弱固结砂岩油藏出砂、防砂及携砂研究综述

综合分析弱固结砂岩油藏的出砂、防砂、携砂研究现状,并在此基础上提出了全过程出砂管理方法。基于出砂系统、井底挡砂系统和井筒携砂系统等子系统的协调工作,结合储层到井筒的砂粒运移规律,量化砂粒在不同流动空间运移的相关参数。同时,耦合储层出砂预测模型与挡砂介质过滤和井筒砂粒运移模型,给出完整的出砂预测方案。

弱固结砂岩油藏出砂量预测模型

以固体变形和流体渗流为基础,将地层出砂简化成应力集中引起岩石破坏产生松散砂粒和流体流动使松散砂粒冲蚀运移这两个过程的耦合,并以孔隙度变化作为耦合基本参数,建立了出砂量预测的流固耦合模型,采用差分法进行了理论模型的数值求解。结果表明,随着地层破坏和连续出砂,井眼周围地层承受的应力重新分布,地层孔隙度和渗透率逐渐增加,产液量也逐渐增加。从预测出砂规律看,砂量在开始生产的几小时内先大幅度增加,达到一个峰值,然后逐渐降低并趋于一个稳定的低值。模拟结果与现场和室内观察现象一致,证明了该模型的可靠性。

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。

弱固结砂岩气藏水力压裂裂缝延伸规律研究

针对我国疏松砂岩储层出砂严重需要进行压裂充填防砂的情况,对疏松砂岩压裂裂缝启裂及延伸规律进行了数值模拟计算,并重点对地应力、储层强度、射孔方式对裂缝扩展延伸的影响规律进行了分析计算。结果表明:用螺旋射孔方式完井在疏松砂岩储层中难以获得大而平整的裂缝,防砂效果不理想,定向射孔可得到较为理想的人工裂缝。研究结果对疏松砂岩储层压裂充填防砂设计具有较大的指导意义。

固结砂岩气藏出砂预测方法研究

结合试验结果将固结砂岩储层简化为具有残余强度的弹脆塑性体,计算了强度参数。通过气藏孔隙压力和岩石骨架应力分布规律分析,以Bratli孔穴稳定准则为出砂判据,建立了固结砂岩储层气井裸眼完井出砂临界压差的确定准则,并利用该准则对南海某气田出砂临界压差进行了分析评价,为最大限度地提高气井产量,减少气井出砂对管壁冲蚀提出了可靠依据。

辉绿岩侵位对半固结砂岩的改造作用——以松辽盆地东南部下白垩统为例

在偏光显微镜和扫描电镜下,发现辉绿岩-砂岩接触带附近半固结的长石砂岩中石英颗粒边部、颗粒间孔隙内及颗粒内裂隙中微晶石英发育.不论是纵向上还是横向上,距接触带较近的样品中,微晶石英多而细长.随着远离接触带,石英微晶逐渐减少,形状逐渐变的粗短.研究表明,这些微晶石英是辉绿岩侵位对围岩砂岩中碎屑石英的压溶或重结晶等作用形成的.

未固结砂岩地震弹性性质的岩石物理模型表征研究

未固结碎屑砂岩储层是国内外重要的油气储层类型之一。在地震勘探中通常使用Hertz-Mindlin(H-M)接触模型来计算未固结砂岩的等效弹性特征。由于未固结碎屑砂岩在结构上具有不规则排列特征,在弹性波作用下颗粒间的应变特征不满足H-M接触模型的基本假设,造成该模型在使用中会得到明显偏高的剪切模量值。针对这些不足,本文给出了利用切向刚度校正因子C及组合参数R/R对H-M接触模型进行修正的方法,以考虑颗粒间松弛作用及颗粒不规则性对该模型计算结果的影响。分选性是未固结碎屑砂岩重要的结构特征,利用对未固结碎屑砂岩样品实验测试结果定性分析了分选性变化对介质储集层物性特征及地震弹性特征的影响,并结合岩石物理相关理论建立了表征未固结砂岩分选性变化对地震弹性特征影响的地震岩石物理模型。

应力松弛作用对未固结砂岩等效弹性性质的影响

未固结碎屑砂岩储层是国内外重要的油气储层类型之一,其物理本质是由离散颗粒组成的软凝聚态物质。在地震勘探中通常使用Hertz-Mindlin等效介质模型来计算未固结砂岩的地震弹性特征,但该模型在使用中通常会得到明显偏高的剪切模量值。基于3D离散元技术,对颗粒介质在单轴压缩与纯剪两种过程中的力学响应进行离散元数值模拟,从微观颗粒尺度和细观力链尺度分析等效介质模型产生预测误差的可能机制。结果表明:颗粒相对滑动、旋转、重排列等造成的应力松弛作用对体积模量计算结果的影响较弱,但在剪应力扰动下这种松弛作用所形成的细观不均匀应变对剪切模量的计算会有明显影响,是等效介质模型形成预测误差的主要原因。在此基础上给出了利用切向刚度校正因子C及组合参数R珚/R对Hertz-Mindlin等效介质模型进行修正的方法,以考虑颗粒间松弛作用及颗粒不规则性对该模型计算结果的影响,并应用于实际测井资料中验证了方法的正确性。

