高温高压下陆相致密油藏非稳态压裂液渗吸机理研究

渗吸提采(IEOR)是高效开发具有“三低”特性致密油资源的关键技术。在储层压裂、返排、后续开发等阶段,压裂液与油藏中的岩石、流体相互作用后产生渗吸效应,研究稳态及非稳态压裂液渗吸机理对现场开发具有重要指导意义。为此,首先提出了稳态及非稳态渗吸概念,在模拟高温高压环境的基础上,利用核磁共振技术与物理模拟实验结合,定量表征了不同条件的压裂液渗吸特征差异。结果表明:压裂液稳态渗吸作用尺度为0.01-51.52 ms,非稳态渗吸作用尺度为0.01-27.75ms,且在渗吸初期,二者的渗吸速率最快,渗吸作用优先在小孔(0.01-1.00ms)中进行,随着反应时间的进行,再进入中孔(1.00-10.00ms),最后为大孔(>10.00ms);非稳态渗吸效率整体高于稳态渗吸,但是非稳态渗吸整体较早趋于稳定,小孔是压裂液渗吸效率的主要贡献者,并最先趋于稳定,其次为中孔,最后为大孔;双重介质的渗吸效率虽整体优于单一介质,但各孔喉的渗吸稳定时间相对滞后;非稳态渗吸的渗吸效率与储层渗透率、储层品质因予呈正相关性,且随着渗透率和储层品质的提升,中孔对渗吸的贡献逐步上升,由小孔主导型逐步变为中孔逼近型,最终为中孔主导型。

致密砂岩气藏气水两相渗流规律影响因素分析

致密砂岩气藏在我国的储量丰富,分布也很广泛,相较于致密砂岩气藏丰富的资源储量,我们对于致密砂岩气藏的开采能力却相当不足。这是由于致密砂岩气藏孔隙细小、喉道狭窄、储层中含水高使得气–水两相的渗流特征十分复杂,影响了致密砂岩气藏的开发效果。本文进行了致密砂岩岩心的室内物理模拟实验,分析了物性、围压、温度和驱替压差对气–水两相渗流的影响,得到的主要结论如下:1) 非稳态气–水相渗实验与其他物理模拟方法相比更加简单,便于操作。2) 岩心的物性差,其束缚水饱和度会相对较大,气相和水相渗流能力相对较差;岩心受到的围压增大,岩心中的束缚水变得更多,两相渗流能力下降;岩心所处环境温度上升,岩心中的束缚水会变少,气相流动能力下降,水相则相反;驱替压差增大,岩心中更多的水被驱出,束缚水减少,两相渗流能力增强。3) 归一化处理后的相渗曲线可用于计算区块的含水率。

分级加载下破碎砂岩渗透特性试验及其稳定性分析

煤岩体的渗透特性与孔压梯度满足渗流失稳条件时,易引发突水和瓦斯突出灾害。破碎岩体长时间缓慢变形过程中,其渗透特性将随孔隙率的变化而发生改变,且破碎岩体不同粒径的配比会影响其渗透特性。采用Talbol级配理论,利用DDL600电子万能试验机、渗透仪等试验设备,设置五级轴向恒载加压,每级恒载加压下对应4种不同渗透压进行试验,探究不同粒径配比下的破碎砂岩渗透特性。试验结果表明:1轴向荷载从第1级加载至第5级,随着缸筒内破碎砂岩有效应力的增大,描述渗流速度变化的参数Dv均呈减小趋势;2恒载变形后期,破碎砂岩随孔隙率减小,其渗透率总体呈减小趋势,而非Darcy流β因子的绝对值增加;3不同Talbol幂指数的破碎砂岩,渗透率与非Darcy流β因子的大小存在差异,n=0.5时,破碎砂岩渗透率最小,非Darcy流β因子最大,n=1.0时,破碎砂岩渗透率最大,非Darcy流β因子整体较小。研究可见,破碎砂岩颗粒粒径很小或颗粒破碎细化非常严重时,非Darcy流β因子较容易出现负值,破碎砂岩发生渗流失稳。

喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征研究

为查明高异质性背景条件下喀斯特坡地土壤稳渗率空间分布变化特征,在6类典型人为活动方式石灰岩坡地针对4类主要生境类型(土面、土石面、石沟、石缝)开展生境空间分布调查和土壤理化性质分析,并利用Guelph入渗仪进行稳渗率实验。通过对比分析各生境土壤性质和土壤稳渗率关系,结合人为作用方式探讨各生境土壤性质和稳渗率空间变化特征及其演化规律。结果表明:1)喀斯特坡地土壤稳渗率普遍高于非喀斯特地区,喀斯特坡地土壤稳渗率受土壤孔隙和岩石裂隙耦合作用影响。2)各生境条件下土壤稳渗率具有高度的空间异质性,呈现"斑块状"空间分布特征。3)坡地人为作用方式变化将改变原有生境的土壤性质,进而导致各生境土壤稳渗率随人为活动进程发生相应变化。人为踩踏作用影响较小的原生林、次生林和乔灌林坡地土面和土石面生境土壤稳渗率普遍高于石沟和石缝生境,但转变为人为踩踏作用强烈的放牧灌草地或火烧人为干扰地后,土面和土石面生境土壤退化严重,土壤容重和粘粒含量增大,稳渗率显著降低。而石沟和石缝生境土壤性质和稳渗率受影响程度明显小于土面和土石面生境,土壤稳渗率仍可维持较高水平。

