深层天然裂缝性页岩储层水力压裂光纤监测远场应变分析

四川盆地南部地区(下文简称川南地区)深层(埋深大于4000 m)页岩储层天然裂缝发育,地应力分布复杂,水力压裂过程中套管变形等问题严重制约了页岩气资源的高效开发。为了解决深层页岩储层天然裂缝压裂过程中远场应变监测问题,采用邻井光纤(DAS)应变监测技术对泸州区块A平台2口井拉链式压裂过程进行监测,并结合压裂施工设计和储层特征对监测结果进行分析和讨论。研究结果表明:①300~350 m监测井距和泵送式套内光纤布设方式可以对远场裂缝窜通演化评估提供大量有利数据,但对压裂井主体改造区域提供的相关信息较少;②同一平台不同井压裂时远场应变响应差异可能很大,高风险井的压裂施工参数设计对远场裂缝窜通起到了关键影响作用,低风险井主要表现为跟随作用,裂缝窜通区域一旦形成,极易演变成2口压裂井共同的裂缝窜通区;③远场应变响应区域与当前压裂段相对位置可能相差200~300 m,同井不同段间的应变沟通会提前形成,与当前压裂段可能相差400~500 m;④深层页岩储层天然裂缝压裂形成的远场裂缝形态具有全新特征,包括普遍性的倾斜裂缝和挠曲段地层附近的水平层理缝2类情况。结论认为,低频DAS应变监测技术提供了深层页岩储层天然裂缝压裂过程中远场应变演化分析的新方法,可与地质工程一体化压裂设计方案、套变机理与防控研究等工作结合,助力该区深层页岩气的规模效益开发。

水力压裂分布式光纤传感联合监测技术研究进展

水力压裂分布式光纤传感监测技术已成为非常规储层开发的重要技术之一,为使业界进一步明确和了解不同类型传感技术的物理机理、技术特性和理论模型,促进该技术更加快速有效地推广和应用,本文针对分布式温度传感(DTS)、分布式声波传感(DAS)和基于瑞利频移的分布式应变传感(DSS-RFS)3种技术在水力压裂监测中的应用情况,从不同传感技术的物理机理和主流安装方式出发,系统地总结分析了各类传感技术现场应用的典型案例和技术特点,以及对应的监测解释理论模型的研究现状。最后结合水力压裂监测矿场实验的最新实例,总结了未来开展水力压裂分布式光纤联合监测的技术思路。研究结果表明:(1)水力压裂分布式光纤传感联合监测技术能够在压裂工艺设计、裂缝扩展反演、邻井干扰监测和压后效果评价等诸多方面提供重要的实时数据和解释结果,不同类型传感器所对应的理论模型有不同程度的发展;(2) DTS本井温度监测是水力压裂光纤监测和评价的重要组成部分同时具有一定程度的多解性,DAS邻井应变率监测和DSS-RFS本井应变监测能够直接反馈裂缝扩展和裂缝演化过程中的相关应变,今后将成为水力压裂裂缝评价的重点发展领域;(3)分布式光纤传感技术在未来的有效应用除了需要发展更加准确高效的机理模型外,同时也有赖于大数据处理和深度学习算法与之高度融合,从而实现监测过程的数据筛选、模式识别和关键参数的快速反演。结论认为,科学有效地设计和采用多种分布式光纤传感对水力压裂过程和压后生产过程进行联合监测和数据分析解释,可在很大程度上实现压裂液/支撑剂分布、暂堵转向、级间干扰、压裂冲击和裂缝形态的解释分析,以及压后生产剖面反演和裂缝有效性分析,为分布式光纤传感技术在我国非常规资源开发中的应用提供了技术参考。

井下实时温度监测现场应用及理论模型研究新进展

从常用的井下温度传感器的原理和特点出发,介绍了国内外目前比较典型新颖的井下实时温度监测应用,并对应用情况进行了总结。论述了目前最新的井下实时温度数据解释技术,其技术发展热点主要集中在:温度数据辅助历史拟合改善油藏描述质量、近井区域地层伤害情况表征和基于压力-温度耦合的多层测试新方法。通过对井下实时温度监测现场应用的调研和理论模型研究新进展的分析,为井下实时温度监测的应用和解释方法提供了指导。

