裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验

煤粉在煤储层裂隙中沉积会降低裂隙导流能力,制约煤层气井高效稳产开发。设计了裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验方案,通过裂隙中煤粉运移可视化物理模拟实验,分析了裂隙不同位置煤粉颗粒沉积面积的变化和沉积形态特征,揭示了煤粉运移、沉积的动态规律;通过裂隙中煤粉解堵可视化物理模拟实验,分析了解堵时间和流速对裂隙中沉积煤粉解堵面积的影响,揭示了煤粉启动、解堵的动态规律。实验结果表明:煤粉颗粒在裂隙不同方向和位置聚集状态不同,裂隙喉道由入口向垂直主运移方向的两端及主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐减少,支路通道沿主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐增加。裂隙喉道、支路通道和主路通道处煤粉沉积的形态分别呈鹰嘴状、层状和流线型,其原因是裂隙不同位置对含煤粉流体的阻力不同,导致煤粉在不同位置的沉积形态不同。在相同流速下,随解堵时间增长,煤粉解堵效果越好,但前期解堵面积大,后期解堵面积小,裂隙喉道处煤粉解堵效果明显优于支路通道,其原因是松散、易于解堵的煤粉颗粒会被首先解堵,随时间进行,剩余未被解堵的煤粉颗粒需要更大的启动流速。流速越大,裂隙喉道处和支路通道处的煤粉解堵面积越大,其原因是提升流速能增强煤粉颗粒的流动性。

多薄层致密砂岩储层大型水力压裂三维物理模拟实验

鄂尔多斯盆地东北缘临兴气田以多薄互层型致密砂岩储层为主,储层岩性复杂、渗透率低,受多种因素影响且作用机理不明确,导致压裂施工难度大、效果差异大。为此,针对临兴气田致密砂岩储层不同岩石组分、黏土含量、粒径、沉积旋回、平面及纵向非均质性等特性,设计并开展了不同地质条件下的水力压裂室内大型三维物理模拟实验。根据相似准则,参照二叠系石盒子组三向地应力、岩石强度、井身结构参数、现场压裂施工参数,确定了实验基本参数。根据临兴气田典型井主力储层特征,制作了考虑不同岩石组分、黏土含量、粒径、沉积旋回组合、平面非均质性组合、纵向非均质性组合的15块立方体岩心,开展了15组压裂模拟实验,并从分析注入压力曲线和观察岩样破裂面两个方面总结了影响水力压裂缝扩展规律的储层主控因素。研究表明,岩石矿物和粒径、沉积旋回、平面及纵向非均质性对致密储层裂缝扩展形态有显著影响。砂岩粒度较大、胶结较弱、黏土含量较高、平面非均质性较强,使得裂缝面更易于屈曲,扩展压力增大,导致加砂困难;沉积旋回会使得水力压裂缝易于沿旋回层面扩展,从而形成水平缝,其中反旋回界面突破难度比正旋回大;由于砂—泥层间界面、砂—煤层间界面、天然砂岩弱面易被激活,从而产生“工”或“T”字形裂缝,对于砂泥多薄互层还会产生“工”+“T”+“十”字形的组合裂缝。实验研究揭示了不同地质条件下的水力压裂缝扩展形态,也为类似区块的研究提供了借鉴。

岩体物理模拟实验中的相似材料配比

为确定岩体物理模拟实验中常见相似材料的配比,首先选取河砂、重晶石粉、石膏和水泥四种原料,采用正交设计的方法,设置骨胶比(河砂和重晶石粉质量与石膏和水泥质量之比)、水膏比(水泥质量与石膏质量之比)和重晶石掺量(重晶石粉质量与骨料质量之比)3个因素,每个因素5个水平,开展单轴压缩情况下的密度试验和声发射试验,然后确定不同配比对相似材料物理力学指标和表征损伤程度指标(D)的敏感性。试验结果表明:在骨胶比影响下,相似材料密度、抗压强度和弹性模量的极差最大,分别为0.13 g/cm^(3)、2.60 MPa和247 MPa,F检验值最大,显著性最高;在重晶石掺量影响下,泊松比的极差最大,为0.09,同样显著性最高;在骨胶比影响下D的极差最大,为0.25,显著性最高。总的来说,骨胶比对相似材料密度、抗压强度、弹性模量和D起控制作用,重晶石掺量对泊松比起控制作用;重晶石掺量最优为20%。