中等固结砂岩出砂机理与规律实验研究

油气井出砂是油气藏开采面临的一个重要的挑战,给正常生产带来极大的影响。在各类砂岩储层中,具有一定胶结强度的中等固结砂岩出砂机理及出砂规律尚不清楚,制约了这类储层的出砂临界条件和出砂速率准确预测。本文利用一种中等固结砂岩露头,在单、三轴实验的基础上,设计开展了不同变形破坏阶段的卸载实验及应力和流体渗流共同作用下的出砂模拟物理实验,揭示了中等固结砂岩的出砂机理、出砂规律以及产出物特征。研究结果表明:中等固结砂岩的出砂临界条件是孔眼周围岩石在应力集中作用下进入残余变形阶段,此时孔眼周围形成宏观剪切裂缝,裂缝面相对滑移错动破坏裂缝面附近的颗粒胶结,形成可供产出的离散砂,剪切裂缝的扩展连通产生尺寸较大的掉块,与裂缝面上的离散砂共同为出砂提供物质来源。出砂量与孔眼周围应力集中造成的破坏范围大小成正比。流体拖曳力的作用是将剪切破裂形成的固相产物运移产出,对最终的出砂量影响较小,只影响出砂速率。粒度测试结果表明,中等固结砂岩产出砂中存在由多个砂粒聚集在一起的相对直径较大的颗粒,产出砂粒度中值比原始地层砂大2~3倍,在防砂参数设计优化时应予考虑。本文的研究结果能够为构建中等固结砂岩出砂定量预测模型以及防砂参数优化设计提供依据。

海上弱固结砂岩储层膨胀注水工艺研究

针对我国渤海弱固结砂岩油田注水井近井污染问题,提出膨胀注水解堵工艺技术,考虑随距井筒距离变化的污染程度,结合流固耦合效应,编写ABAQUS子程序,建立有限元分析模型,模拟渤海油田某注水井膨胀注水解堵效果。结果表明,在一定污染程度下,存在一个可达到解堵目的的最小注入速度,并在此基础上,建立渤海弱固结砂岩储层膨胀注水图版。结合实际,提出配套阶梯式膨胀注水工艺,增强现场运用的安全性和灵活性。

半固结砂岩含水层下多煤层重复采动突水溃砂危险性分析

针对半固结砂岩含水层下的多煤层安全开采问题,分析了多重含水层分布特点、半固结砂岩力学参数,研究了多重煤层重复采动覆岩破坏高度,给出了相应安全煤岩柱的留设尺寸,分析了多煤层采动影响受多重含水层的充水溃砂影响。从导水通道、含水层水压力、工作面排水能力3个方面出发,提出“采前疏降、顶疏结合、疏采相辅”的控水采煤技术。研究发现半固结砂岩弱化了导水裂缝带发育程度,重复采动过程中导水裂缝逐渐波及Ⅱ2a煤层采空区,即Ⅱ3煤层顶板含水层水、Ⅱ2a煤层采空区积水对工作面开采具有充水溃砂影响,一含与二含对工作面开采具有充水影响。

半固结砂岩含水层下综放开采“两带”高度实测研究

以沙吉海煤矿首采工作面B10煤层上覆岩层为研究对象,通过现场钻探的方法对B10煤层开采后的覆岩垮落带和裂隙带发育高度进行了实测,揭示了该区域覆岩在综放开采条件下的破坏规律并对其成因进行了分析,验证了矿井目前防治水技术方案的可行性,为类似开采技术条件的矿井在防治水、矿压管理等方面提供了依据。

两角度弹性阻抗反演技术在Albert湖盆非固结砂岩储层预测中的应用

Albert湖盆非固结砂岩储层发育,受物性参数变化大以及孔隙流体类型差异的影响,振幅属性和声阻抗参数无法预测储层的整体展布。岩石物理分析结果揭示泊松阻抗参数具有敏感的区域岩性判识能力,但研究区仅有小角度和中角度部分叠加资料,限制了泊松阻抗参数的有效计算。针对Albert湖盆的地质与地球物理问题,以N油田为例,提出了一套适用于非固结砂岩储层预测的两角度弹性阻抗反演方法,并在岩石物理统计分析的指导下,进一步利用纵、横波阻抗数据实现了泊松阻抗的计算,为非固结砂岩储层预测提供了数据支撑。模型试算结果验证了该方法的可行性,且实际应用效果表明,预测的砂体与实钻结果吻合较好。

