2D电法监测地浸采铀溶浸剂运移过程探讨

为提高砂岩型铀矿地浸开采效率,需要掌握注入含矿层的溶浸剂溶浸范围,但目前铀矿山还没有高效的观测手段。酸法溶浸剂的主要组分是硫酸,其浓度高达15 g/L,会显著改变含矿层中地下水电阻率。电法勘探对地下介质电阻率变化反应灵敏,为溶浸剂运移观测提供了可能。以我国内蒙古某酸法地浸铀矿为背景,通过数值算例,探讨双偶极、温纳、施伦贝尔三种高密度电阻率装置探测因硫酸运移产生电性异常区域,并通过电性异常区域反向圈定硫酸的溶浸区域。结果表明,三种装置均能够观测到100 m深度因溶浸剂运移产生电性变化区域的视电阻率响应,其中双偶极装置的观测效果和圈定效果最好,其反演结果能够较好地划分电性异常区域的左右边界,60 d后的反演低电阻异常区域面积与对应时刻溶浸区域面积较为吻合。井测线观测装置对地下电阻率变化的灵敏度要高于纯地表测线观测方式,但成本也更高。

特厚煤层覆岩关键层判定及运移规律相似模拟研究

为摸清宽沟煤矿W1123工作面在实体煤及采空区下开采的覆岩运移规律,搭建综放面走向方向物理相似模拟实验模型,利用全站仪和百分表对模型回采过程中工作面覆岩运移以及下沉值进行定期全方位监测,探讨关键层及特厚煤层对覆岩垮落的影响,分析覆岩运移规律。结果表明:层厚为15.9 m的粗粒砂岩为主关键层;W1145工作面回采至104 m时,工作面覆岩老顶垮落,形成由主关键层组成的拱形稳定结构,回采至192 m时,回采特厚煤层产生较强矿压汇集至主关键层,其控制的覆岩结构发生失稳,产生较大面积垮落,矿压显现强烈,回采结束时,最大下沉值达1.4 m;W1123工作面回采至396 m时,距工作面前方10 m处岩层出现裂隙并突然垮落,两工作面发生贯通,最大下沉值达2.6 m,回采结束时,最大下沉值达1.38 m。为采空区岩层的稳定性研究提供科学依据。

油气二次运移研究现状及发展趋势

油气二次运移是成藏研究的薄弱领域,正确了解二次运移的研究现状对于促进油气成藏研究有着重要的意义。在全面调研的基础上,系统总结了国内外对于油气二次运移的主要研究成果;对目前常用的流体示踪剂法、物理模拟法、数值模拟法等研究方法在我国的运用情况进行了详细介绍。最后,指出了目前研究中存在的问题和今后的发展趋势。

放射性核素生态运移与辐射剂量评价研究现状及趋势

放射性核素在生态环境中的输运和转移(简称运移)长期以来受到辐射环境保护领域的特别关注。本文将系统梳理放射性核素在生态环境中的运移机制和模型及参数、人类和非人类生物剂量评价方法,以及在核设施发生事故情况下放射性核素非平衡态运移模型及参数等相关研究现状,并从计算模型、评价方法和参数等多维度探讨放射性核素在生态环境中的运移行为,重点针对放射性核素海洋运移、非人类物种剂量评价、短期事故排放的动态模型、人工智能技术应用等方面开展进一步研究并提出建议,为核与辐射应急响应、环境监测与风险评估等提供科学依据和技术支持。

页岩油微运移识别、评价及其石油地质意义

以准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组页岩为例,综合岩心观察、测试分析、地质剖析和数值模拟等方法,识别页岩层系石油微运移现象,采用自主研发的排烃潜力法定量评价页岩油微运移烃量并进行了可靠性验证,指出页岩油微运移评价的石油地质意义。研究表明:页岩层系富有机质纹层和贫有机质纹层之间存在明显的页岩油微运移,富有机质纹层生烃能力强,生成烃类的重质组分优先与干酪根溶胀或吸附滞留,轻组分以游离态运移到与其互层的长英质或碳酸盐贫有机质纹层富集;玛页1井风城组69%的页岩存在外来运移烃的充注,31%的页岩发生了排烃作用。综合基于地质色层效应的族组分、二维核磁共振以及无机锰元素在烃类运移过程中的地球化学行为等分析,验证了微运移评价结果的可靠性;微运移是连接页岩层系各个油气聚集要素的桥梁,贯穿页岩油从生成、排出到富集的全过程,影响页岩油的含量和组分。页岩油微运移识别与评价结果,将为揭示页岩油动态差异富集机制、建立页岩“多级生油高峰”模式提供新视角。

