冲击作用下岩石破碎的动力学特性及能耗特征研究

为了研究冲击钻井中岩石破碎的难易程度及动态破碎规律,基于固有缺陷的损伤原理,建立了岩石动态破裂强度、破碎时间和破碎能耗的理论模型,通过砂岩的霍普金森压杆冲击压缩试验分析了其破坏强度、破坏时间及破坏过程中的能量耗散特征。分析研究发现,试验结果与模型计算结果基本吻合,砂岩的动载强度、破碎时间和破碎能耗均与应变率之间呈幂函数关系,随着应变率在60~115 s-1范围内增加,砂岩的动载强度与静载强度相比增大了1.33~1.83倍,破碎时间从84 μs迅速缩短至52 μs,且应变率越大,岩石破坏后的碎块尺度越小、破碎能耗值越大。研究结果可为衡量岩石动力破碎的难易程度及提高冲击破岩效率提供参考。      

两种水面边界条件下的内波解及其比较

将基于两层流假定下的两种水面条件内波解进行了对比.通过对自由水面条件下内波色散方程的研究发现,水深、密度比等因素对其表面波模态的影响很小,并在计算中可以近似按照单层流体的情况来处理,而这些因素对内波模态的影响则较大.通过比较自由水面和刚盖假定两种水面边界条件下内波的色散方程,发现刚盖假定的所得到波数偏小,并且海水水深越小、密度跃层越接近海水表面、流体的密度比越小,则误差越大.     

利用能量耗散率计算管流的平均剪切率

含蜡原油的流变性与其所经历的剪切历史有关.以往用截面平均剪切率或湍流时的管壁剪切率衡量流体管流的剪切历史,有不当之处.根据能量耗散率与剪切率的关系,提出了按流体的体积平均能量耗散率计算流体平均剪切率的方法,即可根据流体的密度、平均流速、管道直径、流动的摩擦因子或摩阻压降以及流变参数计算牛顿流体和幂律流体管流的平均剪切率.对于湍流,按本方法计算的平均剪切率能合理地度量流体的平均剪切历史.在原油管道正常运行的雷诺数范围内,按截面平均方法计算的湍流剪切率比按体积平均能量耗散率计算的结果约偏低20%～40%.     

利用地震波在双相介质中的衰减特性检测油气

 在平面波假设条件下,本文通过求解波动方程推导了双相介质中地震波衰减系数计算公式,并分析了衰减系数随频率的变化关系。结果表明,在常规地震勘探的频率范围内,地震波在双相介质中传播时,存在介质吸收效应,且衰减系数近似与圆频率成正比。衰减系数同时受地震波频率和耗散系数的影响,表现为频率越高,衰减系数越大,耗散系数越大,衰减系数随频率的变化越大,表明地震波在穿过双相介质时其不同频率成分对应的能量要发生变化,低频能量衰减小,高频能量衰减大,在频谱上表现为低频能量相对增强,高频能量相对减弱。据此提出了一种利用地震资料的低、高频段信息反演地下介质双相特性或含油气性的方法,理论模型与实际资料的反演结果均验证了文中方法是可行的。     

高产气井瞬时关井对油管内流体流动的影响

针对经典瞬变流模型无法模拟气井水锤效应问题,基于水锤效应机理与多相流理论,建立了多相流气井瞬变流数学模型;通过将油管柱的造斜部分进行单独处理,采用特征线法进行数值求解,实现了气井瞬变流的模拟计算。研究结果表明:阀门关闭时开度系数越大,井口压力的峰值越大,波动压力的变化幅度越平缓,压力突变区越不明显,在保证不超过油管最大关井压力的前提下,使用较大的开度系数可减小压力波的冲击;截面持液率越大,压力波速越大,传播周期越短,波动压力的变化幅度越大,压力越大,实际生产中可通过调整生产参数得到合适的持液率,控制波动压力的大小和变化幅度,减小水锤压力的冲击;采气树阀门关闭所用时间增加,井口的最大波动压力值减小,峰值出现的时间也相应滞后,压力突变区逐渐消失,阀门关闭时间越短,压力波的传播速度越快。实例模拟计算证实气井瞬变流模型可以优化合理的阀门开度系数和关阀时间,减小水锤冲击对井口装置和油管造成的危害,保障井筒完整性。图10表1参23     

