考虑裂隙-岩块间水交换的单裂隙非饱和渗流影响因素分析

为了研究考虑裂隙-岩块间水交换时单裂隙非饱和渗流的影响因素,应用分形几何法生成裂隙开度分布,根据毛细吸持理论和入侵准则形成充水域,基于水量平衡方程,建立了能考虑裂隙-岩块间拟稳态水交换的单裂隙非饱和渗流分析模型.进行了不同岩块孔隙率、不同岩块渗透系数及不同岩块初始饱和度情况下的单裂隙非饱和渗流数值模拟,以单裂隙非饱和渗透系数为评价指标,分析了各因素的影响程度.结果表明:岩块孔隙率对裂隙渗透性影响甚微;岩块渗透系数和岩块初始饱和度对裂隙渗透性存在较大影响,岩块渗透系数越大,裂隙-岩块间的水交换越剧烈,裂隙渗透性变化越明显,裂隙非饱和渗透系数随岩块初始饱和度的变化而变化.因此,在岩块渗透性较好或裂隙与岩块干湿差别明显的情况下,不能忽略裂隙-岩块间的水交换.     

裂隙煤岩体的流固耦合精细模型

将裂隙煤岩体视为裂隙-孔隙双重介质,以满足某种概率分布的主干裂隙网络描述煤岩体裂隙的分布;将主干裂隙间包含低序次裂隙的基质煤(岩)块视为各向同性孔隙介质,建立裂隙煤岩体的流固耦合精细模型.对不同介质分别进行渗流-应力耦合分析,在应力计算时采用等厚度节理单元进行模拟,在渗流计算时,采用节理单元的中面坐标将节理单元转换为线单元进行模拟的数值技术,解决2类介质耦合求解时存在不同介质间流体的交换问题.研究结果表明:裂隙煤岩体流固耦合的数值实验结果反映了裂隙煤岩体渗流的各向异性,孔隙渗流滞后裂隙渗流现象,体现了煤岩体贯通主干裂隙网络对渗流场分布起控制作用;数值实验结果较真实地模拟了煤岩体应力分布的复杂性,体现了孔隙单元的有效体积应力和裂隙单元的有效法向应力随渗流发展的时效演化规律.     

裂隙岩体随机渗流模型及数值分析

基于等效连续介质模型,先应用Taylor展开法分析裂隙岩体渗透性的随机性与裂隙基本几何参数随机性的关系,然后用一阶Taylor展开随机有限元法分析裂隙岩体渗流场的随机性.数值分析表明:隙宽的随机性对渗流场的影响最大,裂隙的迹长次之,间距的影响最小.数值分析的结果是合理的.     

岩土介质渗流场与应力场耦合理论的研究进展

综述了岩土介质渗流应力耦合理论研究的现状与进展,从多孔介质与裂隙介质的渗流应力耦合理论出发,阐述了单裂隙面的水流运动规律和耦合特性的研究方法,对裂隙网络耦合理论中几个具有代表意义的渗流模型作了较详细的描述和比较,初步介绍了表征各向异性岩土体耦合特性的渗透张量的确定方法,最后就岩土介质渗流场与应力场耦合理论的发展趋势提出自己的看法.     

岩体渗流模拟的二维随机裂隙网络模型

基于裂隙的走向、迹长、间距和张开度的统计特征,应用Monte-Carlo方法随机生成裂隙网络系统．依据裂隙网络交叉点处的流量守恒原理,推导了裂隙岩体网络渗流数学模型,并提出模型的求解方法,通过一个算例验证了模型的合理性．此外,讨论了裂隙岩体渗流场随裂隙张开度均值和方差的变化规律,确定了模型的适用范围,为裂隙岩体渗流场的模拟提供了一种方法．     

岩体离散裂隙网络渗流应力耦合分析

裂隙渗流具有沿裂隙网络做定向移动的特点,用非连续介质方法分析裂隙岩体渗流应力耦合更符合工程实际.本文以人工模拟的随机裂隙网络为对象,应用离散裂隙网络模型和节理单元模型,以裂隙开度变化为纽带,同时考虑渗透静水压力和动水压力的影响,研究水位变化条件下裂隙岩体渗流应力耦合特性.算例表明,考虑耦合作用时,岩体内部结点水头、结点应力和岩体渗流量会发生相应改变.岩体中水头大的裂隙段,耦合作用更加明显.在高坝工程岩体渗流分析和岩体稳定评价计算中,应当考虑渗流应力的耦合作用.     

