基于仿真的复合冲击破岩流固热耦合场分析

为了揭示复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩机理,以温度为纽带,通过迭代算法建立复合冲击载荷下PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型,同时以PDC钻头切削齿温度为评价指标验证仿真模型;从动态破岩过程、力学变化行为、温度演化规律和流场分布特征等4个方面完成复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩工作特性分析。分析结果表明:PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型误差在10%以内,满足工程分析精度需求;PDC钻头破岩过程分为单齿破岩、平面破岩和深度破岩3个阶段,增加复合冲击载荷后PDC钻头最大扭矩增大66.3%,平均扭矩增大28.0%;PDC钻头的高温区域分布在钻头最底部切削齿表面,最高温度达到166.9℃;钻井液在PDC钻头刀翼外侧切削齿产生高压区域,最大压力达到107.9 kPa;钻井液在喷嘴出口处流速最大,达到6.1 m/s。研究结果可为揭示复合冲击破岩机理、开发高效PDC钻头提供理论指导和技术支持。

基于孔裂隙储层弹性参数频散衰减机理的有限元数值模拟

饱含流体孔隙裂隙储层介质的弹性参数频变特性常应用于地震勘探和储层评价中。针对传统有效介质理论不准确及计算精度不高的问题,该研究推导了适用于孔隙弹性储层的Biot固结方程;为了研究模型介质渗透率、流体类型和黏度等参数对频变弹性参数的影响机理,开发了相应的有限元数值模拟流程,用于计算由波致流引起的地震波速度频散及衰减。模拟结果表明:1)与现有岩石物理理论模型对比,该数值模拟方法在宽频段模拟一维/二维孔隙裂隙介质的适用性更好;2)渗透率、流体黏度以及流体饱和模式作为岩心重要的物性表征,显著影响地震波弹性响应,渗透率增大,特征频率右移;黏度增大,特征频率左移;水包气模型相对于油包气模型衰减峰值较大,特征频率略高。综上所述,该研究为深入理解地震波在孔裂隙储层中的传播特性提供了准确的预测方法,有助于揭示储层的非均质性和孔隙结构,提高勘探精度和储层评价的可靠性,对储层预测与流体识别的岩石物理解释具有重要的指导意义。

考虑流固耦合作用的超深缝洞型碳酸盐岩储层连通性表征:以塔里木盆地富满油田满深区块为例

超深缝洞型碳酸盐岩储层埋藏深,压力高,储集空间复杂多样,流体流动渗流、自由流并存,储层连通性表征困难,而储层连通性的精确表征是寻找油气富集区、储量精确预测、井网优化和井位部署的关键所在。为此,以塔里木盆地富满油田超深缝洞型碳酸盐岩储层为研究对象,考虑流固耦合作用,建立缝洞型储层应力渗流自由流耦合数学模型,采用岩石渗透率演化试验和数值模拟相结合的方法,系统开展了超深缝洞型碳酸盐岩储层连通性研究。研究结果表明:随着围压、轴压的增加,岩石渗透率逐渐降低,岩石连通性减弱;低围压条件下,轴压对岩石渗透能力和连通性影响显著;随着裂缝开度和倾角的增加,储层连通性逐渐增强;裂缝连通溶洞能够显著改善储层连通性;随着溶洞体积的增加,流体流速与等效渗透率增大,显著改善储层连通性;而单纯增加溶洞数量,会减弱自由流(Stokes)效应,改善储层连通性效果不明显。研究成果可为深层碳酸盐岩储层精确评价,提高油气高效勘探开发效果提供技术支撑。

碳酸盐岩缝洞型油藏流固耦合下的油水两相流动特征

为提高缝洞型碳酸盐岩油藏采收率,探究其流固耦合下的油水两相流动特性,根据不同介质中的流体流动规律,建立了Stokes-Darcy两相流体流动模型;基于有效应力原理和广义胡克定律,建立了适用于缝洞型碳酸盐岩油藏的油水两相Stokes-Darcy流固耦合数学模型;分别针对有无流固耦合的缝洞型碳酸盐岩油藏,进行了宏观和细观的油水两相流体流动模拟。研究结果表明:油藏有无流固耦合作用,其油水两相流体流动特性在基质区差异较大,在溶洞内差异较小,注水速度对缝洞型碳酸盐岩油藏的油水流动影响较大。

