页岩气藏综合渗流模型建立及影响因素分析

为了定量分析扩散、滑脱及应力敏感对页岩气藏压裂水平井生产的影响,在三线性渗流模型的基础上,重新建立了多因素综合渗流数学模型,并对模型进行了解析推导,得到了综合影响因素下的产能方程。综合模型中,扩散和滑脱作用于基质孔隙提高渗透率以增加产量,应力敏感作用于裂缝网络损失渗透率以降低产量,多重因素的综合影响取决于孔隙大小、储层压力和裂缝宽度等因素。应用得到的产能方程进行了威201-H1井的实例分析,得到了不同孔隙直径和不同裂缝开度下各因素的综合作用效果。结果表明,与未考虑综合因素模型的产量相比,随着基质孔隙直径的增加,综合渗流模型的产量由增加会转变为减少,并且当遇到裂缝开度较大时,转折的孔隙阈值会相应减少。     

四川盆地东部下志留统龙马溪组页岩气藏应力敏感性及其对产能影响的定量评价

应力变化对页岩的渗透率影响较大,应力增加造成的渗透率降低对于页岩气储层产能会造成影响。通过四川盆地东部下志留统龙马溪组页岩气藏围压循环下的气测渗透率试验,建立了应力与渗透率的关系曲线。试验结果表明,应力敏感性对页岩渗透率的损伤具有明显的不可逆性,研究所用样本卸去围压后渗透率仅恢复至初始值的28%。采取有限元数值方法,基于质量守恒方程、达西定律、固体变形和孔隙弹性力学理论,建立了相应的流固耦合数值模型,用以定量表征相关参数和应力敏感性对产能的影响。模拟结果表明,在相同围压条件下,加压阶段弹性模量较大,卸压阶段弹性模量较小;沿岩心轴向方向,靠近出口处的渗透率和孔隙度较低,主应力较大;如果不考虑非线性应力敏感性效应,总产能计算结果可能被高估。     

涪陵页岩气藏岩石破裂机理分析

涪陵页岩气田通过前期对地层的认识及实践形成了"混合压裂、组合加砂"工艺,取得了较好的改造效果。从建立压裂井筒模型出发,结合射孔理论及水力学计算,并通过与低排量常规压裂、水力喷射压裂的岩石破裂机理比较研究,对页岩气储层起裂瞬间的岩石破裂机理进行分析,探讨了页岩气储层"复杂缝/网缝+主缝"的压裂理念以及页岩气储层压裂改造的复杂性。     

彭水地区地应力方位与页岩气水平井轨迹走向关系研究

水平井是有效降低页岩气开发成本、最大化改造页岩储层的钻井技术。水平井压裂形成的缝网体系主要受储层天然裂缝与人工裂缝的夹角、岩石力学性质、水平井主应力方位、水平应力压差等因素的控制。选择最小水平主应力方向钻探水平井,能在压裂时形成较为复杂的网状裂缝,提高产量。本文以彭水页岩气区块为例,通过不同地应力方位测定和计算了最大主地应力方位,并以此为依据确定水平井钻探方位。钻探及压裂实践证明,采取该方法实施的水平井在页岩储层体积改造中有较好效果,在国内率先获得了3．8万方产量．拉开了中国页岩气水平井开发的序幕。     

裂缝密集型面板渗流的等效准连续介质模型

基于等宽缝隙稳定流的运动规律,首先建立了单一面板裂缝的渗流模型,在此基础上建立了裂缝密集型面板渗流的等效准连续介质模型。结果表明,对裂缝密集型面板按等效准连续介质模型进行模拟,可以获得较为准确的坝体渗流计算结果,且该模型具有有限元网格剖分简单、计算效率高等优点,是一种较为准确实用的面板渗流计算模型。     

裂缝对致密砂岩储层应力敏感性及渗流特征影响研究

裂缝的存在对致密砂岩油藏渗流特征和开发效果有较大影响。选取松辽盆地北部致密砂岩岩样,采用恒定驱替压差、恒定净围压2种试验方法评价了人工裂缝对致密砂岩岩心应力敏感性影响,通过建立考虑启动压力梯度的油水相对渗透率计算模型,利用非稳态恒压法测定得到了致密砂岩储层岩心造缝前后的油水相对渗透率曲线,分析评价了裂缝对致密砂岩油藏渗流特征的影响规律。结果表明,带裂缝致密砂岩岩心具有强应力敏感性,增大孔隙内压可以促进裂缝开启,降低应力敏感性损害程度;裂缝的存在,使致密储层岩心油水相对渗透率曲线的共渗区范围增大,驱油效率增加,残余油饱和度下水相相对渗透率显著增大,改善了致密砂岩储层的整体开发效果。     

