渗流力对裸眼井筒周围应力场及地层破裂压力影响机理研究

流体渗流进入储层岩石的孔隙喉道时会给岩石骨架施加渗流力作用,该力会打破储层岩石原有的应力平衡状态,影响岩石的变形与破坏.尽管大量实验与数值模拟研究已经证实渗流力对岩土破坏有显著影响,但在石油工程领域有关渗流力的研究鲜有报道.渗流力对水力压裂裂缝起裂与扩展的影响机理仍不清楚.基于此,文章首先基于土力学渗流力定义式和Biot固结理论对压裂液渗流进入岩石孔隙时渗流力的作用机理进行了研究.然后以裸眼井为例分析了渗流力作用形成的应力场,推导了考虑渗流力作用的地层破裂压力解析解公式,揭示了渗流力作用对裸眼井地层破裂压力的影响规律.研究结果表明:孔隙压差等于一个大气压时,单位立方厘米岩样所受体积力渗流力的大小远超同等大小岩样所受体积力重力的大小,渗流力对储层岩石的作用不可忽视.压裂液渗流进入储层岩石孔隙时,渗流力作用可以显著降低裸眼井筒周围的有效周向应力,增大井壁发生拉伸破坏的可能. Biot有效应力系数越大,渗流力作用越强,井筒周围应力场被渗流力作用影响的范围越大.相比较不可渗透的储层,渗流力作用显著降低了裸眼井的地层破裂压力.地层深度越大,两向应力差越小时渗流力作用对裸眼井地层破裂压力的影响越显...     

基于渗透率连续变化的低渗透多孔介质非线性渗流模型

基于低渗透多孔介质渗透率的渐变理论,确定了能精确描述低渗透多孔介质渗流特征的非线性运动方程,并通过实验数据拟合．验证了非线性运动方程的有效性。非线性渗流速度关于压力梯度具有连续-阶导数,方便于工程计算;由此建立了低渗透多孔介质的单相非线性径向渗流数学模型,并巧妙采用高效的Douglas-Jones预估一校正有限差分方法求得了其数值解。数值结果分析表明：非线性渗流模型为介于拟线性渗流模型和达西渗流模型之间的一种中间模型或理想模型,非线性渗流模型和拟线性渗流模型均存在动边界;拟线性渗流高估了启动压力梯度的影响,使得动边界的移动速度比实际情况慢得多;非线性越强,地层压力下降的范围越小,地层压力梯度越陡峭,影响地层压力的敏感性减弱,而影响地层压力梯度的敏感性增强。     

渗流力学的近况、动向和展望(续)

六、非均质地层中的渗流 地层的宏观非均质性及其对渗流的影响越来越为人们所认识和重视。不可压缩均质液体在非均质地层中的渗流归结为求解变系数椭圆型方程;当液体为可压缩时,则归结为求解变系数抛物型方程;一般情况下无法求得解析解,多年来只获得了地层参数按特定规律分布时的一些解答。在非均质液体渗流情形下则是更加难以求解的非线性数学物理问题。迄今对非均质地层的渗流问题只能求其近似解。大型高速电子数字计算机使这类问题的数值求解变得越来越有效和方便。     

轴对称二维定常和不定常渗流

本文研究碳酸盐岩地层条件下单相液体轴对称二维定常和不定常渗流。给出了注、采平衡时底水块状油藏单井极限产量的计算公式,借助该式可预估最大无水产油量。找到了双重介质中弹性渗流的线源解,它是不完整井试井资料分析、计算的理论基础。     

基于规则网络的碳酸盐岩多尺度网络模型构建方法研究

碳酸盐岩油藏非均质性强,孔隙大小变化可达好几个数量级,描述碳酸盐岩油藏多尺度孔隙特征具有重要意义.本文首先基于三维规则网络模型建立了不同物理尺寸的溶洞网络、大孔隙网络和微孔隙网络;然后提出一种耦合算法,以溶洞网络为基础,通过添加适当比例的大孔隙和微孔隙,构建出碳酸盐岩多尺度网络模型;最后对比分析了各网络模型的几何性质、拓扑性质和绝对渗透率.结果表明,碳酸盐岩多尺度网络模型能够同时描述不同尺度孔隙的几何和拓扑特征;且相比各单一尺度的孔隙网络模型,多尺度网络模型有着较高的绝对渗透率,这是由于各尺度孔隙之间的相互连通极大地提高了网络的整体连通性和流动能力,为碳酸盐岩油藏微观渗流模拟提供了重要的研究平台.     