注热化学流体吞吐解除岩石储层反凝析伤害评价

为长期有效解除凝析气藏反凝析带来的储层伤害,提出了一种注热化学流体吞吐解除凝析油堵塞孔喉的新方法。针对致密砂岩、碳酸盐岩和页岩3类岩石,开展了注热化学流体吞吐岩心驱油实验,评价了热化学流体解除凝析油堵塞的可行性,并基于核磁共振技术分析了吞吐前后3类岩石微观孔隙结构的变化特征,明确了热化学流体解除反凝析伤害机理。实验结果表明,热化学流体(NH_(4)Cl和NaNO_(2))在乙酸溶液催化下能够迅速释放大量气体和蒸汽,提高岩心压力和温度,降低原油黏度,使凝析油由液态转变为气态,减小渗流阻力。致密砂岩、碳酸盐岩和页岩岩心注热化学流体吞吐累积凝析油采出程度分别为65.7%,73.9%和46.3%。其中,致密砂岩和碳酸盐岩岩心仅需2轮吞吐即可有效清除55.5%和67.6%的凝析油堵塞。而页岩岩心需要延长焖井时间及增加吞吐次数方能提高凝析油的采出程度。热化学流体吞吐后,致密砂岩、碳酸盐岩和页岩岩心平均孔径分别由0.37,1.04和0.0021μm增大至0.84,2.04和0.0058μm。热化学流体吞吐效果是注CH_(4)吞吐和注甲醇吞吐效果的1.85和1.32倍。

深层地热能丛式多分支U型井采热技术及传热算法

深层地热能是一种分布广、资源量大具有发展前景的可再生新能源,当前的主要开采方法有增强型地热系统(EGS)、环绕式井筒换热系统(AGS)、断层带流体循环开采和同轴套管开采法,但存在采热功率不稳定、地震风险高和采热效率低等难题。针对当前深层地热开采技术面临的瓶颈问题,本文以开采过程只有能量交换而没有物质交换为原则,以深层干热岩地热规模化可持续稳定开发为目标,提出了深层地热能丛式多分支U型井采热方法(UMW-DGS)及关键技术,在此基础上建立了井筒轴对称热传导模型,以青海共和盆地恰卜恰深部干热岩储层为背景,提出了高温高压岩石热导率测试新方法,计算了在定井径条件下井周温度场和采热功率的时空演化规律,分析了温度差、热导率和井径等3个敏感因素对采热功率的影响。此外,针对UMW-DGS定解问题,研发了基于有限体积法(FVM)的三维热流固耦合数值算法,研究了UMW-DGS单水平井段换热效率和在不同泵注量条件下温度场时空演化。通过分析不同流量的有效换热量、换热时长和功率发现:泵注流量的增加会导致有效换热能量和有效换热时长的降低,并且使有效换热功率先增加后减少。研究结果表明,深层地热能开发需要在平衡换热温度和功率的条件下设计注入排量,从而得到最优的换热效果。

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%。

辽河坳陷清水洼陷古近系沙河街组深层烃源岩特征及油气成藏模式

通过有机碳、岩石热解、氯仿沥青“A”、饱和烃色谱-质谱和流体包裹体等的分析,对辽河坳陷清水洼陷古近系沙河街组深层烃源岩特征和油气成藏模式进行了详细研究。研究结果表明:(1)辽河坳陷清水洼陷古近系沙河街组深层烃源岩主要发育在E2s32亚段、E2s33亚段和E2s4段,其中E2s32亚段Ⅱ小层泥岩最为发育,主要为深灰色厚层泥岩,整体厚度约170 m。(2)研究区深层烃源岩总有机碳质量分数平均可达1.60%,生烃潜量平均值为2.82 mg/g;有机质类型以Ⅱ1—Ⅲ型为主,主要为浮游植物与高等植物混合贡献,为弱氧化—弱还原的湖相咸水沉积环境;烃源岩有机质丰度为0.5%~1.5%,普遍达到大量生烃阶段,部分已达到高成熟演化阶段。(3)研究区深层烃源岩在距今38 Ma时进入生油窗,距今20 Ma时开始生成天然气;流体包裹体显示研究区存在2期油气充注,分别为38~26 Ma和20 Ma~现今,与生烃演化史匹配。

