课程思政示范课建设与研究——以“油气田开发工程系统导论”课程为例

课程理论讲授与思政教育相结合已成为研究生教育的重要支点。“油气田开发工程系统导论”是油气田开发工程专业的一门研究生专业基础课,该课程为研究生以后的专业学习及科学研究奠定了基础。以该课程为例进行课程思政示范课的建设和研究,将中国石油发展史、油气渗流与数值模拟理论发展、稠油热采技术与提高采收率方法、复杂结构井技术与发展等以案例的形式融入课程教学中,以课堂教学为主要途径,专业知识与思想政治理论学习并行,培养有大格局、石油精神的综合型人才。

常规稠油底水油藏氮气泡沫控制水锥技术研究

通过室内实验优选出发泡能力最佳的发泡剂,并对其浓度进行了优选实验,研究了岩心渗透率、岩心含油饱和度及气液比对泡沫阻力因子的影响。利用数值模拟方法,研究了用氮气泡沫控制底水锥进技术。在水锥锥进的生产井中,用高压注入氮气和发泡剂溶液,然后关井焖井一段时间后再开井生产,进行多轮次的氮气泡沫吞吐。利用数值模拟方法,对常规稠油底水油藏氮气泡沫控制水锥技术的开发方式、焖井时间、日排液量、注入方式以及转注时机进行了优化。

热力泡沫复合驱提高稠油采收率研究

蒸汽驱开采稠油油藏时存在蒸汽超覆和蒸汽窜流,降低了蒸汽的波及效率。国内外采用注蒸汽的同时添加非凝析气体和耐高温起泡剂,进行热力泡沫复合驱,取得了令人满意的效果。利用物理模拟驱替实验和数值模拟技术,研究了热力泡沫复合驱提高稠油采收率的机理及开发效果。实验研究表明:蒸汽驱转热力泡沫复合驱后,驱油效率在蒸汽驱的基础上提高38.5%,达到81.0%。辽河高升油田的数值模拟研究表明:热力泡沫复合驱的采收率高于单一蒸汽驱,泡沫能够封堵蒸汽窜流通道,抑止蒸汽超覆,改善油藏的温度分布,是一种行之有效的三次采油方式。

热力泡沫复合驱物理模拟和精细数字化模拟

根据稠油热采三维物理模拟相似准则,得到胜利孤岛油田特稠油油藏蒸汽驱及后续转热力泡沫复合驱三维物理模拟的实验参数并进行相关实验,基于实验结果,对蒸汽驱及后续热力泡沫复合驱进行三维精细数值模拟研究。结果表明,蒸汽驱后转热力泡沫复合驱可有效抑制蒸汽窜流、改善蒸汽波及状况进而提高稠油采收率。利用三维精细数值模拟技术优化设计的热力泡沫复合驱工艺参数为:最佳方式为泡沫段塞注入,最优蒸汽注入速度为25 mL/min,氮气注入速度为1000mL/min(标准状况),泡沫段塞注入时间为1.0min,段塞间隔时间10～20min;利用相似准则对优化结果进行反演计算,可得到现场最优注采参数,该条件下特稠油油藏采收率可达到42.15%,较单纯蒸汽驱最终采收率(29.64%)提高12.50%。

氮气泡沫开发稠油底水油藏的物质平衡方程

稠油底水油藏蒸汽吞吐过程中易形成底水在加热范围内的锥进,在底水锥进严重的生产井底部高压注入氮气泡沫,可以将水锥压回原始油水界面。将注氮气泡沫压水锥的过程看作气驱油、油驱泡沫和泡沫驱水3个过程,建立了多轮次蒸汽吞吐后注氮气泡沫控制稠油底水油藏底水锥进的物质平衡方程,得到了泡沫分离的氮气和表面活性剂溶液的启动油量、原油富集带厚度以及底水面深度的计算方法。对胜利油田某稠油底水油藏的一口生产井实施注氮气泡沫压水锥进行了计算,结果表明,对于600 m3/h的注氮气速度,注泡沫19 d可将水锥压回原始油水界面,最优的射孔高度距原始油水界面14.26 m。

多孔介质中稳定泡沫的流动计算及实验研究

将多孔介质简化为一簇变截面毛管束,根据多孔介质的颗粒直径、颗粒排列方式、孔喉尺度比及束缚水饱和度,计算出变截面毛细管的喉道半径和孔隙半径.在考虑多孔介质喉道和孔隙中单个气泡的受力和变形基础上,利用动量守恒定理,推导出单个孔隙单元内液相的压力分布和孔隙单元两端的压差计算公式,最终得到多孔介质的压力分布计算公式.利用长U型填砂管对稳定泡沫的流动特性进行了实验研究.研究结果表明:稳定泡沫流动时多孔介质中的压力分布呈线性下降,影响泡沫在多孔介质中流动特性的因素包括:多孔介质的孔喉结构、泡沫流体的流量和干度、气液界面张力、气泡尺寸,其中孔喉结构和泡沫干度是影响泡沫封堵能力的主要因素。

