水力喷射径向水平井回灌增注特性可视化试验研究

针对砂岩热储开采回灌过程中经常发生严重的地层堵塞,降低了回灌率的问题,设计了模拟砂岩回灌可视化试验装置,开展了径向水平井可视化回灌试验,研究了近井地带颗粒运移规律以及径向水平井增灌特性。结果显示,在仅中心井情况下,示踪粒子堵塞区域主要呈现圆形,随着注入流量的增加(900~2100 mL/min),示踪粒子的运移半径和堵塞面积都呈增大趋势;当流量进一步增大时(2100~3000 mL/min),堵塞形状转变成为圆环形;在径向井存在的条件下,示踪粒子的堵塞形状为沿着径向井分支分布的锥形堵塞,且从径向井根端到趾端堵塞程度呈降低趋势;随着径向井分支数的增加,单分支井堵塞面积呈减小趋势,形态为细长锥形,堵塞总面积呈增大趋势,但相对堵塞程度降低,证明径向井技术有利于减少储层堵塞。研究结果可为径向水平井技术应用于砂岩热储回灌过程提供理论支撑。

塔中83井区表生岩溶缝洞体系中油气的差异运聚作用

叠合盆地海相碳酸盐岩介质油气运聚机理是油气勘探必须解决的关键科学问题之一,选择代表性储层介质进行系统油气运聚作用分析有利于为解决这一关键科学问题提供范例。塔中83井区鹰山组储层是典型的表生岩溶缝洞体系储层,油气主要分布在岩溶体系的水平潜流带中,油水关系复杂,油水界面倾斜。本区原油和天然气性质参数在NE向断层与NW向断层的交汇部位异常高,而随着远离断层交汇部位逐渐降低,并顺构造脊有规律的降低,说明断层交汇部位是本区油气的注入点,而油气运移的主输导通道沿本区的鼻状构造展布。这一认识为系统分析表生岩溶缝洞体系油气运聚机理奠定了地质基础。基于碳酸盐岩表生岩溶的相关研究成果,建立了表生岩溶缝洞体系的基本模型。在分析油气在表生岩溶缝洞体系运聚过程的基础上,认为复杂缝洞体系中油气的差异运聚原理是产生这种现象的关键。油气运移过程受储层含水程度控制,油气总是首先将临近充注点的孔隙或缝洞充满后,才能继续向远处运移,并沿油气运移路径顺次充满远处的孔洞缝体系。所形成的油气水分布规律受储层含水程度,储层中能导致油气侧向运移的侧向联通通道、局部缝洞单元与侧向联通通道的关系及其油气溢出点和晚期气侵强度的联合控制。岩溶缝洞体系中油气运聚过程及其所形成的油气分布规律对叠合盆地下构造层碳酸盐岩油气勘探具有重要的启发,油气勘探不仅要通过地球物理方法识别优质储层发育的部位,还应该尽量描述优质储层的孔洞缝结构,结合油气运移方向和主输导通道的空间展布规律指导油气勘探。

三维空间中非连续面对水力压裂影响的试验研究

油气储层常发育断层、天然裂缝、节理等非连续面,其产状、地应力状态对水力裂缝扩展路径会产生重要影响。尤其是在致密油气藏、页岩油气藏等储层中,其天然裂缝影响着水力压裂后的裂缝网络。利用真三轴水力压裂试验设备,模拟了水力裂缝在具有不同产状非连续面的人造岩体中的扩展行为,并分析了泵压曲线的特征。试验结果表明:水平主应力差存在临界值(5~7 MPa),小于该临界值,水力裂缝不可能穿透非连续面;非连续面走向角和地应力差异系数越大,水力裂缝越容易穿透非连续面;非连续面倾角跟水力裂缝的扩展行为没有明显的关系;穿透试验中的泵压曲线跟没穿透试验中的泵压曲线差别明显;压裂曲线峰值泵压均随水力裂缝中点到储层中非连续面的最短距离(简记为DNF)增大而递减。与非连续面的倾角相比,走向角是影响水力裂缝穿透行为的关键因素;准确预测油藏中水力裂缝扩展路径,有必要准确获取非连续面产状和三向地应力场;根据泵压曲线的特征,可判断水力裂缝是否穿透非连续面和定性的判断DNF,为油田现场评价水力压裂效果提供参考。

