致密砂岩气藏暂堵压裂裂缝起裂扩展实验模拟

针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了不同裂缝走向、井斜角、方位角等参数对压裂裂缝参数的影响规律,起裂压力随井斜角和方位角的增加而减小;起裂角随井斜角增加而减小直至为0°,随方位角先增加而后减小。通过制备人工水泥试样,利用大尺寸真三轴物模实验系统模拟了暂堵压裂中新缝起裂及其转向行为,评价了不同井斜角、方位角下新缝起裂、转向及延伸行为和起裂压力及裂缝改造面积等参数。实验结果表明:井斜角增大,初次及二次起裂压力呈减小的趋势,裂缝更易转向且改造面积越大。井斜角相同时,裂缝起裂压力随井筒方位角增加而逐渐减小,裂缝改造面积随方位角增加而增大。方位角90°螺旋射孔相比方位角0°螺旋射孔形成的裂缝更为复杂,定面射孔可调控水平井破裂压力及初始破裂位置,初始破裂产生于射孔井筒界面、孔道中部等不同位置,控制射孔射角介于75°~90°。研究结果为低渗透致密砂岩气藏暂堵压裂设计提供了依据。

倾斜管不同黏度气液两相段塞流持液率实验及预测方法

准确预测持液率可为井筒中的流型判断和压降预测提供重要依据,段塞流为稠油井筒中最常见流型,井筒高黏流体将加重气液两相滑脱,导致现有持液率模型应用于高黏流体的预测精度变差。为此,基于多相管流实验平台,在内径为60 mm的测试管段内开展段塞流持液率实验,获取了不同黏度、不同倾角段塞流流型及持液率数据,研究了黏度对持液率和流型转变的影响规律,并结合实验现象和理论推导,提出了倾斜管不同黏度气液两相段塞流持液率新模型。研究结果表明:液相黏度的增加,会增加液相与管壁之间的黏滞力,导致持液率增加;黏度对持液率的影响会改变段塞流与其他流型的转变界限。以Kora液塞区持液率关系式为基础,建立了用混相黏度代替液相黏度的倾斜管气液两相段塞流持液率新模型,并利用实验数据和文献数据进行了验证,证实新模型具有更高的精度。该研究可为预测稠油井井筒压降提供技术支持。

天然气水合物CO_(2)吞吐置换实验新方法

目前已有的天然气水合物CO_(2)置换实验的最终置换率与理论置换率75%相差较大。为了提高天然气水合物的最终置换率,从增大置换推动力的角度出发,基于混合气体中组分气体的逸度与其体积分数正相关的关系,提出了天然气水合物CO_(2)吞吐置换实验的新方法,即CO_(2)注入-置换-释放混合气体-CO_(2)回注-置换的多轮次吞吐置换。基于提出的实验新方法,在自行设计的反应装置中模拟了压力为2.54 MPa、温度为276.35 K条件下CO_(2)常规置换和多轮次吞吐置换CH_4水合物的置换过程。结果表明:在相同置换条件下,3个轮次吞吐置换实验的最终置换率为46%,是常规置换最终置换率31%的1.48倍;随着吞吐轮次的增加,水合物的置换率不断增大,第3轮吞吐置换实验的最终置换率从第1轮末的28%增加到46%,实验结果证明了天然气水合物吞吐置换实验新方法的正确性和可行性。研究成果进一步拓展了天然气水合物置换开采理论和方法。

注CO_(2)对原油体系黏度影响实验及其预测模型

为了探究不同温度、压力和CO_(2)含量对原油黏度的影响,采用轻质原油和CO_(2)体系室内实验的方法进行测试。结果显示:在一定温度或CO_(2)含量条件下,原油黏度随着压力的变化呈现出先降低、后升高的趋势,其中饱和压力起到关键的转折作用。此外,在保持压力恒定时,原油黏度随着温度的升高呈现出下降趋势。温度对黏度的影响相对于压力更为敏感,且随着CO_(2)含量的增加,温度对黏度的影响逐渐减弱。通过对贝格斯-罗宾逊模型进行修正,提出了一种含饱和压力的新预测模型,绝对平均百分比误差从52.83%降为8.96%。该模型在轻质原油条件下表现出更好的预测准度,为实际生产提供了一定的理论指导。

