气体钻井井筒与地层流动耦合分析

气体钻井具有提高机械钻速、降低储层伤害等特点,是开发低压低渗油气田的有效方法。为了分析气体钻井钻开储层时流体的流动规律,基于可压缩流体不稳定流动理论以及地层渗流力学理论,建立了该过程中井筒与地层的耦合流动模型,并结合边界条件与初始条件对模型进行了数值求解。最后,结合钻井实例分析了不同工况下井内流体的流速分布规律和压力分布规律,结果表明,不同的钻井工况在经历一定时间的不稳定流动后都有达到稳定的趋势。     

气体钻井井简与地层流动耦合分析

气体钻井具有提高机械钻速、降低储层伤害等特点，是开发低压低渗油气田的有效方法。为了分析气体钻井钻开储层时流体的流动规律，基于可压缩流体不稳定流动理论以及地层渗流力学理论，建立了该过程中井筒与地层的耦合流动模型，并结合边界条件与初始条件对模型进行了数值求解。最后，结合钻井实例分析了不同工况下井内流体的流速分布规律和压力分布规律，结果表明，不同的钻井工况在经历一定时间的不稳定流动后都有达到稳定的趋势。     

压裂液单相滤失模型适用条件研究

压裂液在裂缝净压力作用下驱替油藏流体向地层渗滤,压裂液滤失过程为两相或多相流动。近年国内建立的一些滤失模型普遍假设为压裂液的单相流动,忽略了油藏流体的影响;单相滤失模型便于计算,但并未给出适用条件。基于两相滤失理论,对比研究了单相滤失的误差,以明确单相滤失模型的适用范围;建立了两相滤失模型,用迭代法求解流体压力分布函数,由此计算两相滤失速度,并与单相假设条件下的滤失模型进行对比,得到了单相滤失模型的适用条件和误差。计算表明,一定条件下用单相滤失模型计算的滤失速度误差较大;在应用单相滤失模型前应先分析流体性质差异对滤失的影响。     

水平圆管油水两相变质量分层流压降计算

以往对水平圆管中复杂流体介质的流动规律研究的对象均是对水平圆管单相和气液两相变质量流动,关于存在壁面入流条件的水平圆管油水两相变质量流动的研究较少。为此对水平圆管油水两相变质量分层流动进行了微元分析,考虑壁面入流对其中油水两相变质量分层流动压降的影响,分别对油水两相应用连续性方程和动量守恒方程,得出了水平圆管油水两相变质量分层流动的基本模型和压降计算模型。通过模型求解揭示了在壁面入流条件下沿水平圆管的压降规律,并分析了壁面入流、圆管直径、油相黏度和含水率等主要参数对其中压降规律的影响。计算结果表明,当油相黏度较大时,随含水率的增加,沿水平圆管压降降低;而油相黏度较小时,随含水率的增加,沿水平圆管压降升高。     

致密砂岩低流速下的达西流动

达西定律是描述储集层中流体流动特征的经典定律,但低速非达西流动现象及理论对达西定律在低流速下的适用性提出了质疑。吉木萨尔凹陷典型致密砂岩的孔隙形状多样,分布不均,呈现极细喉—中大孔组合方式。采用高效精准实验设备开展低速渗流实验,实验流体为矿化水和模拟油,采用高精度注射泵保证流体恒速流动。通过乘幂关系表征压力梯度—达西流速关系,对基于渗透率的阻力系数—雷诺数关系进行分析,来判断流体流动状态。结果表明,压力梯度—达西流速的乘幂关系和阻力系数—雷诺数关系的判断结果一致,在吉木萨尔凹陷致密砂岩储集层中,流体在低流速下均符合线性流动。此外,根据流量—压力梯度曲线分析,吉木萨尔凹陷致密砂岩储集层中单相流体在低流速下基本符合线性流动,且致密砂岩中单相流体的流动行为与岩石的性质有关,与流体类型无关。     

振动条件下地层流体渗流的数学模型

在对低渗透、特低渗透油气田的开发过程中,普遍因无机结垢、有机结垢、外来颗粒、粘土矿物等引起油水井近井带地层严重堵塞,而振动采油技术可作为解除或减轻地层堵塞的一种新型高效物理方法.应用动量守恒、能量守恒、流体动力学等基本原理,建立了地层参数、流体参数和振动作业参数之间相互耦合的数学模型,求出了单相微可压缩流体在可压缩地层中的平面一维和平面径向渗流方程的解析解,得到了各项参数与振动作业效果之间的关系,为振动采油的数值模拟提供了初始压力分布表达式.同时建立了相应的计算机模型,并利用振动边界条件下的拟稳态平面产能公式得出油井的平均产量,所得结果与油田实际情况基本吻合.     

