致密油储层压裂裂缝扩展规律分析及影响研究

以鄂尔多斯延长组长7裂缝性致密油储层为例,开展致密油储层裂缝扩展实验研究,分析裂缝扩展的影响因素,并对裂缝扩展规律进行模拟分析,实验结果表明:长7致密油储层岩石杨氏模量、泊松比和抗压强度波动范围广,造成数值差异较大;矿物组成分布差异为3%~46%,平均值为16.85%左右;该区块储层岩石发育部分的天然裂缝,储层最大水平主应力和最小水平主应力差异较大,储层水平和垂直方向上的孔、渗、饱等物性差异较大。天然裂缝的形成和发展受自然裂缝存在与地应力场差异这两个关键因素的显著影响,长7储层原始状态下裂缝的形态呈现低角度。

海上平台超临界CO_(2)管道泄漏扩散规律实验研究

CO_(2)封存是实现中国“双碳”目标的有效技术途径之一,海上CO_(2)封存通常依托海上油气平台管道回注,CO_(2)回注过程中可能发生泄漏而严重影响作业人员安全。以恩平15-1海上平台为研究对象,开展超临界CO_(2)泄漏扩散规律实验研究。通过缩比设计,搭建与恩平15-1相应的物理模型实验平台,利用相似理论和量纲分析方法,设计了超临界CO_(2)泄漏扩散参数,开展了海上平台管道CO_(2)在不同泄漏压力(1.5~3.0 MPa)、泄漏孔径(0.5~6.2 mm)、泄漏方向(水平、竖直、斜45°)及环境风速(0~0.5 m/s)下的相似模型实验,研究泄漏CO_(2)在平台上的扩散情况及浓度分布规律。结果表明:压力和环境风速的变化,会影响CO_(2)泄漏后的近场射流,但对其远场扩散的影响较小;CO_(2)浓度会在泄漏约20 s后达到峰值并保持稳定,不会随泄漏时间的增加而增大;泄漏口径会显著影响泄漏口轴向CO_(2)浓度的分布规律。研究结果为海上平台CO_(2)泄漏监测与安全防护设计提供了参考。

基于朗伯比尔定律/等厚干涉现象探究溶液吸光度与折射率的关系

基于培养具有创新意识和实践能力综合创新型人才的培养目标,大学物理实验项目需集合提高实践能力与思维能力的基础必做实验、提升创造力与科学素养的综合性选做实验和加强创新意识与综合素质的创新型拓展实验。本文章探讨了以光的等厚干涉实验为例结合朗伯比尔定律探索功能性材料吸光度与折射率的关系,将科研项目的成果转化为本科实验教学内容,提升大学物理实验的综合性与前沿性,激发学生对科学的向往之情,提升学生参加科研项目的积极性,提高学生多方面能力与素质。

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。

井间单套缝洞型油藏橡胶颗粒调剖堵水实验

以塔河油田井间单套缝洞型油藏为模型基础,设计了橡胶颗粒调流剂堵水物理模拟驱替实验,对水驱规律进行了分析,并探讨了不同的封堵位置、橡胶颗粒用量、粒径、密度以及注水速度对驱替效果的影响。研究结果表明:(1)模拟实验设置模型长度为40 cm,宽度为30 cm,厚度为5 cm,裂缝开度为4~20 mm,溶洞直径为2~4 cm,井筒宽度为10 mm,模型缝洞体积为175 mL,在温度为25℃、常压时,以10 mL/min的速度注水驱替至采油井含水率达到98%时的最终采出程度为43.83%;由于重力分异作用,注水驱替后存在大量的阁楼油和绕流油,阁楼油主要集中在横向顶部通道,绕流油主要集中在横向中部通道和横向底部通道的高位,油水界面与横向中部通道的高位缝齐平。(2)模拟实验中同时封堵横向底部通道和横向中部通道,橡胶颗粒采用混合粒径,颗粒密度和模拟地层水密度一致,用量越大,注水速度越大,调流效果越好;橡胶颗粒用量为0.04 PV,粒径小于1 mm和2~4 mm的颗粒各半,注水速度为15 mL/min时,采出程度提高了18.45%;同时注入水以及与水等密度的橡胶颗粒,可有效封堵优势通道,效果较好。(3)在TH25X井进行橡胶颗粒调剖堵水现场实验中,设置前置段塞橡胶颗粒粒径为2~4 mm,后置段塞橡胶颗粒粒径小于1 mm,颗粒密度为1.13 g/cm3,以50 m3/d的速度同时注入水和橡胶颗粒共920 m3,堵水后累计增油1 200 t,含水率下降15%,取得较好封堵效果。

散粒体滑坡涌浪运动特征与能量转化规律研究

滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身,已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点,精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此,以天然碎石模拟散粒体滑坡,建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型,研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括:(1)滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著;厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波,厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波;(2)基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律,水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异,结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%;(3)基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%~3.07%,由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散,相较二维试验转化率较低。通过探讨散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征,揭示滑体-水体能量转化基本规律,研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定的理论价值和意义。