三轴应力作用下岩石单裂隙的渗流特性

侧向应力作用下岩体裂隙开度呈现增大的趋势,采用侧向应力影响系数,将侧向应力等效为作用于裂隙法向的拉应力,基于岩体裂隙法向闭合变形法则,建立了三轴应力作用下裂隙开度表达式,在此基础上推导了岩石单裂隙渗流与三轴应力耦合模型.采用人工劈裂贯通裂隙进行三轴应力下的渗流实验,研究结果表明,法向应力、侧向应力以及渗压对裂隙渗透系数有显著的影响,裂隙渗透系数随法向应力的增加而减小,而随侧向应力或渗压的增加而增大,裂隙渗透系数与三轴应力呈指数函数关系.实验结果与理论分析具有很好的一致性.     

岩体裂隙中宾汉姆流体渗流模型

为研究粗糙单裂隙中宾汉姆流体的渗流规律，提出了描述岩体裂隙中宾汉姆流体黏性和黏惯性流动的渗流模型，并采用数值模拟和室内试验结果对模型进行了验证.在粗糙裂隙中，开展了不同流变参数的宾汉姆流体在大范围压力梯度下的渗流模拟，结合修正的Forchheimer方程分析了宾汉姆流体在不同裂隙几何参数及流变参数下的非达西系数β、临界雷诺数Re_○c、非达西效应因子E等变化特性.结果表明:由宾汉姆流体本构方程推导出的黏性模型能更好地描述黏性渗流.修正的Forchheimer方程能更好地描述宾汉姆流体在粗糙裂隙中的黏惯性渗流特征.粗糙度及流变参数会对渗流特性产生显著影响:裂隙粗糙度越大，浆液屈服应力越大;浆液塑性黏度越大，惯性作用越强.     

饱和多孔介质渗流的强-弱不连续统一非局部模型

非均匀饱和多孔介质流体传输模拟关键在于需要考虑由孔隙、裂隙以及不同渗透性介质组成的强–弱不连续面,但这与经典连续介质力学局部流体模型所定义的偏微分方程是不相容的,从而导致饱和多孔介质渗流模拟的困难。基于统一变分近场动力学的基本思想,提出了一种向量态函数用于描述饱和多孔介质流体的非局部传输作用,并在此基础上建立饱和多孔介质流体输运的非局部空间积分–时间微分型控制方程。该非局部流体输运模型统一描述了流体在强–弱不连续面的力学行为,避免了传统局部力学模型在不连续界面处的导数无定义性,且从理论上证明,当非局部流体模型中的非局部作用半径趋于零时,非局部模型可退化为局部模型。为了消除非局部模型内在的零能模式问题,基于罚函数方法提出一种全隐式的数值求解格式以保证数值计算的精确性。最后通过算例分析,模拟了三维非均匀不连续多孔介质中流体的传输过程,揭示流体穿越物质界面、孔隙和裂隙的力学行为。为研究饱和多孔介质中流体在不连续界面传输的力学行为提供了一种分析模型。     

孔隙-裂隙双重变形介质中的油水两相流动理论研究

在连续介质力学理论架构下,文章建立了饱和油水两相渗流与变形孔隙-裂隙双重介质耦合作用的理论来模拟裂隙砂岩储层中的油-水渗流,提出了基于双孔隙固相系统变形与油水两相渗流的全耦合力学模型;在对力学模型给予适当简化的基础上,应用解耦的有限元数值解方法对裂隙储层的两相流体压力、饱和度以及储层变形等参数进行了数值模拟;结果表明,裂隙储层流体运动主要由裂隙变形、油/水的PVT特性所决定。     

