基于有效比表面积修正的Kozeny-Carman方程在黏土渗透中的适用性研究

黏土中含有较多的黏土矿物。黏土矿颗粒表面带电使黏土颗粒表现出活泼的水理性质,这种性质会使土体表面形成双电层。因此,黏土颗粒在沉积过程中受各种力的作用而相互堆叠形成孤孔、盲孔之类的非连通孔隙结构。实际上在黏土的渗流过程中,流体不能流过非连通孔,只能流过连通孔隙表面。而Kozeny-Carman方程(K-C方程)计算时将颗粒的比表面积作为渗流的过流比表面积,所以K-C方程在计算黏土渗透系数时会出现偏差。因此,允许流体流过的连通孔隙的比表面积作为渗流有效比表面积,进而对K-C方程中的颗粒比表面积进行修正。相关试验表明,修正后的K-C方程较未修正的K-C方程在描述黏土渗流规律时具有明显的优势。

一种估算MICP加固砂土体渗透系数的简便方法

基于Kozeny-Carman(K-C)方程和微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbial Induced Carbonate Precipitation,MICP)技术原理,提出一种MICP加固砂土体渗透系数的简便算法.MICP产生的碳酸钙填充土体孔隙,采用电镜成像法得到碳酸钙晶体的粒径,推导得固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积.将固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积代入K-C方程,得到预测MICP加固砂土体渗透系数的简便算法,并经已有文献试验数据和研究结果验证,结果表明:孔隙比减小和颗粒平均比表面积增大导致MICP固化砂土渗透系数显著降低,算例一土体的渗透系数最终下降了93%-97%,算例二碳酸钙含量达到10%时,渗透系数下降了67%-92%;MICP固化砂土的渗透系数下降速率开始加固时最大,随着碳酸钙含量逐渐增加,渗透系数下降速率逐渐减小;初始渗透系数越大的土体,加固效果越明显,渗透系数的下降速率和下降幅值更大;该算法简便可靠,能较为快速和准确预测MICP加固砂土体的渗透系数,为工程实践提供了理论依据.

水力压裂支撑裂缝导流能力计算与分析

水力压裂已广泛用于油气藏开发,而裂缝导流能力是压裂优化设计的重要指标。目前很少有研究涉及到楔形裂缝的导流能力,而水力压裂后裂缝多呈现为近井筒处开口大,远井筒处开口小的楔形。在考虑支撑剂嵌入、裂缝形态(楔形)的基础上,建立了支撑裂缝导流能力计算模型,通过与文献中的数据对比验证了模型的准确性,并分析了关键参数对裂缝导流能力的影响。结果表明:沿着裂缝远离井筒,导流能力降低,降低趋势为裂缝跟端附近降低快、趾端附近降低慢;支撑剂嵌入导致有效流动空间减小、裂缝导流能力降低;裂缝宽度一定时,支撑剂越小,裂缝有效流动空间越小,导流能力越低。该文提出的支撑裂缝导流能力计算模型很容易嵌入到压裂数值模拟软件中,具有广泛的应用前景。