岩性差异对裂缝穿层扩展的率相关断裂特征影响

薄互层致密砂岩储层由于层间岩性差异、纵向非均质性强等原因,导致主裂缝难以垂向扩展,提高裂缝扩展速率可有效促进裂缝穿层扩展。为研究裂缝穿层断裂过程中的率效应机制,采用人工预制水泥-砂岩试件进行了三点弯断裂试验,通过数字图像法监测了裂缝扩展至层间接触界面处时的断裂过程区(fracture process zone,FPZ)发育特征;基于断裂动力学理论,提出了考虑率效应的裂缝扩展路径预测模型。研究结果表明:低速扩展时裂缝形态曲折,FPZ呈现短、宽的现象,高速扩展时裂缝平直,FPZ呈现长、窄的特点;FPZ存在离散性,且存在相互吸引的特点,裂缝从低弹性模量岩石向高弹性模量岩石低速扩展时层间接触界面处会提前产生高应变区,导致裂缝扩展至层间接触界面处时沿层扩展,高速扩展无此现象;岩石抗拉强度与裂缝穿越单元体的平均抗拉强度呈正相关关系,低扩展速率裂缝优先沿微缺陷扩展,导致岩石抗拉强度降低,高扩展速率裂缝优先沿自相似方向扩展,穿过大量高强度单元导致岩石抗拉强度增加;裂缝与层间接触界面夹角越大,裂缝越容易穿层扩展,裂缝与层间接触界面夹角为30°时,夹角影响效果最大,夹角超过30°时影响效果逐渐下降。研究结果对水力压裂参数优化、增加水力裂缝高度、提高薄互层致密砂岩油气产量具有重要意义。

液氮冻结对岩石抗拉及抗压强度影响试验研究

液氮温度极低(-195.8℃),当与储层岩石接触时,能够改变岩石物性并对岩石结构产生损伤致裂,因此,可用于储层压裂改造。为了研究液氮压裂时低温对岩石力学性能的影响,分别对不同含水状态(干燥与饱和)的不同类型(大理岩、砂岩和花岗岩)岩石进行液氮冻结处理,并对冻结前、后岩样进行抗拉及单轴抗压强度对比测试。结果表明,经液氮冻结后,岩石的单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量都降低;岩石在干燥状态下,液氮冻结对大理石强度的影响大于对红砂岩的影响;岩石饱和水状态下,液氮冻结对红砂岩强度的影响大于对大理岩的影响;饱和水状态岩石经液氮冻结后,其应力-轴应变曲线在弹性变形阶段出现一个拐点;对于同种类型岩石,饱和水状态能加剧液氮冻结并对岩石损伤,岩石强度影响显著;对3种岩样微观结构进行了电镜扫描(以大理岩为例进行分析),发现经液氮冻结后在矿物颗粒之间生成了微裂隙。研究结果可为进一步研究液氮压裂机制提供试验依据。

塔里木盆地塔中83—塔中16井区碳酸盐岩油气特征及其成因机理

塔里木盆地塔中隆起塔中83—塔中16井区下古生界海相碳酸盐岩含油气层位多,油气性质差异大,油(气)、水分布复杂。以研究区现今油气特征为基础,结合塔中隆起成藏过程,从油气运移的动态角度,突出分析了"喜马拉雅期天然气气侵对现今油气性质和分布具有决定性影响"的成因机理,得出:1)同一层位、不同区带的油气藏,因存在多个气源断裂,表现出"两端为气,中间为油"的特征;2)同一地区、不同层位的油气藏,因沿主要气源断裂气侵的天然气量有限,以及碳酸盐岩储层的非均值性,从下至上表现出"从纯气藏变为凝析气藏直至油藏"的特征;3)同一层位、同一区带,因局部构造形态(分割槽)和致密层的存在,油(气)、水分布突变。总结认为,气源断裂、不整合面作为优势通道主导运移方向,局部构造形态及致密层限定油气运移范围,二者是研究区油气性质和油(气)、水分布的主控因素。预测勘探层位越深,越靠近气源断裂,则越有利于天然气勘探。

聚能筑巢堵漏用金属割缝管爆炸成形数值模拟及试验研究

对于油气和地热钻井完井过程中发生的溶洞型漏失,目前仍然缺乏有效的解决办法。为此,提出了聚能筑巢堵漏技术,并开展了金属桥架管柱优选和爆炸成形性能试验研究。首先介绍了聚能筑巢堵漏技术及其原理;然后建立了金属割缝管爆炸成形数值模型,分析了不同材料、不同割缝形式金属割缝管爆炸后的形态;最后设计了地面试验装置,确定了试验方法,并根据模拟结果,分别在空气、淹没、淹没围压环境中进行了地面试验。数值模拟得出,交错垂直开槽的5系铝合金割缝管在爆炸后变形适宜且不会失效,可以用作筑巢桥架材料;设计的试验装置可以较为真实地模拟井下工况,为进一步研究不同结构筑巢工具的炸药用量提供了条件。研究结果表明,聚能筑巢堵漏技术有望较好地解决堵漏材料难以留存、不易形成人工井壁的技术问题,进而提高溶洞型漏失的堵漏成功率、降低钻井完井成本。