粗糙壁面压裂裂缝内支撑剂运移铺置特征

采用铸模工艺对岩石露头粗糙劈裂裂缝面进行立体重建,搭建大型可视化粗糙裂缝实验装置并开展支撑剂运移实验,研究粗糙壁面裂缝内支撑剂运移铺置的典型特征及其内在机制,分析裂缝倾斜程度、裂缝宽度以及压裂液黏度对支撑剂在粗糙裂缝内运移铺置的影响规律。研究表明:裂缝的粗糙特征会引起流道形状和流体流动模式的改变,导致支撑剂运移时易发生桥接堆积并形成未充填区,携砂液出现窜流、反向流和绕流等多种复杂流动形式,并影响砂丘堆积的稳定性;支撑剂在倾斜粗糙裂缝内具有更高的铺置率,实验中相较于垂直裂缝其铺置率最大增加了22.16个百分点,但砂丘的稳定性差;缝宽减小会加剧支撑剂的桥接堆积并导致更高的泵注压力;增大压裂液黏度能够减轻裂缝面粗糙特征引起的支撑剂桥接堆积。

气泡运移特征可视化观测装置研制及应用

气液两相流动过程中,气泡的形态变化时刻影响着流动的发展。为分析气泡在运移过程中的形态变化,该文研制了一套气泡运移特征可视化观测装置,包括管道模块、动力模块及数据采集模块。为了验证装置的可靠性,开展了不同液相黏度、不同液速及不同管道倾角下的气泡运移实验。实验结果表明,该装置操作简单、功能多样,可清晰地展示并记录气泡在不同液相环境下的运移轨迹及状态,并得到气泡的速度变化数据,实验结果直观可靠。结果证明该装置可解决因气泡运移特征复杂、影响因素多而难以获取直观数据的问题,对研究气液两相流动及气泡动力学领域的相关问题具有一定意义,可推广应用。

惠民凹陷临南洼陷油气运移特征研究

在详细分析临南洼陷油气运移的动力系统、输导条件、运移方向以及运移时期的基础上,对临南洼陷内油气运移特征进行了系统研究。研究结果表明:(1)临南洼陷油气运移系统具有明显的分层特征,在3000m以上地层为正常压力系统,3000m以下地层为混合压力系统,浮力和异常压力构成了临南洼陷内油气运移的主要动力;(2)近东西走向的断层和相互连通的砂体共同组成了油气由洼陷中心向边缘运移的通道;(3)油气由洼陷中心向边缘运移共有4个优势运移方向;(4)油气运移时期出现在渐新世东营期。

深层页岩压裂多级裂缝内支撑剂运移与分布规律

深层页岩天然裂缝与层理缝发育,经体积改造后易形成“主缝+支缝+次微缝”的多级裂缝结构,但受高垂向应力和高水平应力差条件的影响,深层页岩压裂裂缝开度极窄且主次缝开度差异较大。为了明确多级裂缝内支撑剂运移机制与分布规律,搭建了大型可视化支撑剂输送实验系统,研究了泵注排量、液体黏度、支撑剂粒径、支撑剂浓度、裂缝特征参数对支撑剂运移与分布的影响规律,最后基于水电相似原理计算了裂缝整体导流能力并开展了评价分析。研究结果表明:①缝内支撑剂存在多种堆积模式,其形成由流体对支撑剂的携带能力决定;②支撑剂分流效率受多种因素影响,增大排量与减小支撑剂粒径均可提高分流效率;③多级裂缝内,增大排量与压裂液黏度均在一定程度上改善了支撑剂非均匀分布,但裂缝导流能力表现为先增大后减小;④综合支撑剂分流结果与多级裂缝内支撑剂分布规律,推荐坚持“大排量+低黏度”泵注思想,以保证大粒径支撑剂占比,适当混合小粒径支撑剂,构建“近井区高导流+远井区有支撑”的高导流裂缝体。结论认为,基于含多级裂缝的大型可视化支撑剂输送实验系统,全面系统研究了不同条件下多级裂缝内支撑剂运移与堆积的模式,研究成果可为深层页岩压裂泵注工艺参数设计与优化提供理论支撑。