多层合采油藏分层测试新方法可行性分析

实时井下温度和压力传感器目前已经成为国外许多陆上和海上油田智能完井的必要组成部分,成为进行动态油藏监测的重要手段之一。针对井下传感器这一新型井下测量工具的广泛应用,提出了一种针对多层油藏分层属性测试的新方法,即应用井下温度传感器代替传统的分层测试中的流量计,用实时温度测量代替反复多次的生产测井作业。针对新提出的测试方法建立了井筒—油藏耦合的数学模型,并应用数学模型探讨了该方法的可行性。通过对不同分层伤害表皮系数和分层渗透率分布的计算和分析,发现多层油藏中井筒流体的温度主要受2大机理控制:一是各产层之间的渗透率差异,这种差异主要影响各产层间的流量分配;二是产层中由于地层伤害引起的压力梯度差异,基于焦耳—汤姆森效应,近井地带的压力梯度变化会引起明显的温度变化,这种温度变化将对确定各产层地层伤害情况起决定性作用。研究认为,井筒流体的瞬态温度变化对多层油藏的分层属性差异很敏感,该方法是具有研究可行性的,并且其对于中国陆上和海上油田采用井下温度和压力传感器及进一步进行智能井完井具有很好的推动作用。

基于瞬态温度压力监测的分层测试反模型

多层油藏的传统分层测试方法是基于瞬态流量压力耦合模型建立的,但是由于实际生产过程中进行井下瞬态流量测量具有很大难度,且精度较差,因此传统分层测试方法的后期解释结果受瞬态流量影响很大,经常出现较大误差。利用目前被大规模应用的永久式井下温度和压力传感器,提出了基于瞬态温度压力耦合模型的分层测试方法,在前期正模型和可行性研究的基础上,着重研究了该方法中最为关键的反模型部分。通过建立合理的目标函数,应用Levenberg-Marquardt算法,建立了用于回归多层油藏分层属性的反模型,并编制程序进行求解,实现了通过瞬态实测温度和压力对多层油藏分层属性参数(渗透率、伤害渗透率和伤害半径)的求解。通过双层合采和4层合采油藏2个算例,对该测试方法的测试流程、数据选取要求、解释步骤和解释精确度进行了分析。结果表明,所建反模型可以与前期工作建立的正模型配合使用,解释效果较好。基于瞬态温度压力耦合模型的分层测试方法大大缩短了测试时间,对生产影响较小,解释精度高。

基于卷积神经网络的砂岩数字岩心绝对渗透率计算方法

基于卷积神经网络深度学习理论探讨了砂岩数字岩心绝对渗透率的计算方法和相关的重要影响因素。研究选取了3种具有代表性的砂岩样品包括Bentheimer砂岩、Berea砂岩和Doddington砂岩的数字岩心,比较了采用N-S方程法和孔隙网络模型法计算绝对渗透率的差异性;探讨了对砂岩样品进行切割生成子样品时,3种不同子样品尺寸对绝对渗透率均值和不同方向渗透率分量的影响。在此基础上基于200×200×200尺寸对原砂岩数字岩心进行切割获取子样品,并对全部子样品进行微观渗流模拟计算获得相应的绝对渗透率,建立了用于深度学习的数字岩心子样品数据库。基于该数据库讨论了卷积神经网络系统搭建过程中的关键参数如学习率和丢弃率等的选择方法。训练学习后对测试集子样品进行测试,预测值与真实值差异在5%以内,证明了该方法的有效性。

模拟退火法结合两点簇函数重构与表征页岩有机质各向异性

页岩有机质及其孔隙分布与页岩吸附气含量和气体微观渗流机理密切相关,研究表明页岩中有机质分布在孔隙尺度下具有各向异性特征,然而现有的页岩数字岩心重构算法未能对该特征进行有效描述。本文针对页岩样品中有机质分布的各向异性特征,提出在数字岩心传统模拟退火数值重构方法基础上引进两点簇函数作为表征有机质分布连续性的统计指示函数。两点簇函数虽然属于两点概率函数,但是含有高阶结构信息,因此两点簇函数较之两点相关函数是对结构变化敏感性更强的统计指示函数。本文介绍了耦合两点簇函数的模拟退火算法模型,并以四川盆地下志留系龙马溪组页岩岩心样品为例详细论述了"样品成像—图像处理—函数提取—重构计算"的系统性方法流程。研究通过场发射扫描电镜实验和聚焦离子束—场发射扫描电镜实验和图像处理,获得了孔隙尺度下的页岩有机质及其孔隙分布,并从中提取了岩心样品在三个正交方向的统计关联函数包括单点相关函数、两点相关函数、线性路径函数和两点簇函数。论文建立了有机质团块三维重构的有效方法,并将以上统计关联函数应用于"双重区域"模拟退火法重构过程,分别获得有机质、有机质孔隙和基质孔隙的重构模型,通过将三者耦合获得页岩样品最终的数字岩心三维重构模型。重构页岩数字岩心三个正交方向的两点簇函数分布曲线表明有机质具有明显的各向异性。通过比较真实页岩样品与重构页岩数字岩心的有机质等体积半径分布、有机质面积、有机质延伸率等参数分布,证明了两点簇函数方法表征页岩有机质各向异性分布特征的有效性,该方法可应用于页岩数字岩心重构的相关研究工作中。

