含水合物地层渗流特性实验研究进展及瞬态压力脉冲法适用性分析

调研了含水合物地层渗流特性实验研究进展,归纳总结了现有的缺点与不足;概述了瞬态压力脉冲法的基本原理及其应用现状,分析讨论了该方法应用于含水合物地层渗流特性实验研究的适用性。主要结论如下:保持稳定渗流难、测量耗时长和水合物易扰动是现有实验研究存在的主要不足;瞬态压力脉冲法能够解决上述不足,且测量精度高,具有良好的适用性,特别适用于我国南海含水合物地层。建议开展我国南海水合物成藏与开采过程中地层渗流特性模拟实验研究工作。

瞬态压力脉冲法及其在岩石三轴试验中的应用

瞬态压力脉冲法（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｐｕｌｓｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）是几种低渗透系数测量方法中成本低、操作简单和应用最广的一种。介绍了这种方法的原理、理论研究成果以及装置设计的基本原则。分析了由瞬态压力脉冲法、变形测量装置、吸排水量测量装置及三轴压力试验机构成的岩石渗透－变形耦合试验系统。重点指出该试验系统影响测量精度的各种因素及在设计、制作和实际操作中应注意的问题。最后，利用该系统研究了脆延性变形过程中白滨砂岩的渗透系数变化。结果表明，在脆延性转变的非弹性变形过程中，该岩石的孔隙度变化与渗透系数变化表现出负的相关特性。

小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统及试验研究

基于原位瞬态压力脉冲法原理及求解方法,研发了由数据采集控制系统、脉冲压力施加系统、测杆系统3部分组成的小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统(已获国家发明专利[1])。该系统结构简单、易于控制、使用方便,可用于快速原位测量核废料地下处置、能源地下储存和深埋等地下工程中低渗透围岩的渗透率以及测试空间狭窄和岩体扰动要求严格的其他工程岩体渗透率。利用该系统实施了原位瞬态压力脉冲渗透率测量试验,试验结果验证了该系统的适用性、稳定性和准确性。

瞬态压力脉冲法及其在岩石三轴试验中的应用

作为渗透系数测量方法的重要组成部分,瞬态压力脉冲法实践应用效果良好。该方法使用中具有成本低、应用广泛等优势,能够满足相关生产活动实际需要。在运用瞬态压力脉冲法的过程中,需要对原理、相关装置的设计原则等有着更多的了解,增强该方法适用性的同时扩大其应用范围。同时,为了满足岩石三轴试验要求,需要注重三轴试验机、瞬态压力脉冲法及其它测量方法、装置的使用,以便获得可靠的试验结果。基于此,本文就瞬态压力脉冲法及其在岩石三轴试验中的应用展开论述。

基于瞬态压力脉冲法的含水合物沉积物渗透性实验研究

水合物藏的渗透特性是判断工业开采可行性的重要参数。为了研究以粉细砂为主构成的多孔介质中水合物对其渗透率的影响，基于瞬态压力脉冲法的原理及求解方法，研制了一套适用于测量含水合物沉积物渗透率的实验装置。利用该装置对含不同饱和度二氧化碳水合物的粉细砂样品进行了渗透率测量实验。结果表明，随着粉细砂样品中二氧化碳水合物饱和度的增加，其渗透率呈指数衰减趋势；将实验数据与渗透率模型进行对比，发现实验数据与水合物占据毛细管中心的平行毛细管模型最为相近。据此推断，水合物在细砂样品中的赋存状态以悬浮模式或接触模式为主。

一种页岩封堵性评价测试方法

封堵性可由封堵前后渗透率变化表征,但页岩具低孔、低渗特征,采用常规稳态渗透率测试方法难以获取准确的渗透率值。为此在大量实践基础上,形成了针对超低渗透页岩的压力脉冲瞬态渗透率测试法,可测试渗透率级别低至1×10-7 mD。以此理论研制成的页岩封堵模拟评价仪,能准确测试低孔、低渗页岩封堵前后渗透率变化,基本解决了页岩封堵测试难题,为评价页岩井壁稳定性及大规模开发页岩气提供技术支撑。

沁水盆地煤样静水压力下渗透率实验及模型分析

为研究沁水盆地煤样渗透率演化规律,构建了煤样渗透率测定的瞬态压力脉冲法实验装置,使用N2和CO2在实验室开展了3种试验条件的渗透率测定,应用Connell模型对实验结果进行分析,并讨论了模型预测值和实验值之间差别的原因。结果表明,(1)在恒定孔压变围压条件下渗透率随有效应力增大而减小;在等有效应力条件下,渗透率随孔压增大而减少;在恒定围压变孔压条件下,随孔压增大,渗透率呈先减小后变大的趋势。(2)运用Connell模型预测的恒定围压变孔压条件的渗透率值大于实验值,原因可能是由于裂隙压缩性系数和吸附应变系数存在估计误差。通过开展实验室渗透率实验和模型分析,对指导实验室内二氧化碳封存和气体驱替实验及其模拟研究具有借鉴意义。