低渗透油藏微纳米乳液增注技术实验研究

基于纳米材料在低渗透油藏中良好的降压增注前景,对微纳米乳液作为增注剂的性能进行了研究。利用纳米粒度分析仪、接触角测量仪、岩心驱替装置等对微纳米乳液的基本性能进行评价,并对注入参数进行优化。实验结果表明,该微纳米乳液粒径较小,有一定的吸附性和改变润湿性的能力,能将岩石表面润湿性由强水湿变为弱水湿;该微纳米乳液具有良好的耐温性、防膨性、配伍性,当注入含量为0.5%(w)时,油-水表面张力最低降至0.60 mN/m;当优化后的工艺参数为单一段塞焖井、注入含量为0.3%(w)、注入流量为0.1 mL/min时,注水压力降低16.87%。基于实验室研究结果,现场试验6井次,平均注水压力下降1.8 MPa,日增注35 m^(3),有效持续时间达362 d,为低渗透油藏纳米降压增注技术提供了理论依据。

非均质鲕粒灰岩储层酸化增产酸液优选实验研究

江汉油田潜江组鲕粒灰岩储层具有埋藏浅、层薄、上下水层发育、非均质强的特点,其现场改造难度较大。为了优选适用于该储层的改造工艺和最佳工艺参数,开展了常规酸、缓速酸2种不同酸液体系的静态溶蚀实验与酸化驱替实验,并结合CT扫描结果分析,明确了鲕粒灰岩与不同酸液体系的作用规律以及在不同注入速度下渗透率变化的定量表征和酸蚀蚓孔的三维成像。同时根据酸岩反应动力学实验与酸蚀导流能力实验结果,理论预测不同酸液体系酸岩反应有效作用距离,优选出最佳酸液体系和注入参数。研究结果表明:常规酸与缓速酸的最佳质量分数分别为20%、10%;驱替速率对岩心酸化后渗透率增加倍数并无明显影响,但对酸蚀形成的蚓孔结构影响较大,驱替速率增加使得蚓孔的连通性更佳,且对岩石骨架破坏较小;通过酸液有效作用距离预测计算得到,在相同大排量酸液注入的情况下,缓速酸较常规酸的有效作用距离预测值增加11.87 m。最后针对该储层特点优选出大排量注入“10%缓速酸+0.3%缓蚀剂”酸液体系可以有效增加酸液作用距离,增强改造效果。

非常规油气藏水基压裂液流变、携砂与破胶性能实验研究

滑溜水压裂液替代瓜尔胶压裂液并应用于非常规油气压裂液已取得巨大成功,但常规滑溜水压裂液携砂性能较差这一缺点无法得到有效的解决。因此,在常规滑溜水的基础上,提出了粘度可调的变粘滑溜水体系。为了明确瓜胶压裂液、常规滑溜水压裂液和变粘滑溜水压裂液三种体系之间的差异,本文系统性评价与比较了三种体系的流变、携砂与破胶性能,并结合非常规油气藏储层特征与开发技术难点,分析三种体系之间存在的优缺点。研究表明:相较于瓜胶压裂液和常规的滑溜水,变粘滑溜水在兼顾了增粘与携砂性能的基础上,也表现出了良好的破胶性能及低残渣含量的特点。此外,它还具备一定的减阻性能,使其成为未来常规压裂液体系的主要潜在替代产品。本研究为其他研究非常规油气藏水基压裂液技术的科研人员提供一定的借鉴。

油气井工程多源多模态数据融合技术与展望

随着油气田数字化、智能化建设的不断推进,数据量迅速增长,传统的数据融合方法已无法满足油气井工程领域对多来源、多模态数据的利用需求。为此,从油气井工程业务的角度出发,详细阐述了多来源、多模态及多领域数据的特征,并对不同类型的数据融合应用场景和优缺点进行了系统分析,重点讨论了数据融合的关键技术和当前面临的挑战,最后结合空间尺度、时间尺度、边界信息和模糊信息的融合需求,提出了面临的技术挑战和解决思路。研究结果表明:(1)油气井工程领域数据具有多来源、多模态和多领域的特征,这使得数据分析和应用极为复杂和丰富;(2)从整体融合的角度出发,结合最终目标,逐步划分数据融合过程,可提高融合过程的可执行性;(3)在油气井工程行业应用数据时,应始终注重实际应用需求,通过强化数据集成、构建融合模型、开发高性能融合架构和自适应融合方法,进而推动数据融合技术的发展,以应对日益复杂的数据环境和业务需求挑战。结论认为,数据融合作为一个跨学科、跨领域的交叉学科研究问题,亟需在深度和广度上进行创新,以提升油气井工程领域数据的有效利用率,对于提升油气井工程数字化和智能化具有重要的指导作用和意义。

