考虑压敏效应的变启动压力梯度试验研究

低渗透变形介质油藏中流体渗流不服从达西定律,存在启动压力以及较强的压敏效应,压敏效应会对启动压力梯度产生影响。采用模拟地层水驱替存在较强压敏效应的天然岩心,测得了有效应力变化对孔隙度和渗透率的影响和单相水驱时的启动压力梯度,获得了不同有效应力作用下的孔隙度和渗透率及不同渗透率岩心所对应的启动压力梯度。采用最小二乘法对试验数据进行回归,得到了孔隙度和渗透率随有效应力变化的模型、启动压力梯度随渗透率变化的模型及考虑压敏效应的启动压力梯度数学模型,提出了变启动压力梯度的概念。研究表明,低渗透变形介质油藏的启动压力梯度随有效应力的增大而增大;在生产过程中应选择合理的生产压差和注水时机,保持合理的地层压力,防止启动压力梯度增大对产量造成影响。

考虑压敏效应的动态启动压力梯度研究

大量研究表明,低渗透变形介质油藏存在压敏效应和启动压力梯度。针对低渗透油藏特征,基于Terzaghi有效应力和岩石本体有效应力的应力敏感指数,根据稳定流理论,引入动态启动压力梯度,推导建立了低渗透变形介质油藏的油井径向压力预测方程;并通过实例分析研究各参数对动态启动压力梯度影响。研究结果表明:基于Terzaghi有效应力计算渗透率和动态启动压力梯度的减小或增加幅度较大;而基于岩石本体有效应力计算的减小或增加幅度较小。基于Terzaghi有效应力动态启动压力梯度,渗透率越小,变形系数越大,有效应力变化对其影响越显著;而有效应力对基于岩石本体有效应力动态启动压力梯度的影响不大。针对两种有效应力计算的动态启动压力梯度影响差异大,需进一步的研究。

考虑土体固结变形的污染物运移模型

土体的固结压缩变形对污染物的运移具有重要的影响,而目前国内关于污染物在变形多孔介质中运移规律的研究尚处于空白,在国外也是近几年才有人开始这方面的研究工作。在Biot固结理论和污染物运移理论相结合的基础上,提出了污染物在黏土防渗层中迁移转化的一维数学模型,该模型的最大特点是考虑了土体受力变形对污染物运移的影响,在合理简化的基础上给出了模型的解析解,并将计算结果与太湖疏浚污染底泥堆场的实测结果进行了比较分析,模拟计算的结果在一定程度上能够反映实际土层中污染物的运移情况。

考虑二次梯度项及动边界的低渗透变形介质油藏渗流规律

在传统渗流试井模型中,根据弱可压缩流体的假设,非线性偏微分方程中忽略了二次梯度项,但在试井时间较长时忽略掉二次梯度项将产生一定的误差。低渗透油藏一个显著的特点就是流体的流动边界随着时间不断向外扩展。为了更好地研究低渗透变形介质油藏中流体的流动问题,综合考虑低渗透油藏启动压力梯度、动边界、二次梯度项的影响,建立了低渗透变形介质油藏渗流数学模型,并采用全隐式有限差分方法获得了有界地层定产量生产时模型的数值解,分别讨论了启动压力梯度、介质变形及动边界对压力动态曲线的影响,还分析了二次梯度项对压力数值解差异的影响。

溶质在固结变形土体中一维运移模型的有限差分解

描述溶质在固结变形防渗层中一维运移过程的对流弥散方程是一个变系数二阶偏微分方程,方程中的相关参数是随时空变化的变量,目前只能用数值法求解。采用数值积分法推导出描述溶质在小变形土体中运移的对流弥散方程的有限差分格式,并针对所给的定解问题,用能量法证明差分格式的稳定性。为验证所建差分格式的实用性,将所建差分格式用于求解溶质在不变形土体中的一维运移过程,并将计算结果与解析解进行比较,两者计算结果一致,表明所建差分格式在稳定的前提下是实用的,能够用所建差分格式求解溶质在小变形土体中的运移问题。