基于储层砂岩孔隙结构的地震岩石物理模型

在实验室内对新疆车排子地区春光油田沙湾组储层砂岩样品进行了系统地震岩石物理实验,在确定储层砂岩中不同孔隙类型组成条件下,基于非接触模型综合考虑储层砂岩孔隙度以及孔隙形状对于干燥岩石骨架弹性性质的影响,并利用实验结果对模型参数进行标定进而建立表征目标储层岩石骨架地震弹性性质的岩石物理模型,模型结果与实验结果吻合良好。依据实验及模型结果,利用喷射流作用模型替代传统Gassmann方程进行流体替换,同样能够较好地对超声频率实验结果进行解释。

叠前流体指示因子反演在春光探区稠油层识别中的应用

春光探区东北部白垩系油藏类型主要为发育在不整合附近的稠油岩性油藏,常用的油气预测方法难以准确刻画油藏分布特征。为提高稠油层油气预测精度,形成了一种基于叠前流体指示因子反演的技术流程。首先对叠前地震资料进行优化处理,提高道集资料的信噪比和分辨率;然后在岩石物理分析的基础上,利用目标层流体性质与弹性属性的相关关系,构建流体指示因子属性;最后在叠前弹性参数反演的基础上,实现叠前流体指示因子反演,并根据稠油层特征优化反演参数,精细识别出稠油层的分布。该技术应用于春光探区东北部白垩系,预测结果与实钻井吻合度达到87.5%,取得了良好的应用效果。

碳酸盐岩地层漏失规律研究

碳酸盐岩在沉积/成岩过程中由于受到化学溶蚀作用,发育包括溶孔、溶洞和裂缝在内的多种类型漏失通道,导致漏失成为安全高效钻井的首要挑战。以S油田N组巨厚碳酸盐岩地层为研究对象,综合测井和录井解释成果,建立了溶孔、溶洞和裂缝不同类型的等效物理模型。通过采用将离散裂缝嵌入变渗透率基质中的方法建立钻井液漏失流-固耦合数学模型,并采用有限元方法进行求解,系统对比分析不同漏失通道条件下的钻井液漏速和漏量的变化特征,以及钻井液参数对漏失的影响。研究结果表明,漏失通道类型是影响漏失的主控因素,漏失程度与溶洞渗透率大小成正相关,且易引发失反性漏失。裂缝宽度和溶蚀半径也对漏速和漏量影响较大,但二者存在阈值,当达到一定极限时漏速和漏量趋于平缓。漏失通道组合越复杂,漏失越严重。钻井液密度与漏失程度成正相关。建立的数值模型可为溶孔-溶洞-裂缝型碳酸盐岩漏失规律理论研究提供新的思路,为安全高效钻井提供理论支持。

碳酸盐岩成岩重结晶作用及其储层意义

为探究碳酸盐岩重结晶作用的微观机理及其储层地质意义,基于碳酸盐岩重结晶作用相关理论和最新研究成果,探讨温度、压力和流体成分等因素对矿物晶体-孔隙流体反应的影响,并构建地质-数学模型来阐明重结晶作用与碳酸盐岩物性参数间的关系。结果表明,碳酸盐岩重结晶作用是一系列微观尺度的溶解-再沉淀以及岩石矿物相趋于稳定的过程,受温度、压力和流体溶质等多种因素的影响。重结晶作用通过改变碳酸盐矿物的粒度及自形程度来调整孔隙迂曲度和孔喉半径比等孔隙结构参数,从而达到改善岩石多孔介质渗流能力的效果。此外,基于不同成岩环境条件构建重结晶-岩石物性协同演变模式,发现流体压力是影响重结晶作用过程中孔隙结构保存及调整的关键因素,表现为封闭的流体超压体系中碳酸盐矿物在重结晶作用下趋于形成自形晶体结构,岩石孔隙保存较好;开放的流体常压体系中碳酸盐岩趋于形成致密镶嵌的岩石结构,孔隙结构和储渗能力均遭到破坏。