原油中咔唑类参数运移示踪效应的驱替模拟实验

油气运移研究对油气勘探与开发至关重要,受原油黏度、复杂化学组成及潜在的多种地质因素影响,原油运移方向与路径的确定难度较大。分子地球化学参数是研究油气运移规律的有效方法之一,实际成藏过程中的这些参数受其形成、相对组成以及演化程度等因素的影响。在实验室条件下可实现单一因素控制下的分子参数效应,采用室内驱替模拟实验的方法,在填砂管上进行油驱水实验,利用C18固相萃取柱分离与富集不同运移距离吸附油中的咔唑类化合物,考察原油中咔唑类化合物的运移示踪规律。结果表明,咔唑类参数1-/4-MCA、1,8-/1,7-DMCA、1,8-/2,4-DMCA、1,8-/2,5-DMCA、1,8-/2,7-DMCA比值均随着运移距离的增加而显著增大,特别是全屏蔽型与全裸露型异构体比值1,8-/2,4-DMCA和1,8-/2,5-DMCA的增长幅度可达63.97%和35.50%,这些参数具备作为良好的运移示踪参数的潜质;而参数苯并[a]/[c]咔唑所表现出的运移示踪规律与前人部分实际油藏运移研究不符,可能是苯并咔唑类化合物的运移受其本身构型和其他地质条件的影响,建议该参数在应用到油气运移示踪研究时须谨慎使用。实验结果可为原油运移示踪参数研究提供有效的方法借鉴,但在实际地质应用时仍需结合分子动力学等手段对相关参数进行验证与优选。

基于灰色关联方法的深层煤层气井压后产能影响地质工程因素评价

煤储层具有低孔、低渗和低压特征,实现煤层气工业开采主要依靠水力压裂等技术。沁水盆地柿庄区块目前日产量小于500 m^(3)的气井占到50%以上,气井改造后增产效果不理想,气井产能主控影响因素不清楚,直接影响气井整体产能的提升。基于煤层气井压裂及产能数据,利用灰色关联方法刻画了煤层气地质工程因素对压裂产能的影响程度,分析了气井压裂后产能主控影响因素。根据皮尔逊相关性分析方法,建立产能主控因素与气井产量的关联数学模型来预测气井产能,结合气井生产数据验证了预测模型可靠性。采用卡方自动交互检测决策树方法,建立了已压裂井地质和工程因素对气井产能影响关系分类决策树,高含气量条件下工程因素对气井产能提升影响较小,随着含气量降低,不同工程因素对气井产能的影响程度逐渐增大,有助于优化排量、砂量及总液量等主要设计参数,丰富了煤层气压裂后产能评价方法。

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。

在致密油藏中纳米乳液静态吸附及渗吸驱油性能实验研究

致密油藏孔隙度小、渗透率低,常规表面活性剂无法进入孔喉中有效驱替原油,采用微乳液法将表面活性剂、油相和水相等合成的纳米乳液,具有纳米级粒径且吸附量低,可通过渗吸吸附的方式进入致密储层深部提高致密油藏采收率。为明确纳米乳液的吸附与渗吸驱油特性,通过紫外分光光度计,研究了不同粒径的天然砂岩与页岩岩粉对纳米乳液的静态吸附性能;并通过渗吸驱油实验研究各种因素影响下纳米乳液渗吸驱油规律,最终确定影响纳米乳液渗吸驱油效果的主控因素,为提高致密油藏开采效果提供理论依据。研究结果表明,不同目数的岩粉对纳米乳液的吸附性能存在一定差异,目数越大,岩粉比表面越大,对应吸附量越多,纳米乳液在页岩表面吸附量高于砂岩;相比于其他因素,纳米乳液种类、浓度及储层岩性对纳米乳液渗吸驱油效果影响最大,其次为岩心长度和实验温度。动态驱替实验结果表明,阴非离子型纳米乳液C具有较好的提高采收率效果,增幅达9.45%,其次为阴离子型纳米乳液A,增幅为8.98%,而阳离子纳米乳液B的效果最差,增幅为4.24%。