稠油油藏注蒸汽储层热伤害规律实验研究

针对稠油油藏注蒸汽过程中储层的热伤害问题,研究了稠油油藏热采过程注入的高温、高pH热流体对储层渗透率的影响,研究中利用正反向流动实验方法,研究了高温冷凝液注入疏松砂岩后引起的微粒运移作用及储层渗透率的变化特征;并利用储层矿物的水热反应实验,分析了疏松砂岩油藏注蒸汽开发过程中的微粒运移机理。实验结果表明,注蒸汽过程中,稠油油藏储层渗透率随温度及pH值的升高而降低。高速流动的蒸汽及冷凝液造成储层内固相微粒的运移及滞留,使储层非均质性进一步加剧;同时,高温、高pH的蒸汽冷凝液既促使黏土矿物发生膨胀又造成储层矿物发生溶解与转化,从而进一步加剧了稠油油藏疏松砂岩储层的储层热伤害。

物质平衡法在氮气压水锥技术中的应用

稠油底水油藏经过多轮次蒸汽吞吐所形成的加热范围为受热降黏后的原油提供了流动空间,但同时容易造成底水的快速锥进。基于氮气控制底水锥进以及提高原油采收率的机理分析,把注氮气压水锥的过程简化为气驱油和油驱水两个过程,利用物质平衡法对多轮次蒸汽吞吐后稠油底水油藏的氮气压水锥工艺进行了研究,得到了蒸汽吞吐加热范围内注氮气过程中油气界面、油水界面、注入氮气的启动油量以及原油富集带体积的计算方法。对胜利油田某底水稠油生产井的氮气压水锥过程进行了相应计算,由计算结果可知:以600、900和1 200 m3/h(标准状况)的注氮速度分别注氮20、13和10 d可以将水锥压回原始油水界面,富集油带厚度分别达到12.45、12.14和12.45 m,实现抑制水锥再次锥进和增加原油产量的目的。

多孔介质中气泡的生成机理及流动特性研究

根据组成多孔介质的颗粒直径、颗粒排列方式、孔喉比、束缚水饱和度,将多孔介质简化为一簇变截面毛管组成的毛管束。利用质量守恒原理和动量定理,推导出单个孔隙单元内液相压力梯度和壁面剪切应力的计算公式,得到泡沫稳定流动状态时多孔介质中的压力分布以及泡沫当量直径的计算方法。通过对喉道处气泡的受力分析,推导了截断再生气泡的当量直径计算公式。利用长U型填砂管对多孔介质中稳定泡沫的流动特性进行了实验研究。研究结果表明:稳定泡沫流动时多孔介质中的压力分布呈线性下降,孔喉结构和泡沫干度是影响泡沫封堵能力的主要因素。

多孔介质中流动泡沫的压力分布计算

将多孔介质简化为一簇变截面毛细管组成的毛细管束,根据多孔介质的颗粒直径、颗粒排列方式、孔喉尺度比以及束缚水饱和度,计算出变截面毛细管的喉道半径和孔隙半径。在考虑多孔介质喉道和孔隙中单个气泡的受力和变形基础上,利用质量守恒定理和动量守恒定理,推导出单个孔隙单元内液相的压力分布和孔隙单元两端的压力差计算公式,最终得到多孔介质的压力分布以及多孔介质中泡沫当量直径计算方法。利用长U型填砂管对多孔介质中稳定泡沫的流动特性进行了实验研究,并对实验结果和计算结果进行了对比。结果表明:稳定泡沫流动时多孔介质中的压力分布呈线性下降,孔喉结构和泡沫干度是影响泡沫封堵能力的主要因素;泡沫的封堵能力随泡沫干度的增加而先增加后降低,在泡沫干度为85%时达到最强封堵能力。

研究生导师在就业指导工作中的角色和任务

随着就业市场竞争的越发激烈、经济的起伏以及高校的扩张,高校毕业生面临着众多的就业问题,这些问题也成为研究生导师在日常工作中需要考虑和解决的。教师应该从工作实际出发,引导学生树立起正确的就业观念,培养学生职业化的素养、帮助学生制定合理的就业规划,以帮助研究生导师更好地进行就业指导工作。