新疆库车坳陷西段古近纪高溴岩盐与钾石盐成因联系

新疆库车坳陷西段岩盐层中显示的南部高钾低溴,而北部高溴低钾的特征与卤水的正常演化过程相矛盾的问题尚不清楚。通过探讨库车坳陷西段古近纪高溴岩盐与钾石盐的成因联系,指导钾盐资源预测。通过地层对比、海侵过程分析及锶硫同位素特征研究,认为克深208井高溴岩盐层形成早于羊塔4井钾石盐层。对原生岩盐岩屑中石盐包裹体形态及均一温度、主量和微量元素、锶硫同位素、构造背景分析认为,羊塔4井钾石盐层形成于独立封闭演化的次级凹陷;克深208井高溴岩盐层形成阶段的卤水更接近海相端元,并在次级凹陷中经历长期演化;克深208井成盐晚期接受了大量陆源水混入,该阶段形成的岩盐层为库车坳陷西段海退时期的产物。总体来看,海水在古近纪自西向东进入库车坳陷后,先到达克深区所在的北部,后进入南部区域,而羊塔区处于海侵的末端,为卤水更浅、长期封闭的终端次级凹陷,成为最有利的成钾区域;海退阶段,残留卤水汇聚在海退通道内,此时通道内的局部凹陷处(如克深区晚期成盐阶段)是重要的成钾有利区。库车坳陷西段古近纪成钾总体遵循“海侵末端封闭成钾,海退通道凹陷成钾”模式,为库车坳陷寻找钾盐资源提供了重要的思路。

鄂尔多斯盆地南缘上奥陶统赵老峪组岩石磁学研究

利用古地磁学手段定量约束华北板块早古生代古地理位置可为原特提斯造山作用及华北板块与冈瓦纳大陆的亲缘性研究提供重要科学依据。但华北板块早古生代以来经历了多期构造运动,其西部鄂尔多斯盆地含丰富油气资源,后期构造运动和油气运移均可能导致其早古生代地层遭受重磁化影响。对鄂尔多斯盆地南缘富平地区上奥陶统赵老峪组灰岩、凝灰岩样品进行了系统岩相学、岩石磁学及逐步退磁研究,包括光学显微镜鉴定实验、扫描电镜(SEM)实验、能谱分析(EDS)实验、饱和等温剩磁(SIRM)实验、三轴等温热退磁实验、磁化率随温度变化(κ-T)实验、磁滞回线实验、一阶反转曲线(FORC)实验、系统热退磁实验以及热-交混合退磁实验,探讨了各类岩石的主要载磁矿物及其是否具备记录原生剩磁信息的潜能。结果表明:灰岩及凝灰岩样品的主要载磁矿物为磁铁矿、磁黄铁矿和(或)胶黄铁矿,部分样品还含少量赤铁矿(含杂质)和针铁矿,矿物颗粒的磁畴类型同时含有SD(单畴)和MD(多畴)两种。结合岩相学及退磁实验结果认为这些主要载磁矿物可能是与后期流体作用(有机质成熟及运移等)有关的次生矿物,其携带的剩磁信号不能直接用于约束板块早古生代古地理位置,或可用于约束鄂尔多斯盆地南缘下古生界油气运移成藏过程。