运移距离对CO_(2)混相驱重力超覆的影响规律及表征分析

CO_(2)驱油技术具有提高原油采收率和资源化利用与封存的双重目的,已在低渗-致密油藏得到广泛应用。为明确运移距离对CO_(2)混相驱油过程中密度差引起的重力超覆程度的影响规律,分别采用室内物理模型和数值模型开展研究。实验结果表明,混相条件下,由于岩心长度减小,重力超覆的扩展空间受限,但油气混相程度的降低,导致重力超覆程度降低幅度较小;当岩心长度继续减小时,混相程度降低对重力超覆的影响大于岩心长度对重力超覆扩展空间限制的影响,从而使重力超覆程度加剧。数模结果表明,随着运移距离的减小,重力超覆程度减弱,混相驱采收率提高。因此,结合油田现场情况,为减缓重力超覆,应适当减小井距,缩短CO_(2)气体运移距离,从而提高CO_(2)驱的波及效率。研究结果对于CO_(2)驱油现场试验方案设计和参数优化具有一定的指导意义。

西北干旱露天煤矿排土场土壤重构与水盐运移机制

矿山排土场生态修复是煤矿露天开采面临的重大环境问题,是制约建设绿色露天煤矿的重要因素。土壤重构是排土场生态修复的重要步骤,以新疆为代表的西北煤炭基地,水资源短缺,盐碱化突出,土壤水盐运移是决定土壤重构是否成功的关键指标。目前研究集中在表层土壤重构改善土壤养分促进植物生长,针对保水控盐的功能化土壤重构的研究甚少,对不同土壤重构方式下的水盐运移机制尚不明晰。研究立足新疆煤炭资源禀赋特征,从煤炭循环经济的角度出发,采用能源化工副产物煤气化渣(CGS)作为重构材料,通过毛细水上升-蒸发试验,分析CGS重构后水盐垂向运移和水分供给能力,通过Van Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线,分析CGS重构后土壤持水能力,研究CGS作为含水层重构材料的可行性。采用煤矿开采伴生岩石矿物红泥岩作为重构材料,通过土柱入渗蒸发试验,分析红泥岩重构后不同土壤深度的水盐变化情况,研究泥岩作为隔水层重构材料的可行性。结果表明,CGS重构改善土壤质地,优化孔隙结构,促进了土壤水盐运移,毛细作用增强,促进了下层水分向上供给,同时也增加了盐分表聚,重构改变土水特征曲线参数,增加了饱和含水量θ_(s),降低了参数a和n,改善了土壤持水性能。CGS添加量越高,细渣质量分数越大,效果越明显。CGS作为重构含水层材料具有可行性。红泥岩黏粒和次生矿物含量高,孔隙结构丰富,物理吸附性良好,重构后0~24 cm深度下土壤含水率高于对照组,蒸发后的盐分在20~24 cm达最高值,红泥岩有效阻隔了盐分上移。红泥岩作为重构隔水层材料具有可行性。研究以期探索出一条适合西部煤炭基地排土场土壤重构模式。

油气运移时间的计算

油气运移对油气成藏具有重要意义,但传统的油气运移研究定性的内容较多,定量的内容较少,且一直没有建立起油气运移时间的计算公式。油气运移,实际上就是油气在岩石中的渗流过程。根据渗流力学理论,建立了油气初次运移和二次运移时间的理论计算公式。结果表明,油气运移的时间都很短,与漫长的地质时期相比可谓一瞬,因此,油气运移时间不是制约油气成藏的主要因素。气水或油水分异调整和平衡的时间亦都很短,气水倒置或油水倒置难以维持。运移之中的油气十分分散,且丰度极低,不具有开采价值,目前开采的油气藏都是运移完成之后的油气聚集。应用油气运移时间的计算公式,可定量研究地层的油气运移时间问题。

