复杂裂缝中低密度支撑剂铺置数值模拟

低密度支撑剂具有沉降速度慢、有效支撑缝隙长等特性,在缝网压裂中的应用越来越广泛.目前低密度支撑剂在复杂裂缝中运移铺置规律研究较少,且主要通过室内实验开展分析.基于计算流体力学(CFD),建立了压裂液和低密度支撑剂的液固两相流数学模型,运用有限体积法进行求解,通过与室内实验结果对比验证了模型的可靠性与准确性,分析了低密度支撑剂在复杂裂缝中的沉降运移规律及其与常规支撑剂的区别,研究了铺置过程中泵注排量、砂比、压裂液黏度以及裂缝夹角的影响因素.结果表明:低密度支撑剂体系运移能力更好,降低了在缝口处的沉降堆积,在复杂裂缝中铺置更均匀;采用大排量、高黏度压裂液可减缓低密度支撑剂在分支缝的阻力效应,更好地铺置裂缝深处,但缝口支撑剂更易被卷起,形成不均匀砂堤;在现场施工时,建议初期采用大排量、高黏压裂液携带低密度支撑剂铺置缝网远端,后期用大排量、低黏度尾追中—高密度支撑剂铺置裂缝近端;裂缝夹角对低密度支撑剂铺置运移影响较小,采用低密度支撑剂可以减缓沉降,有效避免裂缝相交处发生砂堵.     

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文章首次基于Ansys有限元分析软件对水力割缝技术开采低渗透煤储层煤层气进行了数值模拟的计算研究，指出地应力是煤层气运移的重要影响因素，给出了煤层气赋存和运移特征及地应力对煤层气运移的作用机理，建立了煤层气开采水力割缝平面应变有限元模型，得到了钻井前后、水力割缝前后近井地带的地应力场变化规律及其影响范围。钻井后近井地带应力平均降低60％，但井口周边产生了应力集中区，应力场以井孔为中心向井身周边呈辐射状向外递减，应力降影响范围为300~450 mm。水力割缝后井周区域应力场变化显著，近井地带应力平均降低84.5％，且沿两侧割缝末端连线方向应力降影响最为明显，影响范围以此向外辐射达3000 mm，为钻井孔径的20倍，同时在割缝末端产生了应力集中区，并向背离割缝方向扩散，使得沿割缝方向产生大量裂缝，从而打通割理和裂隙，缩短渗透路径，继而提高煤层气产量。数值模拟结果表明，水力割缝技术可达到使近井地带充分卸压的目的。在现场实践中，此方法对利用定量化指标评估水力割缝效果具有十分重要的指导意义。     

四川盆地东南缘页岩气富集模式——以丁山地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩为例

在川东南丁山地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气基本地质条件认识的基础上,利用钻井、测井、压裂测试、分析化验及构造解释等资料,通过天然气在页岩气系统内的赋存形式、运移方式及运移强度的分析,探讨了适用于研究区的页岩气富集模式。页岩气系统中高角度裂缝延伸距离短,页岩储层顺层滑脱缝、页理缝等顺层缝延伸较远,顺层方向渗透率远大于垂直层面方向,这些特征共同决定了天然气在页岩气系统中是以横向运移为主导、垂向—横向联合运移的方式运移。齐岳山断裂带、页岩储层埋深和距齐岳山断裂带的距离是丁山地区五峰组—龙马溪组页岩气富集成藏关键因素。齐岳山断裂带为控盆断裂带,断裂及伴生裂缝发育,为页岩气逸散区;东南部浅埋区页岩气系统中高角度缝较发育,顺层缝开启,游离气占比低于60%,表现为正常压力系统,是页岩气半滞留区;西北部中深埋藏区页岩气系统中高角度缝相对不发育,顺层缝闭合,垂向—横向联合运移受阻,大部分页岩气滞留在页岩储层中,游离气占比超过60%,表现为高压—超高压压力系统,是页岩气滞留富集区。      

油气运移研究现状及主要进展

20世纪80年代以前,油气运移的研究主要集中在定性实验、机理认识和有机地球化学中油-源对比方面。之后,油气运移的研究呈多样化发展,主要包括:1)小尺度模型物理模拟-大尺度箱状模型-仿真模拟;2)油气运移流体动力学模拟-油气优势运移数值模拟;3)运移机理研究-系统论研究;4)油气运移流体示踪技术地球化学研究;5)网格模型-逾渗模型研究和应用;6)封存箱-幕式成藏理论与认识。未来油气运移学术领域的主要研究方向包括油气在输导层中运移的优势通道、逾渗模型在盆地尺度的发展和应用、断层启闭性评价方法、油气包裹体及自生矿物标志特征和采用动态、定量的动力学方法研究古流体运移问题的三场耦合。     