降雨入渗对防军隧道浅埋小净距段围岩稳定性的影响

为控制降雨入渗对浅埋小净距隧道围岩稳定性的影响,以义东高速公路防军隧道为依托,基于流固耦合理论和水土特征曲线,采用MIDAS GTS NX有限元软件建立浅埋小净距隧道数值模型,对雨季施工时的土体孔隙水压力、围岩变形特征和边仰坡安全系数展开分析。结果表明:随着降雨入渗的持续,围岩及边仰坡土体基质吸力逐渐减小,其土体抗剪强度也随之降低,稳定性变差。经过7 d累积降雨,孔隙水压力增大趋势逐渐放缓,围岩变形达到最大值,工况1的拱顶沉降增大了21.48%,且边仰坡安全系数小于1,处于失稳状态。洞口段采取加固和排水措施来控制围岩的稳定性,边仰坡的安全系数较加固前提升了17.27%,取得了良好的效果,保证了隧道后期的安全施工。

超低渗火山岩储层压裂液伤害实验及机理研究

胍胶与聚合物压裂液体系对超低渗火山岩储层具有不同的伤害特征,胍胶压裂液破胶后残渣含量高,易堵塞填砂裂缝,降低裂缝导流能力。聚合物压裂液具有破胶彻底、残渣含量小等特征。通过X射线衍射、BET技术对取自4045~4669 m的查干花地区某井区5组火山岩样品的矿物组成和比表面积进行表征。通过岩心吸附实验定量评价了压裂液对储层岩心的伤害。测试伤害前后的Zeta电位、接触角、红外光谱和SEM等实验分析压裂液对储层的伤害机理。结果表明,两种压裂液在岩心粉末表面只发生了物理吸附,胍胶吸附量比聚合物高33.6%;胍胶与岩心粉末接触引起Zeta电位绝对值变小,体系失稳易在岩心表面吸附滞留;疏水性增加导致接触角变大。

藏南中成明赛和浅成马扎拉金矿床成矿异同:来自地质和硫化物原位微量元素、硫同位素约束

特提斯喜马拉雅带地处青藏高原南部,是产于青藏高原大陆碰撞背景的新生代金成矿省,然而其赋存的造山型金矿床分布零散,且不同构造层次造山型金矿床(如中成、浅成)的蚀变矿化、流体组成和成矿过程缺乏系统对比。本文通过详细对比特提斯喜马拉雅东段中成明赛金矿和浅成马扎拉金(锑)矿床蚀变矿化、硫化物结构、原位微量元素和硫同位素组成,探讨其成矿过程、成矿流体组成及控制因素。两矿床均赋存于侏罗系板岩和凝灰岩夹层中,板岩中蚀变弱,沿层理发育浸染状黄铁矿-铁白云石-绢云母-石英;而凝灰岩夹层蚀变强,长石和黑云母等矿物已蚀变为铁白云石、绿泥石和绢云母等,并发育大量浸染状自形-半自形黄铁矿和毒砂。板岩中黄铁矿(明赛:Py sa;马扎拉:Py sb)结构均较为均一,且Au(平均为0.33×10^(-6))等微量元素含量低,δ^(34)S值变化较大(Py sa:8.12‰~15.6‰;Py sb:-24.3‰~3.36‰)且与侏罗系地层δ^(34)S值相吻合。明赛凝灰岩中黄铁矿(Py va)发育富砷同心环带,具较高的Au(平均含量为14.3×10-6)、As含量,而马扎拉凝灰岩中黄铁矿(Py vb)发育不规则核-边结构且富Au(平均含量为3.8×10-6)、Cu、Pb、Sb。两矿床凝灰岩中黄铁矿和毒砂的δ^(34)S值相似(Py va平均值为2.7‰、毒砂为2.4‰;Py vb平均值为3.2‰、毒砂为3.2‰),与藏南造山型金矿中黄铁矿δ^(34)S值一致。上述两个矿床板岩中黄铁矿贫金且硫同位素组成差异较大,可能为成矿流体与含不同沉积黄铁矿围岩反应所致;而凝灰岩中的黄铁矿富金且与毒砂具有相似的硫同位素组成,可归因于同源流体与相同围岩发生均一化水岩反应。本次研究表明藏南地区广泛分布的凝灰岩是形成造山型金矿的有利岩性,研究区不同构造层次的造山型金矿具相似物质源区,成矿系统差异性受控于不同水岩反应过程。

