水平井+CO_(2)吞吐改善中低渗稠油油藏开发效果机制解析——以大港油田刘官庄埕隆1601区块为例

大港油田刘官庄埕隆1601区块特稠油油藏由于受原油粘度大、渗透率低、油层厚度薄、出砂及地面环境复杂等苛刻条件的制约,多年来常规的开采技术无法实现动用,为此开展了“水平井+CO_(2)吞吐”技术研究及矿场试验。利用室内实验及数值模拟手段,开展增油机制研究及注采参数优化,结果表明CO_(2)与稠油在非混相状态下混溶后,稠油粘度由16800 mPa·s下降至69 mPa·s,降粘率达99.6%,原油启动压力梯度由19.1 MPa/m降低至0.2 MPa/m,储层绝对渗透率提高了约41.86%,有效提高了稠油的流动性能;优化后的合理注采参数为:单位水平段注入强度3.5~5.5 t/m,单位水平段注入速度0.5~0.6 t/(m·d),闷井时间为25~35 d,单位水平段产液强度为0.075~0.125 m3/(m·d),采用“抽油机+液力反馈泵+电加热杆”及水力喷射泵两种注采一体化工艺。矿场“水平井+CO_(2)吞吐”技术试验证实,单井单轮次增油1000~2000 t,最高增油达4000 t以上,换油率2.0~4.5 t/t,技术和经济效果显著,证实了该技术的可靠实用性,为中低渗稠油油藏的有效开发提供了很好的借鉴。

温度围压对低渗透砂岩孔隙度和渗透率的影响研究

对低孔、高孔两组低渗透砂岩岩心孔隙度和渗透率在温度压力共同作用下的变化特征进行试验研究。在围压5 MPa、温度25℃的条件下,第一组砂岩的孔隙度变化范围为3.2%～4.6%,渗透率为0.098 8×10-3～0.191 9×10-3μm2;第二组砂岩的孔隙度变化范围为12.8%～14.2%,渗透率为0.176 7×10-3～0.301 3×10-3μm2。研究结果表明,在试验采用的温度、压力变化范围(25℃～80℃,5～55 MPa)内,两组低渗透砂岩的孔隙度、渗透率都表现出了较强的压力、温度敏感性。随温度、围压升高,孔隙度、渗透率都减小,围压对渗透率的影响明显高于温度对渗透率的影响。总的趋势看,温度对孔隙度的影响高于围压对孔隙度的影响,恒定测量围压5 MPa,温度由25℃升高到80℃,低孔低渗砂岩孔隙度下降了34.7%,渗透率下降了75.1%;高孔低渗砂岩孔隙度降低了18.4%,渗透率下降了35.2%;恒定测量温度25℃,围压由5 MPa升高到55 MPa,低孔低渗砂岩孔隙度降低32.3%,渗透率下降了89.5%,高孔低渗砂岩孔隙度降低了4.6%、渗透率降低了77.4%。

低孔低渗砂岩加载条件下的声波传播特性实验研究

以低孔低渗砂岩在不同围压条件下的岩石力学测试实验及力学实验过程中岩石纵、横波时差和波形等的采集实验为基础,研究低孔低渗砂岩在三轴和单轴加载过程中声波波速、幅度、频谱特性的变化特征。研究发现:(1)低孔低渗砂岩的声波纵、横波速及频谱特性随岩石变形和破坏的阶段变化而变化。在岩石中裂隙、孔洞压密阶段,纵、横波波速都快速上升;纵、横波速达到峰值时的轴向应力与岩石抗压强度的比值随孔隙度与渗透率乘积的增大而减小。(2)声波纵、横波波形的变化与岩石的变形紧密相关。随着轴向载荷增大,岩石内部裂纹的产生和扩展,当岩石轴向应力为极限强度的60%左右时,横波波形末端出现明显的散射波信号。(3)随着轴向载荷增大,岩石被压实,频谱曲线上的振幅呈增大趋势;随着岩石轴向载荷进一步增加,裂纹产生,频谱曲线上低频端较高频端活跃。(4)岩石达到峰值强度前阶段,纵波首波振幅和频谱主振幅都表现出上升趋势,且弹性压缩阶段,首波振幅和频谱主振幅上升速率较快,裂纹不稳定扩展阶段,主振幅表现出比首波振幅低的上升趋势。低孔低渗砂岩加载过程中表现出来的声波传播特性的变化特征,对其内部裂缝动态变化的预测和稳定性评价都具有重要的指导意义。