改进的三维酸液流动反应模型及酸压方案优化设计

考虑酸液沿缝长、缝高方向的运移以及酸液在裂缝宽度、高度方向的对流扩散．建立了酸液三维流动反应数值计算模型．给出了模型的求解方法；利用开发的多级酸压模拟设计软件．对塔河油田4口井的酸压方案进行了优化设计．优化的主要参数为酸压施工中容易控制且与酸压效果及施工成本密切相关的参数，如施工排量、酸液用量、前置液量等；与实际施工对比说明了设计方法的可靠，设计思路对于指导油田的酸压方案优化设计具有一定的实用意义。     

石油二次运移优势路径影响因素及形成动力学条件

利用物理模拟实验和基于逾渗理论的油气运聚模拟方法对石油二次运移优势路径形成影响因素进行模拟并探讨优势路径形成的动力学条件。研究表明,优势路径具有油运移前缘只沿一个或少数几个方向向上指进运移、运移路径窄及通过该路径油运移量较大的基本特征;模型颗粒表面亲水性越好、模型颗粒粒度越大、油水密度差越大、界面张力越小、孔喉直径越大、运移动力越小,油越易出现优势运移路径。系统的浮力与黏滞力竞争及毛细管力与黏滞力竞争中前者均处于优势是运移优势路径形成的动力学条件,且竞争优势越明显,油运移越易形成优势运移路径。该研究成果有助于了解和认识油气二次运移规律并为盆地尺度的油气运移模拟提供基础理论依据。图7参24     

碳酸盐岩油藏酸压模型研究及应用

现有的酸压设计存在以下问题:压裂液滤失多采用针对均质储层的经典滤失理论,酸液的滤失没有考虑酸蚀蚓孔的影响,酸岩反应模拟中未考虑裂缝高度方向酸液的传质。针对这一问题,在有关酸压模型最新研究成果的基础上,对碳酸盐岩油藏多级酸压设计计算的核心模型作了较为深入的研究,建立了碳酸盐岩油藏多级酸压时压裂液滤失计算模型,给出了模型的解析解;基于碳酸盐岩油藏酸压中酸液的流动反应特性,建立了酸蚀蚓孔的增长模型、酸液在蚓孔内流动反应模型和滤失的酸液在地层中流动模型,提出了便于现场应用的碳酸盐岩油藏酸液滤失计算方法;推导了考虑酸液沿缝长、缝高方向的运移以及酸液在裂缝宽度方向对流扩散的三维流动反应数值计算模型,为碳酸盐岩油藏的酸压设计提供基础理论依据。     

支撑剂在交叉裂缝中运移规律的数值模拟

支撑剂运移是水力压裂体系中一个重要的流体-颗粒两相流问题.如何改善支撑剂在缝网中的铺置情况,是压裂改造后提高储层有效传导率的关键.针对这一问题,结合计算流体力学-离散元(CFD-DEM)方法,文中对支撑剂在交叉裂缝中的运移规律进行了数值模拟研究,主要分析了在不同裂缝交角和携砂液黏度条件下支撑剂的运移规律.结果表明:随着裂缝交角增大,支撑剂进入支缝的比例不断下降;提高携砂液黏度,能够改善支撑剂在支缝中的运移情况;在特殊条件下,支撑剂在狭窄支缝中可能出现空间非均匀性的聚团效应.利用CFD-DEM方法能够准确刻画颗粒与颗粒/壁面及流体与颗粒之间的相互作用.     

核磁共振成像技术在油气运移路径观察与分析中的应用

利用核磁共振成像技术观察圆管填玻璃珠物理模型内油的运移过程,对成像处理方法进行改进后,可以定量地观察和分析运移路径的形态特征及其内部的油饱和度.实验结果表明,被油占据的运移路径在整个通道内的比例取决于路径的形态,而路径内的油饱和度并非100%.在实验模型的尺度上,运移路径上的油饱和度在运移过程中可达80%以上;在运移结束后,因运移路径收缩、分离,油饱和度只占20%～0%,甚至更低.     

