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。     

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.      

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.      

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．     

特低渗油藏不同开发方式室内实验研究

把特低渗透油藏岩心根据渗透率划分为不同等级,分别对不同等级岩心进行注水、注氮气和注二氧化碳室内实验.测得了不同开发方式条件下注采压差梯度和洗油效率,回归出不同开发方式下洗油效率随渗透率变化关系式,并对不同开发方式效果进行对比分析.研究结果表明:特低渗油藏在不同方式开发过程中,注入压力都表现为先上升后下降,最后趋于稳定值...     

天然气驱长岩心室内实验研究

低渗透油藏注水开发效果差、采收率低,而采用气驱技术是动用此类难采储量的有效方法之一。本文利用长岩心实验模型,进行了物理模拟研究,得到了该油藏在纯气驱、纯水驱、完全水驱后气水交替驱、原始状态下气水交替驱和油藏目前注水倍数下气水交替驱等方式下的采收率和压力等变化情况,为油藏选择合理的开采方式提供了依据,并且为进一步的数值模拟工作提供了基础数据。     

致密油储层毛细管力自发渗吸模型分析

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。     

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。     

多孔介质自发渗吸研究进展

自发渗吸是发生在多孔介质里的一种常见自然现象, 存在于众多工程应用和自然科学领域, 多孔介质 中自发渗吸的基本静力学和动力学问题已成为当前国际研究的热点课题之一. 本文综述了传统理论研究中的 Lucas{Washburn(LW) 模型, Terzaghi 模型, Handy 模型, Mattax 和Kyte 无因次时间标度模型, Aronofsky 归 一化采收率标度模型以及近十年最新研究进展, 分析了渗吸机理判别参数研究, 简述了数值模拟研究及渗吸率 影响机理的实验研究现状, 总结了基于分形理论研究多孔介质自发渗吸的最新进展, 并展望了多孔介质以及裂 缝性双重多孔介质中牛顿流体和非牛顿流体自发渗吸研究的方向和课题.      

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...     

基于声发射能量分析的周期注水应力改造下煤系页岩裂缝扩展规律试验研究

周期注水作为一种有效开采页岩气的应力改造技术,其对页岩裂缝起裂扩展影响机制尚不明确。基于页岩储层真实三维应力环境,研制了真三轴水力压裂试验系统,以黑龙江双鸭山矿区煤系页岩为研究对象,制作了煤系页岩相似材料模型,进行了先周期注水应力改造、后水力压裂的页岩裂缝扩展模拟试验。利用声发射技术监测了应力改造阶段和压裂阶段裂缝起裂扩展过程,根据声发射能量变化和频谱特征,分析了应力改造和水力压裂阶段的裂缝特征、起裂扩展规律,提出了基于声发射能量分析的水力压裂裂缝由起裂阶段进入扩展阶段的判别指标和判定方法。试验结果表明:应力改造阶段裂缝尺寸以微裂缝为主,随周期注水压力增加,张拉型裂缝占比减少,剪切型裂缝占比增加;压裂阶段裂缝尺寸以宏观裂缝为主,随周期注水压力增加,张拉型裂缝占比增加,剪切型裂缝占比减少,当周期注水压力为1.6MPa时为最优,易形成缝网。提出以平均声发射能量能率k作为裂缝起裂判据,发现当k降幅超过26.87%时,裂缝由起裂阶段进入扩展阶段。周期注水应力改造可以产生微裂缝,沟通水力裂缝降低压裂时裂缝起裂难度,从而提高页岩气开采率。所得结论可为水力压裂应力改造效果评价与裂缝控制提供参考。     

注水井地层吸水规律实验研究

注水开发是油田开发的第一选择。本文通过试验着重分析了指示曲线方法在注水开发过程中的失效原因,总结出水嘴总压损失随流量变化规律。同时,考虑真实油藏下任意井网排布,推导了注水层井底压力与流量随时间变化的关系,提出了瞬时指示曲线分析方法指导流量调配,既满足了油田注水的基本要求又把注水成本控制在合理的范围内。现场试验结果表明,该方法准确、简单、可靠,很好地满足了工程实际的需要,减轻了调配人员的工作强度和工作时间。     

水平地应力差对周期注水应力改造水力压裂影响的试验研究

为揭示地应力环境对周期注水应力改造提高压裂效果的影响规律,以黑龙江双鸭山矿区煤系页岩为研究对象,克服煤系页岩非均质性,利用相似比制作型页岩试件,开展了实验室真三轴水力压裂试验。利用声发射技术监测裂缝起裂和扩展特征,通过RA-AF散点分布特征给出了应力改造和压裂阶段主导裂缝类型,分析得到了周期注水应力改造下水平地应力差对裂缝特征以及裂缝起裂、扩展的影响规律,提出了起裂阶段与扩展阶段声发射判断指标。试验结果表明:应力改造阶段裂缝起裂与扩展以微裂缝为主,剪切型微裂缝占比波动上升,第2个周期裂缝主频范围最大,裂缝发育最为活跃;压裂阶段裂缝起裂与扩展以宏观裂缝为主,张拉型裂缝占比呈增加趋势,当水平地应力差与注水压力接近2.0MPa时,张拉型裂缝占比最大,分布范围最广,压裂效果最显著。另外,本文提出了裂缝起裂与扩展阶段声发射判断指标为平均声发射能率k。k降幅在37.74%以上时,裂缝由起裂阶段进入扩展阶段。周期注水应力改造可以减小水平地应力差对裂缝扩展的约束能力,促进微裂缝大量发育、沟通天然裂缝形成缝网,从而提高页岩气开采率。     

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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.     