低渗透岩石渗透率对有效应力敏感系数的试验研究

低渗透岩石渗流过程中存在明显的流固耦合效应,采用FDES–641驱替评价系统对采自长庆油田的砂岩岩样进行试验和分析以研究低渗透岩石渗透率与有效应力之间的关系。试验结果表明,岩石渗透率随着有效应力的增加而呈现规律性减小。但鉴于影响岩石渗透率的渗流耦合因素很复杂,可以通过定义渗透率对有效应力的敏感系数从而将影响因素进行归一化处理。敏感系数可以反映出岩石渗透率随有效应力的变化趋势。根据试验结果建立敏感系数与有效应力之间的函数关系,从而把求取在不同有效应力下岩石渗透率的值转化为对其敏感系数的确定,并据此推导岩样渗透率与有效应力的函数关系式。

低渗透介质温度–应力–渗流耦合三轴仪研制及其应用

详细介绍研制的低渗透介质温度–应力–渗流耦合三轴仪,该试验系统可以在常温～90℃范围、三轴室活塞最大轴向力1000kN、围压40MPa内对直径50和100mm的标准试样进行轴向和径向渗透试验。解决长时间、高温(<90℃)条件下试样气体渗透密封性、微流量气体体积量测以及长时间试验温度保持均匀、恒定等技术问题,确保复杂条件下低渗透介质渗透性测试。应用研制的三轴仪,对雅砻江锦屏II级电站辅助洞白山组大理岩进行渗透性测试。试验结果表明:研制的三轴仪可以满足温度–应力–渗流耦合试验的要求,试验过程稳定、试验数据精度较高,可用于石油/天然气地下能源储存、低渗透油气田开发、高瓦斯矿井瓦斯抽放、放射性废料地质深埋处置等工程中围岩介质渗透特性研究,可为工程安全和环境评估提供基本参数。

成岩相对低渗透储层砂岩岩石力学性质的控制——以鄂尔多斯盆地东部上古生界天然气储层为例

砂岩岩石力学性质对储层压裂设计具有重要影响,通过岩相学观察以及岩石力学试验,研究了鄂尔多斯盆地东部上古生界低渗透储层砂岩成岩相类型、岩石力学参数以及可压裂性,分析了影响岩石力学性质的岩相学因素。研究区上古生界低渗透储层砂岩可分出6种成岩相:蚀变杂基充填强压实致密成岩相、石英加大硅质胶结粒间孔成岩相、碳酸盐胶结交代致密成岩相、钙质溶蚀孔成岩相、杂基溶蚀孔成岩相和岩屑溶蚀孔成岩相。不同成岩相砂岩的抗压强度、弹性模量和泊松比均有所差异,脆性矿物含量、硅质胶结物含量以及压实重结晶程度越高的成岩相,则其抗压强度越大,反之则越小;孔隙度越大的成岩相,弹性模量越小;石英等脆性矿物含量越高、压实程度越弱、孔隙度越高的成岩相,则其泊松比越小,反之则越大。脆性系数较大的石英加大硅质胶结成岩相、钙质胶结溶蚀孔成岩相和杂基溶蚀孔成岩相可压裂性好,其他几类成岩相砂岩可压裂性相对较差。

基于压水试验资料的岩体透水性分形特征研究

采用R/S分析方法对钻孔常规压水试验资料进行了分析,给出了能反映岩体透水性特征的分维数。通过对不同水电工程中压水试验的分析,探讨了不同岩性、构造条件下裂隙岩体透水性的分形特征。

低渗透储层酸预处理降低破裂压力机理

针对高压、高温、低渗透等难动用储层安全高效压开的问题,从岩石力学性质因素研究入手,分析酸化过程中酸与矿物的反应,从微观结构上阐述酸化预处理降低破裂压力的机理,结合酸预处理后的铸体薄片、扫描电镜观察的微观实验和酸预处理前后的宏观力学性质测试结果,阐明了酸预处理降低破裂压力的机理。迪那地区过酸前后岩石力学的实验和破裂压力的计算结果表明:酸化预处理能够改变岩石的力学性质,并有效降低破裂压力,为这类储层开发提供技术思路。

基于损伤理论双重介质水力压裂岩体劣化与孔渗特性变化理论研究

首先,针对石油储层水力压裂岩体损伤机制,考虑岩体受载后基质孔隙和微裂缝体积均发生变化,采用基质孔隙和微裂缝体积变化分别定义岩体损伤和裂缝演化的张量型损伤变量,建立水力压裂岩体损伤模型;然后,假设水力压裂过程微裂缝动态演化满足Logistic分岔标准模型,建立基于损伤理论的微裂缝动态演化损伤模型,根据水力压裂能量守恒原理,确定岩体损伤演化过程体积应变和介质孔隙度、损伤变量的内在联系;最后,建立水力压裂岩体基质孔隙和微裂缝渗透张量演化模型。将新方法和传统方法通过模块程序导入有限元软件对吉林油田29-3,4生产井进行产能模拟,计算结果对比表明,基于损伤理论的新模型与实际情况吻合更好。