石油工程专业生产实习实训内容与教学方式的优化

生产实习是重要的实践教学环节,有助于提高大学生对所学专业知识点的认知水平及现场实物的操作能力。目前,各高校在生产实习过程中遇到了很多新问题,主要体现为三方面:教学方案不完善、动手操作机会少和实习内容繁杂,这与目前国家迫切需要培养应用型人才的目标不相匹配。因此,我国高校亟须探索出一条有效的途径以保证生产实习教学环节的质量和效果。本文分析了国内外石油工程专业生产实习的现状,针对现存的问题并结合工作实际,提出了"校内外联合培养、精细化实习内容、全方位考察总结"的整体思路。在辽河油田实习基地连续应用了5年,取得了明显成效。

垂直井筒内超临界蒸汽流动过程中的传热特性计算与分析

为了系统研究超临界蒸汽在井筒中的流动规律并准确计算其流动过程中的传热特性与热损失量,在对超临界蒸汽的物理化学性质进行数学描述的基础上,综合考虑超临界蒸汽的物理化学性质及其流动过程中的传热规律,基于质量守恒、动量守恒与能量守恒原理,建立了垂直井筒内超临界蒸汽流动过程中的热损失计算数学模型并进行了相应的敏感性分析。研究结果表明,井筒内超临界蒸汽的压力随井深增加而增大,温度随井深增加而降低;对于3000 m井深而言,当注汽速率达到12 t/h时,井筒沿程温度呈现略微降低后又逐渐升高的波动特征,而当注汽速率为8 t/h时,温度降低后在井深约为850 m处开始增加,至约2300 m处又逐渐降低;初始注汽温度越高,井筒沿程温度下降越快,同时压力升高越快,在井深为1000 m处,注汽温度为400℃时的温度降低幅度仅为0.45%,而注汽温度为450℃时的温度降低幅度却达到5.17%;超临界蒸汽流动过程中,如果注汽速率过低或井筒深度过大,均会呈现相态转变特征,注汽速率为2 t/h时的相态转变深度约为1000 m,而注汽速率为4 t/h时的相态转变深度约为2150 m。

注过热蒸汽井筒沿程参数及加热半径计算模型

过热蒸汽是单相的气体,以气液两相流理论为基础的普通蒸汽热损失计算模型对其不再适用。通过引入过热蒸汽PVT数据体,建立了注过热蒸汽井筒沿程参数计算模型。在一定假设的基础上,理论推导出了过热蒸汽带面积、加热带半径等的数学表达式。利用蒸汽沿程参数计算模型对肯基亚克油田盐上油藏X16井不同状态水蒸汽的沿程变化进行了计算,结果表明:计算结果与现场测试结果对应较好。分析认为,随着热量的传递,过热蒸汽的温度变化较大,压力变化也大于普通蒸汽,到达井底的蒸汽干度特别高,其热焓值比注普通蒸汽有大幅度提高,加热半径也有所增加。

水平井蒸汽吞吐加热半径和地层参数计算模型

蒸汽吞吐水平井加热半径和焖井后地层温度和压力的计算是水平井产能评价和动态预测的基础。由于蒸汽沿着水平段流动有摩擦损失,因而蒸汽的压力、温度和干度沿着水平段的分布是不均匀的。根据水平井变质量流和传热学原理,基于质量守恒、动量定理和能量守恒及镜像反映和势叠加原理,建立了水平井蒸汽吞吐加热半径和焖井后温度压力计算模型。以某油藏参数为基础,对该模型计算结果与数值模拟结果进行的比较发现,二者基本吻合,从而验证了模型的正确性。

稠油氮气泡沫辅助蒸汽驱可视化实验研究

针对稠油蒸汽驱采收率偏低的问题,利用二维物理模拟设备开展N2泡沫辅助蒸汽驱可视化实验研究,得到了泡沫注入前后油层波及情况以及泡沫驱的微观图像,并对泡沫驱微观机理进行了分析。实验结果表明:由于油水黏度的差异,注采井间容易出现黏性指进现象,从而产生明显的汽窜通道,油层波及范围有限;泡沫驱过程中,泡沫占据多孔介质中的大孔道,使后续流体发生转向进入小孔道,从而扩大油层波及范围;泡沫驱结束后,油层最终波及范围可达到77.93%,比单纯蒸汽驱提高了31.75个百分点;同时,泡沫的乳化作用能够有效地剥离多孔介质中的残余油,从而增大微观驱油效率。