PTA装置尾气吸附用硅胶性能的实验

对于ＰＴＡ装置废气吸附用硅胶的破碎，利用实际生产所用硅胶进行水分的吸附及干燥（脱附）实验。结果表明：吸附速率和干燥速率是影响硅胶破碎的重要因素。吸附速率越大，硅胶的破碎率越大；干燥速度大，硅胶的破碎率越小。在此基础上讨论了硅胶破碎机理，所得结果对生产中延缓和抑制硅胶破碎有指导作用。     

深水区地震资料处理变参数振幅恢复技术

在深水油气勘探中,海水水体的声学物理特征直接影响到后续地震资料处理及地球物理技术应用的效果。为了解决该类区域地震资料的保幅性问题,采用深水机器人、海水实验室测量及深水VSP等多种方法定量测量了地震波在海水中的速度（以下简称海水速度）,明确了海水速度具有明显的分层特征并建立了分层模型;进而基于地震波在海水、地层中振幅的衰减差异,提出了变参数振幅恢复技术,有效解决了浅水—坡折带—深水区域地震资料的保幅性问题。研究结果表明：①海水和地层的振幅衰减规律存在着巨大的差异,地震波传播相同的距离,其在海水中的振幅衰减比在地层中要弱很多;②较之于常数海水速度偏移剖面,层状海水速度偏移效果具有同相轴更为连续、信噪比更高的优点,提高了整体成像分辨率与成像精度;③在偏移距方向,近、中、远偏移距的地震振幅变化更加合理,避免了远偏移距的强振幅异常现象,使AVO属性更加合理。结论认为：①准确利用海水分层速度特征,可以使变水深区域地震成像质量得到明显的改善;②在琼东南盆地陵水深水区实际地震资料处理中,变参数振幅恢复技术获得的振幅更加均衡,同一反射地层可以被连续追踪;③该项研究成果可以为后续的储层预测和烃类检测奠定基础。     

大型LNG储罐安全存储影响因素分析

LNG在储罐内长时间存储过程中,受外部热源的侵扰会发生蒸发,罐内压力升高,安全存储时间缩短并可能导致其分层翻滚,乃至LNG大量急剧蒸发,不仅浪费资源且造成安全隐患。建立密闭LNG储罐内静态蒸发模型,对初始充满率、储罐容积、环境温度、罐壁导热系数、LNG含氮量等影响因素进行研究,结论如下:其一,在同一初始充满率下,在储罐最大工作压力范围内,罐内压力随安全存储时间呈正比例关系增长。其二,在储罐最大工作压力范围内存在最优充满率,在最优充满率时储罐有最大的安全存储时间;当初始充满率小于最优充满率时,安全存储时间随初始充满率的减小而减小;当初始充满率大于最优充满率时,安全存储时间随初始充满率的增大而减小。其三,储罐的尺寸越小,储罐所具有的最大承压能力越大,最优充满率越大,安全存储时间越长。其四,外界环境温度越高以及罐壁导热系数越大,罐内压力随时间增长率越大,储罐的安全存储时间越短。其五,LNG组分中含氮量越高,罐内压力随时间增长率越大,储罐的安全存储时间越短。     

多孔介质的流体机制模型及其频散机理

当声波或弹性波在流体饱和多孔介质中传播时，孔隙或裂缝受其影响发生闭合或张开，流体产生相对运动，致使多孔隙岩石的宏观物理性质发生变化，从而引起弹性波传播速度的改变、能量的耗散和振幅的衰减。基于双相介质理论提出的Gassmann方程、Biot理论、喷流机制、BISQ模型和斑块饱和模型等岩石物理机制模型，以不同的流体流动机制描述了多孔介质中弹性波传播的动态耦合机理、耦合程度和耦合结果。许多岩石物理机制模型都试图模拟和解释岩石中速度频散和衰减的起因。根据现有各种机制模型的高限、低限频率和特征（弛豫）频率，可以粗略地计算出衰减和频散的影响。随着地震岩石物理学研究的深入与发展，人们对弹性波速度频散和衰减与岩石物理性质及本征条件之间关系的认识必将不断深化。     