衰减源作用下固结压力及吸附参数对污染物运移规律的影响

固结变形会导致粘土防渗层的结构特性和渗透特性发生改变,影响渗流场和浓度场的分布,进而影响污染物在防渗层中的运移规律。在比奥固结理论的基础上,考虑线性吸附模式,研究了污染物在小变形土体中的运移规律,分析了衰减源作用下,固结压力与线性吸附系数对污染物运移过程的影响。结果表明,与不考虑固结作用相比,固结作用延迟了污染物的运移,使得污染物运移深度减小,并且随着固结压力的增大,固结作用对污染物运移的延迟作用逐渐增强;在线性吸附模式情况下,污染物运移深度减小率随着吸附系数的减小逐渐增大,说明固结作用对污染物运移的延迟作用随着吸附系数的减小而越来越凸显。

波浪作用下考虑海床变形影响的溶质运移数值模拟

波浪会促进海水中溶质向海底沉积物运移,但已有研究大多未考虑海床(海底沉积物)变形效应的影响。为揭示波浪作用下海床土变形对溶质运移过程的影响机制,构建了考虑海床土变形影响的溶质运移计算模型,对波浪作用下溶质向砂质海底沉积物中的运移过程进行模拟。结果表明:海床土变形会增大孔隙水流速,进而增大溶质纵向水动力弥散系数,增强溶质运移的机械弥散作用,促进溶质向沉积物中运移;考虑海床变形时的溶质最大纵向水动力弥散系数可达不考虑海床变形时的8.5倍,约为分子扩散系数的545倍;海床土剪切模量越小,土体变形效应越明显,对溶质运移过程的影响越大;海床土饱和度的降低,会进一步加速波浪作用下溶质向海底沉积物的运移过程。

泸定水电站坝基覆盖层深部潜蚀对土骨架变形影响评价试验研究

泸定水电站因坝基覆盖层深部(1)层潜蚀诱发涌水险情,潜蚀过程中大量细颗粒持续流失能否诱发明显土骨架变形关系到电站自身、下游梯级电站及泸定县城的安全。土体颗粒级配、应力状态及细颗粒流失比例等均有可能影响土骨架变形,但其影响机制尚不清楚。为全面评价(1)层潜蚀对土骨架变形的影响,自行研制了可以模拟现场(1)层土体原始级配特征和应力状态的高应力、大直径的土体渗透稳定试验装置,建立了土骨架发生明显变形的判据,即潜蚀过程中试样累计体积应变大于等于1%时,表明土骨架已发生明显变形,提出了细颗粒运移比作为衡量细颗粒流失比例的评价指标。针对(1)层土体,开展了一系列极端不利水力条件下的渗流应力耦合潜蚀试验研究,重点探讨了颗粒级配、应力状态及细颗粒运移比对土骨架变形的影响规律。研究表明:所有试样潜蚀全过程的累计体积应变介于0.1%~0.49%,均小于1%,即(1)层土体中细颗粒大量甚至全部流失也不会诱发明显骨架变形,(1)层潜蚀诱发防渗墙开裂、折断,甚至突然溃坝的风险不大。颗粒级配显著影响细颗粒运移比、潜蚀临界和破坏坡降,5 mm以下颗粒含量越少,细颗粒运移比越大,潜蚀临界和破坏坡降越小;上覆压力对细颗粒运移比影响不大,但对潜蚀临界和破坏坡降影响显著,上覆压力越大,潜蚀临界和破坏坡降越大。研究成果为科学评价泸定水电站深部渗透稳定提供了重要依据,同时,也为其他类似工程安全评价提供了重要借鉴。

宏观各向异性多孔介质中流体变形及溶质运移

为深入探究含水层中多孔介质的不规则形态和分布对于地下水流场及溶质运移的作用,根据沉积环境中已被发现的倾斜交叉分层地质单元结构,人为构造多孔介质双层交叉鱼骨结构,使其形成宏观各向异性水力传导特征,通过数值模拟研究该结构及其空间位置对于流场和溶质运移的影响。研究发现:宏观各向异性多孔介质引发了螺旋状流动,导致流线的拉伸和折叠,使得溶质羽发生不规则变形,显著提升了非反应性溶质的稀释程度;宏观各向异性结构和溶质羽在三维空间中的垂向相对位置对于溶质运移具有显著影响。