基于EPHF模型均质多孔岩石材料水力压裂特性

基于流固耦合理论,在基于渗透率的水力压裂(PHF) 模型基础上建立了扩展渗透率的水力压裂(extended permeability-based hydraulic fracture,EPHF) 模型.该模型假设岩石材料在开裂过程中渗透率的改变为平均有效应力的函数,采用多孔介质弹性本构关系和Drucker-Prager塑性模型描述岩石材料开裂前后的力学行为,孔隙流体采用达西定律描述.引入LET模型和混合黏滞系数考虑等效开裂区域内由压裂液与原液体混合引起的渗透率修正.分析了抗拉强度对关键位置的水压力和应力路径发展过程的影响,以及等效开裂区域和裂缝高度随注水时间的变化过程.结果表明:裂缝路径上的点(不含注水点) 的水压力先降低后增加至传播压力;当有效应力差和初始水压力同时保持不变时或当总应力不变时,起裂压力随有效应力比的增加而降低.     

基于组合式平板模型预测曲面裂缝数字岩心渗透率的方法

针对碳酸盐岩微裂缝系统中曲面裂缝特征复杂,流动模拟难以进行的问题,提出一种求解曲面裂缝数字岩心渗透率的方法。首先构建平板裂缝数学模型,并利用格子布尔兹曼方法,得到以开度和倾角为基本参数的微裂缝模型的流动规律;其次基于平板模型的流动规律和曲面裂缝的基本特征将平板模型进行组合求解曲面裂缝的绝对渗透率;最后进行实例验证。结果表明该方法准确有效,可在识别出裂缝相关参数后预测岩心绝对渗透率,避免了大量数值模拟,提高了计算效率。     

煤岩裂缝渗流能力实验评价及近井地层等效渗透率分析

煤岩裂缝的渗流能力是影响煤层气产能的重要因素.采用API导流仪及岩心驱替装置,模拟煤层气排采过程中煤层有效应力的连续变化,评价裂缝闭合压力逐渐升高、地层压力连续下降以及频繁开关井(间歇性排采)等工况条件下煤岩压裂裂缝的动态导流能力和含天然裂缝煤心的渗透率变化.实验结果表明,提高裂缝闭合压力、降低孔隙流体压力以及频繁开关井等都会降低煤岩裂缝的渗流能力,尤其对压裂裂缝的导流能力影响更为显著.基于此,利用实验数据分别回归了煤岩压裂裂缝导流能力和含天然裂缝煤岩渗透率与有效应力的经验关系式,建立近井煤层等效渗透率计算模型.利用该模型可以根据现场测算的等效渗透率,初步判断煤层压裂裂缝的有效导流能力或缝长,可以为煤层气压裂效果评价、分析排采过程中煤岩裂缝参数的动态变化提供一种新方法.     

裂缝各向异性油藏孔隙度和渗透率计算方法

裂缝性油藏介质由基质和有效裂缝组成。利用岩心分析、测井、地震、薄片分析等静态描述手段测试并计算了基质的孔隙度和渗透率，得到裂缝的宽度、密度和方位等参数。以油藏流体流动模型为基础，利用生产、试井、试采或试油数据求出油藏总渗透率，再结合裂缝参数确定裂缝系统的各向异性渗透率。采用随机裂缝模型，由裂缝渗透率和裂缝宽度计算得到裂缝孔隙度。该方法给出了裂缝和基质系统的渗透率与孔隙度间的定量关系，确定的参数分布合理而完善；考虑了油田各种基础资料数据采集的成本和可行性，具有经济、高效、实用的特点。该方法的应用较好地解决了辽河油田小22块火山岩裂缝性油藏预测模型难以建立的问题。     

岩石单结构面剪切变形渗透性演化规律

为了研究剪切作用下单裂隙渗透性的演化规律,在Comsol中采用Weierstrass随机分形函数来生成单裂隙,调整2个裂隙面的相对位移来模拟剪切作用,通过分析不同剪切位移条件下裂隙隙宽的变化以及不同流量下的非线性效应发生的界定范围,并绘制散点图与函数曲线拟合确定剪切过程影响裂隙渗透率的因素,给出定量关系。结果表明：未发生剪切时,隙宽的概率密度分布满足标准的高斯分布,而随着剪切过程的发生,隙宽的高斯分布被破坏,仅体现标准高斯分布的部分特征;发生剪切时,渗透率先有一个减小的过程,然后在一定范围内波动;当Re>9.6时,流体开始从线性向非线性发展。对岩石单结构面剪切变形过程中裂隙孔径变化对流体渗流特性的影响进行模拟,可为分析地质体中结构面变形对地热变化的影响提供参考。     