考虑吸附滞后的页岩气藏流动物质平衡方程

页岩气是一种以游离、吸附、溶解状态赋存于泥页岩中的非常规天然气,可以有效缓解能源短缺问题。动用储量的准确计算对页岩气藏开采及合理生产、减少储量损失具有重要意义。已有学者研究发现页岩气解吸存在滞后现象,但目前的页岩气藏动用储量计算方法尚未考虑吸附滞后理论。从物质平衡的角度出发,在页岩气藏吸附滞后理论的基础上提出了一种新的页岩气储层流动物质平衡方程。该方法综合考虑了页岩气藏裂缝、基质中游离气和基质中吸附气、干酪根中的溶解气以及吸附相体积变化的影响,并修正了气体的偏差因子和综合压缩系数,改进了页岩气藏储量的计算方法。实例证明,采用Langmuir吸附等温式计算得到的吸附气量远小于采用解吸等温式计算的吸附气量,吸附滞后效应对剩余吸附气储量的影响显著;裂缝中的游离气约占总储量的8.83%。因此,在进行页岩气藏储量评价时应考虑吸附滞后效应及天然裂缝的影响,令储量计算模型更贴合实际。     

考虑供给边界和摩阻损失的水平井产能计算方法研究

常用的水平井产能计算公式如Joshi公式、Renard＆Dupuy公式等在推导时没有考虑油层供给边界和井筒摩阻损失的影响,因此在优化水平段长度、计算产能时误差较大。通过将水平井近似处理,采用镜像反映法推导出考虑油层供给边界和井简摩阻损失影响的水平井产能计算公式。研究表明,采用改进公式可以优化水平段长度且计算的产能结果准确可靠。     

页岩力学参数各向异性对井壁应力的影响

页岩具有较明显的强度和弹性各向异性,在横观各向同性和连续均匀线弹性地层介质的基础上,建立了各向异性页岩地层的井壁应力计算模型,采用Matlab软件编制了数值解的求解程序,分析了在3种不同断层应力状态下页岩力学参数对井壁应力的影响规律。结果表明:在各向异性页岩地层中,断层的地应力状态会明显地影响井壁应力场的分布形态,尤其是在地应力极值附近;在3种断层应力状态中,正断层地应力状态下井壁应力分布的非均匀性最大;岩石的弹性模量各向异性度会造成水平井井壁应力的二次分布,而泊松比各向异性度对水平井井壁应力分布没有影响;弹性模量各向异性度对井壁应力的影响在其最大值和最小值附近呈现出相反的规律。     

水平井ICD完井油藏渗流与井筒流动耦合模型研究

水平井在开发各类油气藏过程中有诸多优势,但由于水平井目标井段入流剖面不均匀,容易过早见水,而且生产见水后含水率会急剧上升,产油量急剧下降,造成其稳产时间短,严重影响油田整体开发效益。从分析水平井开采中存在的脊进问题出发,提出了ICD(inflow control device,即流入控制装置)控水完井的思路。根据势的叠加和等效井径原理,结合非均质油藏不同完井方式水平井完井表皮因数模型,建立了水平井ICD完井条件下非均质油藏渗流与井筒变质量流耦合模型,该模型精度可靠,为水平井ICD完井井筒压力及入流量分布预测和ICD参数优化设计提供了理论基础。     

川东北元坝区块裂缝对渗流场的影响分析

针对元坝地区含裂缝储层,在充分考虑含裂缝储层裂缝孔隙度、渗透率以及真实天然气物性的基础上,分别建立含45°倾斜裂缝、水平裂缝和垂直裂缝有限元模型,利用Comsol Multiphysics软件对含裂缝储层模型渗流场进行计算,得到含裂缝储层中近井壁的渗流场分布规律。从中进一步研究不同裂缝对基岩渗流速度的影响程度。研究得出:含裂缝储层渗流场中,在裂缝穿过的地层中,等压面上的压力弱有变化,表现为光滑等压面有折断趋势,相同的压力在裂缝更靠近井底。裂缝对基岩内渗流场分布影响并不大,但裂缝内的渗流速度相对于基岩内渗流速度有数量级上的变化,会显著的增加单井产量。因此在低渗地层尽量利用贯穿裂缝或人工造缝提高地层导流能力。     

利用随钻测井及示踪剂技术分析致密油藏水平井各压裂段产出特征

为了探索致密油藏有效动用途径,采取"长水平井、体积压裂、天然能量"开发。现场实践表明,以该方法动用致密油藏,取得了较好的效果。通过分析井筒周围储层特征、压裂规模和指示剂监测资料,深入研究水平井各压裂段的产出状况,对各压裂段产出变化规律进行探讨。一方面,现场试验结果表明,通过在不同压裂段压裂液中加入不同型号指示剂,检测产出指示剂含量,能够明确各压裂段的产出状况;另一方面,研究了压裂段井筒周围储层岩性、含油性、压裂规模与压裂段产出贡献率的关系。该研究成果为致密油藏压裂方案设计和开发调整提供了依据。     