洛河地区高自然伽马砂岩识别及主控因素

为识别洛河区延长组长6与泥岩、凝灰质泥岩具有类似常规测井响应特征的高自然伽马砂岩,分析高自然伽马砂岩的成因与主控因素。综合分析高自然伽马砂岩的岩性、物性特征及对应测井响应特征,优选测井曲线敏感参数进行曲线重叠处理,快速识别高自然伽马砂岩,通过多敏感测井参数组合构建新指示参数进行交会,验证高自然伽马砂岩。结果表明:与常规砂岩相比高自然伽马砂岩中钍元素含量相对较高,铀和钾元素含量正常;高自然伽马砂岩纵向随机分布于三角洲前缘水下分流河道沉积旋回砂体的任何部位;高自然伽马砂岩平面展布整体与三角洲前缘水下分流河道砂体平面展布特征基本一致,受沉积微相控制。洛河区高自然伽马砂岩为同沉积期火山事件沉积的凝灰质叠加在三角洲前缘水下分流河道沉积中形成,高放射性主要来自高含量钍元素。

页岩气储层变排量压裂的造缝机制

裂缝性页岩储层压裂时,如何通过调节压裂泵排量,使水力裂缝沟通更多天然裂缝,是缝网压裂的关键。选取龙马溪组页岩露头开展真三轴水力压裂试验,压裂过程中以逐步阶梯式方式提高排量,实时分析变排量压裂时水力裂缝扩展行为以及与天然裂缝的沟通情况。试验结果表明:采用变排量压裂,初始阶段,随着压力逐渐升高,会在井筒周围的弱面附近产生多个待破裂点,随排量突然提高会使水力裂缝沿着多个破裂点动态分叉扩展。随着排量阶梯式升高,泵压明显升高,排量越大,泵压波动越大,水力裂缝与天然裂缝沟通形态越复杂,天然裂缝产状和缝内净压力等影响到水力裂缝进一步沟通程度。试验结果证实,变排量压裂可以激活更多天然裂缝,有助于形成复杂裂缝网络。

裂缝性页岩储层多级水力裂缝扩展规律研究

水力裂缝监测技术显示页岩储层中水力裂缝形态复杂,与传统的砂岩储层有本质区别,传统的裂缝扩展模型难以描述和解释页岩地层裂缝扩展的复杂性。基于线弹性断裂力学理论,针对页岩地层裂缝发育的特征,采用位移不连续法建立了一种多裂缝扩展二维数值模型,模拟了页岩地层中水力裂缝在随机分布的天然裂缝干扰下扩展的复杂形态。数值模拟显示,当相对净压力较大、天然裂缝与初始水力裂缝最优扩展方向夹角较大时,更倾向于形成复杂形态裂缝;水平应力差较大时,水力裂缝分叉的几率越小,通过对页岩露头的真三轴水力压裂物理模拟试验研究进一步验证了数值模拟方法的合理性,龙马溪组页岩地层的微地震监测解释结果与本数值模拟结果吻合良好。

渤海湾盆地南堡凹陷异常压力系统及其形成机理

渤海湾盆地南堡凹陷异常压力现象普遍发育,但对于凹陷中不同构造带异常压力的刻画与成因机制的探讨却较为薄弱。利用357口井1 354个钻杆测试数据(DST)和重复地层压力测试数据(RFT),测井曲线资料等,详细刻画了不同构造带的压力结构特征。研究表明:南堡凹陷地层压力系统纵向上可划分为3个带,浅部常压带(<1 800 m)、中部过渡带(1 800~2 400 m)和深部异常高压带(>2 400 m)。沙三段发育大规模异常高压,压力系数最高达1.9,超压带顶界面深度约为2 400 m;老爷庙构造带中、浅层发育低幅度超压带,压力系数约为1.2;滩海地区东一段和东二段局部发育异常低压。利用数值模拟技术和垂直有效应力—声波时差判别图版等方法,并结合烃源岩生排烃过程综合分析等,深入探讨了南堡凹陷不同异常压力系统的形成机理,研究认为:(1)深部沙三段的大规模超压主要来源于东营时期的泥岩不均衡压实作用,生烃作用也有一定贡献,但相对前者贡献较小;(2)明化镇时期,生烃作用是最主要的增压机制,而欠压实作用贡献则相对有限;(3)中浅层低幅超压带来源于深部超压的"传导",开启的断裂带为其传递通道;(4)东营末期的区域抬升剥蚀作用引起岩石骨架孔隙回弹和流体收缩,是形成本区异常低压的主要原因。