褶皱冲断带物理模拟实验研究进展

褶皱冲断带油气资源丰富,统计表明全球探明油气储量约14%分布在褶皱冲断带。自从1815年地质学家第一次以模拟实验的方式验证了褶皱形成于岩层遭受水平挤压变形的二百多年来,针对褶皱冲断带的物理模拟实验研究无疑是最卓有成效的研究领域方向之一。本文从追溯早期模拟实验先驱,到近二十年来国内外相关研究进展综述,着重分析和评述物理模拟实验研究对于前陆褶皱冲断带构造理论发展的主要贡献。强调造山带临界楔体理论以及基底滑脱层强度、流体超压和变形岩层内聚强度等对构造变形过程的控制作用。主要介绍的实验性标志成果有:(1)褶皱冲断带构造变形的生长规律;(2)褶皱冲断带的构造变形机制;(3)褶皱冲断带中构造变形的主控因素。我们的目的是提供引人入胜的物理模拟实验研究成果,吸引更多现在和未来的研究人员理解和重视物理模拟工作,借助日益进步的实验装置和技术方法,促进盆地构造研究在学科发展道路上,一步步实现从定性走向定量、从二维走向三维、从几何学和运动学走向动力学的飞跃。

薄层超稠油驱泄复合开发蒸汽腔演变物理模拟实验

通过对新疆风城油田F井区侏罗系齐古组油藏开展二维、三维物理模拟实验和数值模拟研究,揭示了其开发蒸汽腔的演变规律和开采机理。研究结果表明:(1)在蒸汽超覆和采出点泄压牵引作用下,蒸汽腔前缘主体向水平段方向推进,蒸汽腔前缘形态由“壶嘴”形向“钟”形演化,最后变成“帽沿”形。蒸汽腔立体形态在直井周围先呈“孤岛”形,后连通成“廊桥”形,最后汇聚成一个大腔体。(2)根据蒸汽腔演变规律,将整个模拟实验过程划分为注采预热阶段、蒸汽腔形成阶段、蒸汽腔扩展阶段、蒸汽腔下降阶段,整个生产周期采出程度可达55.6%,油汽质量比为0.17,取得了良好的实验效果。(3)物理模拟实验和数值模拟结果揭示了驱泄复合开发前期蒸汽驱替、中后期重力泄油的驱油机理,表征了蒸汽腔的演变规律,为同类型油藏的高效开发提供了技术支持。

面向新型电力系统物理模拟实验的快速系统原型技术

新型电力系统对电力系统物理模拟实验提出了很高的要求,原有的物理模拟技术已难以满足。通过借鉴控制领域常用的快速控制原型(RCP)技术思想,提出了快速系统原型(RSP)技术,包括数字仿真器、快速原型控制器和快速原型被控对象(ROP)3个部分,解决了传统物理模拟技术费时费力和难以满足新型电力系统快速演进需求的缺陷。RSP技术用于科学研究、产品开发和入网验证时,研究成果和产品可直接用于工程实际。首先介绍了RSP的思想及具体实现方案,并阐述了其“所见即所得”的动模实验理念,最后以柔直输电动模实验为例,验证了基于RSP理念和技术可建成一个企业级别的仿真环境及工程技术实践平台,并能真实灵活仿真新型电力系统的各种特性。

依托构造物理模拟实验室的“地史学”实验教学改革和成效

培养具有实践动手能力和科研创新能力的高素质复合型人才是高校的重要职能与目标。依托于构造物理模拟实验室,对“地史学”实验教学进行了改革,增加了以学生设计、完成为主的构造物理模拟实验教学环节。在地质学、资源勘查工程专业本科生培养中发挥了积极重要的作用,有助于学生了解专业领域的前沿发展,提升动手实践和科研创新能力,激发学习兴趣、培养团队精神。不仅如此,学生的发散思维也有助于拓宽教师的科研视野,促进教学与科研的协同发展。