稠油油藏高温凝胶改善蒸汽驱开发效果可视化实验

针对稠油油藏蒸汽驱汽窜现象严重的问题,为了研究高温凝胶改善稠油注蒸汽开发的效果,利用二维可视化物理模拟设备,通过图像采集系统对比了注入高温凝胶前、后的图像,并全程跟踪了蒸汽驱开发稠油时汽窜产生的过程以及注高温凝胶后蒸汽驱油层的波及情况,据此研究了利用高温凝胶改善蒸汽驱开发效果的微观机理。实验结果表明:稠油蒸汽驱过程中,由于压力梯度的差异,注采井间容易形成窜流通道;蒸汽在油层中产生明显的指进现象,从而降低蒸汽的波及范围,窜流通道两侧存有大量的剩余油;凝胶溶液首先进入窜流通道,并占据颗粒间的大孔隙,成胶之后对高渗通道有良好的封堵作用;后续注入的蒸汽绕过主流通道,能够进一步驱出剩余油。驱油结果表明:注入凝胶之后的最终波及效率能够达到70.44%,最终驱油效率达到60.45%,分别比单纯蒸汽驱提高了22.35%和15.17%。

高压环境双水平井SAGD三维物理模拟实验

针对原始地层压力较高且难于在短期内降压的特稠油油藏,为了研究双水平井SAGD在高压环境下的开发效果,利用高温、高压三维物理模拟系统进行了SAGD物理模拟实验,并分析了在原始地层压力较高的特稠油油藏中进行SAGD生产的各项特征。研究结果表明:与低压环境下的SAGD生产过程相比,在高压环境下蒸汽腔发育过程虽然也分为3个阶段,但是蒸汽腔体积小,横向扩展范围有限;生产过程中没有出现稳产阶段,产油速率和油汽比在达到最大值以后迅速降低,大量原油在高含水和低油汽比阶段被产出;生产过程中热损失速率先缓慢、后迅速增加,最后保持稳定,与蒸汽腔发育的3个阶段相对应。根据实验研究结果可知,在高压环境下进行SAGD生产难以取得较为理想的开发效果,低压环境下SAGD开发的采收率远高于高压环境下SAGD的采收率。因此,高压环境下实施SAGD不能有效释放蒸汽潜热从而提高稠油油藏采收率,在能降低油藏压力的条件下,应首先利用适当工艺措施降低油藏平均压力,再实施SAGD开发。

稠油油藏气体-泡沫辅助注蒸汽实验与数值模拟

针对蒸汽吞吐过程中由于能量不足以及严重汽窜等导致热效率低、吞吐效果变差的问题,从室内物理模拟以及数值模拟两方面,开展了在蒸汽中添加气体及高温泡沫以改善蒸汽吞吐开发效果的研究。首先,通过引入泡沫综合指数,筛选了合适的发泡剂;其次,进行了4组室内平行双管实验,分别为单纯蒸汽驱、蒸汽-烟道气泡沫驱、蒸汽-氮气泡沫驱以及蒸汽-氮气驱。实验结果表明:在注入条件相同的情况下,蒸汽-烟道气泡沫驱和蒸汽-氮气泡沫驱均能够有效地封堵高渗管,启动低渗管,与单纯蒸汽驱相比,采出程度最高分别提高了28.98%和26.04%;蒸汽-氮气驱调剖效果有限,不能有效地启动低渗管,采出程度比单纯蒸汽驱提高了10.56%。结合物理模拟的结果,采用数值模拟方法,分析了地层参数对烟道气-泡沫辅助吞吐和单纯蒸汽吞吐开发效果的影响,结果显示,对于层薄、油稠的非均质油藏,烟道气-泡沫辅助吞吐与单纯蒸汽吞吐相比具有显著的优势,能够有效地提高蒸汽吞吐开发效果。对河南油田井楼零区烟道气-泡沫辅助蒸汽吞吐方案进行了参数优化,得到最佳日注汽量为100 m^3,最佳气汽比为12,最佳焖井时间为7 d。

孤岛油田底水稠油油藏注氮气辅助蒸汽吞吐的选区新方法

在注入相同蒸汽量的基础上分析注氮气辅助蒸汽吞吐效果时,许多学者忽略了注入总热量对蒸汽吞吐的影响。在注入总热量相同的条件下,通过分析孤岛油田底水稠油油藏特征,选取研究区3种典型地层参数,即油层厚度分别为2-5,5-8和8 m以上,渗透率分别为500×10^-3,1 000×10^-3,2 000×10^-3μm^2,对应的孔隙度分别为30%,35%和40%,利用数值模拟技术从增油量、加热半径和底水锥进程度3个方面,对注氮气辅助蒸汽吞吐的效果进行了对比。建立了强底水和弱底水条件下普通稠油以及特稠油油藏注氮气辅助蒸汽吞吐地层参数的筛选图版,利用该图版可有效分析底水稠油油藏注氮气辅助蒸汽吞吐的可行性。研究结果表明：孤岛油田东区Ng3和中二北Ng5油层适合注氮气辅助蒸汽吞吐;孤北1区Ng3油层不适合注氮气辅助蒸汽吞吐。