高邮凹陷晚白垩世泰一段沉积时期物源及沉积相定量分析

寻找岩性油气藏目前已成为高邮凹陷深层勘探的主要方向,而对岩性体作出准确的预测,须对沉积时期的物源及沉积相作出准确的判断。依据不同地区砂岩碎屑组分特征及其胶结物的类型变化规律、稳定与非稳定类型重矿物组合在平面上的变化特征及地层厚度的分析,得出高邮凹陷晚白垩世泰一段沉积时期存在3个物源,其分别是凹陷南部的通扬隆起、北部的建湖隆起以及西部的菱塘低凸起。在物源分析的基础上,依据大量单井岩心观察和砂岩、砂砾岩资料统计,并结合各类沉积相发育的构造带位置和形成机制对研究区的沉积相进行了定量分析。定量分析结果表明:泰一段沉积时期,高邮凹陷主要发育的沉积相类型有冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲和滨浅湖相。

岩石孔喉道中表面粗糙度对油水两相流动的影响

岩石孔喉道中表面粗糙性是影响油水两相流动的重要因素之一.本文利用格子波尔兹曼数值模拟方法模拟了在光滑和粗糙孔喉道中的水驱油的流动特性,通过比较亲水和亲油的孔喉道模型中的含水饱和度、油水相对渗透率的变化,分析粗糙度对于流动特性的影响.结果表示:1)无论是亲水性还是亲油性模型,孔喉道表面的粗糙性对于油水流动都起阻碍作用;2)由于孔喉道表面粗糙元间空隙的存在,一部分油被圈闭于空隙中,不能实现完全驱替;3)水驱油的过程中,亲水性的孔喉道的含水饱和度和油水相对渗透率均高于亲油性孔喉道;4)在亲水性孔喉道中,粗糙性对含水饱和度和油水相对渗透率的影响更为明显,亲油性孔喉道次之;5)亲油性孔喉道的粗糙性增加到一定的程度后,它对流动的阻碍作用不再随着粗糙性的增加而逐渐增强.

盐岩蠕变特性的测井分析研究

利用5次地层倾角测井资料,采用交会图和井径矢量分析技术,建立井径、井径差值、井眼横截面积、井径积分(井眼纵切面积)、井眼容积等多项参数的测井评价方法。4种交会图法显示在一定井下地质条件下,即一定的温度、应力作用下,盐岩呈现出明显的初期蠕变和二期蠕变过程,其中初期蠕变的完成大约在30 d之后,此过程的蠕变曲线斜率较大,表明蠕变速率变化较大,且蠕变速率呈衰减趋势;30 d后蠕变曲线斜率明显变小,表明蠕变速率变化较小,进入稳定的二期蠕变阶段。上述结果表明,利用测井资料可以很好地评价盐岩的蠕变特性,为金坛储气库运营的稳定性分析提供有效的参考依据。

碳酸盐岩油藏智能水驱规律与机制

基于伊拉克Missan油田Mishrif组孔隙型碳酸盐岩油藏开展长岩心驱替试验、润湿角测定和界面张力测定试验,研究碳酸盐岩油藏智能水驱作用规律与机制。结果表明碳酸盐岩油藏智能水驱中岩石表面润湿性改善与油水相互作用改变协同作用提高采收率,其中润湿性改善影响较大。关键离子类型及质量浓度对润湿性及界面张力影响明显。其中Mg^(2+)和Ca^(2+)促进润湿性和界面张力的改变,随着其质量浓度增加,润湿角和界面张力均先减小后增大,存在最优质量浓度使得润湿角和界面张力最小;Mg^(2+)作用效果强于Ca^(2+)。SO^(2-)_(4)促进关键阳离子对润湿性的影响,抑制其对界面张力的影响,质量浓度越高作用效果越明显。碳酸盐岩油藏智能水驱中SO^(2-)_(4)优先吸附于方解石表面,促进关键阳离子发生多离子交换反应,造成润湿性的转变;随着溶液中离子类型及质量浓度的改变,吸附于油水界面的极性原油分子发生盐溶和盐析作用,影响油水相互作用。

渤海湾盆地歧口凹陷沙河街组天然气赋存状态及其勘探意义

近年来,随着歧口凹陷深层油气的勘探,在深层(>3 500m)沙河街组发现了大量的天然气藏,这些天然气藏主要沿深大断裂分布,垂向上具有下气上油、浅层为气的分布特征。为了解天然气在油水中的赋存状态,指导油气勘探,依据天然气各组分在油水中的溶解性的影响因素(温度、压力、油密度、水矿化度等),计算出地层条件下天然气在原油和水中的溶解量,并与实际油气产量进行了对比分析。沙河街组天然气在油水中大多数达到饱和—过饱和,垂向上形成了深层游离气为主,向中深层逐渐过渡为油溶气及少量的游离气,临近沟通气源的深大断裂浅层因气源充足可形成游离气。据此探讨了研究区内油气运聚成藏模式,认为沟通油气源的深大断裂浅层是寻找凝析气藏和纯气藏的有利区域,中深层因生油窗内有大量原油的存在是寻找油藏、油溶气藏或轻质油藏的有利靶区,深层断裂相伴生的圈闭有利于凝析气藏及纯气藏的富集。