水平气液分层流流速剖面实验测量研究

根据工程实际,建立了水平注汽井内气液分层流动的1:1实验模型.用皮托管测量了分层流中各相流速,得到了分层流速度分布规律.借助分层流计算模型完成了分层流中速度分布与典型的单相流体流动速度分布的对比,得到了分层流速度分布的数学描述方法.气相流场上部与下部具有不同的速度分布特性,上部与下部速度分布可分别用单相流体流经光滑管和单相流体流经完全粗糙面时的无量纲速度分布表达式来描述,最大偏差都不超过10%;液相速度分布接近线性,只有在较接近下管壁面的区域液相速度分布才可用单相流体流经光滑管的无量纲速度分布表达式来描述.     

双重介质压力恢复曲线研究及其应用(一)

压力恢复曲线是研究裂缝油藏的重要手段之一。鉴于裂缝储集层结构的复杂性,自从五十年代末以来,相继建立了各种简化的地层模型和流动模式,以研究裂缝油藏中的流体流动。双重介质概念的提出,双重介质中单相弱可压缩流体流动方程的建立,以及这种方程在若干均质简单地层中的近似解和精确解的求得,使双重介质压力恢复曲线的研究得到进一步的深化。     

气体钻井过程中的瞬态流动分析

气体钻井过程中,调整钻井参数或者钻遇储层都会引起井内流体的瞬态流动。基于可压缩流体不稳定流动理论及地层流体渗流理论,建立了气体钻井过程中井简瞬态流动的数学模型。针对井内水动力体系的复杂特点,讨论了模型的定解条件,并对模型进行了数值求解。最后,文章对气体钻井中改变钻井参数以及钻遇储层两种情况井内气体的流动进行了计算,结果表明,增加注气量时井内压力波动不大,但钻遇储层会引起井内压力和流速的大幅度波动。     

振动对岩石及地层渗透率的影响

基于已有的岩心实验数据,构造了振动采油条件下两相介质相对渗透率的变化率函数。利用该函数,分析了振动频率、振幅和时间对渗透率的影响,并将其推广到实际地层。采用向前差分方法,对地层中振动波的传播进行了模拟计算。在简化一维、轴对称二维和球对称三维模型下,运用弱可压缩液体的动力学方程,对波在两相介质中的传播以及相对渗透率在整个地层介质中的分布特征的结果表明,振动的作用主要集中在近井地带,频率为10Hz的振动对地层渗透率的影响范围大,且可以使井口处渗透率提高2倍;较低频率振动波的传播距离稍远一些。     

低频波动采油对径向储层初始渗流的影响

分析低频波动作用下饱和单相渗流流体径向孔隙介质的物性变化,可揭示低频波动采油对井筒附近具有变化压力梯度的实际储层渗流的影响。通过构建低频波动对径向储层初始渗流影响的弹性波传播控制方程,考虑弹性波与井筒周围初始时刻流动方向的一致性,采用映射网格与边界层加密进行物理模型网格划分,以削弱弹性波边界虚假反射;通过COMSOL系统有限元模拟,对比波动耦合渗流和Biot流动、初始径向渗流的物性特征,以与半解析解的差异,说明数值模拟揭示低频波动影响下储层物性参数周期性变化的有效性。研究结果表明:波动耦合渗流不等于初始径向渗流与Biot流动的简单叠加;震源位于注入井时,低频波动对径向渗流场具有明显的降压、增速和增孔作用,越靠近注入井,效果越明显;研究区基础参数条件下,局部最大压降达40%,距离井筒中心10 m范围内相对流速明显增加;低渗透率、高孔隙度时低频波动对渗流的促进作用更为明显。     

低频波动条件下流体平面渗流模型研究

低频振动采油技术已成为一项重要的物理增产、增注措施,但其理论研究水平目前还相对滞后于现场应用.针对这一问题,运用渗流力学、波场传播的基本原理,建立了低频波动条件下地层流体的渗流模型,定量描述了地层、流体参数与振动采油压力波动之间的关系,并利用解析方法分析计算,认为低频波场主要受储层渗透率和振动频率两大因素影响.振动采油现场施工可以通过适当调整振动频率改善施工效果.     