基于多变量小样本的渗流代理模型及产量预测方法

多孔介质渗流过程中存在的多尺度、多变量、多物理场耦合的非线性渗流问题给复杂渗流机理的表征及数学模型求解提出了巨大的挑战, 综合考虑地下多孔介质耦合渗流过程中关键力学问题的渗流模型往往需要在计算效率和计算精度之间权衡. 近年来, 基于油田多数据的渗流代理模型为高效求解多变量非线性渗流问题提供了思路, 而渗流代理模型在实际油田中的应用往往由于记录不全, 操作不当等因素受到小样本数据的限制. 针对这一问题, 本文提出了一种基于地质?油藏?工艺的多数据小样本渗流代理模型的产量预测方法. 通过填补缺失值, 独热编码分类数据, 数据对数化及标准化等一系列数据预处理方法, 形成了油田产量预测数据库; 经过随机劈分数据集、十折交叉验证, 测试了三种渗流代理模型的预测效果. 结果表明, 三种代理模型的决定系数均超过0.8, 模型预测结果与实际数据较为吻合; 对于小样本多变量的油田数据, 合适的数据预处理方法对模型预测效果影响显著; 经过数据标准化后, 随机森林算法表现最好, 能快速准确预测石油产量(均方误差0.12, 决定系数0.87).      

缝洞型油藏三维离散缝洞数值试井模型

缝洞型碳酸盐岩油藏发育着大尺度的溶洞和裂缝,非均质性极强,缝洞型碳酸盐岩油藏问题的研究成为了世界级难题之一.由于大尺度溶洞和裂缝对储层的流体流动起主导作用,因此,基于连续介质理论的双重介质或三重介质模型已不适合其中流体流动的描述.根据大型缝洞分布地质特征,探索性地提出了一种板块组合的复合架构离散缝洞模型描述该类油藏中的流体流动,将三维空间大裂缝用板块描述,溶洞用高渗透率和高孔隙度不规则多面体团块描述.将裂缝面用二维三角形单元离散, 溶洞和基质用三维四面体离散, 利用三维混合单元有限元法对建立的不定常渗流模型进行求解,得到了三维渗流条件下的试井理论曲线及压力场分布.通过对试井理论曲线特征的分析, 获得了各敏感参数对试井曲线的影响规律.通过对1口井的实际测试资料解释结果的分析,并与实际地震反射资料及生产实际资料的对比,发现本文所建立的模型可以较好地反映裂缝和溶洞的地质动态状况,并与实际生产状况具有较好的一致性.这一结果说明了所建模型的正确性以及测试资料分析结果的可靠性.      

孔隙网络模型在渗流力学研究中的应用

孔隙网络模型广泛地用于同多孔介质有关的微观模拟中. 本文简介了利用网络模型研究储层渗流规律的基本思想、主要步骤以及网络模型同其它微观模型相比较的优缺点, 总结了在微观渗流研究中使用的两大类网络模型(准静态网络模型和动态网络模型)的特征及其适用范围, 综述了目前网络模型在研究渗流中的应用现状以及国内外研究比较活跃的几个方面,最后分析了网络模型今后的发展趋向.      

低渗透多孔介质渗流动边界模型的解析与数值解

考虑启动压力梯度的低渗透多孔介质非达西渗流模型属于强非线性动边界问题, 分别利用相似变量变换方法和基于空间坐标变换的有限差分方法, 对内边界变压力情况下、考虑启动压力梯度的一维低渗透多孔介质非达西渗流动边界模型进行了精确解析与数值求解研究. 研究结果表明:该动边界模型存在唯一的精确解析解, 且所求得的精确解析解可严格验证数值解的正确性;且当启动压力梯度值趋于零时, 非达西渗流动边界模型的精确解析解将退化为达西渗流情况下的精确解析解. 由求解结果作出的非零无因次启动压力梯度下的地层压力分布曲线表现出紧支性特点, 其与达西渗流模型的有显著不同. 因此, 研究低渗透多孔介质中非稳态渗流问题时, 应该考虑动边界的影响. 研究内容完善了低渗透多孔介质的非达西渗流力学理论, 为低渗透油气藏开发的试井解释与油藏数值模拟技术提供了理论基础.      