六盘山叠叠沟小流域土壤稳渗速率及其影响因子

采用小区漫流法研究叠叠沟小流域内4种典型植被下的土壤稳渗速率及其影响因子。结果表明:不同植被类型的土壤稳渗速率平均值表现为天然草地>虎榛子灌丛>沙棘灌丛>华北落叶松林地。坡向影响土壤稳渗速率表现为阴坡>半阴坡>阳坡,坡位对土壤稳渗速率的影响表现为中坡位>下坡位>上坡位,坡度对土壤稳渗速率的影响表现为中坡>陡坡>缓坡,当坡度小于25°时土壤稳渗速率随坡度增大而增大,当坡度大于25°时土壤稳渗速率随坡度增大而减小。因此,以坡度25°为分界点,找到了影响土壤稳渗速率的主导因子,并经多元逐步回归得到土壤稳渗速率与主要影响因素的分段函数。

四川盆地丘陵区农林复合系统林地土壤的稳渗速率

运用Hood IL-2700自动采集土壤入渗仪测定了四川盆地丘陵区农林复合系统3种林地(柏木Cupressus funebris纯林、麻栎Quercus acutissima-柏木混交林和桤木Alnus cremastogyne-柏木混交林)土壤的稳渗速率。结果表明:同一林地的土壤稳渗速率随土层加深而下降;不同林地的各层土壤中,混交林土壤稳渗速率显著高于纯林(P<0.05),混交林之间差异不显著(P>0.05)。0～10cm土层稳渗速率的大小为:栎柏混交林(13.269mm·min-1)>桤柏混交林(10.438mm·min-1)>柏木纯林(4.513mm·min-1);10～20cm土层稳渗速率的大小为:栎柏混交林(4.338mm·min-1)>桤柏混交林(3.791mm·min-1)>柏木纯林(1.329mm·min-1);20～30cm土层稳渗速率的大小为:桤柏混交林(3.095mm·min-1)>栎柏混交林(2.653mm·min-1)>柏木纯林(1.965mm·min-1)。土壤物理性状、林分结构和林地凋落物与土壤稳渗速率存在密切关系,建议在四川盆地丘陵区农林复系统景观格局配置中,应积极营建混交林林带,以提高森林的水土保持功能。

原地浸矿单孔注液稳渗流量计算

为确定原地浸矿工艺中单孔注液流量,开展5组单孔注液现场试验,获得不同注液流量下孔内水头及影响半径的实测数据。假设孔周湿润体近似为椭球体,取饱和度Sr=80%等值面围成的区域为研究对象,将单孔注液稳渗过程等效为以孔内水头及Sr=80%等值面上基质吸力为驱动力的入渗问题,建立单孔注液稳渗流量计算模型,利用试验结果进行模型验证。结果表明:原地浸矿单孔注液孔周等效水力梯度随孔内水头的变化较小,对于砂土类矿体可取平均值为5.62;单孔注液稳渗流量与孔内水头近似呈线性关系,模型误差绝对值在12%以内,表明单孔注液稳渗流量计算模型是有效的。

煤样渗透特性及渗流稳定性的实验研究

为了验证煤样中渗流是否可能发生失稳,利用瞬态法对母体来自淮北矿区的4块煤样进行了破坏过程中渗透特性测试,计算出煤样在不同应变下的渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数和渗流稳定性指数,并分析了各煤样渗透特性的变化规律。研究表明:①在煤样破坏过程中,渗透特性随着应变的增大而发生变化,非Darcy流β因子和加速度系数趋势相同,渗透率与渗流稳定性指数的变化趋势近似相同。②由于围压的作用,煤样的渗透特性变化不很显著。③非Darcy流β因子、加速度系数很少出现负值,渗流稳定性指数出现负值的概率更小。试验中未出现渗流失稳现象。但是,由于煤样的渗透特性与煤层的渗透特性存在几个量级的差异,不能断言煤层中渗流不会失稳。