基坑开挖及降水的应力渗流耦合作用对邻近地下管线的影响

为了分析基坑开挖及降水的应力渗流耦合作用对邻近地下管线的影响,采用MIDAS GTS三维有限元软件,对湖北某基坑及相邻地下管线进行了模拟分析。支护结构中的内支撑和钢围檩采用梁单元模拟,管道采用梁单元进行模拟,钢板桩采用板单元模拟,钢板桩与土体之间的摩擦用接触单元来进行模拟,并通过对界面单元属性中渗透系数的设置,实现对钢板桩止水作用的模拟。通过分析,得出在应力渗流耦合作用下基坑的变形以及相邻管线的变形及受力情况,并根据相关规范要求对管线的受力和变形进行了验算,建立了管线的沉降与基坑地表沉降和围护结构挠度的函数关系,以便根据基坑地表沉降及围护结构挠度对管线沉降和变形进行推测,指导安全施工作业。     

粉体棉花秸秆的应力松弛特性与模型建立

为探讨粉体棉花秸秆应力松弛特性,采集不同生长地域与环境、不同品种棉花秸秆样本22个,通过粉碎研磨使其通过孔径0.35mm筛制成试验样本,利用RGM-6010型万能材料试验机进行压缩应力松弛测试。利用Matlab软件分别对五元件广义Maxwell模型、三元件广义Maxwell模型和Peleg模型参数与试验测试数据进行拟合分析,以获取的信息量和拟合决定系数R2作为评价指标,建立粉体棉花秸秆应力松弛本构方程。试验结果表明:粉体棉花秸秆应力松弛过程呈指数规律变化并存在平衡应力;五元件广义Maxwell模型信息量大,可以精确地表征粉体棉花秸秆的应力松弛特性,拟合决定系数R2的均值达0.999,本构方程中平衡弹性模量E0均值为4.477MPa,第1应力松弛时间T1均值为4.39s,在第2应力松弛时间T2均值为48.65s;五元件广义Maxwell模型能精确完整地表征粉体棉花秸秆应力松弛特性。     

裂缝面滤失对压裂井产能的影响分析

水力压裂施工过程中压裂液将通过垂直裂缝面滤失,造成裂缝壁面的伤害,产生附加压降,降低油气井的产能。根据对压裂液滤失量及滤失深度的推导,得出了一套考虑压裂液滤失的表皮系数简单计算方法,同时考虑了造壁和非造壁2种情况下的滤失模型,并以拟稳定条件下压裂井产能预测模型为基础,就裂缝面滤失伤害对压裂井产能的影响进行了研究。通过实例计算分析,结果表明低渗透层的压裂液滤失更容易造成产能的下降。     

相互作用网络的攻击模型与渗流研究

针对相互作用网络的蓄意攻击问题,本文提出了一种一般性的蓄意攻击模型,将该模型应用于2个完全随机耦合的ER网络与SF网络,并对渗流现象进行数值模拟与理论分析.本文主要结论为:相互作用网络较为脆弱,但对度大的和具有度大依赖顶点的顶点进行保护可以有效地提高整个相互作用网络的鲁棒性.具体表现为:1在耦合ER网络中,降低对度大顶点的攻击概率,对网络的破坏程度会降低,但攻击概率降低到一定程度后不再起作用;2在耦合SF网络中,发现需要同时保护2个网络的度大顶点,才能提高整个网络的鲁棒性;3对上面2种网络,即使同时保护2个网络的度大顶点,整个网络依然存在级联失效风险;4对混合ER-SF网络,需要同时保护2个网络的度大顶点,但保护ER网络的度大顶点更为有效.本文提出的蓄意攻击模型更符合实际相互作用网络的受攻击情况,对评估和研究相互作用网络具有重要的指导意义;同时,本文的研究结果在耦合网络的构建和维护等方面有着潜在的应用前景.     

出现纵向裂缝后的混凝土坝应力分析

混凝土重力坝裂缝的出现是不可避免的,裂缝有的在施工过程中产生,有的在大坝运行以后陆续出现.特别是平行坝轴线的纵向裂缝,破坏了坝块的整体结构,与设计时的理论假定出入很大,对坝体的稳定和应力都会产生很大影响.混凝土重力坝的应力分析方法有模型试验法、材料力学法、弹性有限元法等多种方法.材料力学法历史最长,应用最广泛、最便捷,也是重力坝设计规范中规定采用的计算方法.尤其对于中等高度混凝土重力坝,设计中普遍采用.本文通过参窝水库实例,对出现纵向裂缝后的大坝,利用材料力学法进行应力计算,分析坝踵应力的变化情况.     

考虑应力敏感性影响的三项式产能方程

低渗透气藏存在较强的应力敏感性,大量岩石实验数据回归研究表明,幂函数渗透率应力敏感性经验方程相关性相对较好,而前人利用该关系式来研究低渗透气藏气井产能的报道较少。在这样的背景下,利用幂函数应力敏感性经验公式,综合考虑渗透率应力敏感效应、启动压力梯度、紊流效应和表皮系数,建立了一个新的适用于低渗透异常高压气井的三项式产能方程。不同参数组合情况下的气井流入动态曲线对比研究结果表明,应力敏感性、启动压力梯度和紊流效应对低渗透气藏气井产能的影响较大,在产能评价研究时必须予以考虑。