前进式U形通风采空区风流与自燃的数值模拟

基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元; 基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元; 基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型 通风采空区自然发火模型. 通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟 计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-Ohttp://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj200804005.aspx前进式开采U型通风;采空区;风流规律;自燃温度场;有限元;基于渗流方程、多组分气体渗流-扩散方程和多孔介质渗流传热方程,建立前进式开采U型通风采空区自然发火模型.通过迭代方法计算沿空巷道的侧漏风量,以此边界条件数值模拟计算出前进式开采U型通风采空区的漏风规律;根据瓦斯-O2-CO浓度和温度分布状态及其变化来描述自燃过程.在计算中,采空区非均质性按自然冒落考虑,兼顾瓦斯涌出对自燃的耦合作用;模拟得到,在前进式开采特有的3面漏风边界条件下,采空区自燃位置(最高温点)在开切眼冒落区进风一侧,自燃产生的有害气体和瓦斯随漏风流从回风边界渗出.在前进开采U型通风形式下,通风量在到达工作面时衰减很大,因此,前进开采布置一次推进距离不易过大;解决好沿空留巷的封堵材料和正确的堵漏措施,是保证前进式开采顺利进行的技术关键.     

非常规油气资源渗流力学进展专题序

《力学学报》本次组织的《非常规油气资源渗流力学进展专题》包含12篇研究型或综述型论文, 涉及页岩油气、煤层气、致密油气及天然气水合物等非常规资源, 旨在反映国内高校、科研院所及企业的科研人员在非常规油气资源开发渗流力学领域取得的最新进展, 以促进学术交流, 供从事相关领域的读者参考, 期望能有所启迪.      

低渗透煤层气藏中气-水两相不稳定渗流动态分析

针对低渗透煤层渗流问题,考虑启动压力梯度及其引起的动边界和动边界内吸附气解吸作用的渗流模型研究目前仅限于单相流,而更符合实际的气-水两相渗流动边界模型未见报道.本文综合考虑了煤层吸附气的解吸作用、气-水两相渗流、非达西渗流、地层应力敏感等影响因素,进行了低渗透煤层的气-水两相渗流模型研究.采用了试井技术中的"分相处理"方法,修正了两相渗流的综合压缩系数和流度,并基于含气饱和度呈线性递减分布的假设,建立了煤层气藏的气-水两相渗流耦合模型.该数学模型不仅可以描述由于低渗透煤层中渗流存在启动压力梯度而产生的可表征煤层有效动用范围随时间变化的移动边界,还可以描述煤层有效动用范围内吸附气的解吸现象以及吸附气解吸作用所引起的煤层含气饱和度的上升;为了提高模型精度,控制方程还保留了二次压力梯度项.采用了稳定的全隐式有限差分方法进行了模型的数值求解,并验证了数值计算方法的正确性,获得了模型关于瞬时井底压力与压力导数响应的双对数特征曲线,由此分析了各渗流参数的敏感性影响.本文研究结果可为低渗透煤层气藏开发的气-水两相流试井技术提供渗流力学的理论基础.     

考虑介质微观非均质特征的乳状液渗流模型

油水乳化渗流是三元复合驱和热力采油过程中常见的现象,地层介质的微观孔隙结构特征对乳状液流动有着重要影响.现有描述乳状液渗流的理论模型都属于确定性方法,只能反映出介质孔隙结构的体积平均效果.当介质内部微观非均质性相比其尺寸不能被忽略时,采用确定性方法描述会与实验结果存在偏差.基于连续时间随机游走理论建立了描述乳状液渗流的随机理论模型.该模型引入反映液滴微观运动特征的跃迁时间和跃迁位移两个概率分布函数来反映多孔介质微观非均质特征.研究结果表明该模型能很好地刻画实验曲线中出现的与介质尺度相关的拖尾现象,可作为更一般的过滤模型.     

