斗。同时,λ越大,纵向加深越明显,λ越小,水平扩展越明显。在排水阶段,排水时间越长、排水速度越大、压降叠加越强、煤层厚度越小、初始孔渗条件越好,越有利于煤层气开发。

非稳态渗流下砂砾岩水力裂缝扩展数值模拟

由于砾石的存在,砂砾岩储层水力压裂裂缝扩展机理不明确,裂缝形态难以控制。将砂砾岩储层中砾石表征为基质—交界面—砾石的复合结构,结合断裂力学与损伤力学的方法,建立了应力场与非稳定渗流场共同作用下砂砾岩储层水力裂缝扩展的数学模型并进行了求解,分析了主应力差、砾石粒径、砾石含量、排量等因素对裂缝扩展形态和岩体破裂压力的影响。研究结果表明:砂砾岩储层水力裂缝形态复杂,次生羽状裂缝发育;水力裂缝遇砾发生绕砾、穿砾与止裂现象,并以绕砾扩展为主;在研究范围内,水力裂缝长度随主应力差、砾石粒径、排量的增大而增大,随砾石含量的增大而减小;水力压裂过程中岩体的破裂压力与主应力差、砾石含量、排量成正比,与砾石粒径成反比。

基于非稳态渗流过程的压气储能洞室空气渗漏率计算

为评估压缩空气储能洞室的密封性,基于多孔介质渗流力学理论推导了一种能考虑洞室空气渗漏过程和混凝土衬砌孔隙影响的压气储能洞室空气非稳态渗流方程,给出了计算洞室衬砌内空气压强分布的近似解析解。为精确求解此类非线性抛物型方程,通过有限差分法构造了一个无条件稳定的隐式差分格式,该格式具有二阶精度。进一步,对算例与现有计算结果进行对比,结果表明:与传统基于稳态径向渗流理论得到的空气渗漏估算公式相比,考虑空气非稳态渗流过程后计算得到空气渗漏量略微偏小;当混凝土衬砌渗透率小于6×10^(-20)m^(2)时,衬砌厚度为0.5 m的洞室在一个压缩空气储能循环下空气渗漏百分比小于1%,普通的抗渗混凝土均不能满足空气渗漏控制要求,需要采取特殊的密封措施;压气储能洞室的空气渗漏百分比与衬砌渗透率、储气压强、衬砌厚度等因素有关,渗透率越低、初始压强越大、衬砌厚度越大,空气渗漏百分比越小,衬砌厚度对空气渗漏的控制效果随着衬砌厚度的增大而减弱。

裂隙岩体非稳态渗流数值模型及其应用

为解决裂隙岩体非稳态渗流问题,发展了一种新的数值模型.对于单裂隙渗流求解,其控制方程是基于一定假设的简化Navier-Stokes方程,数值方法采用有限差分法和流体体积法.在裂隙网络中,交界处渗流可以由专门的控制方程求解.计算结果表明,该数值模型既可以大幅提高非稳态渗流的计算效率,还可以避免孤立裂隙所带来的影响.最后,通过两个工程算例验证该数值模型的适用性.

考虑孔渗变化的非稳态渗流煤储层压降传播规律

基于平面径向渗流理论及煤岩特殊性质,建立了内边界定产水、外边界无限大条件下,排采初期单相水非稳态渗流模型。应用Matlab软件模拟计算了韩城地区两类压降漏斗变化形态;并分析了储层压降传播规律及控制因素。研究表明:纵向压降与扩展半径及时间的比值λ可以用来表征煤储层压降能力强弱,λ越小,压降漏斗水平扩展越明显;λ越大,纵向加深越明显;控制压降漏斗形状、影响压降传播的主要因素分为工程和地质因素,包括排水速度、井网井距、煤层厚度、孔渗条件、水文地质条件等。

三重介质低渗油藏非达西非稳态渗流研究

针对低渗透油藏不再符合线性达西定律的情况,考虑启动压力梯度和动边界共同影响,建立了带井筒存储和表皮效应的三重介质低渗油藏非达西非稳态渗流模型.鉴于数学模型的非线性和非齐次性,通过引入新定义的无量纲压力线性化压力扩散方程,采用Laplace变换结合Ste-hfest数值反演方法,研究了启动压力梯度、溶洞窜流系数、基质窜流系数、裂缝储容比和溶洞与基质储容比之比等敏感参数对无量纲井底压力和压力导数曲线的影响规律.结果表明:无量纲启动压力梯度为0时,压力导数具有无限大外边界的水平径向流特征,随着无量纲启动压力梯度的增大,压力导数曲线中后期上翘幅度越大.

