Characteristics of fluid substitution in porous rocks

Analysis of the effect of changes in fluid properties of rocks on the compressional-wave velocity VP and shear-wave velocity Vs is very important for understanding the rock physical properties, especially in oilfield exploration and development. The fluid substitution process was analyzed by using ultrasonic measurement and theoretical calculations. The results showed that the effect of fluid substitution on the rock elastic modulus was mainly controlled by fluid properties, saturation, and confining pressure. For a rock with specific properties and porosity, the result of theoretical prediction for fluid substitution accorded with the experimental result under high confining pressure （higher than 60 MPa for our experimental data）, but failed to describe the trend of experimental result under low confining pressure and VP predicted by Gassmann＇s equation was higher than that measured by experiment. A higher porosity resulted in stronger sensitivity of the bulk modulus of saturated rocks to the change of fluid properties.

基于叠前地震反演参数的流体饱和度定量预测方法

提出了一种基于测井数据和叠前地震反演参数的流体饱和度定量预测方法——孔隙体积模量法。该方法基于Gassmann方程,在假设已经对岩性进行了可靠的定性预测,并较准确地计算了砂岩的泥质含量和孔隙度的前提下,利用测井资料计算干燥岩石体积模量和孔隙体积模量,利用各种叠前反演得到的弹性参数拟合干燥岩石体积模量,建立含水饱和度与孔隙体积模量的关系式,对流体饱和度进行定量估算。利用长庆油田苏里格地区的实际地震资料对孔隙体积模量法进行了验证,结果表明,该方法能定量预测含气饱和度,且能半定量预测气层的产能。根据预测结果部署的井位经钻探获得了高产气流。

孔隙水压力对岩石力学参数的影响

多孔多相的岩石介质中,孔隙水压力的变化会引起岩石的变形,其力学参数随之改变,而岩石的力学参数变化反过来会引起渗流场发生改变。本文利用岩石力学参数在其中的作用,推导出孔隙水压力变化时,岩石变形与孔隙度、压缩系数和体积弹性模量间的关系式。通过理论计算与分析表明,在渗流场和变形场的非线性程度不很高,参数关系不是很复杂的情况下,利用岩石力学参数的更新来进行耦合分析的方法,对于近期工程应用行之有效。

孔隙流体地震特性的计算

孔隙流体对岩石地震特性的影响为采油地震监测的物理基础 ,搞清地层条件下孔隙流体地震特性的变化规律对提高地震监测的精度具有重要的意义。在收集、分析前人研究结果的基础上 ,本文导出了当地层压力从高于饱和压力降低到低于饱和压力时 ,从原油中所脱出的游离气的体积百分含量计算式 ,并计算和分析了不同温度压力下原油、油气混合物以及地层水的地震特性 。

一种基于单元局部坐标系求解二维孔隙渗流问题的数值方法

将数值计算区域用三角形单元进行离散,并为每个单元构建局部坐标系。局部坐标系的X轴为三角形单元某一条边的方向,局部坐标系的原点为该边的其中一个端点。在局部坐标系下,基于"格林公式"及达西定律推导了单元压力梯度及单元流速的解析表达式,给出了流经单元各棱及各节点的流量计算方法。形成了类似固体弹簧系统的渗流管道网络,建立了管道压差与流量的函数关系。将各单元局部坐标系下求得的流速及流量转换至整体坐标系,并在节点上进行凝聚。通过引入流体体积模量实现了节点渗透压力的显式求解,通过引入节点饱和度实现了非饱和问题的求解。基于局部坐标系的方法具有物理意义明确、求解过程简单等特点。通过在局部坐标系下构建管道压差与管道流量的对应关系,将有限元的渗透刚度矩阵简化为两个管道的渗透刚度值,从而节省了内存,提高了计算效率。4个数值算例的计算结果与理论解基本一致,表明了该方法在求解稳态、非稳态、饱和、非饱和渗流问题时的精度。