流体黏速物性对砾石层堵塞影响机制及充填防砂井工作制度优化实验

选用粒度中值0.10mm和0.16mm的2种地层砂、粒径0.6～1.2mm的石英砂和陶粒,开展不同流体黏度与流体流速组合条件下的砾石层挡砂堵塞模拟实验,提出采用黏速指数(流体黏度与流速的乘积)表征流体物性和流动条件对砾石层堵塞的影响机制和规律,同时提出了砾石充填防砂井投产工作制度优化方法。研究表明地层砂侵入交混带渗透率、砾石层最终堵塞渗透率与携砂流体流速、黏度负相关,流速越高、黏度越大,地层砂侵入交混带渗透率、砾石层最终堵塞渗透率越低。流体流速、黏度是影响砾石层堵塞程度的关键参数,黏速指数可以很好地表征流体的流动特征,同时也便于分析砾石层堵塞机理;不同黏度和流速组合,只要最终的黏速指数相同(近),其对砾石层总体渗透率的影响基本一致;砾石层渗透率随着黏速指数增加首先迅速下降,然后降速变缓直至基本稳定。最优配产量与阶梯提产相结合的砾石充填防砂井投产工作制度优化方法,可以有效降低携砂流体对砾石层渗透率的损害,提高油井生产效益。图14表3参25     

振动固井对泥饼的剪切作用机理研究

钻井时钻井液会在井壁上形成泥饼,如果固井时泥饼没有被清除掉,就会在井壁上形成一个不可固化层,严重影响第二界面的胶结强度,而振动固井可以通过剪切作用清除泥饼,提高固井质量,但人们对其作用机理还缺乏认识。为此,利用有限元法,对振动固井中的泥饼剪切作用过程与规律进行了数值模拟分析。分析结果表明:振动固井产生的振动波对泥饼的剪切力比环空流动产生的剪切力大,可以直接剪切除去部分泥饼;振动波的频率比较低时,振动波可以剪除虚泥饼层与部分可压缩层;振动波的频率比较高时可以剪除泥饼可压缩层与部分密实层,泥饼致密层一般不会被破坏。由于频率高的振动波衰减较快,传播距离短,振动固井时为了提高泥饼的破坏程度,不能一味地提高振动波的频率,应在保证振动波传播距离足够的条件下,适当提高振动波的频率。      

平行裂缝中单相流动模式研究

在基岩渗透率较低的缝洞型碳酸盐岩油藏中,裂缝渗透率对流体流动起着非常重要的作用.采用实验方法研究了平行裂缝中单相流体的流动特点.裂缝模型由大理石和不锈钢垫片组装而成,裂缝张开度由垫片厚度决定.单相流体在平行裂缝中流动可分为线性和非线性流动区域.用阻力系数和雷诺数分析实验数据发现,在线性流动区域内,阻力系数随雷诺数的增加而减小;而在非线性流动区域内,阻力系数不随雷诺数变化.根据实验结果,建立了平行裂缝中的流动模式,并确定了流动模式之间的转换条件.     

