SPONTANEOUS CAPILLARY IMBIBITION MODEL IN TIGHT OIL RESERVOIRS 1)

部分致密油井压后关井一段时间，压裂液返排率普遍低于30%，但是致密油气井产量反而越高，这与压裂液毛细管力渗吸排驱原油有关。然而，致密油储层致密，物性差，渗流机理复杂，尚没有形成统一的自发渗吸模型。本文基于油水两相非活塞式渗流理论，建立了压后闷井期间压裂液在毛细管力作用下自发渗吸进入致密油储层的数学模型，采用数值差分方法进行求解，并分析了相关影响因素。结果显示渗吸体积、渗吸前缘移动距离与渗吸时间的平方根呈线性正相关关系，与经典Handy渗吸理论模型预测结果一致，说明毛细管力自发渗吸模型可靠性较高。数值计算结果表明毛细管水相扩散系数是致密储层自发渗吸速率的主控参数，毛细管水相扩散系数越高，自发渗吸速率越大。毛细管水相扩散系数随着含水饱和度先增加后减小；随着束缚水饱和度、油相和水相端点相对渗透率增加而增加；随着相渗特征指数、油水黏度比和残余油饱和度增加而减小。该研究有助于深入认识致密油储层压裂液渗吸机理，对优化返排制度、提高致密油井产量具有重要意义。     

各向异性双重介质垂直裂缝井两相流体渗流

建立了各向异性双重介质中垂直裂缝井两相渗流数学模型,用有限差分法求得了其解,进行了算例分析。得到了含水饱和度沿径向、最大及最小渗透率方向的分布和水驱油前缘等饱和度面随时间的变化,分别讨论了各向异性、吸渗作用对这种介质中两相流体渗流的影响。结果表明：渗透率较在的方向,前缘推进速度较快,油井见水较早;吸渗使前缘推进速度减慢,使油井见水晚。注水开发这种油藏时,见水前注入率不能太大以充分发挥吸渗作用,存在最佳注入率。这对于水力压裂垂直裂缝井注水开发碳酸盐岩裂缝性油藏有指导意义。     

基于孔与裂隙网络模型的平行微裂隙对驱油的影响规律研究

认识双重多孔介质中油水两相微观渗流机制是回答形成什么类型的裂隙网络可提高油藏采收率的关键. 微裂隙的分布可以提高多孔介质的绝对渗透率,但对于基质孔隙中的流体介质,微裂隙的存在会引起多孔介质中局部流体压力和流场的变化,导致局部流动以微裂隙流动为主,甚至出现窜流现象,降低驱油效率. 本文基于孔与裂隙双重网络模型,在网络进口设定两条平行等长且具有一定间隔的微裂隙,分析微裂隙的相对间隔(微裂隙之间距离/喉道长度)和微裂隙相对长度(微裂隙长度/喉道长度)对于微观渗流特征的影响. 结果表明:随微裂隙相对长度的增加,出现驱油效率逐渐降低,相对渗透率曲线中的油水共渗区水饱和度和等渗点增加,油水两相的共渗范围减小等现象;随着微裂隙之间相对间隔增大,周围越来越多的基质孔穴间的压力差减小,在毛管压力的限制下,驱替相绕过这些区域,而导致水窜现象.      

基于孔与裂隙网络模型的平行微裂隙对驱油的影响规律研究

认识双重多孔介质中油水两相微观渗流机制是回答形成什么类型的裂隙网络可提高油藏采收率的关键.微裂隙的分布可以提高多孔介质的绝对渗透率,但对于基质孔隙中的流体介质,微裂隙的存在会引起多孔介质中局部流体压力和流场的变化,导致局部流动以微裂隙流动为主,甚至出现窜流现象,降低驱油效率.本文基于孔与裂隙双重网络模型,在网络进口设定两条平行等长且具有一定间隔的微裂隙,分析微裂隙的相对间隔(微裂隙之间距离/喉道长度)和微裂隙相对长度(微裂隙长度/喉道长度)对于微观渗流特征的影响.结果表明:随微裂隙相对长度的增加,出现驱油效率逐渐降低,相对渗透率曲线中的油水共渗区水饱和度和等渗点增加,油水两相的共渗范围减小等现象;随着微裂隙之间相对间隔增大,周围越来越多的基质孔穴间的压力差减小,在毛管压力的限制下,驱替相绕过这些区域,而导致水窜现象.     