小断层影响下的采空区瓦斯运移规律研究

在煤矿开采过程中,小断层会导致采空区瓦斯聚集形成瓦斯富集区,对生产安全具有很大威胁,因此有必要研究小断层影响下的采空区瓦斯运移规律。通过UDEC数值模拟采空区上覆岩层破坏过程,从而计算小断层影响下采空区上覆岩层的空隙率,并利用FLUENT软件数值模拟开采过程中考虑小断层影响的采空区瓦斯运移规律。研究表明:①工作面距离小断层20 m远处,小断层从顶部首先出现滑移现象,采空区上覆岩层的位移开始受到断层的影响;工作面到达断层时,由于断层滑移,上盘岩体在断层面滑移产生回转现象,支撑着采空区岩层,覆岩垮落位移量出现大幅度减小,并且岩层垮落出现滞后现象;小断层的影响范围有限,工作面过小断层60 m之后,采空区上覆岩层位移规律逐渐恢复正常。②通过分析含小断层采空区上覆岩层位移特征,得到了采空区上覆岩层位移及其拟合公式,计算得到了三维空隙率分布规律:垮落带范围内,覆岩空隙率在4个隅角位置最大,并且断层靠近进回风巷的位置也出现了空隙率增高;裂隙带范围内,除断层靠近进回风巷的位置空隙率较大,其他位置空隙率相对较低且变化不明显。③获得了小断层影响下的采空区瓦斯运移规律:在工作面距离断层50 m远处,采空区瓦斯运移几乎不受断层的影响;在工作面推进至断层时,瓦斯沿着断层及其附近的高空隙率覆岩产生的优势逃逸通道向采空区深部运移,同时上盘的瓦斯也向深部转移导致大量瓦斯积聚在断层下盘,可能导致瓦斯随漏风流入工作面及回风巷;在工作面过断层50 m时,采空区瓦斯继续向上隅角附近转移;工作面过断层100 m时,采空区上覆岩层瓦斯运移出现回转现象,上隅角和下盘垮落带瓦斯体积分数高。

断陷盆地陡坡带新近系目标圈闭优势运移路径与汇聚能力分析:以渤海海域庙西北凸起东侧陡坡带为例

断陷盆地新近系的成藏规模与深层油气汇聚及立体输导体系息息相关,断陷盆地新近系源外目标圈闭油气充注的差异性是新近系目标研究中需要重点关注的问题。以渤海海域庙西北凸起东侧陡坡带为例,分析了陡坡带油气汇聚体系组成要素,通过断层输导能力评价划分了优势充注段,进而在断层充注段控制下开展了油气运移模拟。研究表明:(1)陡坡带汇聚体系由深层聚烃砂体、边界大断层、浅层晚期断层3个部分组成。(2)汇聚体系中3个部分的各自优势汇烃要素相互作用组成主要运移路径,最终体现在与目标圈闭搭接的断层充注段上;庙西北凸起东侧主干运移断层中段为强充注区,北段为中等充注区;次级运移断层中4,6,8号断层发育强充注段,1,2,11号断层发育中等充注段。(3)构造层运移模拟发现庙西北凸起东侧陡坡带中段发育油气聚集区,东侧发育2条主要运移路线,同时南侧发育1条主要运移路线;3号典型砂体发育4个汇聚区,其中汇聚区C为汇聚能力最强区域。研究成果可为目标区井位部署提供参考,技术方法可为油气汇聚成藏分析提供技术支持。

稠油化学驱多孔介质中乳状液生成及运移规律研究

乳化作用是稠油油藏化学驱提高采收率的主要机理之一,稠油在多孔介质中的乳化与油藏温度、驱油剂浓度密切相关。通过乳化实验研究了稠油形成水包油乳状液所需驱油剂的临界乳化浓度与温度的关系,利用高温高压微观可视驱油装置研究了稠油化学驱过程中原油乳化及运移规律。实验结果表明:乳化实验温度越高,原油越易于被乳化,所需的驱油剂的临界乳化浓度越低;当实验温度由30℃增加到90℃,临界乳化浓度下降了90%。稠油化学驱的微观驱油实验过程中,稠油在多孔介质中的乳化过程存在3种模式。在多孔介质中,当驱油剂的浓度小于该温度下稠油乳化所需驱油剂的临界乳化浓度时,稠油乳化模式为原油在喉道处经历卡断分散、运移、聚并;当驱油剂的浓度大于该温度下稠油乳化所需驱油剂的临界乳化浓度时,稠油乳化模式为卡断乳化、运移、再乳化、再运移;当驱油剂的浓度远大于该温度下稠油乳化所需驱油剂的临界乳化浓度时,稠油乳化模式为接触、剥离、运移。因此,开展稠油化学驱时,在控制成本的前提下,尽可能提高驱油剂的浓度,可实现稠油的高效乳化,进而提高采收率。