土壤中非稳定耦合渗流问题的拟解析解及压力动态特征

在考虑多孔介质中流体流动与岩土介质耦合作用的前提下 ,基于流固耦合力学理论 ,建立了土壤中非稳态渗流问题的流固耦合数学模型 ,并对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行拟解析求解 ,讨论其压力动态特征 ,分析压力随饱和度 S及时间 t变化的情况 ,为实验室确定压力饱和度渗透率三者之间的关系提供理论依据。

煤层气非饱和流阶段非稳态流固耦合渗流的一维摄动解析解

煤层甲烷运移包含渗流场、变形场和应力场的动态耦合过程 ,考虑到渗流过程中水 气两相不溶混流体与固体耦合作用 ,建立了非饱和水流阶段非稳态渗流问题的流固耦合数学模型 ,对该强非线性数学模型采用摄动法及积分变换法进行解析求解 ,并讨论了其压力动态特征 ,分析了压力随饱和度S及时间t变化的情况和气相以及耦合作用的影响 .图 4,参 6 .

基于孔隙网络模型的非稳态两相渗流模拟研究

为了解决微观驱油中存在的严重黏性指进问题,将动态网络模拟算法与非稳态渗流理论相结合,研究了多孔介质中的非稳态两相渗流机理和压力传播过程。在验证模拟方法可靠性的基础上,分析了非稳态两相渗流过程中流体渗流与压力传播的规律,得出了注入流体速度、不利黏性比、压力传播和渗透率梯度等因素对黏性指进的影响规律,进而得到抑制黏性指进的措施。研究结果表明:孔隙尺度渗流过程中,孔隙流体压力传播影响压力波及区域内流体黏滞力和毛细管压力之间的平衡,进而影响两相流体界面移动,因此在孔隙尺度渗流模型中,考虑压力传播是准确描述两相流体界面移动的重要前提。在此基础上,提出了抑制黏性指进的措施:①在渗透率梯度减小的方向上,压力传播速度逐渐降低,注入流体能够在压力波及范围内进行较为均匀地推进,从而有助于提高流体波及效率;②以较慢的注入速度和沿孔喉半径减小的方向注入驱替介质将能够有效地稳定驱替前缘,从而达到提高微观驱油效率的目的。

一种非稳态气体渗流条件下岩石渗透特性参数计算方法及应用

提出了一种非稳态渗流条件下岩石材料气体渗透特性参数的计算方法。首先将气体滑移方程代入非稳态渗流偏微分方程,利用Picard-Newton差分迭代格式建立非稳态渗流方程的数值解。基于此数值解,对非稳态渗流气压变化曲线进行拟合,利用最小二乘原理反算确定最优的绝对渗透率和滑移因子。算例表明,计算稳定收敛,对步长和随机误差不敏感,同时能够准确捕捉渗透性能参数的微小变化。最后,利用该方法成功测试了位于中国高放废物处置首选预选区的甘肃北山坑探设施硐室掌子面花岗岩的气体渗透特性。提出的方法所需输入数据的获取手段简单,核心算法便于数值实现,可以应用于地下工程围岩的气体渗透性能测试。

致密储层渗透率测试的稳态与非稳态法对比研究

渗透率是油气藏储层评价、产能计算及制定合理的开发方案所需关键参数之一。针对常规稳态法测试致密储层岩石渗透率效率低下、试验过程易受环境温度影响等缺点,使用脉冲衰减渗透率测试仪对39块致密岩石稳态法克氏渗透率与非稳态脉冲衰减渗透率进行系统的对比研究,分析岩样渗透率、试验操作方法及有效应力组合方式等因素对测试结果的影响。研究结果表明,相同净围压条件下致密岩石脉冲渗透率小于克氏渗透率,脉冲渗透率平均约为克氏渗透率的47.26%,岩样渗透率越小,则两种渗透率之间的差别越大。误差分析表明,脉冲渗透率试验初期岩样短时间承受的9 MPa高围压和其高围压、高孔隙压力组合的有效应力施加方式对脉冲渗透率测试结果具有一定程度的影响,但仍无法完全解释两种渗透率的总体误差。数学拟合表明,取自同一区块的露头砂岩岩样脉冲与克氏渗透率相对误差与脉冲渗透率具有较好地对数函数关系,由数学推导获得该露头砂岩储层岩石脉冲渗透率与克氏渗透率的转换关系。

低渗气藏多级压裂水平井非稳态流动裂缝设计

对于低渗气藏,采用分段压裂水平井技术可以达到经济效益最大化。基于点源函数法和能量守恒方程,建立非稳态气藏渗流与井筒压降耦合模型,刻画气藏介质—裂缝—井筒的流动特征,采用非线性迭代法求解耦合系统,融入平均压缩因数迭代法修正结果。对于某气藏,应用耦合模型设计最优压裂方案,优化单裂缝参数,以单裂缝最优几何形态为基础,优化双裂缝和多裂缝设计方案,包括裂缝位置、条数等。结果表明:相同体积、不同几何形态裂缝的产量差别很大,垂向—水平渗透率比越大,越应减小裂缝的垂向尺寸;固定裂缝几何形态,裂缝位于气藏中部时产量最高;流动早期,裂缝数量的增加使流量提高,随开采进行裂缝数量增加优势逐渐不明显;结合压裂成本、油价等因素,确定多裂缝系统最优裂缝数为3条。耦合模型与数值模拟结果误差在15%以内,验证模型的可靠性,系统化裂缝设计方法为低渗气藏压裂水平井提供指导。