基于核磁共振孔隙划分的致密油藏自发渗吸原油可动性研究

自发渗吸驱油是致密油藏提高采收率的有效手段,但不同的孔隙划分方法会导致原油可动性精细定量表征存在差异性.基于此,以鄂尔多斯盆地延长组致密油藏为研究对象,开展了四种典型致密岩心的自发渗吸驱油实验,利用基于核磁共振分形理论的流体分布孔隙精细划分方法,区分了致密砂岩岩心孔隙类型,明确了不同类型岩心孔隙结构对原油可动性和自发渗吸驱油速率的控制特征.研究结果表明不同类型岩心自发渗吸模拟油动用程度介于22.07%～33.26%,核磁共振T2谱双峰型岩心自发渗吸模拟油动用程度高于单峰型岩心;不同类型致密砂岩岩心中流体分布孔隙可初步划分出P1和P2两种类型, P1类型孔隙则可进一步划分出P1-1, P1-2和P1-3三种亚类型孔隙;致密砂岩岩心中P1和P2类孔隙中模拟油均有不同程度的动用, P1类孔隙作为致密岩心中主要孔隙,尤其是P1类孔隙中P1-2和P1-3类孔隙的数量决定了自发渗吸模拟油动用程度;P1-1, P1-2和P1-3类孔隙结构差异性对自发渗吸模拟油动用程度起决定性作用,较小尺寸孔径孔隙较大的孔隙结构差异性不仅提升了自发渗吸模拟油动用程度,而且提升了自发渗吸驱油速率;流体可动性指数较高的P...     

致密砂岩逆向渗吸作用距离实验研究

中国致密油储量丰富, 但多数致密储层波及效率低, 衰竭开发效果较差. 逆向渗吸是致密油藏注水开发过程中的一种重要的提高采收率途径, 目前许多学者主要针对致密油藏渗吸采收率及其影响因素开展研究, 而对于渗吸作用距离(表征致密油藏渗吸作用范围)研究较少. 本文采用CT在线扫描装置建立了致密岩心逆向渗吸作用距离量化方法, 明确了逆向渗吸的作用范围, 进一步研究了流体压力、含水饱和度、岩心渗透率和表面活性剂对逆向渗吸作用距离的影响, 阐明了逆向渗吸作用距离与渗吸采收率的关系, 为提高致密油藏采收率提供指导. 研究结果表明, 渗透率为0.3 mD的致密岩心逆向渗吸作用距离尺度仅为1.25 ~ 1.625 cm; 5 MPa条件下渗透率为0.302 mD的岩心逆向渗吸作用距离为1.375 cm. 在本实验条件下, 流体压力和初始含水饱和度对致密岩心逆向渗吸作用距离的影响较小, 而渗透率和表面活性剂对致密岩心逆向渗吸作用距离的影响显著, 渗透率为0.784 mD的岩心逆向渗吸作用距离相较于渗透率为0.302 mD的岩心提高2.63倍. 逆向渗吸作用距离是渗吸采收率表征的重要参数, 决定了逆向渗吸作用的波及范围.      