超声波作用下页岩气渗流变化规律实验研究

根据超声波具有机械振动、空化作用、热效应的特性,通过自行设计组装和改装现有实验装置相结合的方式,在频率为24 kHz条件下对新页HF-1井须5段第1-1、1-2、3-1和3-6号岩心进行了压力脉冲液测渗透率实验。实验数据经过数学解析得到相应岩心的渗透率,通过对比岩心在不加超声波和加超声波状态下的渗透率分析超声波对岩样渗透率的影响。实验结果表明,岩样在24 kHz的超声波作用下,岩样渗透率增大,并且其增加幅度与超声波功率成正比;超声波声强与渗透率比呈线性关系。实验证明,超声波能有效地提高岩样渗透率,对提高页岩气井产量具有一定的意义。

多孔介质气体渗透率测试理论、方法、装置及应用

在深部能源开采及废物存储等领域,渗透率是一个重要指标。测试方法、流体介质和温度波动都会对渗透率的精确测试带来干扰。首先推导和归纳了基于入口端压力/流量和出口端压力/流量的稳态法渗透率计算公式,结果表明,基于入/出口端压力计算结果差异较大,而基于入/出口端流量法计算结果较为接近,并探讨差异背后的原因。进一步对比分析基于压力衰减的稳态法和瞬态法的测试结果,给出4种稳态法和瞬态法的选择参考建议。针对不同流体介质对渗透测试的影响,选取水、酒精和气体进行系统分析,探讨不同介质对渗透率测试结果影响的机制;对于低渗介质气体渗透测试温度波动敏感性大的现象,提出一种基于温度波动消除理论的计算方法,该方法对于低渗介质测试温度消除效果较好;最后,给出不同领域的应用,探讨和分析围压、轴压、饱和度和温度对渗透演化的影响,验证测试理论、方法及装置的适应性,为后续相关渗透测试方法及流体介质的选取提供了借鉴和参考。

北山花岗岩渗透特性试验研究与细观力学分析

甘肃北山是我国高放废物深地质处置的预选场址,其花岗岩具有完整性及均匀性好、孔隙率及渗透率低等重要特点。采用气体瞬态压力脉冲法测试不同围压下北山花岗岩在三轴压缩过程中的渗透率变化特征。结合花岗岩在偏应力演化过程中微裂纹的萌生、扩展机制以及应力–应变曲线的变化特征分析,采用细观力学方法研究北山花岗岩在三轴压缩过程中渗透率的演化机制。分析结果表明：（1）北山花岗岩的初始渗透率在10-19 m2量级,对应于应力–应变曲线,其渗透率曲线随着偏应力增加总体呈现出下降段、水平段、稳定增长段以及急剧上升段的变化特征;（2）初始微裂纹的压缩闭合可导致试样的渗透率下降约1个数量级,峰前破坏时渗透率的增幅可达2-3个数量级,围压从5 MPa增大至10 MPa可导致渗透率减小1个数量级;（3）细观力学模型的计算值与试验值吻合良好,北山花岗岩试样的宏观力学响应及渗透特性与试样内部微裂纹的细观结构特征及连通性的变化密切相关,岩石渗透率变化和损伤演化具有良好的一致性,且损伤的发育可导致渗透率呈现较弱的各向异性特征。研究成果对于我国高放废物深地质处置工程中围岩的开挖扰动机制、渗透特性演化规律以及处置库系统的性能评价具有重要意义。

基于致密岩心的渗透率测量模型的应用研究

对于渗透率低于10^(-17)m^2的低渗透率岩心,传统的常规渗透率测试方法存在有一定的局限性。瞬态压力脉冲衰减法是多种低渗透率测量方法中成本低,操作简便和应用最为广泛的方法。本文介绍了该方法的原理、理论成果以及三个主要不同模型的计算结果比较分析。结果表明,所有模型计算得到的结果同美国岩心公司的气体渗透率测试仪对比结果符合良好。在不考虑气体吸附效应时,Jones模型和API模型准确性高;在考虑气体吸附效应的情况时,应使用CUI模型进行计算,并需要注意考虑气体吸附效应大小的参数的选值。