物理化学作用下定向井井壁稳定分析

钻井过程中,由于钻井液物理化学作用的影响,泥页岩井壁更加不稳定。针对泥页岩孔隙内多场耦合作用下的渗流问题进行了系统研究,建立力学-化学耦合作用下定向井井壁稳定模型,采用有限差分法求解该模型,得出井壁周围应力分布,计算井壁坍塌压力,并研究与地应力状态有关的定向井坍塌压力。模型深化了对泥页岩孔隙内多场耦合作用下渗流规律的认识,模型简单实用,具有一定的工程实用价值。     

气体钻井条件下泥页岩自发吸水规律研究

单相渗流、总吸附水量相关法不能够模拟气水两相渗流,为此,建立了气水两相渗流模型,分析了气体钻井过程中当地层存在气饱和砂岩、气饱和泥页岩夹层时泥页岩的自发吸水规律.采用有限差分法对所建模型进行了求解,并绘制了含水饱和度、孔隙水压力和孔隙气压力的时空分布曲线.对比垂直向上、向下自发吸水规律可知,重力作用可以忽略不计,将计算的吸水质量与试验结果进行对比,结果较为吻合,从而验证了所建模型的正确性.     

页岩油藏裂缝网络多相渗流数值模拟研究

为了准确表征页岩油藏复杂裂缝中多相流体的流动,建立了嵌入裂缝多相流动模型和多裂缝交叉网络多相流动模型,采用数值模拟方法,研究了多相流体在多裂缝交叉网络中的流动规律。研究结果表明,裂缝网络多相渗流数值模拟方法解决了表征流体单一、裂缝尺度范围大、划分网格要求精度高、流体参数在裂缝界面处不连续等问题,能够判断水力压裂裂缝与天然裂缝沟通的规模及距离,数值模拟计算的地层压力可以表征页岩油藏裂缝网络附近区域内压力随生产时间的变化规律。裂缝网络多相渗流数值模拟,实现了数值模拟的高效计算,为评价页岩油藏储层提供了新的技术方法。      

页岩油流动的储层条件和机理

页岩油藏经过分段压裂水平井的储层改造，其高效开发和持续稳产与基质中页岩油的动用情况密切相关。虽然赋存原油的泥页岩储集孔隙尺寸小、渗透率极低，但如果砂岩-页岩互层的纹层结构发育，页岩油仍有望达到商业化开采所需的可动用储层条件。目前烃类流体在纹层状泥页岩储层中流动机理尚不明确，普遍应用于常规油藏级数值模拟的双重介质模型和等效介质模型无法反映烃类流体在纹层状页岩油储层中流动的微观复杂特征，所得的宏观渗流模拟结果是不可靠的。根据陆相页岩储层的特征，建立了宏观页岩油藏的储层概念模型，分析了纹层状页岩储层的流体流动机理；考虑纹层物性、流体粘度和裂缝间距等影响因素，模拟了弹性开采过程中页岩储层条件和裂缝分布对页岩油可动性的作用规律，验证了页岩油藏弹性开采过程中窜流机制的存在和砂岩纹层渗透率的重要性，证明了天然裂缝和压裂缝加强纹层间流体传递的重要作用。     

开发过程中三场耦合的数学模型

以岩石力学、渗流力学和传热学的理论为基础,研究油藏非等温情况下流体渗流与岩体变形之间相互的力学作用,建立三场（渗流场、温度场和应力场）及其耦合作用时的数学方程。为研究稠油油藏油气的运移规律,准确进行油藏数值模拟提供理论基础。研究表明：在石油开采过程中,流体渗流与岩体变形存在耦合作用;在稠油热采过程中,还要考虑温度场的影响。流体渗流场、地应力场和地温场相互耦合的数学模型为非线性动力学模型。该模型除可用于油藏数值模拟外,还可用于深部地下工程和地热能源的开发。     