低渗透储层应力敏感性及其对石油开发的影响

为更深入研究低渗透储层的应力敏感性,以变径毛管束模型为基础,从理论上证明低渗透储层的强应力敏感性;并通过保持围压不变、改变流体压力的试验方法研究有效应力、孔隙结构及应力加载方式对储层渗透率的影响;在此基础上,利用数值模拟技术详细研究不同储层条件下的应力敏感性对油田生产的影响。研究结果表明:应力变化对孔隙度的影响较弱,而对渗透率的影响较大,低渗透储层渗透率应力敏感性更强;储层应力敏感性与孔隙结构、有效应力及其加载方式密切相关;渗透率越小、有效应力越大、应力加载速度越快,则储层的应力敏感性越大,且随着有效应力的减小,渗透率存在永久伤害,难以恢复至初始值;生产井的生产压差与应力敏感系数呈指数关系,储层非均质性越强、渗透率越小,应力敏感性越大,对油田生产的影响越大,而油藏韵律性对储层应力敏感影响较小。该研究结果对于合理开发低渗透油藏具有一定的指导作用。

低渗煤层液态CO_2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理

液态CO_2相变射孔致裂增透技术作为一种有效的低渗煤层强化抽采方法,已被广泛的应用研究。但由于该技术在破岩及裂隙扩展力学机理方面研究不足,在一定程度上影响该技术进一步发展及应用。基于热工学、弹性力学、断裂力学等理论基础,建立了液态CO_2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO_2相变射孔破岩力学机理、地应力条件下裂隙扩展力学机理。采用PFC2D离散元颗粒流分析软件,进行数值模拟研究,分析了不同地应力及射流压力条件下液态CO_2相变射孔破岩及裂隙分布特征。在以上研究基础上,在川煤集团白皎煤矿进行现场试验,研究表明该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采效率。

采动岩体瓦斯渗流规律

为了实现瓦斯的高效抽放,解决煤与瓦斯的安全共采问题,基于煤岩介质力学性质及变形破裂过程的渗透特性,采用相似模拟试验和岩石破裂分析系统(RFPA2D)数值计算方法,模拟研究受采动影响的上覆岩层裂隙发育规律和瓦斯渗流规律。研究结果表明,随着开采工作面推进,顶板出现周期性垮落,老顶垮落步距约为12 m,其顶板破断角度约为50°,工作面和切眼上方裂隙发育基本对称,覆岩下沉曲线整体呈左右对称碗状;在卸压带内,煤体膨胀变形生成的大量次生裂隙,增加了煤体的渗透性,覆岩横向离层裂隙和竖向破断裂隙的动态发育变化,为实现煤与瓦斯的共采创造条件。工业性试验验证了受采动影响下推进距离和工作面瓦斯抽放量间呈非线性关系,为进一步理解采动影响下煤与瓦斯共采提供了理论基础和科学依据。

低渗透地下环境中水-岩作用的渗流模型研究

地下水渗流过程是水(流动)-岩(变形)相互作用的结果,研究水-岩相互作用对于环境问题及工程应用有着重要的意义。基于流-固耦合力学理论,建立了低渗透地下环境中,水-岩相互作用的三维耦合数学模型,并采用分离变量法对一维模型进行了解析求解;通过算例分析,验证了模型的可靠性。所建模型及求解方法在实际工程问题及环境问题中具有重要的理论意义和指导意义。

松散破碎介质中气体渗流规律试验研究

原地爆破浸出采场的铀矿堆,是一种松散破碎介质,其颗粒级配服从Rosin-Rammler分布。这种介质中的气体渗流同时受到介质的特征粒径、粒径分布指数和孔隙率的影响。为了研究这种影响,根据Rosin-Rammler分布,选配具有不同颗粒级配的7组试样,采用自制的松散破碎介质气体渗流试验装置,对其中气体渗流的规律进行试验研究,并利用试验结果,采用自适应神经模糊推理系统,建立根据特征粒径、粒径分布指数和孔隙率预测渗透率和惯性系数的自适应神经模糊推理系统(ANFIS)模型。结果表明:松散破碎介质中的气体渗流不满足Darcy定律,而满足Darcy-Forchheimer定律;所建立的预测渗透率和惯性系数的ANFIS模型,能够给出具有足够精度的预测结果,这为渗透率和惯性系数的预测开辟新的途径。

中低应变率下的岩石损伤本构模型研究

深部岩石的破碎与钻探中,岩石主要处在中低应变率的载荷作用下,而目前的研究还沿用中高应变率推导的动态损伤本构关系。从工程背景和试验角度分析了中低应变率下的岩石动力学特性,提出Maxwell体、Bingham体和损伤体的并联模型,借助拉普拉斯变换,引入基于岩石孔隙、裂隙劣化的损伤变量,导出了中低应变率下的岩石动态损伤本构模型。利用该模型对泥质砂岩和花岗岩在应变率为87 s-1、382 s-1、673 s-1时的应力-应变试验数据进行拟合,并将拟合结果与实测数值、原文献拟合曲线对比,结果表明该理论模型适用性较好。分析拟合参数可知,该动态损伤本构模型能够主动适应中低应变率两类情况,本构曲线和损伤变量的变化符合实际情况。