弱固结砂岩的岩石学特征及其地质意义—以柳江盆地太原组为例

弱固结砂岩在我国分布广泛,引发了较多的环境问题和工程问题。本文以柳江盆地太原组顶部弱固结砂岩为研究对象,通过野外地质调查、偏光显微镜和扫描电镜及其能谱进行了分析。结果表明:(1) 弱固结砂岩分布于太原组煤层顶板上部,砂岩的弱固结化与煤的热变质演化具有成因联系。(2) 砂岩类型主要为灰白色中细粒长石石英砂岩,长石以碱性长石为主,发育高岭石化和伊利石化。黏土矿物主要为高岭石和伊利石,高岭石含量在13%~37%之间,伊利石含量在5%~7%之间,高岭石 + 伊利石组合储层敏感性表现为较强的速敏。(3) 矿物元素表明钾长石由Al、Si、O和K元素组成,高岭石由Al、Si和O元素组成,结合岩相学观察认为长石的溶蚀溶解作用为高岭石的形成提供了元素基础。(4) 该研究成果将为煤矿开采过程中地下水防治和矿山工程设计提供重要的地质信息。

未固结含气砂岩储层低频地震响应特征研究

针对浅层未固结砂岩储层,本文引入了White薄层状模型,并结合Biot孔隙弹性介质波动理论,对储层部分含气和完全含水两种情况下的低频地震反射特征进行了理论计算,并运用OASES波场数值模拟软件包对这两种情况进行了数值模拟分析。与完全含水情形相比,储层部分含气时由于气泡的存在,岩石孔隙内的流体相对岩石骨架运动增强,波的传播速度随着地震波频率的降低而减小,砂岩储层与上、下围岩阻抗之差变大,从而引起地震低频反射能量相对增强,表现为明显的低频速度频散和低频反射异常。实际地震资料的低频能量分析结果表明,当未固结砂岩储层阻抗低于上下围岩阻抗时,低频地震能量异常现象可以作为识别储层含气的重要标志。

W-OH砒砂岩固结体干湿循环特性及其细观机理

[目的]对W-OH砒砂岩固结体干湿循环特性及其细观机理进行研究,为实现W-OH固结改良砒砂岩及其耐久性研究提供科学依据。[方法]采用W-OH(亲水性聚氨酯材料)对砒砂岩进行固结处理,基于无侧限抗压试验、三轴抗压试验,研究其在干湿循环条件下的力学性能,并结合SEM,EDS和称重法对其干湿循环后样品微观结构、元素和质量损失进行分析,以获得其破坏机理。[结果]W-OH砒砂岩固结体的无侧限抗压强度、弹性模量和黏聚力在1～3次干湿循环后升高;在3～9次干湿循环后,固结体的力学强度降低;9次之后,剩下高黏结力的W-OH胶结体包裹于砒砂岩颗粒表面,力学强度趋于稳定。内摩擦角在1～9次干湿循环后上下波动,9次干湿循环后趋于稳定。采用碳元素分析和质量损失分析相结合的方法对土样中W-OH流失特性进行评价,发现土样在1～9次干湿循环中W-OH胶结体逐渐降低,并在9次干湿循环后达到稳定,这与上述宏观力学变化的规律相似,验证了破坏机理,为判断其长期特性提供理论依据。[结论]研究表明可将9次干湿循环后达到稳定的W-OH砒砂岩固结体的力学性质作为土体的长期力学特性。

沙吉海煤矿半固结含水砂岩工程地质特性实验

以沙吉海矿井第一水平为试点,采用现场调查、工程资料分析及实验室测试等综合技术手段,对矿井已揭露岩体的宏观特征、微观结构及物化成分进行了多方位的分析研究。实验结果表明,B10煤层覆岩强度较低,极易风化,不利于覆岩破坏控制,半固结中、粗砂岩的矿物成分以石英矿物为主,其微观结构较差,存在大量的溶蚀孔,由此诠释了矿区巷道岩体松软和强度较低的根本原因和内在因素,为制定可靠、稳定支护对策提供了依据。

应力松弛对颗粒物质弹性性质的影响及等效介质模型校正研究

未固结碎屑砂岩储层是国内外重要的油气储层类型之一,其物理本质是由离散颗粒组成的软凝聚态物质.在地震勘探中通常使用Hertz-Mindlin等效介质模型来计算未固结砂岩的地震弹性特征,但该模型在使用中通常会得到明最偏高的剪切模量值.基于3D离散元技术,对颗粒介质在单轴压缩与纯剪两种过程中的力学响应进行离散元数值模拟,从微观颗粒尺度和细观力链尺度分析等效介质模型产生预测误差的可能机制,结果表明颗粒相对滑动、旋转、重排列等造成的应力松弛作用对体积模量计算结果的影响较弱,但在剪应力扰动下这种松弛作用所形成的细观不均匀应变对剪切模量的计算会有明显影响,是等效介质模型形成预测误差的主要原因.在此基础上给出了利用切向刚度校正因子C及组合参数R/R对Hertz-Mindlin等效介质模型进行修正的方法,以考虑颗粒间松弛作用及颗粒不规则性对该模型计算结果的影响,并应用于实际测井资料中验证了方法的正确性.