基于骨料运移的高浓度充填管道磨损机制

高浓度充填管道磨损威胁矿山安全,但磨损机制尚不明析。采用CFD-DEM模拟高浓度充填管道磨蚀、骨料运移、骨料与管壁接触,结合理论分析和现场实测揭示管道磨损机制。结果表明:料浆承载力充足时,固液两相在管内呈柱塞流,骨料向管道中心运移,管壁处形成减磨滑移层,管道四周磨损较均匀;反之,骨料在管底呈滑动床,管底磨损最严重。滑动床对管壁的作用力是柱塞流时的2.46~2.76倍,管底磨损是柱塞流时的1.48倍。骨料在管壁附近的运动轨迹类似波形线,以小角度接触管壁并滑滚,对管壁的切向力是法向力的27.44~30.84倍,管壁磨损受骨料切向刮擦主导。非稳态输送、粗糙管壁和过高浓度会劣化滑移层的减磨效果。根据模拟结果提出六条磨损防控措施,可供相关矿山借鉴。

致密砂岩气运移的临界动力学条件探讨

物理模拟是认识地下油气运移和聚集机理的重要方法和手段,为了更深入地认识深层条件下致密储层天然气运移的机理,以延安气田上古生界山西组致密砂岩气为例,设计了实验模型和边界条件。基于超低渗岩石多相渗流核磁共振在线模拟实验,探讨致密砂岩中天然气运移的临界压力、临界物性动力学条件,进而分析影响天然气运聚的控制因素。选取山西组不同砂岩类型包括石英净砂岩、富石英低塑性颗粒岩屑石英砂岩、富塑性颗粒岩屑砂岩和富凝灰质杂基石英砂岩样品,代表不同孔渗分布区间的岩石相储层,进行了恒定低注入流量、不同流速(流量)和不同压差充注实验。结果表明,致密砂岩储层的临界充注压力主要受岩石相和渗透率控制,渗透率较高的优势岩石相具有更低的临界充注压力,石英净砂岩天然气临界注入压力一般小于1.2 MPa,即使是物性很差的富塑性颗粒岩屑砂岩和富凝灰质杂基石英砂岩的天然气临界注入压力一般也小于1.5 MPa。同时,致密砂岩也没有绝对的天然气充注物性下限,但致密砂岩的充注效率、含气饱和度与储层物性,尤其是渗透率呈正相关,优势岩石相越发育、渗透率越高,充注效率和含气饱和度也越高。

地下盐岩溶腔储库单井水平溶解建造流体运移研究

为提高水平盐穴储库单井后退式溶腔建腔速率,通过相似模型试验与数值计算开展建腔期注水方向对腔内流体运移规律影响研究。数值模拟结果表明:注入淡水接触腔内卤水后浓度会迅速升高,当浓度达到23%左右变为缓慢升高;上下同时入射有利于快速溶腔,垂直向下入射有利于建造更大腔体。相似模型试验流体运移规律与数值模拟基本一致,证明了数值模型的正确性。试验发现:腔内流体主要分为羽流区、边界溶解区、对流扩散区和底部饱和区4个区域;改变注水方向使羽流区流体浓度和流速改变,进而影响边界溶解区高度,与水平入射相比,垂直向上入射、上下型入射、四周型入射和垂直向下入射高度增加了22.2%、26.9%、51.1%、135.6%;改变注水方向使淡水初始向下流速改变,进而改变底部饱和区高度,与水平入射相比,垂上、四周、上下、垂下入射高度降低0%、12.9%、29.9%、70.1%。

断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律微观模拟

基于微观可视化光刻玻璃模型,从微观角度定性、定量研究了断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律,并开展了影响因素分析。结果表明:水驱后关井期间剩余油再动用类型主要为滴状、柱状和簇状。关井期间剩余油会沿模型倾斜方向向高部位运移聚集,有利于后续水驱阶段进一步提高驱油效率。地层倾角的增大、原油黏度的减小有利于剩余油再动用;关井时间的增加有利于剩余油向高部位采出端接近聚集;后续水驱阶段注入速度的增大会增加波及面积。