爆炸压裂下围压对井壁破碎效果的影响

针对爆炸压裂容易在井壁周围造成粉碎区、形成致密压实带的问题,进行了室内爆炸压裂模拟试验。试验结果表明,向试样施加围压后,爆炸压裂效果明显不同于常压下的爆炸压裂效果。试样在常压下进行爆炸压裂后,炮眼直径变大,炮眼周围区域粉碎效果明显;向试样施加一定围压后再进行爆炸压裂试验,粉碎区域消失,试样表面宏观裂缝数量增加,产生的裂缝较短,造缝效果明显好于常压下的爆炸压裂效果。以此为基础,重点考虑了围压对爆炸压裂效果的影响,分析了爆炸压裂时井筒周围岩石的受力情况,并根据分析结果推导了既能保证井壁稳定又能使井眼周围地层形成裂缝的边界条件,并通过室内试验对其准确性进行了验证。

低渗透油藏压力场变化对岩体力学性质的影响

以鄂尔多斯盆地安塞油田长6油层为例,在恢复地下围压、油水两相饱和流体、温度等条件下,开展岩芯孔隙压力变化过程中杨氏模量、泊松比、比奥特系数、脆性指数等岩体力学参数的测定。结果显示,随着孔隙压力逐渐增加,杨氏模量、比奥特系数和脆性指数逐渐减小,泊松比逐渐增大,并且相对变化幅度较大,分别为13.15%,37.50%,68.65%和52.22%。这一结果表明,在低渗透油藏开发过程中,随着油水井之间压差增加以及整个油藏压力场不均衡分布,岩体力学性质及应力场与原始未动用油藏相比发生了较大变化。在老井重复压裂改造和水井配注中应充分考虑这种变化,以达到提高低渗透油藏采收率的目的。

低渗气井水锁伤害半径研究

水锁伤害是一个长期而持续的过程,评价水锁伤害对低渗气井产能影响时主要通过岩心水锁伤害实验实现。由于实验时间短、岩心长度小等限制,因此无法准确描述作业周期长的低渗气井水锁伤害半径。通过对水锁伤害机理分析,确定影响水锁伤害半径主要因素。结合渗流力学理论将水锁伤害过程近似为毛管束模型的活塞式运动,推导出水锁伤害半径的计算方法;并结合实际井的钻完井和测试资料,进一步验证了计算方法的准确性。运用该方法可以准确计算作业周期长的低渗气井水锁伤害的半径,准确评价其对产能的影响。

再谈启动压力梯度

启动压力梯度其实并不存在,它只是一种实验假象。通过分析启动压力梯度导致的一些错误结果,证明了启动压力梯度不存在。若存在启动压力梯度,当地层中未注入流体时,压力却可以升高,这违背了科学原理;地层将不存在静平衡压力,而是存在压力梯度不为0的压力分布,这与实际情况不符;地层压力将永远恢复不到原始地层压力,显然与实际情况也不相符;地层压力分布将出现动边界奇点,数学上将不能自洽;油气运移将无法进行,也就不会有油气聚集,实际情况并非如此;流体静止时将具有抗剪切能力,违背了流体力学的基本原理。

基于有效介质与等效岩石元素理论的特低渗透率储层饱和度模型

清水洼陷沙三段储层属于特低渗透率储层,具有含泥质、微孔隙发育、束缚水饱和度较高、孔隙结构复杂的特征。建立该区块饱和度模型时应考虑这些因素对岩石导电性的影响。将含泥特低渗透储层等效成孔隙大小和形状及所含流体性质和含量不变的纯岩石,利用等效岩石元素理论描述孔腔和喉道比对岩石导电性的影响,利用有效介质对称导电理论描述孔隙结构对岩石导电性的影响,分别建立等效纯岩石的导电方程,并联立求解得出等效混合流体介质电导率表达式;再利用有效介质对称导电理论描述泥质附加导电对岩石导电性的影响,将求得的等效混合流体介质电导率代入该方程中,从而建立基于等效岩石元素理论和有效介质对称导电理论的含泥特低渗透储层导电模型。利用清水洼陷沙三段储层的岩电实验测量数据对该模型进行精度分析,测量岩样电导率值与计算电导率值平均相对误差很小,说明提出的模型能很好地描述特低渗透储层岩石的导电规律。利用建立的模型及确定的模型参数值处理了清水洼陷沙三段储层实际井资料,结果表明,所建立的模型适用于清水洼陷沙三段特低渗透泥质砂岩储层评价。