页岩水化微观孔隙结构变化定点观测实验

基于4种不同类型页岩露头岩样的水化实验,应用场发射扫描电镜对实验样品水化前、后的微观孔隙变化进行定点观测与对比分析。研究表明高含量的蒙脱石及碳酸盐类矿物有助于水化作用形成溶蚀孔及矿物颗粒的松动和脱落;样品原有的矿物颗粒排列、胶结状况和微裂隙发育情况对水化后溶蚀孔的形成和矿物颗粒的脱落具有重要影响;水化作用未改变有机质孔隙结构,水化过程中产生的溶蚀孔起源于基质矿物粒间孔和矿物粒内孔,基质孔隙的溶蚀过程也会造成矿物颗粒的松动和脱落;矿物颗粒沿平行层理面压实条件下,垂直层理样品一般较平行层理样品产生的溶蚀孔密度更大、小孔径溶蚀孔占比更高;对于天然微裂缝不发育的页岩样品,水化过程中微裂缝的产生与发展可能与碳酸盐类矿物含量有关。

智能完井温度监测技术在油气田开发中的应用及理论模型研究进展

智能完井条件下的温度监测技术发展历程特别是最新的温度监测理论模型的研究现状,可为井下温度监测技术的进一步应用和深入开展理论研究提供参考。目前油田使用的主流温度传感器包括永久式井下电子压力/温度计和分布式光纤温度传感器2种类型,其中分布式光纤温度传感器由于其特别的环境适应性和采集温度数据的分布式特点使其应用更广泛。温度监测技术的6大应用主要包括气举监测、流动剖面解释、气水锥进诊断、稠油热采监测、增产作业监测评价和储层物性参数反演分析等,其中增产作业监测评价和储层物性参数反演分析2个领域的理论研究进展迅速,不仅研究了温度试井的理论分析方法,而且在传统温度监测模型的基础上,针对水平井多级多簇压裂监测的具体情况进行了大幅度的改进,实现了温度模拟和压裂评估反演的双重功能。

利用数字岩心抽象孔隙模型计算孔隙体积压缩系数

将真实孔隙简化抽象为长椭球孔、扁椭球孔和球形孔3种类型,基于细观力学理论建立数字岩心的三维抽象孔隙模型;结合Eshelby等效介质理论考虑不同类型孔隙微观结构变形的本构关系,在单孔、多孔和混合孔隙弹性变形条件下研究孔隙结构特征对孔隙体积压缩系数的影响。研究表明,数字岩心的孔隙体积压缩系数与孔隙度、孔隙纵横比以及不同类型孔隙体积占比有关:①长椭球孔孔隙压缩系数与孔隙纵横比正相关,扁椭球孔孔隙压缩系数与孔隙纵横比负相关。②孔隙纵横比满足高斯分布且纵横比均值相同,长椭球孔、扁椭球孔纵横比分布越集中孔隙压缩系数越大,相同应力条件下变形量越大。③孔隙压缩系数随孔隙度增大而增大。④孔隙度一定,扁椭球孔、球形孔越多岩石越容易发生变形,孔隙压缩系数越大;长椭球孔越多岩石越不容易变形,孔隙压缩系数越小。通过10种典型数字岩心样品孔隙体积压缩系数计算结果检验,数字岩心真实孔隙体积压缩系数解析计算方法可用于数字岩心样品的孔隙体积压缩系数计算。

页岩储层有机质分布定量分析及重构模型

龙马溪组黑色页岩是四川盆地大中型气藏的重要烃源岩,其中含有的有机质吸附大量的页岩气,准确描述有机质的分布情况对确定页岩气藏开发具有重大意义。针对四川盆地页岩气井取心获得的多块岩样进行场发射扫描电镜观察实验,以面积、周长、紧凑度、延伸率等参数作为关键指标对页岩岩心中的有机质分布规律进行了形态特征定量分析。通过评价分布距离、分布角度等参数,定量表征样品中有机质分布的相对关系,提出了描述有机质团块分散程度的定量分析方法,证明有机质团块具有集聚性,总结了分散距离和分散角度之间的统计规律。根据有机质形态特征和分散程度的定量分析结果,提出并建立了一种基于概率统计的有机质分布重构模型,验证了模型的可靠性。该模型可直观展示有机质在不同尺度下的分布个数与不同有机质间的相对位置关系,准确反映了有机质的面积分布规律、区域聚集程度规律,定量表征了有机质在分布上的非均质性,反映了真实岩心的内部情况,为模拟页岩内部微观渗流特征提供了基础模型。