致密油藏动态裂缝扩展机理及应用

致密油藏采用注水吞吐补充地层能量取得了一定效果. 但多轮次注水吞吐后, 地层压力和产量降低快. 本文考虑了致密油藏复杂的裂缝形态, 根据艾尔文理论及弹性力学剖析I型裂缝尖端附近的应力场分布, 基于渗流力学、裂缝性致密油藏特征及动态裂缝渗流规律, 建立了多裂缝交叉裂缝扩展渗流模型, 结合注水诱导裂缝扩展机理及断裂力学能量守恒原理, 得到裂缝扩展长度. 依据致密油藏逆向渗吸原理, 提出将注水吞吐转为不稳定脉冲注水. 对比分析注水吞吐、脉冲注水2种能量补充发方式, 预测10年累计采油、压力及剩余油分布. 结果表明, 裂缝净内压随着注水量的增加而升高, 当应力场强度因子达到断裂韧度, 在裂缝尖端会发生扩展. 扩展及延伸的天然裂缝相互沟通, 呈现不规则复杂缝网, 在复杂缝网中主要发生逆向渗吸作用. 脉冲注水累计产油高、注水波及面积广、逆向渗吸作用强. 裂缝性致密油藏水平井注水吞吐转变为脉冲注水方式, 能够充分发挥动态缝网的逆向渗吸及线性驱替作用, 实现有效驱油的目的.      

一种利用岩块特征长度估算二维渗吸量的新方法

 对于存在大量亲水疏油岩块的天然裂缝性油藏，自发渗吸是基质岩块和裂缝系统油水交换的重要驱动机制．对于一维渗吸问题，前期存在自相似解析解，后期可以用近似解析解描述，从而可以很方便地估算出岩块剩余油饱和度和岩块出油速率．本文研究了二维矩形岩块在不同边界条件下渗吸过程的近似解析解，通过引入特征长度，将二维岩块渗吸问题等效为一维，从而可以有效利用一维近似解析解来估算出二维岩块渗吸过程中剩余油饱和度和岩块出油速率随时间的变化．本文提出了一个新的混合特征长度，在渗吸前期取岩块面积与岩块开放边界长度之比；在渗吸后期，特征长度根据前期特征长度和Ma 等提出的特征长度按饱和度插值确定．通过数值检验比较了几种常见的特征长度取法和本文提出的混合特征长度取法，结果表明新的混合特征长度总体性能优于其他已有的特征长度取法，并且适用于本文列举的所有边界条件．     

单裂隙流-固耦合渗流的试验研究

通过对较大尺寸的单裂隙岩体试块进行不同侧面加载的渗流试验,在实验室里开展了单裂隙流 固耦合渗流研究,模拟核废料贮藏库的围岩自由面的最危险部位的渗流量 应力耦合状态。分析了裂隙岩体渗流与应力的耦合机理,获得了几种典型情况下的试验数据,并拟合出不同应力条件下单裂隙岩体渗流量与应力间数学经验公式。从而说明并非任一方向的应力增加都能使渗流量减小,而是裂隙岩体的渗流量随着双向压应力的增加而减少,随着平行于裂隙面方向的单向压应力的增加而增加。缝隙开度虽然随着法向应力的增加而逐渐减小,但最终不可能完全闭合,所以,此时流量不可能为零。同时,在试验过程中还通过闭环控制来实现被加载面的均匀受力,这为大尺寸岩体试验提供了一种很好的加载方法。     

天然气水合物降压开采沉积物压缩效应数值模拟研究

深海天然气水合物降压开采过程中,沉积物的压缩会改变储层的物理力学特性,进而对天然气的开采效果产生显著影响.为揭示沉积物压缩效应下井周围储层物理力学特性演化规律,本文建立了考虑沉积物压缩效应的理论模型,通过COMSOL模拟研究了不同初始固有渗透率、初始水合物饱和度和井底压力条件下的降压开采中生产井周围储层的物理力学特性演化规律以及开采效果.结果表明:受沉积物压缩的影响,水合物分解区的渗透率随着与井筒距离的增加先增加后减少;产气与产水速率由零立即上升至峰值,然后迅速下降,并且考虑沉积物压缩时的产气与产水速率比不考虑时低;在水合物完全分解区,渗透率的大小与有效应力成负相关关系,未分解区渗透率的大小与水合物饱和度成负相关关系;井底压力越小,有效应力越大,生产井周围储层的渗透率下降越明显;初始水合物饱和度对产气与产水的影响存在拐点,饱和度拐点位于0.25与0.35之间,高水合物饱和度并不代表储层开采效果好,产气速率的高低还与储层的渗透率有关,高水合物饱和度储层的渗透率较低,产气速率较低;储层初始固有渗透率较高时显著促进了开采效果,但储层变形量较大增加了储层的不稳定性.     