走滑断层相关源-汇体系演化的砂箱物理模拟实验

以走滑断层为边界的隆升剥蚀区和山前沉积区组合是盆山体系的重要类型之一。由于走滑断层两盘不断发生相对滑动,因此走滑断层两侧的源区和沉积区之间的空间关系随走滑运动不断发生变化。走滑断层两侧的源-汇系统之间的耦合机制是一个有待研究的问题。针对这一问题,本文设计了一个简化的构造地貌砂箱实验,用来揭示源区特定母岩的沉积物分布特征以及两者之间的时空关系。实验结果表明,特定母岩在沉积区的沉积信号分布范围受包括山前洪积扇形态、岩体在流域内的分布等多种因素影响。由于洪积扇向沉积区呈扇状展开的形态特征,沉积信号在离走滑断层更远的位置分布范围更宽。当一个岩体分布在不同流域内时,其沉积物分布在两个洪积扇内,从而使其沉积信号分布范围更宽。相反,规模较小的洪积扇会被相邻较大的洪积扇限制形态从而使得沉积范围变窄。由于上述原因,在利用沉积信号和岩体之间的错开距离计算获得的走滑速率,可能会低估或者高估真实的走滑速率。本文的实验为研究以走滑断层为边界的盆山耦合系统及其源-汇体系提供了重要的模型参考。

低渗砂岩油藏水驱开发规律物理模拟研究

低渗砂岩油藏随着我国油气开采技术提高与科技的不断发展,其地位日益显得重要起来,我国的低渗透砂岩油藏储量十分丰富,分布范围也较为广泛,然而,国内对低渗砂岩油藏的开采存在不足,导致低渗砂岩油藏的采收率一般会远远低于其储量。含水饱和度对于油藏的最终产量和采收率的影响很大,因此,本文将在阿尔奇公式的理论基础之上通过实验的方法进行低渗砂岩油藏含水饱和度变化规律物理模拟研究,分析了含水饱和度的变化规律以及影响低渗砂岩含水饱和度变化的压力因素。本文通过调研与实验,得到的主要结论如下:1) 使用阿尔奇公式的方法相较于其他物理模拟方法更加简单,便于操作,适用范围更加广泛,相对更具有可靠性。2) 不同储层具有不同的阿尔奇公式参数,且参数的取值对结果的影响很大,因此对于不同的储层,需要先研究其岩电关系,确定其阿尔奇公式中参数的数值,以保证结果的准确性和有效性。3) 给出了低渗砂岩岩心的水驱过程中含水饱和度变化曲线,分析对比不同压力情况下的曲线,发现压力对含水饱和度的变化有明显的影响,相同情况下,在增大压力后,含水饱和度曲线上升速度增大,且驱替结束时的残余油饱和度减小。

基于物理模拟实验的超压碳酸盐岩电性特征与应用

为解决传统碎屑岩超压预测模型和方法不适用于具有刚性岩石骨架的碳酸盐岩地层超压预测难题,通过超压碳酸盐岩岩石物理模拟实验,分析岩石电性参数对不同压力的响应特征;模拟地层在封闭压力系统条件下,致密碳酸盐岩孔隙流体发育超压引起孔隙度增大,电性参数响应特征明显,建立基于电性特征的碳酸盐岩超压预测模型;开展典型地区单井碳酸盐岩地层超压预测应用研究,结果表明:超压碳酸盐岩地层孔隙压力增加,孔隙流体膨胀,岩石骨架受到压缩,孔隙体积增加,岩石孔隙度增大;超压碳酸盐岩地层孔隙度增大,导电离子通过岩石的通道增大,导电性变好,电阻率变小,孔隙度的变化量与岩石电性参数变化之间存在明显相关性;基于电性参数对超压的响应特征建立了碳酸盐岩超压预测模型,通过实例验证取得了较好的应用效果。可见电性参数对碳酸盐岩超压具有明显响应特征,未来可进一步研究利用地震资料与电性参数的相关性,实现三维区域碳酸盐岩地层钻前超压预测。

塔里木盆地顺北地区走滑断裂带压扭段和张扭段油气成藏实验模拟及成藏特征研究

近年来,塔里木盆地顺北地区在超深碳酸盐岩取得重要勘探突破,发现了断控缝洞型油气藏。该油气藏具有良好的生储盖组合,走滑断裂不同组合样式对油气运聚具有重要的影响和控制作用。本文选取顺北地区典型走滑断裂压扭段和张扭段开展解析,明确压扭段具有树枝状和树杈状两种断裂组合样式,张扭段具有非对称式和对称式两种组合样式,结合实钻油气藏的开发特征,建立实验模型,进行物理模拟实验,发现断裂带物性、断裂连接关系、供烃强度及缝网系统的发育是影响油气水分布的主要因素,压扭段直接相连主次断裂处于成藏优势区,可作为后期勘探开发的重点。建立了顺北地区压扭段和张扭段不同的油气成藏模式,对深化深部走滑断裂油气运移和成藏理论、指导顺北地区断控缝洞型油气藏的勘探具有重要意义。

煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验

探讨煤岩水压裂缝扩展规律是提高煤层气开采效率,降低开采安全风险及成本的重要课题。采用原煤试样,参照煤层气井水力压裂工程制定了"三轴向施加围压-顶部钻孔-下射流管注水"的煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验方案,根据实验方案结合现有实验条件开展了煤岩水力压裂物理模拟实验及煤岩裂缝检测实验。实验结果表明:煤岩沿层理面方向裂缝的发育程度要高于垂直层理面方向的裂缝;煤岩水压裂缝扩展形式以注水孔壁原生横向裂缝扩展为主,纵向裂缝扩展为辅,且裂缝呈直线形、跳跃性扩展。同时,根据实验结果分析提出:实际煤储层水力压裂工程中,射流孔应尽量布置在井壁含有较多横向原生裂缝的位置,提高煤层气井水力压裂质量;对于井壁同时含有较多横向裂缝和纵向裂缝的储层,采用"控压"压裂方式提高造缝质量;对于厚储层,采用"分段-分压"压裂方式构造横纵交织的裂缝网,提高煤层气的开采效率;尽量避免在含较多纵向原生裂缝及较大断层的井壁位置布置射流孔,以免引起煤储层顶板、底板失稳破坏,造成安全事故。

构造物理模拟实验方法的发展与应用

构造模拟实验是研究和模拟自然界地质构造现象变形特征、成因机制和动力学过程的一种物理实验方法.在查阅大量相关资料的基础上,总结出构造物理模拟实验的发展史、国内外研究现状,以及在实验理论、实验技术和实验材料等方面的研究进展.目前,构造物理模拟实验已被广泛应用于构造地质学和石油构造地质学研究领域以及石油勘探研究领域,是油气勘探研究由定性描述跨入半定量分析乃至定量分析的有效途径.在研究低级序断层组合方法、纯挤压条件下以及俯冲环境中楔体的形成及演化、铲形主拆离断层控制的伸展构造变形等方面取得了很大进展.作为研究构造变形机制的重要手段,构造物理模拟发展在压扭构造研究、盐构造的物理模拟等方面仍存在不足,研究途径的选择也是构造物理模拟实验面临的一个问题.

砂岩孔隙介质内天然气运移的微观物理模拟实验研究

采用真实的砂岩微观模型,通过与实际地质状况较为相似条件下的气驱水运移实验模拟天然气在砂岩孔隙内的二次运移,直接观察了天然气在砂岩孔隙、喉道内运移的过程和特征,在此基础上,分析和探讨了真实砂岩孔隙介质中天然气的微观运移机理。研究发现,天然气运移路径的形态通常迂回曲折,表现复杂的分支状特征,而且气体只沿毛细管阻力最小的运移路径向前运移;受真实砂岩孔隙结构的非均质性和运移动力变化的影响,天然气运移的速率不均一,呈现出跳跃式的运移方式;在孔喉比相差较大的亲水介质中,气体的卡断现象较为普遍,卡断增加了气体运移的阻力,对天然气运移十分不利;外界突发性的振动能够增加天然气运移的有效性。

营口—佟二堡断裂带成因机制的构造物理模拟实验研究

营口—佟二堡断裂带是控制辽河坳陷东部凹陷形成和演化的主体构造体系,是郯庐断裂带的北延部分。根据地质资料分析和构造物理模拟实验研究,营口—佟二堡断裂带在新生代经历了早期的拉张应力和后期右行剪应力的复合作用。拉张构造运动发生在古新世房身泡组沉积期至始新世沙河街组一段沉积期(距今约37.0～63.0Ma),在大陆裂谷演化阶段因地幔上涌而派生;右行走滑构造运动发生在渐新世东营组沉积期(距今约24.5～36.9Ma),后期右行剪应力作用使早期断裂再活动并形成新的断裂。基于构造物理模拟实验结果和对地质资料的分析,渐新世右行走滑构造运动导致的辽河坳陷水平位移约为4～8km。