采动影响下煤巷围岩变形破坏运移规律及其支护技术研究

为了确保矿井巷道的稳定性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论分析了围岩与支护共同作用特性以及支承压力带宽度与煤层采厚和开采深度的关系,模拟了支护前后巷道沿X、Y方向上的位移变化以及塑性区分布。研究得出,随着开采深度和煤层厚度的增加,支承压力带宽度逐渐增大;当采用联合支护状况下,巷道顶底板变形量最小,塑性区最小,表明该支护方案能够到达稳定岩层的作用。

张断层附近砂岩中显微变形构造和成岩作用对油气运移和聚集的意义

对苏格兰Orkney地区North Scapa断层上盘North Scapa砂岩进行显微构造和成岩作用分析,可帮助认识盆地发展过程中断裂作用与流体运移之间的关系.结果表明这一关系影响到断层的封闭作用和油气运移.在中泥盆世Orcadian盆地发展期间,断层呈张性.与碎裂变形相关的膨胀作用促使了局部的流体运移,并且在North Scapa砂岩中距断层1m的范围内导致了石英和伊利石胶结物的沉淀.这一成岩事件以及相伴生的碎裂岩大大地减小了紧靠断层的砂岩的孔隙度和渗透率.这些作用在砂岩中是有效的封闭机制.Orcadian盆地的湖相生油岩在泥盆纪晚期至中石炭世就已成熟.在此阶段后期,盆地被抬升,North Scapa断层重新活化,性质为正断层,但以斜滑为主.此种后发生的变形被直接调整到封闭带以外,从而形成了宽的(10～20cm)角砾岩带和窄的(<10cm)碎裂带.与碎裂变形相关的进一步膨胀为油气在高应变的角砾带和碎裂带中的运移开辟了途径.这些观察表明,与盆地中油气的成熟和排驱大致同时发生的断裂活动,可直接影响运移选径的位置.

考虑压力敏感及流体黏度的致密油藏动用半径

常用的低渗透致密油藏动用半径计算方法未考虑地层渗透率和流体黏度的变化,影响了结果的准确性。建立考虑启动压力梯度、渗透率及原油黏度随地层压力变化的致密油藏动用半径计算模型,并采用数值分析的迭代法对模型进行了求解,分析启动压力梯度、压力敏感系数、黏度变形系数、生产压差等关键参数对油井动用半径的影响。结果表明,启动压力梯度越大,流体的非线性流动越强,油井动用半径越小;随着生产压差的增大动用半径增大,同时,压力敏感系数对动用半径的影响也越来越大;黏度变形系数越大,导致渗流阻力增加,油井动用半径越小。研究成果应用于BZ油田开发方案制定,确定合理生产压差为8~10 MPa,合理注采井距约为200~250 m。该方法对于低渗透致密油藏开发方案制定具有一定指导意义。

瓦斯在煤基多孔介质中运移及煤与瓦斯突出机理

分析了瓦斯在煤基多孔介质中的运移条件;推导和讨论了瓦斯在煤基多孔介质中运移扩散的基本方程和影响因素;分析了煤与瓦斯突出产生的机理和渗透力学条件。提出瓦斯在煤基多孔介质中的运动是孕育煤与瓦斯突出的前提,而瓦斯压力梯度与浓度梯度的存在是驱动瓦斯在多孔介质中运动的内动力;煤与瓦斯突出的危险性主要取决于瓦斯压力梯度及其变化量的大小,而和瓦斯的绝对压力大小没有直接关系。煤与瓦斯突出的条件是由煤基多孔介质中瓦斯压力梯度的大小和煤体固体骨架的抗剪强度大小所决定。低渗透性的构造煤因对瓦斯运移阻力较大而容易形成瓦斯压力梯度的增加,从而更易于发生煤与瓦斯突出。

变形介质低渗透油藏水平井产能特征

针对低渗透油藏水平井生产过程中井底附近渗流场的复杂性问题,对低渗透油藏水平井远井区域和近井区域渗流场的多种基本渗流形态进行了分析,基于稳定渗流理论,给出了考虑启动压力梯度的变形介质在低渗透油藏中3种流态并存的水平井产能计算公式。通过实例计算分析了水平井产能特征和不同水平井井段长度条件下各种流态的主次关系与转换特征。研究结果表明,低渗透油藏水平井的产能随启动压力梯度和介质变形系数的增大而降低;随水平井段长度的增加,远井区域先以径向流为主,逐步转化为平行流;近井区域以径向流为主。