破碎泥岩三轴渗流试验及其稳定性分析

为了探究破碎泥岩微观结构和渗流参数的实时变化对渗流系统结构稳定性的影响,采用自主研制的破碎岩石三轴渗透试验系统并结合稳态渗透法和轴向位移控制法,对级配破碎泥岩进行三轴渗流试验。结果表明:有效孔隙度、渗透率、非Darcy流β因子的变化均与轴向载荷和围压有密切关系,且得到了渗流失稳时渗透率和非Darcy流β因子之间的关系和发生渗流失稳的主要条件。

流域稳渗率分布曲线线型的分析研究

湿润地区的流域汇流计算，常常以不同水源分别进行汇流计算，需将总径流量划分为直接径流量和地下径流量两部分，流域稳定下渗率Ｆｃ是划分径流量的重要参数，通常用试错法确定，对固定流域取为常数。本文考虑流域各处透水性能并不均一，设想类似于流域蓄水容量曲线，在下渗面上存在着流域稳渗率分布曲线，并表达为少数参数方程，以便于地区综合，提高划分水源、流域汇流计算的精度。

基于圆筒入渗仪的田间膜孔灌土壤入渗参数研究

了解膜孔灌形成的土壤湿润体尺寸对于设计经济高效的灌溉系统至关重要。采用HYDRUS-2D/3D数值模拟方法,研究土壤容重和膜孔直径对12种质地土壤入渗特性的影响。基于180组数值模拟结果,对湿润体运移模型的参数进行了优化。采用田间圆筒入渗仪试验和室内土箱试验(文献资料)对模型的可靠性进行评价。结果表明:湿润半径和湿润深度均随膜孔直径和灌溉时间的增大而增大,而随土壤容重的增大而减小;两者与稳渗率和灌溉时间呈幂函数关系,建立一种适用于不同土壤质地类型的湿润体运移模型;对于特定土壤质地,稳渗率与土壤容重和膜孔直径之间具有良好的幂函数关系,幂函数指数分别为-6.3和1.1,幂函数系数只需1组圆筒入渗仪田间试验即可推求。所建模型计算值与12组试验实测值一致性较好,均方根误差接近于0(介于0.020~0.170 cm之间),纳什效率系数趋近于1(介于0.995~0.999之间),实现了膜孔灌湿润体尺寸模型在田间的实际应用,试验设计简单,方便管理人员进行快速的现场评估。

基于Green-Ampt和稳渗不同入渗模型下的城市内涝影响数值模拟

为分析Green-Ampt和稳渗两种入渗模型对城市内涝的影响,以陕西省西咸新区沣西新城核心区为研究区域,应用基于水文及水动力方法的城市雨洪过程数值模型模拟城市暴雨致涝过程。以Green-Ampt入渗模型计算产流,模拟研究区内涝积水过程,发现计算数据与实测数据吻合度高,内涝积水点均实现精确的模拟。计算了1a、2a、5a、10a、20a、50a6种不同重现期设计降雨在两种不同入渗模型下的内涝积水总量与总面积的变化,结果表明:城市内涝积水达到峰值时,不同降雨重现期下Green-Ampt入渗下相较于稳渗内涝积水总量分别减少28.41%、26.49%、26.39%、21.04%、17.28%、15.02%,Ⅲ级及以上内涝积水总面积分别减少31.5%、28.6%、28.3%、20.7%、16.3%、12.7%。本研究应用不同入渗模型揭示了内涝积水程度在不同降雨重现期下的变化规律,对更合理地开展数值模型模拟以及城市雨洪管理工作具有重要借鉴意义。

湿润地区小流域稳渗率f_c的计算及变化规律的探讨

小河站的产汇流分析是水文工作的常规任务。它不仅是为了研究小河站网布设,重要的是通过对各单站成果的分析综合,可为小汇水面积的暴雨洪水计算提供依据。方法正确与否,综合成果能否真实地反映自然规律,对应用有很大关系。笔者在工作中,对湿润地区小河站产汇流分析中的稳渗率f_c的计算及变化规律进行了一些探讨,兹介绍如下。

基于渗流失稳理论的煤体层裂机制分析

基于对流-固耦合数学模型的数值解算,根据计算结果,从渗流破煤的角度解释了煤体卸压后 层裂发生的力学机制;通过对计算结果数据的整理分析,得到了煤体在渗流作用下发生初次破坏的力学 定量条件,并定性的描述了层裂破坏持续推进以及终止的力学条件。数值计算结果显示:煤体的抗拉强 度、初始吸附压力以及卸压速率共同决定着初次破坏能否发生以及破坏层裂体的厚度;层裂破坏能否持 续推进主要由未被破坏煤体的卸压状况以及层裂空间内的压力变化趋势所决定,前者可以通过数值计算 定量获得,而后者则与层裂破坏后层裂体的厚度以及破碎程度有关。