金沙江某水电站上下坝址岩体卸荷差异研究

油水乳化渗流是三元复合驱和热力采油过程中常见的现象,地层介质的微观 孔隙结构特征对乳状液流动有着重要影响. 现有描述乳状液渗流的理论模型都属于确定性方 法,只能反映出介质孔隙结构的体积平均效果. 当介质内部微观非均质性相比其尺寸不能被 忽略时,采用确定性方法描述会与实验结果存在偏差. 基于连续时间随机游走理论建立 了描述乳状液渗流的随机理论模型. 该模型引入反映液滴微观运动特征的跃迁时间和跃迁位 移两个概率分布函数来反映多孔介质微观非均质特征. 研究结果表明该模型能很好地刻画 实验曲线中出现的与介质尺度相关的拖尾现象,可作为更一般的过滤模型.     

液态泡沫渗流的机理研究进展

液态泡沫是具有高度自组织结构的非平衡系统. 泡沫中的微量液体在重力与毛细管力作用下, 在由薄膜、柏拉图通道以及交汇点形成的通道网络内的流动称为泡沫渗流(foamdrainage), 它直接影响泡沫结构的稳定性. 本文从泡沫物理学角度对液态泡沫的结构首先做了简单介绍, 并对泡沫材料与多孔介质之间的区别和联系做了简单介绍. 文章分析了由泡沫渗流、气泡粗化和液膜破裂而引起的泡沫结构演化规律, 着重介绍了目前泡沫渗流研究中对柏拉图通道边界条件的处理方法、相应的渗流模型及其在一维泡沫渗流中的应用, 并对泡沫渗流实验检测手段及微重力条件下的泡沫渗流实验和理论研究做了综述.      

考虑二次梯度项及动边界的双重介质低渗透油藏流动分析

在传统试井模型的非线性偏微分方程中根据弱可压缩流体的假设,忽略了二次梯度项,对于低渗透油藏这种方法是有疑问的.低渗透问题一个显著的特点就是流体的流动边界随着时间不断向外扩展.为了更好地研究双重介质低渗透油藏中流体的流动问题,考虑了二次梯度项及活动边界的影响,同时考虑了低渗透油藏的非达西渗流特征,建立了双重介质低渗透油藏流动模型.采用Douglas-Jones预估-校正差分方法获得了无限大地层定产量生产时模型的数值解,分别讨论了不同参数变化时压力的变化规律及活动边界随时间的传播规律,还分析了考虑和忽略二次梯度项影响时模型数值解之间的差异随时间的变化规律,做出了典型压力曲线图版,这些结果可用于实际试井分析.     

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.      

双重孔隙介质中二相驱替理论

裂缝-孔隙地层中的注水驱油问题是近十多年来油田开发和渗流力学中最受关注的问题之一.本文改进了已有的数学模型,即正确地写出了双重孔隙介质中二相渗流的基本方程,并用特征线方法进行了全面的研究,揭示了裂缝-孔隙地层中水驱油过程的基本特征.可把本工作看作是著名的Buckley-Leverett理论在双重孔隙介质中的推广.     

凝析油气渗流理论研究进展

本文综述了凝析油气渗流研究的现状。简要介绍了凝析油气藏特征。开采方案及其试井分析方法,着重讨论了凝析油气渗流的基本方程、解析解法和数值模拟。在此基础上,提出了该理论研究的发展前景。      

钻井-固井过程软泥岩井筒结构完整性分析

在建立套管-水泥环-软泥岩地层井筒结构力学模型的基础上,基于多物理过程数值方法,研究了钻固井过程中近井区地层与固井水泥环的塑性损伤形变与应力演化规律。结果表明:钻井成孔过程和渗流-应力耦合效应为软泥岩地层井筒结构失稳的重要机制,固井水泥硬化过程可进一步促进近井区地层的塑性损伤,但程度有限;固井过程中,水泥环内产生的环向拉应力与径向压应力是导致水泥环开裂失效的主要原因;采用低弹性模量、高泊松比固井水泥浆体系可改善固井水泥环受力形态,有利于维持井筒结构在后期生产作业过程中的完整性。