气井非稳态生产条件下伤害表皮温度表征

井下压力测量是一个相对成熟的技术,井下温度实时测量则是发展中的技术,由井下传感器传输的温度和压力数据具有实时性,在试井中起着重要作用。建立一个气藏压力-温度模型,模拟表现在有地层伤害的情况下气藏中的压力和温度分布。利用无量纲化和拉普拉斯变换,根据地层伤害引起的渗透率变化和渗流条件得出边界条件,可求得气藏流动模型的解析解。地层伤害对气藏压力和温度分布的影响很明显,且气井产量和气藏地层伤害程度也使瞬时温度有不同程度的变化,通过分析瞬时温度的变化可以反推气藏的地层属性。

致密油藏动态渗吸排驱规律与机理

高效开发致密油藏是石油领域的一项重要任务,而渗吸采油作为开发致密油藏的重要机理之一,越来越受到人们的重视。选取新疆油田致密砂岩天然岩心和人造岩心,在室内条件下,利用改进的动态渗吸实验装置,系统地研究基质渗透率、温度、压力、岩心尺寸和裂缝密度等因素对动态渗吸采出程度的影响。通过将实验参数进行无因次化,得到无因次渗吸采出程度归一化模型。利用该模型得到的采出程度大于目前广泛应用的Ma模型计算结果,与动态渗吸实验得到的规律相吻合。研究结果表明:当岩心渗透率处于同一级别时,动态渗吸采出程度既有可能与岩心渗透率呈正相关,也有可能呈负相关;在其他条件相同的前提下,温度越高,岩心长度越短,动态渗吸效果越好;压力对渗吸效果的影响存在一个最佳范围,在本实验条件下为5~7MPa;动态渗吸采出程度的增幅与裂缝密度呈线性正相关。

基于非常快速模拟退火法的页岩岩心双重区域重构方法

页岩储层微观结构在储层开发评价和渗流机理研究方面的重要性日益凸显。但是页岩储层具有低孔、特低渗透、强非均质性和各向异性等特征,应用常规物理实验方法在研究微观渗流方面存在明显的局限性。数字岩心技术已成为研究储层微观结构的重要方法之一,重构方法有其较好的准确性和可靠性。以真实页岩岩心扫描电镜二维图像为基础,利用软件对图像进行分析和数据提取,应用传统模拟退火法重构页岩岩心。针对重构中的问题总结出基于非常快速模拟退火法和双重区域的页岩岩心重构方法。通过改进算法,大幅度的提高重构速度;针对页岩孔隙分布特征,对页岩进行分区域重构,使重构结果更加接近真实页岩岩心。

低渗复杂断块整体压裂裂缝参数优化设计

低渗复杂断块油藏在进行整体压裂改造时,由于其地应力场分布复杂且井网形式不规则,常规整体压裂产量预测方法不再适用。为此,将油藏数值模拟中的新型网格结构———PEBI网格应用到整体压裂优化设计中,实现了不规则井网条件下任意方位裂缝的模拟,并证实了PEBI网格模拟水力裂缝相对于传统直角网格的优越性。根据濮城油田卫42断块压裂注采井网的实际特点,抽象出适用于复杂断块油藏的3种典型的注采井位关系,并在此基础上进行了裂缝与井网匹配关系和裂缝参数的优化研究。指出:在复杂断块油藏的整体压裂中,注采井位相对角度存在最优值,应根据具体地应力方向进行优化;远离断层区域地应力方向一致,应造长缝,断层附近区域地应力方向容易发生偏转,应重点优化缝长;就特低渗透复杂断块油田而言,注采相对井位、压裂规模对于开发效果的影响要远远大于裂缝导流能力的影响。

格子Boltzmann方法模拟多孔介质惯性流的边界条件改进

格子Boltzmann方法可以有效地模拟水动力学问题,边界处理方法的选择对于可靠的模拟计算至关重要.本文基于多松弛时间格子Boltzmann模型开展了不同边界条件下,周期对称性结构和不规则结构中流体流动模拟,阐述了不同边界条件的精度和适用范围.此外,引入一种混合式边界处理方法来模拟多孔介质惯性流,结果表明:对于周期性对称结构流动模拟,体力格式边界条件和压力边界处理方法是等效的,两者都能精确地捕捉流体流动特点;而对于非周期性不规则结构,两种边界处理方法并不等价,体力格式边界条件只适用于周期性结构;由于广义化周期性边界条件忽略了垂直主流方向上流体与固体格点的碰撞作用,同样不适合处理不规则模型;体力–压力混合式边界格式能够用来模拟周期性或非周期性结构流体流动,在模拟多孔介质流体惯性流时,比压力边界条件有更大的应用优势,可以获得更大的雷诺数且能保证计算的准确性.