变形介质低渗透油藏油井真实产能计算与分析

基于变形介质带启动压力梯度低渗透油藏稳定渗流理论,研究了低渗透油井增产措施后稳定生产的真实压力分布与产能分析方法.研究结果表明低渗透油藏油井渗流场的真实压力分布具有分区域特征;在具有变形介质特征的低渗透油藏中,油井的产能随启动压力梯度和介质变形系数增大而降低,随增产激活半径和激活系数的增大而增加,随生产压差的增大而增加;同时油井产能指数随生产压差增大呈非单调增曲线,因此对于低渗透油井生产而言,存在合理生产压差与最小生产压差.同时,沿用同一思路对超低渗透油藏开发的有效途径进行了探讨.认为提高增产激活半径是显著提高超低渗透油藏产能的有效方法.理论计算结果表明,只有在增产激活半径大于60m(渗透率越低,该值越大)时油井的产能才会得到大幅度提高.因此,寻求深穿透的油井改造措施或采用水平井开采技术,将是超低渗透油藏开发的有效方法.

低渗透变形介质气藏数值模拟

气田开发实践和室内实验表明,低渗透气藏岩石孔隙喉道狭窄、连通性差、渗透率较低,加之气液固相间表面吸附力的作用等原因,在低渗透气藏中存在启动压力梯度;随着气藏的开发,储集层岩石的变形对渗透率的影响很大。常规气藏数值模拟技术基于线性的达西定律,无法对启动压力梯度和介质变形的情况予以准确描述。基于前人的研究成果,建立了一个考虑启动压力梯度和介质变形的气藏非线性渗流的数学模型,最后给出了计算实例。结果表明,启动压力梯度和介质变形对气藏开发动态有重要影响。

考虑变形影响的致密砂岩油藏非线性渗流特征

致密砂岩油藏水驱渗流特征体现非线性渗流规律,存在启动压力梯度,且水驱过程中多孔介质会产生变形,岩石渗透率降低。通过电镜扫描试验研究致密砂岩纳米级微观孔隙特征,结合岩石颗粒分布特征,建立致密砂岩变形引起应力敏感理论模型,得到岩石介质变形系数,并与试验测试结果进行对比分析;建立考虑致密砂岩岩石变形影响的渗流数学模型,研究启动压力梯度及介质变形共同作用对油、水两相非线性渗流特征影响。算例结果表明,启动压力梯度与介质变形的耦合作用造成水驱渗流阻力增大,地层压降损失增大;介质变形系数越大,相同生产时间内原油采出程度越低,随着生产时间增加,地层压降损失幅度增大。

低渗透变形介质砂岩油藏注水见效时间及影响因素

针对低渗透变形介质砂岩油藏存在启动压力梯度和介质变形的特点,为了更加准确地预测其不同影响因素下的注水见效时间,以考虑启动压力梯度和介质变形系数的渗流公式为基础,建立非稳态渗流模型,通过反复迭代求解激动区域内平均地层压力,结合物质平衡法建立了低渗透变形介质砂岩油藏注水见效时间计算模型。注水见效时间主要受注采井距、激动区平均地层压力、介质变形系数和启动压力梯度影响。注采井距和激动半径增大,注水见效时间增加;启动压力梯度和介质变形系数越大,注水见效时间越长。

基于同步运移理论的瓦斯抽采气固耦合数值模拟

以煤层瓦斯扩散渗流同步运移理论为基础,综合考虑瓦斯抽采过程中煤体变形引起的孔隙率、渗透率变化,建立了瓦斯抽采气固耦合动态数学模型。以晋城某矿为例,结合该矿煤层赋存特征,借助Comsol multiphysics软件进行了数值模拟,模拟结果表明在瓦斯抽采过程中有效抽采半径与抽采时间符合幂函数关系;随着煤层埋藏深度增加,上覆应力增大,煤层孔隙率和渗透率降低,是导致瓦斯抽采难度增加的主要原因,为此如何能提高煤层的渗透率和孔隙率是增加瓦斯抽采率的关键;单纯增大抽采负压对提高瓦斯抽采率影响不大。该研究结论为优化瓦斯抽采工艺参数提供了理论依据。