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针对水平井地层渗透率各向异性的特性，文章假设地层为水平均质，水平方向渗透率相同，但不同于垂向渗透率，酸液为不可压缩流体，建立了酸液在稳态流动下的渗流微分方程。根据所建立的渗流微分方程，通过中间变量的变换、分离变量等数学手段，导出了水平井在渗透率各向异性情况下的压力场与流速场的计算公式。该计算公式具有物理意义明确，实用性强等优点。实例计算表明酸液等压线为一族同心椭圆，而流速场呈平面椭圆辐射状，越靠近水平井筒，等压线越密集，酸液流速越大，压力降落主要集中在井筒附近的地层中。渗透率各向同性地层酸液的压力场与流速场只是它的一个特殊情况。文中所建模型为水平井酸化模拟及酸化设计提供了依据。     

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气体钻井过程中钻进参数的改变将引起井内气体的不稳定流动，这种现象在用气体钻井方式打开产层时尤为明显，这些情况用常规气体钻井稳定流动理论不能准确模拟。通过对井内气体不稳定流动的分析，还可以实现钻井过程中的动态地层评价，因此，井内气体不稳定流动也是欠平衡钻井随钻试井理论的重要组成部分。基于可压缩流体不稳定流动理论，文章建立了气体钻井过程中井内瞬态流动的数学模型并提出了模型的数值解法。针对井内水动力体系的复杂特点，文章讨论了定解条件的确定方法。最后将模型应用于伊朗TBK-14井，对开启压风机和增大压风机排量两种情况进行了分析，与现场试验对比表明，数值模拟结果与井内的实际情况一致。     

基于单相与双相介质拟海底反射的AVO研究

天然气水合物是一种潜在的巨大能源,目前普遍认为它存在的重要标志之一是地震剖面上的拟海底反射(BSR),因此研究天然气水合物层的物性和研究含天然气水合物层顶、底界面的AVO特征就有着重要的现实意义。目前的AVO方法主要是利用单相介质理论,但实际的地层都是含有流体的多孔隙介质,因此利用双相介质理论研究分界面上的AV0特征是非常必要的。Ecker提出了水合物沉积的3种微观模式：①水合物是流体的一部分;②水合物是固体骨架的一部分;③水合物胶结固体颗粒接触面。利用单相介质理论和双相介质理论分别计算了上述3种含天然气水合物地层,以及同样条件下不含水合物地层与含游离气地层分界面上的反射和透射系数,并对单相介质理论和双相介质理论的计算结果进行了对比。对比发现,在地震勘探的低频范围内,第1种和第2种模式的反射和透射系数非常相似,二者的差值随孔隙度的增大而增大,第3种模式的AV0曲线表现出和前2种模式完全不同的特点,可以根据这种特点把它与前2种模式区分开来。     

三维数字岩心流动模拟技术在四川盆地缝洞型储层渗流研究中的应用

四川盆地多数碳酸盐岩缝洞型气藏储层压力高,主力产层段的取心整体破损较多,利用现有岩心开展室内流动模拟实验较为困难。数字岩心分析技术作为储层微观结构和渗流特征研究的又一项新兴的重要技术手段,具有可动态模拟地层条件下流动参数,不破坏岩心等特点,可以用于四川盆地碳酸盐岩缝洞型储层流动实验研究。以该类气藏真实岩心CT扫描结果为基础,建立数字岩心三维模型,并利用有限元三维数字岩心流动模拟技术,模拟分析了在地层条件下流体的流动情况,得出其流动规律:在缝洞型储层中裂缝是流体主要的渗流通道,流体主要按照溶洞、基质、裂缝、出口的流动秩序逐次进行,其气体能量损耗主要发生在缝洞间的基岩部分。三维数字岩心流动模拟技术应用数字化手段对储层渗流规律和机理进行综合分析,可为该类气藏的开发对策提供必要的数据支撑。     

超重力条件下旋转填料层中流体流动特性研究

针对新型超重力天然气脱碳技术特点,以实际工程脱碳工艺数据为基础,构建了超重力机旋转填料层数值模型,研究了两相流体在超重力机旋转填料层中的流动特性,结果表明:在超重力条件下,改变流速、转速及进入方向对流体在旋转填料层中的运动几乎没有影响,旋转填料层中流体分布特性受海上晃荡工况影响可以忽略;流体分布的均匀性与旋转填料层内速度梯度及压降呈负相关的关系,速度梯度及压降越小,流体分布越均匀;随着时间的增加,流体在旋转填料层中逐渐均匀分布,此时的脱碳效果最好;提高旋转敏感度有利于流体在旋转填料层内的均匀分布。本文研究结果对超重力脱碳技术在海上工况条件下的应用具有指导意义。