基于智能手机App验证牛顿第二定律的研究

设计了一款安卓智能手机应用软件Physics+,并基于该App验证牛顿第二定律。该方法通过手机App结合外置加速度传感器来直接测量传统实验中滑块运动的加速度,记录加速度的完整变化过程,自动分析实验误差。与传统验证牛顿第二定律实验的方法相比,该方法操作简单,性价比高,快捷精准,解决了传统实验方法精度低和误差大的问题。利用安卓智能手机辅助物理实验教学,让学生从实验中更形象地理解牛顿第二定律,激发学生学习物理的兴趣,有望成为开展物理实验探究和教学的得力工具。

聚合物堵剂对窜槽的封堵效果

随着油田深入开发,受增产、增注措施和储层物性影响,水泥环窜槽井数逐渐增多。窜槽打乱了原有开发层系,造成严重层间干扰。分析聚合物堵剂在窜槽中的封堵规律是实现高效封堵的关键。利用水泥环窜槽封堵物理模拟装置,以窜槽模型的突破压力、微观结构及岩心的分流率作为评价手段,从窜槽结构、注入轮次、注入速率3个角度分析水泥环封窜规律。研究结果表明,在一定的实验条件下,窜槽模型的结构直接影响了封窜效果,窜槽裂缝宽度越宽,封堵效果越差,窜槽内的堵剂会出现无法紧密贴合缝壁或断裂等情况,当窜槽裂缝宽度为1.5 mm时,突破压力仅为11.46 MPa;大部分堵剂流经裂缝进入了高渗层,分流率大于80%。注入轮次也是影响封窜效果的重要参数之一,对于结构复杂的窜槽则需要多轮次的封窜才能保证效果,当注入轮次提高到3次时,突破压力达到了14.33 MPa。降低注入速率可以改善堵剂对低渗层的污染,当注入速率为0.25 mL/min时,低渗透岩心的分流率可降低至10.8%。本文探索了聚合物堵剂对水泥环窜槽的封堵规律,对窜槽井的封窜具有重要的指导意义。

光敏传感器基本特性与应用教学研究

"光敏电阻特性研究"实验是大学物理实验教学中常见的实验项目,在该实验基础上配备相应实验设备、电子元器件,开设综合设计性实验项目"光敏传感器基本特性与应用"。该设计性实验在内容安排上既有传统的电路组装、简单的测量应用,又引进前沿科技——传感器的概念,其物理概念涉及光学、电学、热学,半导体等知识,内容丰富、难易程度明显,适合低年级不同层次、不同专业的学生。

基于物理相似模拟实验的覆岩采动裂隙演化规律研究

覆岩采动裂隙演化规律及其形态特征与卸压瓦斯抽采密切相关。运用自主设计的固气耦合相似模拟实验系统,通过模拟实验分析得到采动裂隙随着工作面的推进经历了产生、发展和闭合过程,其分布曲线呈马鞍状。结合采动裂隙演化规律及分布形态,分析了采动裂隙场的演化特征,其发育高度受主关键层影响明显,进一步明确了卸压瓦斯在裂隙发育各阶段发生运移和汇集的区域范围,为现场布置瓦斯抽采钻孔参数提供了设计依据。

视频分析软件在物理实验中的应用

介绍了运动视频分析软件克服传统物理学实验的不足,分析当前主要的视频分析软件特点,通过以探究钢珠在空气中作抛体运动的规律为例,展示视频分析软件在运动学规律研究中的具体应用。

高斯光束特性实验研究

提出了2种在激光原理实验教学中,测量高斯光束特性参数、研究高斯光束变换规律的装置和方案。①利用刀口法直接测量氦氖激光器后方,不同位置高斯光束光斑半径,对测量数据进行最小二乘法拟合,可得束腰半径、束腰位置、远场发散角及衍射倍率因子;②利用刀口法测量高斯光束经辅助透镜变换后,辅助束腰两侧不同位置的光斑半径,对测量数据进行最小二乘法拟合与计算,可确定光束经透镜变换后,光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角,再利用高斯光束变换规律,可以获得光束经透镜变换前,高斯光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角。2方案测量结果基本符合,测量结果和谐振腔理论符合较好。

冲刷物理模型试验的比尺效应研究

冲刷物理模型试验的比尺效应主要是由模型沙不满足泥沙运动相似的要求所产生。因此在将试验结果外推到原型时会产生较大偏差。全面分析了系列模型实验法、经验公式法和相似模型试验法减少或者消除比尺效应的优缺点;提出了经验公式用于分析试验结果的偏差程度。认为满足泥沙起动相似和动床阻力相似是冲刷物理模型设计和模型沙选用的重要原则。

水力裂缝及天然裂缝相交延伸规律及真三轴物理模拟实验

真实的裂缝性储层水力压裂并非全是经典理论中的对称压裂,有的会形成复杂的压裂缝网,天然裂缝的存在导致地应力的改变是该现象形成的一个重要原因。目前对于水力裂缝与天然裂缝相交后延伸情况的研究,虽然有系统的理论和方法,但针对特定参数进行满足实际开发需求的定量研究尚未见报道。为此,在前人的理论基础上,改进了水力裂缝与天然裂缝相交作用准则,以鄂南油藏红河92井区为对象,绘制了该区块相交作用图版,分析水力裂缝延伸规律。同时进行了真三轴物理模拟实验,对比论证了相交作用图版的正确性,并为鄂南油藏红河92井区压裂施工提出建议,力求为油田实际开发设计提供理论依据和参数指导。

伏安法测电阻时安培表采用内、外接法的判定条件

导出了在物理实验中用伏安法测电阻时安培表采用内、外接法的判定条件,并在实验上给予了验证.