水力压裂页岩激电特征与各向异性实验研究

水力压裂是改善非常规储层物性、实现非常规油气资源有效开发的核心技术。与微地震监测不同,电磁监测方法以压裂液与围岩的复电阻率差异为基础,具有更好的物性基础。对于致密页岩等非常规储层,水力压裂形成的裂隙储层结构复杂,多种激发极化机理复合作用,给实际地层的激电建模带来一定的困难,限制了压裂电磁监测的储层评估能力。为此,开展了裂隙介质双重孔隙介质理论建模,结合五峰组致密储层页岩的压裂前、后激发极化特征实验,分析了储层样品在不同压力、压裂前后不同饱和度、填充不同支撑剂等状态下的激电参数变化及各向异性特征。研究结果表明:压裂后裂隙储层的激电物理特征受裂隙面影响较大,储层孔隙结构连通性增强是引起电阻率下降的主要原因;支撑剂的定向分布有利于增强裂隙储层的各向异性。该研究成果为储层激电建模提供了理论与实验基础。

基于泡沫携液实验的压降携液量CFD数值模拟

为了研究流体动力学(CFD)方法对泡沫排水采气的可行性及在实际井筒中的流动规律,通过分析直井在不同质量分数泡排剂的流型、压降和携液量,得到最优泡排剂质量分数,基于室内实验模型建立相同的CFD物理模型,并对多相流模型(Eulerian模型、VOF模型和Mixture模型)和紊流模型(Reynolds Stress、k-ε和k-ω模型)进行优选得到最适合泡沫排水采气的数学模型,最后在实际井筒温度压力条件下进行CFD模拟得到流型压降携液量规律。结果表明:泡排剂质量分数为0.3%时携液效果最好;优选得到的最优CFD数学模型为“VOF+k-ω”,模拟结果与实验结果对比,压降、携液量误差均在10%以内;在实际井筒条件下,随着温度和压力增至40℃和15 MPa,液、气量分别低于0.2 m^(3)/h、30 m^(3)/h时,流型转为弹状流,压降增加1.8倍,携液量减少0.72倍,泡排效果减弱。该计算方法计算简单、准确性高,可以为泡沫排水采气工艺技术的高效实施和方案优化提供理论指导。

压裂支撑剂在水平井井筒射孔簇间分布实验

为研究支撑剂在射孔簇中的分布,分析支撑剂沿水平井筒沉降的原理,建立了室内实验模拟装置,通过改变支撑剂泵注排量、粒径、砂比等参数,分析上述因素对支撑剂在射孔簇中分布的影响。研究结果表明:在低泵注排量下,随着砂比的增大,20/40目石英砂主要分布由第2、3个射孔簇变为第1、2个射孔簇,40/70目石英砂主要集中在第1个射孔簇中;高泵注排量下,20/40目石英砂分布与低泵注排量类似,40/70目石英砂受高速流体影响,以远超临界沉积速度的形式运移,大量沉积在第3个射孔簇;相同砂比情况下,流体对小粒径石英砂的冲击作用较弱,支撑剂易沉积在近处,而对大粒径石英砂的冲击作用较强,更易沉积在远处;随着砂比的增大,支撑剂在第1个射孔簇中的质量占比逐渐增大,在第3个射孔簇中的质量占比显著减小。该研究可为水平井分段压裂射孔簇优化和提高改造效果提供有力支撑。