岩性和孔隙流体性质的弹性模量识别法

基于Gassmann方程.本文研究了岩性和孔隙流体性质对弹性模量的影响,由此形成体积弹性模量和剪切弹性模量的交会图,以该交会图识别岩性和流体性质.文中还提出识别流体性质的特定参数法,即从弹性模量中提取与流体性质密切相关的参数.最后,对这二种方法分别给出相应的分析实例。

基于单相流的减饱和砂土流固耦合改进算法

减饱和法是一种通过减小饱和砂土地基中水的饱和度来处置可液化砂土地基的方法。基于单相流-固耦合理论,将减饱和砂中水-气两相流体等效为单相流体,提出一种可以考虑加载过程中孔隙流体体积模量变化的减饱和砂土静态液化的单相流改进算法,用其进行单调荷载作用下三轴不排水压缩试验数值模拟研究,分析了不同饱和度条件下的减饱和砂土的不排水反应并与饱和砂土三轴不排水试验结果进行对比。研究结果表明,单相流改进算法能够很好地反映减饱和法的抗液化特性。此外,对比不同数值分析方法模拟结果,得出以下结论:采用单相流简化算法分析减饱和砂土的不排水反应时,因为不考虑加载过程中的孔隙流体体积模量变化,所以初始的流体体积模量取值会影响减饱和砂土的强度,初始围压为100 kPa、饱和度为96%的减饱和砂土在单调荷载作用下,气体体积模量取值从100 kPa增加至200 kPa时,减饱和砂试样的峰值偏应力会减小约30%,孔隙压力会增加约40%;通过对比同等条件下的单相流改进算法和两相流算法的应力-应变关系曲线以及饱和度和体积应变变化曲线,两者结果相近,误差在5%以内。综上所述,单相流改进算法是一种较为合理而简洁地模拟减饱和砂土静态液化的计算方法。

利用弹性参数识别气、水层

对于复杂孔隙结构储层而言,孔隙结构对电阻率的影响程度可能远大于流体类型对电阻率的影响,这就使得气、水层的电阻率特征差别不明显,利用电阻率不能有效区别气、水层。基于孔隙中天然气与油、水体积模量的显著差别,根据孔隙流体体积模量的大小来识别气、水层。研究采用了纵横波速度比(vp/vs)和孔隙流体的体积模量这两个与电阻率无关的弹性参数来判别储层的流体类型。理论模拟表明含有少量气体时可使纵波速度及其纵横波速度比显著减小,横波对气体含量不敏感,水层的vp/vs显著大于气层。采用vp/vs与横波交会法识别气、水层可消除孔隙和岩性的影响而突出流体类型的影响。

气液混合流体的体积弹性模量理论模型研究

气液混合流体的体积弹性模量是流体本身的物理性质,直接影响流体传动的准确性、快速性和稳定性。建立准确的气液混合流体体积弹性模量理论模型是实现流体机械设计和优化的基础,具有重要的理论和工程应用价值。通过分析流体空化演变过程,在亨利定律的基础上,运用五次多项式法建立流体内气相组分含量与压力间的数学模型,推导出气液混合流体体积弹性模量理论模型(Model1)。结合物理试验样本数据,选取三种流体体积弹性模量理论模型与Model1的计算结果进行对比,并分析初始含气量和流体压力对气液混合流体体积弹性模量的影响规律。研究结果表明:Wylie与Nykanen模型在等温条件下的体积弹性模量差别很小,在全压力范围内的体积弹性模量均比较接近;Ruan模型在高压区的体积模量预测结果偏大,而在低压区与Wylie模型比较接近;所建立的Model1模型的体积弹性模量预测结果与物理试验实测点更接近,且在考虑低压区流体呈现气态特性的基础上,给出了更加准确的低压区气液混合流体体积弹性模量预测方法。本项研究可为建立准确的气液混合流体体积弹性模量理论模型提供参考。