特低渗油层非达西渗流压裂水平井非定常渗流产能预测新方法

建立了反映特低渗透油层基质-裂缝非达西渗流条件下水平井耦合非定常流动的渗流数学模型,形成了非达西渗流条件下压裂水平井非定常渗流产能预测新方法。利用优化设计数值模拟研究裂缝长度、裂缝条数、裂缝分布、水平井长度、裂缝间距、裂缝导流能力等对压裂水平井开发效果的影响,揭示了压裂水平井基质-裂缝耦合两相流动开采变化规律。计算结果与试验动态数据变化规律相符,有效指导矿场压裂水平井优化设计。

大庆敖南特低渗油层非达西渗流压裂水平井优化技术

为了反映特低渗透油层基质-裂缝-水平井耦合流动的非达西渗流规律,完善非达西渗流条件下压裂水平井非定常渗流产能预测方法,建立完整的数学模型。对大庆敖南油田压裂水平井进行了优化设计数值模拟研究,研究了裂缝长度、裂缝条数、裂缝分布、水平井长度、裂缝间距、裂缝导流能力等对压裂水平井开发效果的影响,揭示了整体压裂基质-裂缝耦合两相流动开采变化规律。该模型物理概念清晰,模型先进,计算结果与试验和矿厂动态数据变化规律相符和吻合,可有效指导现场进行水平井压裂优化设计。

页岩气井产能动态评价技术

页岩气储层具有特低孔、特低渗特征,压力扩散速度慢,测试求产压力递减快,现场无法快速准确评价气井产能。采用稳态和非稳态渗流理论相结合的方法,以稳态渗流理论为基础,建立适用于不同页岩区块的产能计算公式。利用非稳态渗流理论,考虑不同产量下地层压力和井底流压随时间的变化,确定生产压差稳定时的压力作为产能计算时的输入值,确保产能计算的可靠性。对威荣-永川页岩区块8口井进行产能评价,与“一点法”计算结果进行对比,计算精度由59.7%提高到93.1%。页岩气井产能动态评价技术可为页岩气开发评价及方案制定提供可靠的理论技术支撑。

深海能源土流变和非稳态多场影响的井壁稳定分析

针对深海能源土中钻井时井壁稳定问题,考虑储层中非稳态渗流场、温度场和土体流变特性,并结合屈服准则,建立井壁稳定解析模型。通过分离变量法求解渗流和温度场控制方程,得到与空间、时间相关的压力、温度分布的解析解;利用水合物相平衡曲线确定水合物分解锋面,考虑分解对储层黏弹力学参数的影响,通过拉普拉斯变换求得考虑渗流影响的井周应力和位移。通过参数分析考察了渗流场及温度场分布的特点以及地层力学参数劣化对井壁稳定的影响。结果表明,渗流场和温度场的影响范围随时间向外推进,渗流场的传递速度更快;分解区与未分解区的剪切松弛模量之比为定值时,整个地层应力随时间单调变化;水合物分解导致分解区η_K劣化程度较低时,井壁处等效应力在稳态之前会达到极值,井壁失稳危险较高。

有限元强度折减法在涉水岸坡工程中的应用

随着大中型水库的陆续兴建,形成了大量的涉水岸坡,库水水位的波动将影响这些岸坡的稳定性,可能诱发水库滑坡,甚至形成地质灾害.库水水位的变化将引起岸坡体内地下水的非稳态渗流,因此其稳定性分析变得十分复杂.目前,设计人员大都采用经验概化,或者照搬规范的方法,使设计中主观性和定性的成分比较高.本文重点介绍了作者近几年围绕涉水岸坡的稳定性分析所取得的一些研究成果.其中,包括库水水位变化过程中浸润面位置的求解、有限元强度折减法在涉水岸坡稳定性分析及埋入式抗滑桩治理工程中的应用.

水平井Fetkovich／Arps联合产量递减分析方法

分析油气井的产量变化规律是制定油藏开发方案的重要基础。通过求解水平井三维不稳态渗流数学模型，给出了水平井在定井底流压生产条件下的产量递减规律，指出了在拟稳态期其产量递减符合Arps指数递减形式。根据扩展后的Fetkovich定义，建立了水平井Fetkovich／Arps联合产量递减图版，对参数拟合方法进行了详细分析和实例计算，结果表明该方法具有较强的实用性和准确性。

压敏储层渗透率分布规律研究

通过定义压敏油藏的无量纲变异系数,得到油藏渗透率变化的控制方程。在采用零维近似解的基础上,结合Laplace变换和Stehfest数值反演求解了无限大边界、定压边界和封闭边界3种外边界油藏单井生产的渗透率变化模型,并预测了这3种模型的渗透率变化趋势。结果表明,在油藏压力下降的同时渗透率会明显下降;随着压力不断减小,压力下降对渗透率变化的影响也逐渐减弱。而不同的油藏外边界会使渗透率呈现出不同的变化规律。