烷基二苯并噻吩类化合物的运移示踪:基于驱替实验和分子模拟的研究

原油中烷基二苯并噻吩类化合物沿运移路径的分布,除了受地质色层分馏效应的影响,还受到有机质来源、成熟度、沉积环境等多种因素的影响。为了研究地质色层分馏效应单一因素下烷基二苯并噻吩类的运移示踪规律,在驱替模拟实验的基础上,用气相色谱-质谱方法剖析了驱替路径上该类化合物的分布特征和运移分馏规律,并从分子模拟角度进行了佐证。结果表明:随着运移距离的增加,吸附油中二苯并噻吩(DBT)、甲基二苯并噻吩(MDBT)和二甲基二苯并噻吩(DMDBT)的绝对浓度均呈现递减趋势;参数4-/1-MDBT、4,6-/(1,4+1,6)-DMDBT和4,6-/2,4-DMDBT显著减小,而参数2,4-/(1,4+1,6)-DMDBT和(2,6+3,6)/(1,4+1,6)-DMDBT则呈现出显著的上升趋势。根据分子模拟结果,发现烷基二苯并噻吩类与水介质之间吸附作用的强弱同时与化合物的Connolly分子表面积及偶极矩紧密相关,表面积和偶极矩越大,分子越容易与地层介质中的水分子发生吸附作用,且分子偶极矩的差异影响更显著。

超高温纳米材料稳定泡沫实验研究

针对泡沫始于热力学不稳定体系、在地层条件下驱油效果不佳的问题,将片层纳米材料作为稳泡剂,应用于泡沫提高采收率中。首先通过测定气泡体积、析液半衰期确定纳米材料与实验室自制表面活性剂Y的最佳质量分数,并对表面活性剂Y的耐温性和耐盐性进行评价,再用电子显微镜观察泡沫液的微观形态,最后用岩心驱替实验评价驱替效果。结果表明,自制表面活性剂Y在350℃条件下老化2 h后仍具有优异的泡沫性能,且纳米材料可大幅度提高表面活性剂的稳泡性,复配体系较单一表面活性剂体系具有更强的稳定性,在350℃下驱替实验中表现出良好的封堵性能。片层纳米材料稳定泡沫的优异性能对提高采收率有重要意义。

低渗透油藏压驱技术现状及发展趋势

压驱技术是近年来针对低渗透油藏高效开发而提出的一种增加储层动用程度、提高原油采收率的储层改造技术。压驱技术先通过高压小排量向地层注入大量携带化学剂的液体,然后进行焖井,通过压力的扩散和化学剂与裂缝孔隙中的原油充分置换而达到增产的目的。文中结合国内外压驱技术的最新研究动态,从压驱技术现状、设计原则、设计方法、应用分析及发展趋势等方面展开论述,重点分析了压驱技术与水力压裂技术的区别、增产机理和设计方法以及现场应用效果等,同时也指出了当前压驱技术理论研究方面的欠缺,展望了该技术的发展趋势和应用前景。

尺寸效应对岩石单轴压缩试验影响研究

为探究尺寸效应对小尺寸岩样单轴压缩试验的影响规律,通过在室内伺服试验机上对直径25 mm,不同长度的花岗岩岩样进行单轴压缩试验,研究尺寸效应对小尺寸花岗岩岩石力学参数以及破坏形式的影响规律。试验结果表明,随着长径比增加,岩样表现出抗压强度和泊松比逐渐减小,弹性模量增加的趋势。其中,多项式模型较为适合小尺寸岩样尺寸效应强度模型;不同长径比岩样的单轴压缩试验应力应变曲线加载趋势不同,其峰值应变随着长径比的增加而减小;随着长径比的增加,岩石破坏形式从脆性剪切破坏转变为剪切破坏,最后逐步变为脆性破坏,岩样破坏面数量与角度出现规律性变化。当长径比在1.1~2.2时,岩样破坏形式遵循相同的破坏准则,通过拟合公式推导不同长径比岩样的力学参数存在可行性;岩石单轴试验破坏过程中的能量与长径比呈负相关,且当长径比在1.9~2.2时,各能量变化幅度趋于平缓,岩样破坏形式较为统一,其强度在数值上表现的差异性较小,可作为小尺寸岩样单轴试验的最佳长径比。

稠油油藏体相流体非线性渗流理论模型

根据稠油油藏体相流体渗流特点,建立基于稠油吸附边界层和屈服特性影响下的稠油体相流体非线性渗流理论模型及启动压力梯度理论公式,并利用岩心渗流与启动压力梯度试验结果对理论模型计算结果进行验证。结果表明:理论计算结果与试验结果拟合较好,启动压力梯度理论公式计算结果平均偏差为7.77%,稠油油藏体相流体非线性渗流理论模型计算结果平均偏差为7.50%,均在可接受偏差范围内,并且该模型针对不同流变类型的流体渗流都具有较好的普适性。