高频电磁波加热采油过程的数值模拟

高频电磁波采油工艺复杂,经济风险大,通过各种模拟方法认识油藏内流体运动的规律具有重要意义。利用数值模拟方法,通过将电磁场、温度场与渗流场进行耦合,对平面一维径向系统中的高频电磁波加热采油机理、影响因素及温度场、压力场与流体饱和度场的分布进行研究,同时,将其与物理模拟及解析计算结果进行对比验证,为高频电磁波加热采油提供理论依据。     

流固耦合作用下页岩地层液相侵入机理

页岩地层液相侵入将会导致井壁失稳等井下事故的发生,但目前关于页岩地层液相侵入及流固耦合现象研究尚不深入。建立了流固耦合作用下的页岩地层液相侵入数学模型,并对模型求解结果进行了验证和分析。结果表明:侵入初期,液相在人工裂缝内的渗流占据主导作用,但随着侵入时间的延长,复杂孔隙介质内的压力差将逐渐减弱,基质及裂缝系统内的渗流压力将趋于一致;流固耦合作用在液相侵入过程中影响显著,裂缝系统及基质的渗透率在流固耦合作用下增大,同时间段内耦合工况下的渗流压力大于非耦合工况下的渗流压力。将基质、天然裂缝、人工裂缝视为3个不同压力系统基础上得到的研究结果对科学认识流固耦合作用下的页岩地层液相侵入机理具有一定的指导意义。     

低渗砂岩储层数字岩心构建及渗流模拟

基于CT扫描的数字岩心技术是研究低渗砂岩储层内部微观孔喉特征及孔隙尺度渗流机理的有效途径。为直观、深入研究低渗砂岩储层微—纳米尺度流体输运特征,先通过Micro-CT扫描技术获取低渗介质多尺度三维灰度图像,统计轴向截面孔隙率分布整体考察岩心非均质程度;再结合三维重构及逆向工程技术,精准构建低渗介质复杂孔隙三维数字模型后并转换成CAD实体模型;再利用COMSOL建立多组表征单元体有限元模型,数值计算不同边界条件下微—纳米孔隙内流体输运特征;然后通过三维流线及孔隙压力分布场,动态可视化再现低渗介质渗流过程;最后对比常规渗流实验与数值模拟结果,分析两者差异的产生原因,并提出应用数字平台研究低渗岩石物性及渗流机理的深入关注点。文中研究成果为低渗油藏多尺度数字岩心建模及深层次微观渗流机理研究提供了思路。     

硬脆性泥页岩井壁稳定研究进展

硬脆性泥页岩的井壁失稳是制约深层油气资源和页岩气等非常规油气资源有效开发的关键问题。基于此，从硬脆性泥页岩的基本特征出发，根据其组成成分和结构特征的差异，总结了纯力学、渗流– 应力耦合和渗流– 应力– 化学耦合3 种井壁稳定基本分析方法及各自适用条件。研究了硬脆性泥页岩4 种力学失稳机制、钻井液侵入裂缝的驱动作用、存在和不存在活性黏土矿物情况下强度弱化机制以及不同裂缝形式下的井壁稳定计算模型。指出硬脆性泥页岩基质和裂缝充填物中是否含活性黏土矿物及裂缝的分布规律是影响井壁稳定分析的关键因素，从微观角度描述多场耦合作用下硬脆性泥页岩裂缝扩展连通导致井壁失稳的渐进过程将成为未来研究的热点和难点。     

吉木萨尔凹陷页岩油储集层渗流机理

为认识页岩油储集层岩石中流体的流动规律,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组为例,利用室内物理实验和数字岩心技术,开展了页岩油储集层微观孔隙结构和渗流机理研究。通过页岩油岩心单相渗流物理实验,获得基于启动压力梯度的单相渗流非线性数学模型以及与孔隙结构特征参数相关的渗透率经验公式;基于数字岩心,利用格子玻尔兹曼方法,进行页岩油单相流体的模拟,实现流体流动的精细表征。结果表明,页岩油储集层的渗流速度与压力梯度关系具有典型的非达西渗流特征,呈三次函数关系,具有非常好的相关性。