油水两相渗流压力脉动的实验及数值分析

本文用高精度的压差传感器和高速度的数据采集设备同时测量出油水两相流体在多孔介质流动时产生的较大压力降和微小压力脉动,应用自行研制的大型数据处理软件对恒流速水驱油的两相渗流压力脉动实验数据进行了分析,发现不同阶段压力脉动具有明显的频谱特性和时间相关特性的不同,在第三阶段（油为主,水增加阶段）谱能增加最大,时间正相关程度最强。     

基于三维网络模型的水驱油微观渗流机理研究

利用逾渗网络模型在微观水平进行随机模拟来研究水驱油的微观渗流规律,通过模型计 算结果与油水稳态相对渗透率驱替实验结果对比验证了网络模拟的有效性. 在此基础上,讨 论了在不同润湿条件下、水驱不同阶段的剩余油微观分布规律. 将剩余油分布形态归纳为4 种状态：孤粒/孤滴状、斑块状、网络状和油水混合状态. 研究表明,网络状剩余油的块数 较少,但所占体积比例较大. 随着剩余油饱和度的降低,最大网络状油所占孔隙数减少,剩 余油饱和度在40{\%}$\sim$50{\%}附近开始以较快速度减少. 润湿性不仅影响驱油效率,也影响剩余油分布形态. 在驱替过程中,剩余油分布总的变化趋势是逐渐趋于分散.     

水平井两相渗流

研究了水平井两相渗流问题.在流线不变的假定下,给出了水驱油饱和度的二维分布和见水时间公式。两相渗流的见水时间比活塞式驱替的时间快 f(s_t)倍,f(s_t)是含水百分数在前沿处的导数值。     

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根据岩心实验提出了两参数的非线性渗流方程,并在此基础上结合Buckly-Leverett 方程建立了非线性非混相驱替方程. 通过对该方程求解分析可知,与线性达西渗流相比,非 线性渗流的驱油相率较差;同一含水饱和度下的含水率更高;而储层中各点的压力梯度更大, 导致所需注采压差更大. 说明有效的开发低渗透油藏需要比中高渗油藏更小的井距和更高的 注采压力体系.     

聚合物驱交替注入改善吸液剖面的力学机制及效果评价方法

开发实践表明,聚合物驱采用单一段塞注入方式,暴露出了易发生剖面返转的问题。鉴于此,研究了通过交替注入方式改善吸液剖面的新型驱油方法。应用渗流力学基本定律,结合实验数据,论证了单一段塞注入剖面返转及交替注入抑制剖面返转的力学机制。结果表明,注聚合物过程中高、低渗层阻力系数表现规律不同,而交替注入方式能够使高、低渗层阻力系数表现规律趋同,是单一段塞注入方式发生剖面返转、交替注入方式抑制剖面返转的根本原因。本文建立了用低、高渗层累积阻力系数的比值作为吸液剖面改善效果的评价方法,该比值越小,低渗层吸液比例越高,吸液剖面改善效果越好。     

基于改进LBM的气液自发渗吸过程中动态润湿效应模拟

微通道内气液自发渗吸是广泛发生在自然界及诸多工业领域的物理现象,而动态接触角是影响整个渗吸过程的关键因素.针对该问题,本文使用改进的伪势多相流格子玻尔兹曼方法 (LBM),直接捕捉微通道内气液自发渗吸过程中的实时接触角,并分析接触角的动态变化特性及其对渗吸长度的影响.首先,本文在原始的伪势多相流LBM的基础上耦合Peng-Robinson (PR)状态方程,改进流体-流体作用力以及流-固作用力格式,并采用精确差分方法将外力添加至LBM框架中.然后,通过校准模型的热力学一致性,模拟测试界面张力,静态平衡接触角等界面现象验证了模型的准确性.最后,基于建立的模拟方法,在水平方向上模拟微通道内气液自发渗吸过程.结果表明:渗吸过程中的接触角呈现动态变化特征,在渗吸初期,因受到惯性力的影响存在较大波动;随着渗吸距离的增大,其逐渐减小并趋近于静态平衡接触角.渗吸过程中的接触角与微通道尺寸及静态接触角有关,随着微通道宽度增大,实时的动态接触角与静态接触角相差大;随着静态接触角增大,实时的动态接触角与静态接触角的相差增大.此外,忽略动态接触角的Lucas-Washburn (LW)方程所预测的弯液面位置...     