支撑剂在三维裂缝中的运移分布计算

综合应用流体力学、渗流力学、输砂力学和流体热力学等理论,分析支撑剂在三维裂缝中的运移分布规律,建立了一会考虑缝高变化时支撑剂运移分布的数值计算模型,并利用该模型进行了实例计算。该模型和方法能满足三维压裂设计的工程计算需要。     

准噶尔盆地车排子地区轻质油运移方向研究

准噶尔盆地车排子地区在新近系沙湾组分布有轻质油油藏,前人研究认为轻质油主要来源于侏罗系八道湾组烃源岩。根据车排子地区轻质油的物性、含氮化合物及生物标志化合物等参数变化特征来综合分析该区油气的运移,指出研究区轻质油具有从西南向东北运移的趋势,轻质油应该主要来源于四棵树凹陷东南部的侏罗系烃源岩,并探讨了油气成藏模式,对该区油气勘探部署具有一定的指导意义。     

柴达木盆地英西地区E32裂缝成因与油气地质意义

近年来,柴达木盆地英西地区下干柴沟组上段（E₃²）低孔超低渗油气藏勘探连续取得突破,勘探证实区内裂缝系统与油气富集高产存在联系,因此明确其裂缝成因机制,具有重要的油气地质意义。以岩石学特征、物性、自源超压与裂缝的匹配关系为基础,结合不同成因机制的裂缝与油气产能的关系,同时综合构造、盐岩以及岩石物理实验,提出英西地区异常高压油气藏的预测方法。研究结果表明：①多期复杂构造运动形成了大量构造缝,但多被硬石膏充填;②下部相对优质的烃源岩在生-排烃过程中产生异常高压而破裂,并在上部稳定岩盐盖层作用下得以保存,形成大量对油气运移起输导作用的有效缝;③基于有效缝成因机制与模式,可通过地震属性、岩盐厚度以及异常高压分布,结合古地貌特征,准确预测英西地区油气高产富集区的分布。该研究成果对于区内致密碳酸盐岩油气勘探具有指导意义。     

页岩油藏多重孔隙介质耦合流动数值模拟

页岩孔隙类型多样，微纳米尺度孔隙发育，借助分段压裂水平井技术能够实商业化开采。原油分子与孔隙壁面作用较甲烷分子更加复杂，目前页岩油在无机和有机纳米孔中的运移机制尚不清楚。准确模拟页岩油微观运移机制和多重孔隙介质间耦合流动对页岩油藏产能评价和生产预测具有重要意义。结合润湿特性，考虑液体吸附、速度滑移及物性变化等机制，引入复杂结构参数（迂曲度、孔隙度和有机孔含量），建立了微纳米多孔介质液体表观渗透率模型，研究了不同运移机制对微纳米多孔介质表观渗透率影响。在此基础上，建立了基质-天然裂缝-人工裂缝耦合的页岩油藏分段压裂水平井数学模型，利用有限元方法求解，进行产能影响因素分析。结果表明，孔隙半径小于10 nm时，微纳米孔隙速度滑移影响明显，而孔隙半径大于100 nm时，微观运移机制作用可以忽略；有机孔隙含量越小、裂缝条数越多则分段压裂水平井产能越大；最优的缝网模式为缝网无间距且不重叠。本研究的重点是丰富微纳米孔隙内油气运移理论，为页岩油藏开发模拟研究提供理论方法。     

高黏度牛顿流体中砂粒运动实验研究

为了解决疏松砂岩稠油油藏开采过程中的砂粒运移问题,基于固液两相流理论及实验流体力学理论,利用研制的高黏度流体颗粒自由沉降实验装置,分别开展了高黏度牛顿流体中球形颗粒的自由沉降实验、砂粒的自由沉降实验和不同含砂体积分数下混合黏度变化规律实验,根据实验结果,建立了不同粒径范围的阻力系数模型以及混合黏度模型。研究表明,高黏油混合黏度存在相应的临界值,在实验条件下,含砂体积分数为0.1%时,混合黏度达到最低,不利于携砂。结合上述模型和实验结果,建立了高黏度牛顿流体中的砂粒运动模型,揭示了高黏介质中颗粒的特定运移规律,为今后稠油携砂流动规律理论研究奠定了基础。      

大庆高台子油层闭合酸化技术

闭合酸化技术是碳酸盐岩酸化压裂后,对人工裂缝进行再改造的补救性措施,通过解除对裂缝造成的伤害,提高裂缝的导流能力,增大扫油效率,提高油井产量。针对大庆西部高台子复杂岩性地层的特征及水力支撑压裂情况,进行了措施方案分析,扩大了常规闭合酸化技术的应用范围,提出了在水力支撑裂缝中进行酸化解堵的新观点,研究了适应该地层的压裂液配方和酸化解堵剂,现场进行2口井试验,闭合酸化效果较水力压裂效果明显,产量平均增加50%以上     