基于离散裂缝模型的页岩气动态特征分析

页岩储层孔隙结构复杂,基质渗透率低,天然裂缝发育,水平井体积压裂为其主要生产手段,表现出以裂缝系统裂缝渗流为主,基质系统扩散流、滑脱流以及吸附-解吸附现象共同作用的多尺度流动特点。基于离散裂缝建立页岩气渗流数学模型,利用有限元分析方法进行数值求解,通过实例研究分析页岩气生产动态特征,以及开发过程中压裂级数和裂缝半长对储层压力分布和页岩气井生产动态特征的影响。结果表明:页岩气井初期产量高,但递减快,生产周期长;开发初期以裂缝渗流为主,压裂级数起主导作用,级数越多,压力波传播越快,储层压力下降明显,产能主要集中在生产初期;开发后期以基质渗流为主,裂缝半长作用增强,产量递减率下降,生产井附近压力接近废弃压力,生产能力下降。     

水力裂缝的缝高控制参数影响数值模拟研究

水力压裂是低渗油藏增产的重要手段,在工程中有着广泛的应用.以ABAQUS软件为平台,采用平面应变模型模拟油藏的流固耦合力学行为,用基于损伤力学方法的粘性单元模拟裂缝沿高度方向的起裂和扩展过程.对大庆油田某水平井的压裂过程进行数值模拟,得到的井口泵压曲线与现场施工测得的泵压曲线吻合良好,验证了模型的正确性和合理性.采用该模型研究了隔层与产层之间的地应力差、抗拉强度差与弹性模量差之间的耦合作用对裂缝高度的影响.结果表明,隔层的高应力、高强度和低模量能够较好地控制裂缝高度,这些结果对压裂工程设计有很好的参考价值.     

裂缝型底水油气藏开发模式研究

裂缝型底水油气藏的一个重要特点就是底水供给充足,储油岩层裂缝系统极其发育,造成油气藏极易在开发过程中发生水窜,而裂缝发育的不均质及产状类型的多样化,使水窜进入油气藏后的油气水关系变得十分复杂。“水窜式”的活动更多地表现为降低了油气藏的有效厚度和单井泄油范围,在油气层和井筒中消耗油气藏的能量,降低油藏的采收率。针对裂缝型底水油藏水窜特点,在建立基岩一裂缝超双重介质模型基础上,通过全隐式数值模拟研究方法,分析比较T两向裂缝对油气藏动态开发指标的影响。     

水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型

基于水力裂缝层内爆燃压裂技术提高低渗透油田采收率和油井产量的基本设想，利用油藏渗流理论和节点系统分析方法，建立了水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型，并分析了水力裂缝和爆燃裂缝参数对油井产能的影响。研究结果表明，在低渗透油藏中，增加水力裂缝的长度比增加水力裂缝的导流能力对油井增产更有利；爆燃裂缝的存在可在水力裂缝增加油井产量的基础上进一步增产，相对于水力压裂油井，爆燃压裂油井增产倍数可达1．55。由此说明，利用水力裂缝层内爆燃压裂技术来提高低渗透油田油井产量是可行的。     

水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型

基于水力裂缝层内爆燃压裂技术提高低渗透油田采收率和油井产量的基本设想,利用油藏渗流理论和节点系统分析方法,建立了水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型,并分析了水力裂缝和爆燃裂缝参数对油井产能的影响。研究结果表明,在低渗透油藏中,增加水力裂缝的长度比增加水力裂缝的导流能力对油井增产更有利;爆燃裂缝的存在可在水力裂缝增加油井产量的基础上进一步增产,相对于水力压裂油井,爆燃压裂油井增产倍数可达1.55。由此说明,利用水力裂缝层内爆燃压裂技术来提高低渗透油田油井产量是可行的。