湿润地区小流域稳渗率计算方法及变化规律的探讨

一、问题的提出近年我省小河站的站网规划和水文资料在站分析,多是根据八省一院协作组所编写的《湿润地区小河站网规划分析方法》(江西省水文总站印,以下简称“方法”)所介绍的参数法进行产,汇流分析的。在工作中,我对“方法”第58～59页提出的“稳定入渗f_c的计算”的方法原理。

砂层在黄土中的减渗作用及其计算

本文根据非饱和土壤水的达西定律,对砂层在黄土中的减渗作用及在整个过程中使入渗率由非线性衰减阶段转为线性稳渗阶段的机理做了分析论述。在此基础上提出了不同砂层质地(中值粒径d50 )与埋深条件下稳渗率fp 的计算方法,建立了砂层质地的中值粒径d50 及埋深Z与吸力值Sm 的关系。根据水量平衡原理,得到了入渗过程中由非线性衰减阶段开始进入稳渗阶段的时间t1 。经试验资料验证,以上计算式不仅计算精度较好,且具有一定的实用性,特别是在缺少土、砂水分运动参数的情况下。

具有砂质夹层的土壤入渗计算

根据室内系统的试验研究,对土壤具有砂质夹层的入渗计算问题,即非线性入渗阶段转为稳渗阶段时间与稳渗率,提出了一个以现有均质土积水入渗公式为基础的计算方法。该方法利用Kostiakov入渗模型与砂层以上土体达到饱和所需水量建立水量平衡关系,由该关系可以确定出非线性入渗阶段转为稳渗阶段的时间;再由实验数据回归的方法,将层状土转折后的稳渗率与均质土入渗过程在转折时刻的瞬时入渗率的比值与夹层的埋深及中值粒径建立相关关系,从而可由夹层土壤埋深、中值粒径以及均质土在转折时刻的瞬时入渗率确定出层状土转折后的稳渗率。该方法经试验数据的检验,除个别点外,误差均在5%以内。由于确定稳渗率与夹层土壤埋深、颗粒组成、均质土入渗规律等有关,实际确定时会有一定困难,因此该方法尚待完善和生产实际的考验。

夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型的改进与验证

对于土层夹砂结构,湿润锋穿过砂层上界面时,入渗率变为稳渗率。为确定各因素下夹砂层土壤的稳渗率,在Green-Ampt入渗模型基础上,引入导水度系数(小于1)来量化上层土壤的导水程度,建立了改进的夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型。采用HYDRUS-1D软件,模拟了不同土壤质地、初始含水率、压力水头、砂层埋深和砂层厚度条件下的稳渗过程,根据模拟结果分析了夹砂层土壤的入渗规律及其影响因素,稳渗率主要受土壤质地、压力水头和砂层埋深的影响。在相同压力水头、初始含水率和砂层厚度下模拟获得不同砂层埋深的稳渗率,并采用改进的Green-Ampt入渗模型拟合,求得导水度系数和进水吸力值。分析发现导水度系数变化较小,为简化计算,取其平均值0.95。在此基础上,提出了由土壤物理特性参数进气值倒数估算进水吸力的计算公式。利用秦王川地区的夹砂层土壤积水入渗试验及已有文献资料验证所建模型的有效性,结果表明所建模型待定参数少,计算误差基本在5%以内,且试验设计较简单,可为农田水分管理及工程防渗技术提供理论依据。

长江中上游地区土壤入渗规律研究

利用双环法对长江中上游水土流失严重区的37个县(市)进行原位测试,对其典型土壤的入渗规律进行了系统的研究。结果表明,在长江中上游地区,利用蒋定生公式和Horton公式对土壤入渗过程拟合的精度高于Philip方程和Kostiakov经验公式;土壤稳渗速率与容重呈负相关,与孔隙度、>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量、有机质含量以及粉/黏呈正相关关系;不同类型土壤特性不同,而使土壤稳渗速率随土类发生有规律变化,黄壤系列土类最大,然后是石灰土、紫色土,红壤系列土类稳渗速率最小;土壤稳渗速率在长江中上游地区呈现规律性的地域分异。四川盆地以及毕节地区是稳渗速率极高值区,陕南和陇南地区、三峡库区以及丹江口库区是稳渗速率高值区。金沙江下游地区以及湘东赣南红壤丘陵区是稳渗速率一般区,土壤稳渗速率的空间分异与长江流域目前的重点产沙区相对应。

坡耕地土壤水分入渗影响因素分析

利用人工模拟降雨装置对影响坡耕地土壤入渗的诸因素进行了研究。发现坡面产流历时与土壤容重、初始含水率、坡度、降雨强度、耕作管理措施呈负相关;土壤稳渗速率与降雨强度、耕作管理措施呈正相关,与土壤容重、初始含水率、坡度呈负相关。通过综合因素分析可知,影响坡面土壤入渗和产流历时的主要因子为土壤物理性质和耕作管理措施。