基于核磁共振技术的非均质岩心中泡沫动态稳定性评价方法及应用

基于有效孔隙体积守恒和核磁共振技术建立了泡沫在岩心中的动态稳定性的评价方法. 利用油、水标定方法测量了岩心中油相和泡沫液的体积, 计算了泡沫在岩心驱替过程中的动态稳定因子. 测试了双层非均质岩心的横向弛豫谱线及核磁共振图像, 比较了纳米颗粒强化泡沫和表面活性剂泡沫的驱油效果和动态稳定因子. 结果表明, 岩心中的含水体积在注入2.0 PV泡沫前快速上升随后基本稳定; 而含气体积逐渐上升, 注入5.0 PV泡沫后上升速率变小. 泡沫的动态稳定因子经历了骤减、递增和平稳3个阶段. 泡沫前期的驱油效果主要依赖于水相, 随着含水体积基本稳定, 岩心的产油速率和泡沫动态稳定因子的增长速率具有明显正相关关系, 即中后期取决于泡沫气体对剩余油的驱替能力. 与表面活性剂泡沫相比, 纳米颗粒强化泡沫提高了低渗层的波及能力和驱油效率, 抑制了泡沫发展的不稳定阶段并且提高了动态稳定因子最终的平衡值. 该稳定性评价方法可用于反映泡沫渗流特点并筛选适合储层特征的稳定泡沫体系.      

基于PIV的油中水滴速度的特征分析

分析水击谐波场作用下乳化油液分散相液滴的微观运动特征,探讨分散相液滴聚集、分散的临界条件,以控制实现油水的有效分离,为深入研究水击谐波的油水分离方法提供技术支撑。通过施加不同的激振力获取了相应的水击谐波场,利用PIV图像采集系统对油水混合液在水击谐波场作用下水滴的微观运动特征进行了研究。结果表明:在施加6N~12N激振力作用下,在水击谐波流场中分散相液滴在波节18.2mm附近产生的聚集涡流以及在波腹68.2mm附近发散产生的涡流比较明显;分散相液滴随着施加激振力的减小,轴向速度幅值增加,在实验管道的自由平面其径向速度幅值相对较大,而在实验管道底部幅值较小;分散相液滴的平均运动速度随着激振力的减小而减小,但其径向速度幅值总体增加,所以较小激振力的水击谐波场有利于提高油水分离效率。     

三轴情况下花岗岩动态力学特性的实验研究

针对花岗岩进行了应变速率范围为10-4～1s-1、围压范围为20～170MPa的动三轴实验。实验结果表明:花岗岩的抗压强度随应变速率的增加而增加,强度的增加幅度随围压的提高有减小的趋势,弹性模量以及泊松比与应变速率没有明确的关系;花岗岩的抗压强度随围压的增加明显增加,在不同应变速率下,这种增加趋势基本相同;随着围压的增加,花岗岩的弹性模量有小幅度增加的趋势,泊松比有小幅度减小的趋势。     

沉积物中甲烷水合物饱和度测定及其力学特性研究

在自主研制的实验装置上合成甲烷水合物,采用时域反射技术(TDR)实时监测甲烷水合物生成过程中饱和度的变化,并与系统的压力降法计算的饱和度进行了对比。结果表明TDR法简单易行,结果可靠。对含甲烷水合物沉积物进行了一系列不排水三轴压缩实验,结果表明,含甲烷水合物沉积物的抗剪强度随着有效围压的增加和水合物饱和度的增加而增大;粘聚力随着甲烷水合物饱和度的增加而明显增加,但内摩擦角变化并不显著。在此基础上,提出了抗剪强度与有效围压和水合物饱和度的关系模型。