水饱和煤岩储层甲烷运移动态特征

为了获取低渗煤层两相流动参数,系统分析了水饱和煤层甲烷运移动态特征。通过水饱和煤样气体运移实验明确了两相流体流动行为,获取了气相渗透率、排驱压力和吸附速率等参数。结果表明:水饱和煤岩中甲烷运移需克服毛细管排驱压力,渗透率越小其值越大;基于压差与排驱压力的大小关系,水饱和煤层中甲烷运移可分为毛细管力控制和扩散控制两个阶段;气体存在损失现象,毛细管力控制阶段甲烷滞留于煤岩孔隙,扩散控制阶段甲烷吸附于煤岩表面;水相降低了气体扩散能力,渗透率越高吸附速率越小。研究成果有助于原地条件下低渗水饱和煤层两相流动参数测试方法的改进,有利于水饱和煤层气藏排采制度优化。     

非均相复合驱油体系驱替特征研究

针对聚合物驱后油藏缺乏有效提高采收率接替技术的问题,研发了新型非均相聚合物驱油剂PPG产品。通过长岩芯驱替实验考察了PPG产品的运移能力;利用微观物理模型对比了聚合物驱后油藏条件下二元驱与PPG驱的驱油效果。结果表明,聚合物驱后再用PPG驱波及能力最强,聚合物驱后再用二元驱的洗油效率高。将两种体系叠加,配制PPG与聚合物及表面活性剂形成的非均相复合驱油体系,在聚合物驱后再用非均相复合驱油体系驱可进一步提高采收率达10％以上。     

油气二次运移可视化物理模拟实验技术研究进展

油气二次运移可视化物理模拟实验技术是油气成藏研究的重要手段,在石油地质理论发展中起着重要作用.通过调研国内外大量油气二次运移可视化物理模拟实验研究情况,按照物理模拟设备类别将其划分为一维玻璃管油气运移模拟实验、二维可视油气运移模拟实验、三维油气运移模拟实验等3类.系统梳理了国内外油气二次运移可视化物理模拟实验技术实验条件,总结了国内外这方面研究取得的重要进展.     

火成岩储层物性参数模型及油层判识——以准噶尔盆地车排子凸起石炭系为例

准噶尔盆地车排子凸起石炭系发育火成岩油藏,但其储层岩性和物性特征十分复杂。运用岩性鉴定、岩心实测、成像测井、常规测井和试油测试等资料,总结出该区石炭系火成岩孔隙-裂缝储集空间组合特点与规律,即总孔隙度为基质孔隙度和裂缝孔隙度之和,总渗透率为基质渗透率和裂缝渗透率之和,对于裂缝不发育的储层总渗透率近似为基质渗透率。以岩心实测为约束,运用三孔隙度曲线多元回归和FMI成像测井识别有效裂缝等方法,分别建立了基质、裂缝和总体的储层参数测井解释模型。与实测储层物性对比验证,模型合理,为车排子凸起火成岩储层物性评价提供新手段,对其它地区火成岩油藏储层评价提供了借鉴。以储层参数测井解释模型为基础,结合多项钻井、录井和试油资料,建立了车排子地区石炭系火成岩油藏油层判识标准。     

页岩油储层层理缝渗吸机制和渗吸模式

页岩油主要采用水平井分段压裂形成纵向缝(构造缝)的开发理念,并未考虑开启层理缝的渗吸作用。为进一步研究层理缝对页岩油开发的作用,以新疆吉木萨尔地区页岩油为例,通过岩心渗吸模拟实验、铸体薄片观察、CT扫描等方法,分析层理缝、构造缝渗吸效率。结果表明:构造缝模型渗吸深度为1.5 cm,层理缝模型渗吸深度可达1.0 cm,层理缝在表层渗吸效率较高;在开启构造缝的基础上开启同样面积的层理缝,渗吸效率可提高4.3%左右;根据渗吸物理模拟实验,建立起构造缝与层理缝不同的油水渗吸转换模式,表明在构造缝渗吸的基础上,利用层理缝的渗吸作用,可大大提高页岩油的开发效率。该研究为页岩油藏优化压裂方式、提高页岩油采收率提供了理论依据。