一种计算非均质盖层反射散失能量的方法

振幅分析在地震勘探中尤为重要。在地壳地震学中，亮点和流体或者基于成因的熔融特征是振幅研究的依据。通常，反射信号的复杂性随反射层深度增加而加大。原因之一是越向下传播，反射界面地形越复杂；之二是复杂盖层阻止地震波向下传播。而且从震源到反射界面再向上到接收器的传播途中有较大扩展空间。在后一种情况下，地震波“累积”了复杂性，势必有大量能量散失。本文介绍了一种计算散失能量方法，用来估算已知盖层统计参数中所散失的能量。这类信息既可以校正散射造成的振幅损失，还可有效地估算反射系数和AVO走向。     

液相放电等离子体破岩室内实验与破岩机理

液相放电等离子体破岩是一种将电能转换为冲击波机械能的新型高效破岩技术，目前国内外对其在石油钻井中的应用研究较少。开展了液相放电等离子体破岩室内实验：首先使用3组不同厚度的页岩验证了等离子体冲击波破岩的可行性；然后使用损伤变量和声幅衰减系数作为岩样损伤表征量，定量分析了不同影响因素下，混凝土岩样受等离子体冲击波作用后的损伤程度；使用3种岩样（混凝土、页岩、砂岩），验证了该技术对不同抗压强度岩样，在不同地层中的适应性；最后借助CT扫描，观察冲击波作用前后的岩样，分析和揭示了冲击波作用下岩样的损伤破坏形态和机制。室内实验结果表明：冲击波峰值压力高达130~190 MPa；页岩被劈裂成多块，混凝土岩样的破坏深度为3~5 mm，破坏程度随放电电压和冲击次数的增加而增加；载荷相同时，岩样的破坏程度随抗压强度减小而增加，但页岩的层理结构有利于吸收冲击波能量，增加其破坏程度；岩样的破坏形式以径向裂纹、片落裂纹和冲蚀坑为主。液相放电等离子体破岩机理的研究结果表明：冲击波作用岩样，岩样表面受压被破坏，岩样内部产生切向拉伸应力，应力波从岩样内部往边界传播时，在岩-液界面反射并产生拉伸应力，当拉伸应力大于岩样抗拉强度时产生裂纹；冲击波的产生伴随着高速射流，射流的水楔作用加速裂纹的扩展，形成冲蚀坑。     

频率—慢度域延拓关键参数优化的鬼波压制方法

鬼波的陷波特性限制了海洋地震资料的有效带宽，因此鬼波压制是海洋资料宽频处理的重要步骤之一。鬼波与一次波的延迟时间和振幅差异系数是鬼波压制的关键参数，两者的精度直接影响处理效果。受崎岖海底、起伏海面及反射层深度变化等因素的影响，实际鬼波参数随空间和时间而变化，导致鬼波压制算子出现误差，无法取得较好的处理效果。为此，以频率—慢度域鬼波压制方法为基础，构建频率—慢度域波场延拓算子，并利用滑动时间窗口降低鬼波参数时变的影响，在滑动时间窗口内用原始地震数据分别加上和减去延拓一次的记录，以运算所得的两个新记录乘积的绝对值之和最小作为度量，交替迭代寻找最优平均鬼波延迟时间和振幅差异系数，进而压制鬼波。斜缆的合成数据和实际资料试算表明，该方法能较好地压制鬼波、拓宽频带，提高地震资料的分辨率。     

基于一阶速度应力方程的双相各向异性介质波场模拟及耗散系数分析

为了解决在石油地震勘探中常常遇到的各向异性问题,利用双相各向异性介质的波动方程,导出双相各向异性PTL介质中的固相、流体相的一阶应力速度方程及差分方程。利用高阶二维交错网格差分方法,对双相PTL介质波长进行了模拟和分析,并讨论了耗散系数与双相PTL介质的波场问题。模拟结果表明：①双相PTL介质中存在快P波、慢P波和SV波,波场具有各向异性性质。②耗散系数对地震波传播的影响主要体现在对地震波能量的吸收和衰减上,耗散系数对慢P波产生较大的影响,大的耗散系数将使慢P波很快被衰减掉;在不同方位上,耗散系数存在较大差异时,慢P波能量并非只是在一个方向上衰减,而是整个慢P波的大部分能量在所有的方向上都要被衰减掉。该研究认识提高了计算效率,增强了计算的稳定性。     

粘砂套管特性对声波幅度的影响研究

建立超声波在套管、粘胶剂及粘砂砂粒中的反射模型,计算超声波在每个介质层间的声波能量,并根据超声波的能量变化,分析粘砂套管的粘胶剂厚度和粘砂砂粒分布密度对反射波声幅大小的影响.理论分析与实验结果均表明,粘胶剂厚度与声幅成反比,当其厚度大于等于粘砂砂粒半径时,声幅值最小,表示固井质量评价结果最好;粘砂砂粒分布密度为70%~...     