塔里木盆地库车坳陷白垩系巴什基奇克组致密砂岩力学性质影响因素及其变化规律

为查明塔里木盆地库车坳陷白垩系巴什基奇克组致密砂岩力学特性,结合深层—超深层油气勘探开发的现场问题,采用三轴压缩实验定量研究了围压、流体和加载速率影响岩石力学性质变化的规律,并初步分析其原因。研究结果表明,砂岩试样最大主应力差、弹性模量均随着围压的增大而显著增大,其微观原因在于围压增大使岩石内部质点彼此之间距离缩短,增强了岩石的内聚力,颗粒之间不易离散;砂岩试样经历低围压脆性→脆—韧性转换→高围压韧性变形破裂演化的过程。与干燥砂岩试样相比,纯净水浸泡样、150 g/L溶液浸泡样、250 g/L溶液浸泡样和350 g/L溶液浸泡样弹性模量降低幅度分别为67.71%、61.45%、64.69%和57.32%,纯净水浸泡造成的降低幅度最大,流体矿化度的升高能够减弱岩石力学参数弱化的趋势;晶体表面结晶和双电层厚度变化是上述变化规律的重要控制因素。在较低的加载速率条件时,砂岩试样的最大主应力差、弹性模量和泊松比的值都较小,但随着加载速率的增大增速较快;当加载速率达到一定关键数值之后(本次实验为0.05 mm/min左右),岩石力学参数值增速变缓。

考虑多孔介质渗透率变化的宾汉流体渗透注浆扩散模型

渗透注浆是一种广泛应用于岩土多孔介质加固的方法,但已有基于浆液流变方程和平衡方程的研究,侧重分析浆液本身性质如黏度时变性、滤过效应、自身重力等对渗透注浆扩散范围的影响,尚未考虑浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,导致现有理论解析结果与试验测试结果相差较大。因此,基于黏性流体的运动方程、连续方程和平衡方程,引入浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,推导获得多孔介质渗透率随介质孔隙特性、注浆施工参数和注浆扩散半径的函数解析表达式,据此建立考虑多孔介质渗透率变化的浆液扩散控制方程。与已有理论结果对比表明,考虑浆液流动阻力影响的理论结果更接近试验结果,可以验证该理论方法的有效性。参数分析结果表明:考虑浆液在孔隙内的流动阻力时,岩土多孔介质渗透率随注浆时间的增加呈现先迅速降低后缓慢上升趋势,随注浆压力的增大呈现逐渐下降趋势;对于工程中常见的符合宾汉流体性质的水泥浆液材料,当注浆时间小于5 min时,多孔介质渗透率变化是影响浆液扩散的主控因素,超过7 min后,浆液黏度时变性成为主控因素。研究成果能为岩土多孔介质渗透注浆工程实际中注浆参数选取和质量控制起到良好的理论指导意义。

高阻地层HDIL阵列感应影响因素分析与校正方法

近年来,四川盆地川中深层灯影组和龙王庙组天然气勘探中越来越多地使用油基泥浆,使得裸眼井电阻率测井只能选择阵列感应仪器。该地区目的层致密碳酸盐岩普遍表现为中高电阻率,典型气层的电阻率一般在500Ω·m以上甚至高达2000Ω·m,使得测量电导率的感应测井仪器接收的信号弱,叠加深层高温等因素的影响,采集的信号常出现负值,软件聚焦处理结果常出现平头现象,不能用于储层识别和气层评价。采用有限元模拟算法,分析泥浆电阻率、侵入半径及原状地层电阻率等单因素对阵列感应测井响应的影响规律,明确了各环境因素对感应测量信号的影响规律。结果表明,地层与泥浆电阻率对比度对测量信号有明显影响,当对比度接近于1时,各子阵列的误差较小,而侵入深度是另一个重要影响因素。总体上,较长源距的子阵列受各种因素的影响相对较小。针对实际资料的特点,提出一种基于Archie公式的原始电导率信号约束校正方法,对约束校正后的数据再开展软件聚焦,其结果得到明显改善。