输水渠道冰盖增厚物理模型试验相似律研究

随着南水北调中线工程冰期输水相关问题研究的深入,理论研究成果亟需物理模型试验和原型观测数据的支持和验证,由于原型观测难度较大,且影响因素不可控,物理模型试验方法成为解决冰水力学问题的有效途径。现在国内外学者开展冰水力学模型试验的成果基础上,结合冰水力学理论研究成果,对以冻结模型冰为试验材料的输水渠道冰盖增厚物理模型试验相似律展开研究,并通过物理模型试验进行了验证。研究表明:冰凌下潜临界流速的比尺为λ0.5,水力加厚冰盖沉积厚度的比尺为λ,均遵循重力相似准则;对于力学加厚冰盖,由于冰凌黏结力不遵循重力相似准则,结冰期需设法控制黏结力;融冰期可按照重力相似准则设计,但需控制环境温度在结冰点以上,以减小冰凌间的黏结力;因此输水渠道冰盖增厚物理模型试验宜采用冻结模型冰为试验对象,试验应按照重力相似准则进行设计。

支撑剂在裂缝中的运移规律及铺置特征

针对高闭合应力储层加砂压裂难度大的问题,文中以提高支撑剂在裂缝中的铺置效率和导流能力为目的,利用数值模拟的方法分析了影响支撑剂运移的主要因素,并采用物理模拟实验对数值模型进行校正,进而明确支撑剂在裂缝中的运移规律和铺置特征。结果表明:采用低密度、小粒径支撑剂和高排量、低砂比以及高黏度压裂液体系可以有效降低缝内砂堤平衡高度,延长支撑剂的铺置距离,减少缝内砂堵。依据运移规律及铺置特征分析结果,应用压裂模拟软件对定北区块压裂设计参数进行优化。通过现场应用,施工成功率由75.0%提高至97.8%,产量也取得突破,获得了较好的应用效果。

缝洞单元水驱油注采机理实验研究

为了揭示缝洞型油藏的注采机理,研究缝洞介质的水驱油规律,制作了二维平面规则缝洞网络模型;开展了物理模拟实验和数值模拟研究。研究了注采井网、注入速度、裂缝非均质性对水驱油含水率、采收率以及剩余油分布规律及形成机制的影响。研究发现:在二维平面上,重力分异作用较弱,注采井网是控制缝洞网络剩余油分布的主要因素。适当改善注采井网,可以控制更多的缝洞网络,有效驱替缝洞内剩余油。在一定注入速度范围内,注入速度越大,模型注入压力越高,惯性阻力的影响越大,采收率越高,注入速度越小,生产井提早见水,含水采油期延长。裂缝非均质性,导致压力分布不均,油水流动速度各异,导致部分原油被滞留在溶洞内,无法被有效驱替出来,从而形成绕流油。

第2届全国大学生物理实验竞赛试题的解答与考试评析(续)

3综合性、研究性试题的解答与评析第二届全国大学生物理实验竞赛的综合性、研究性试题为＂磁光效应的研究＂和＂磁流体性质的研究＂两题。目的是综合考察考生对不同物理实验手段的理解、掌握水平和综合分析应用能力。各代表队由2人合作完成,时限8h。3.1试题1磁光效应的研究（时限4h）3.1.1引言磁流体是指磁性纳米颗粒在表面活性剂进行包覆或改性后,均匀分散到载液中,形成稳定的胶体溶液。外加磁场时,磁流体中的磁性微粒会顺着磁场方向排列形成磁链。光与磁性物质相互作用，其传播速度、偏振态等可能发生变化。

蒸汽驱三维物理模拟实验及汽窜后接替方式

根据三维物模实验及数值模拟技术,研究了蒸汽驱开发效果及蒸汽突破后期的开发方式。三维物模实验揭示了蒸汽驱过程中温度场与蒸汽腔的平面波及与纵向波及规律。在三维实验中,蒸汽超覆现象较严重,纵向波及情况较差,模型底部剩余油饱和度较高,采出程度较低。数值模拟表明,在蒸汽驱汽窜后,汽水交替与间歇汽驱的采出程度远高于继续蒸汽驱,汽水交替的注入热量最低。通过相似准则对数模结果进行反演,得到了相似结论。实验及模拟的原油及孔、渗参数与辽河X区块相同,研究成果对油田现场开发具有指导意义。