偶极横波远探测测井中反射波振幅恢复方法

偶极横波远探测测井方法能够探测井外几十米范围内的裂缝或洞穴等地质构造,对于油气勘探和开发有着重要意义。考虑到横波在地层中传播时会产生能量衰减,导致传播路径较长的反射波振幅偏低且与之对应的井外远距离反射体的成像质量差,可引入一套反射波振幅恢复方法进行处理。该方法主要包括2个部分：①在考虑测井环境和计算单位等影响因素下改进波前扩散能量补偿公式,并将其用于恢复横波反射波在地层扩散中损耗的能量;②建立适用于处理测井资料的叠前反Q滤波公式,在增加振幅补偿高、低频极限等约束条件的基础上将公式用于计算补偿反射波的地层非弹性衰减。叠前反Q滤波法成功实施的关键在于获取准确的横波品质因子Q,对此提出一种利用实测和数值模拟偶极横波直达波联合计算Q的方法,该方法的核心在于通过数值模拟的直达波校正实测直达波振幅的几何扩散衰减量。研究结合现场实例的处理和分析验证了偶极横波反射波振幅补偿方法的可行性和有效性。     

超声波高频旋冲钻井技术破岩效果试验研究

为了研究超声波高频旋冲钻井技术相较于常规旋转钻井技术的提速效果,以及钻进条件和参数对超声波高频旋冲破岩效率的影响规律,设计了超声波振动发生短节,搭建了超声波破岩模拟试验台,采用控制变量法和正交试验法,开展了超声波破岩提速试验及影响超声波破岩效率的试验,得到了钻压、超声波振幅、转速和钻头直径对超声波高频旋冲破岩效率的影响规律。结果表明:在实验室常规温度和压力条件下,与常规旋转破岩技术相比,超声波高频旋冲钻井技术的破岩效率更高,平均提高幅度达77.65%;影响超声波高频旋冲破岩效率的因素从大到小依次是钻压、振幅、钻头直径和转速;钻压和振幅对超声波高频旋冲破岩效率的影响显著,且振幅越大,超声波高频旋冲破岩的效率越高。研究结果表明,超声波高频旋冲钻井技术可为提高深部硬地层机械钻速提供一种新的破岩方法。      

相控线阵声波辐射技术在反射声波测井中的应用探讨

采用有限元方法对相控线阵声波辐射技术在反射声波测井中的应用进行探讨,从信号的幅度、能量和损耗等角度考察了相控线阵声波辐射器的相位加权和幅度加权对在井孔中接收到的反射纵波的影响.结果表明使用相控线阵声波辐射器可以明显提高在井孔中接收到的有用信号的信噪比;应用相控辐射器的相位加权和幅度加权技术,即调节相控线阵声波辐射器的相邻阵元间激励信号的延迟时间和信号幅度,可使各个阵元辐射的声波信号在介质的传播过程中某个给定方向上的能量最大,从而使反射纵波信号得到明显增强.为相控线阵声波辐射技术在反射声波测井中的应用提供了理论基础.     

振幅衰减法分频自动识别和压制异常能量道

根据未作振幅补偿处理的异常能量道和正常地震道的振幅衰减曲线分析对比,发现消除面波影响的正常地震道的振幅衰减比异常能量道的大得多,可采用地震道结束和开始处的相同长度时窗内的平均绝对值振幅之比作为衡量振幅衰减的标尺来识别异常能量道。异常能量集中在某个频率及其附近,可对分频数据采用前述衡量振幅衰减的标尺来识别和剔除异常能量。近年来的地震资料处理表明：振幅衰减法分频自动识别和压制异常能量道的方法行之有效,对低信噪比地区采集的三维资料处理具有重要意义。