石油工程本科全英文留学专业课程体系的设计与实践——以中国石油大学(北京)石油工程本科全英文留学专业为例

中国石油大学(北京)在国际化战略指引下,以一流专业为依托全面建设了一批高质量石油工程专业的全英文课程,并以此为基础探索开设了石油工程本科全英文留学专业。从石油工程本科全英文留学专业开设的背景出发,介绍了专业建设的前期工作基础,并以石油工程师协会提出的石油工程专业课程指南为依据进行该专业的课程体系设计。作者调研了全球九个通过ABET认证的石油工程专业的培养方案中的可对比的四大类课程开设情况,均达到与“课程指南”70%以上的拟合度,同时分析了各类课程拟合度差异的具体情况和原因。作者对石油工程本科全英文留学专业的课程体系进行了设计,该课程体系已应用到该专业学生的培养过程中,根据实践情况反映出的问题,作者对课程体系提出了完善建议。

“石油工程专业英语”开课情况调研与分析

经济全球化背景下,国家间的交流合作日益密切,对人才的国际交流与沟通能力提出了更高要求,为此石油院校纷纷开设“石油工程专业英语”课程。但受课程内容广泛性和课程教学多样性等特点的影响,课程教学存在难点,同时基于国际化石油人才培养模式和教学内容需紧跟国际发展,不断创新优化的要求,需对课程教学各方面进行完善。因此,通过对各高校“石油工程专业英语”课程开设情况、教材选用、考核方式等进行对比分析,得出“石油工程专业英语”课程培养目标与定位、授课方式与教材内容、课程时间与教学内容等方面的优化建议,以期为同类院校石油工程专业发展与人才培养提供参考借鉴。

水力压裂分布式光纤声波传感监测的应用与研究进展

非常规储层水力压裂技术日益进步但也面临巨大挑战,分布式光纤声波传感技术作为最新发展的分布式光纤传感技术近年来已开始应用于美国页岩、致密砂岩储层的水力压裂监测中并获得了很好的效果.本文从分布式光纤声波传感技术原理出发,简要阐述了分布式光纤声波传感系统的设备组成和主要安装类型,系统地总结分析了分布式光纤声波传感系统在水力压裂监测中的四种应用的技术原理、油田最新应用发现和相关理论研究进展,这些应用包括井筒活动监测、压裂液剖面监测、微地震监测和应变监测,同时指出各种应用的局限性和相关机理研究的热点问题,为分布式光纤声波传感器在我国非常规资源开发中的应用提供技术参考.

数字岩芯微观结构特征及其对岩石力学性能的影响研究

岩石本质上是一种非均质材料,其力学性质受到微观孔隙结构的影响。通过计算不同岩石微米CT图像的分形维数、孔隙半径分布和孔隙形状因子分布,分析了岩石的微观孔隙结构特征。基于数字岩芯表征单元,用有限元方法开展孔隙尺度下微观变形模拟试验,研究微观孔隙结构对岩石变形的影响。结果表明:岩石孔径分布各异,骨架和孔隙都具有分形特征,浑圆孔隙占比相对较少。岩石变形模拟试验中,由于端部束缚作用强,出现了严重的端部效应,在中部了形成X形的共轭塑性剪切带,会不断发展直至岩石破坏;不规则孔隙的存在,使得岩石内部应力集中现象明显,塑性变形区域分布极不均匀。岩石轴向上具有整体平移的特点,侧向变形严重,变形带之间过渡区域位移梯度较大;X形剪切带的下部,形成位移较小的拱形弹性变形区。岩石有效弹性模量与孔隙度和孔隙分形维数具有良好的相关性。随着孔隙度的增加,有效模量几乎呈指数递减,孔隙度对岩石力学性质影响巨大。孔隙分形维数越大,有效弹性模量大体上逐渐变小。研究从孔隙尺度揭示了岩石微观结构的变形机制,对岩石宏观性质的研究具有重要的指导意义。