利用核磁共振物理模拟实验研究岩性油气藏成藏机理

本文采用核磁共振成像技术(NMR)进行物理模拟实验,直观地观测了岩性圈闭中油的聚集成藏过程并定量模拟了不同条件下砂体中的含油性。实验结果表明,油气在砂体中的聚集是缓慢的,向上、向下及侧向都有油的运移,但以向上的运移速度较快,其次是侧向,向下较慢;温度、压力、砂体物性和围岩含油性是影响砂体含油性的重要因素。在实验研究的基础上,分析了岩性油气成藏的微观机理,将油气成藏过程划分为三个阶段,第一阶段为在扩散作用力、烃浓度差异压力作为动力克服毛细管阻力下的油气在烃源岩孔隙中心顺干酪根网络运移的过程;第二阶段为在毛细管压力差引导下的油气在砂泥岩界面通过孔隙和喉道渗滤的过程;第三阶段为在浮力作用下克服流体流动粘滞阻力和吸附阻力在砂体内富集的过程。

南堡凹陷分期异向伸展变形叠加特征:来自砂箱物理模拟实验的启示

在前人关于南堡凹陷新生代断裂系统形成机制构造物理模拟实验的基础上,针对南堡凹陷典型沉积时期断裂系统分布规律,进一步细化、分阶段开展了研究区不同沉积时期的构造在不同先存基底条件下的平面砂箱物理模拟实验,探讨了南堡凹陷新生代断裂系统形成的主控因素。研究结果表明:(1)南堡凹陷新生代构造具有分期异向伸展变形叠加的特征,是两期不同伸展方向构造变形叠加的产物;(2)NE—SW向断裂系统是在沙河街时期近NW—SE向伸展作用下形成的;近E—W向断裂系统是自东营期以来在近SN向伸展作用下形成的;东营早期是南堡凹陷应力体制发生转变的关键时期;(3)不同沉积时期的构造形态受控于特定的边界几何条件、基底非均匀性及先存断裂的展布特征。

三元复合驱室内物理模拟实验研究——天然岩心与人造岩心的差异

在三元复合驱室内物理模拟实验中,选取两种相对分子质量(1 200×104和2 000×104)的聚合物以及两种岩心(人造岩心和天然岩心).研究了三元复合体系注入段塞大小和注入前置及后续段塞大小等不同注入方式对驱替效果的影响.实验结果表明,使用不同相对分子质量聚合物配制的三元体系,其高浓度小段塞比低浓度大段塞的驱油效率高,而且高相对分子质量聚合物驱比低相对分子质量聚合物驱效果的差别更明显;在注入方式相同的条件下,人造岩心的驱油效果优于天然岩心;随着化学剂用量的降低,这种差异会更大.

华南多层推滑构造系的物理模拟实验

利用物理模拟的方法,研究华南多层推滑构造系的变形特征、变形过程和力学机制。在实验室条件下,根据实际地质条件,物理模拟实验再现了多层推滑构造系的形成和演化过程;论证了岩石能干性差异和岩系能干性结构对变形产生的影响。在挤压应力背景下,岩石发生逆冲推覆,能干性层在非能干性层上滑脱、变形,形成断坪-断坡逆冲推覆变形构造。由于非能干性层易发生塑性流变,具有很好的调节变形的作用,使得滑脱面上下的能干性层的变形各具特色。

三元复合驱注入段塞组合物理模拟实验研究

选取分子量为1200万、2000万的聚合物,通过室内物理模拟实验,研究三元复合驱注入段塞组合、浓度、大小对驱替效果的影响。实验结果表明:在化学剂用量相近时,高浓度小段塞的采收率比低浓度大段塞高,高分子量聚合物的驱油效果比低分子量聚合物更明显。不同前置和后续段塞优化驱油实验的结果表明,把聚合物、碱、表面活性剂拆分成双段塞(聚合物、碱+表面活性剂)分注比整个三元体系作主段塞单段塞合注采收率高;在碱、表面活性剂用量不变的情况下,注入的聚合物前置段塞(0.1～0.3 PV)增大对改善驱油效果有利,前置段塞聚合物浓度应不低于1.2g/L;后续段塞大小一般选择0.2PV,在聚合物浓度不变时,后续段塞大小变化在一定范围内对驱油效果影响不大。