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...     

时变参数时滞减振控制研究

时滞动力吸振器对谐波激励有着良好的减振控制效果,但对随机激励的减振控制效果却并不明显,具体表现为时滞动力吸振器对随机激励的减振控制效果与被动吸振器几乎相同。针对上述问题,本文提出了一种新的时变参数时滞减振控制方法。在原有时滞减振控制方法的基础上,首先将时滞增益系数由定值形式变为时间函数形式,然后通过时变优化得到多组时滞控制参数并使其以一定时间周期循环作用于减振控制过程,通过这种方法进一步改善了时滞动力吸振器减振性能。本文最后以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的振动响应为仿真对象,运用精细积分法求解了具有时变时滞参数的时滞动力学方程,以此得到了在谐波激励和随机激励作用下主系统振动的时域仿真结果。研究结果表明,在时变参数时滞动力吸振器的控制下,主系统无论是受谐波激励作用还是受随机激励作用,其振动位移、振动速度和振动加速度均比在定值参数时滞动力吸振器控制下时有大幅的减少,时滞动力吸振器的减振性能有了明显的改善。      

自适应主动共振吸振器的设计和减振性能研究

为了扩大吸振器的工作频带,减小吸振器的阻尼,最终提高吸振器的减振效果,本文设计了一种自适应主动共振吸振器。文中对几种不同种类吸振器的减振原理、动力学特性等进行了理论分析和比较,集成自调谐吸振器和主动吸振器的优点,完成了一种自适应主动共振吸振器的设计,并提出了一种变步长、双寻优的控制算法。在振动台上测试了吸振器的动力学特性并理论分析了吸振器的移频特性和阻尼特性。在两端固支梁上对吸振器的减振效果进行了实验评估。实验结果显示,相比自调谐吸振器,加入主动力控制后,自适应主动共振吸振器的阻尼比从0.04减小至0.02,减振效果得到了显著的提高。     

偏心轮机构时变热弹流润滑问题分析

采用多重网格技术对偏心轮-挺杆副的热弹流润滑问题进行了数值模拟,给出了该问题的完全数值解,比较了等温解和热解,分析了反向运动对油膜压力和厚度的影响,并采用"温度-粘度楔"机理进行解释,着重阐述了在零卷吸速度条件下的压力、膜厚、温度和流速分布.数值模拟计算结果表明,在偏心轮-挺杆工作的一个周期内,热效应的影响不可忽略;零卷吸速度时,接触区温升很高,接近两固体表面的流体呈现出不流动状态,此状态归因于特定的温度和卷吸速度条件.     

时变参数时滞减振控制研究

时滞动力吸振器对谐波激励有着良好的减振控制效果,但对随机激励的减振控制效果却并不明显,具体表现为时滞动力吸振器对随机激励的减振控制效果与被动吸振器几乎相同.针对上述问题,提出了一种新的时变参数时滞减振控制方法.在原有时滞减振控制方法的基础上,首先将时滞增益系数由定值形式变为时间函数形式,然后通过时变优化得到多组时滞控制参数并使其以一定时间周期循环作用于减振控制过程,通过这种方法进一步改善了时滞动力吸振器减振性能.最后以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的振动响应为仿真对象,运用精细积分法求解了具有时变时滞参数的时滞动力学方程,以此得到了在谐波激励和随机激励作用下主系统振动的时域仿真结果.研究结果表明,在时变参数时滞动力吸振器的控制下,主系统无论是受谐波激励作用还是受随机激励作用,其振动位移、振动速度和振动加速度均比在定值参数时滞动力吸振器控制下时有大幅的减小,时滞动力吸振器的减振性能有了明显的改善.     

低渗透油藏爆炸压裂产能分析及压裂改造区域优化设计

基于爆炸压裂裂缝分布规律,提出爆炸压裂缝网双重介质复合流动产能模型,应用Laplace变换Stehfest数值反演,得到了定压条件下封闭外边界低渗透油藏爆炸压裂生产井产能表达式。在模型正确性验证的基础上结合某低渗透油藏储层特征参数研究了爆炸压裂改造区域参数对封闭边界油藏产量的影响,同时对爆炸压裂改造改造体积优化设计进行了研究。研究结果表明,爆炸压裂改造区域半径主要影响生产中期产能,改造区域渗透率对生产早期和中期影响比较大,且对于实例油藏爆炸压裂改造比为0.1时效果最好。