酸液三维流动反应数值计算模型研究

酸浓度分析计算是酸压模拟设计的重要内容,传统的酸岩反应模型都是基于酸液的一维流动,认为酸液在裂缝中段塞式地推进,忽略了裂缝高度方向酸液流动及地层重向非均质等因素引起的酸岩纵向反应速度的变化。酸压裂缝的高度延伸过程中必然导致酸液的纵向流动,推导了了考虑酸液压裂缝中纵向流动反应的三维酸岩反应数值模型,该模型能模拟酸液在裂缝流动过程中沿裂缝长度,宽度及高度方向的浓度变化,比传统酸浓度计算模型具有更好的适应性。     

泡沫压裂液在三维缝中流动数值模拟

在分析泡沫压裂液流动特性以及流体重力,地应力梯度、地应力差等因素对裂缝延伸综合影响的基础上,建立了泡沫压裂液在缝中流动的裂缝三维延伸数学模型和泡沫压裂液的温度、压力、流量及泡沫质量分布数学模型,并给出了计算方法。计算表明,所提出的求解方法能较好地模拟泡沫液在缝中的流动,可用于现场泡沫压裂施工设计。     

微量合金元素Zr对Mo合金性能和显微组织的影响

采用粉末冶金方法制备Mo-Zr合金,研究了Zr的添加方式及添加量对Mo的拉伸性能和显微组织的影响.结果表明,添加合金元素Zr大大提高了Mo的力学性能.合金元素Zr以纯Zr形式加入较以ZrH2形式为佳,其添加量在0.1%时,合金性能最高.元素Zr少部分固溶到Mo基体中,大部分与合金中少量氧结合以ZrO2粒子相存在.     

反向共沉淀法制备Y2O3-ZrO2陶瓷粉末

鉴于在ZrO2中加入Y2O3做稳定剂可有效提高ZrO2陶瓷的高温相稳定性,以ZrOCl2.8H2O和YCl3为原料,聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用反向共沉淀法制备出Y2O3-ZrO2陶瓷粉末.利用XRD、SEM、DSC-TG、BET和激光粒度衍射对Y2O3-ZrO2粉末进行性能表征.结果表明:Y2O3-ZrO2粉末在800 ℃煅烧后的平均晶粒尺寸为25.2 nm,采用喷雾干燥得到的粉末球形度好,粒度分布窄;加入适量分散剂能较好地抑制颗粒团聚.     

支撑剂嵌入深度计算模型

压裂施工后,支撑剂嵌入人工裂缝壁面会导致支撑缝宽减小、导流能力降低,严重影响压裂改造效果。为了明确闭合压力、弹性模量等参数对嵌入深度的影响,在弹性力学理论的基础上,建立了考虑缝面变形的支撑剂嵌入深度计算模型。应用该模型进行了实例计算,并对闭合压力、弹性模量、支撑剂粒径等参数进行了敏感性分析。计算结果显示,该模型准确度高、与试验测试结果符合良好,支撑剂嵌入深度随闭合压力的增大而增大,随弹性模量和支撑剂粒径的增大而减小。该研究对于优化压裂设计方案、增加施工成功率和准确评价压裂改造效果具有重要意义。     

天然裂缝影响下的复杂压裂裂缝网络模拟

水力压裂缝与页岩储层中的天然裂缝沟通后,多因素影响下的起裂与延伸变化规律将决定裂缝网络的几何尺寸及复杂程度。根据断裂力学基础理论,引入裂缝起裂与延伸判定准则来研究裂缝延伸过程中角度变化趋势及延伸压力影响因素。在此基础上建立页岩气压裂复杂裂缝数学模型,分析不同岩石力学参数、地应力分布、裂缝物性参数以及施工参数对裂缝网络形态的影响。求解过程中以等压力梯度值划分裂缝延伸方向上的计算节点,能在迭代拟合流量分布之前显式求解裂缝几何参数,加快求解速度;将起裂与延伸准则作为分支缝扩展依据,能避免常规拟三维裂缝模拟中对缝长延伸的拟合,减少迭代次数。模拟结果表明,优选天然裂缝发育、地应力差较小的储层是形成缝网的充分条件;通过暂堵、转向等方式保持较高的缝内压力有利于分支缝以较大的曲率半径延伸更远的距离,扩大增产作用区域;模拟得到的缝网形态能够与现场微地震测试数据点的存在范围、分布密度实现较好地吻合,佐证了上述模型的准确性。     

页岩储层中水力裂缝穿过天然裂缝的判定准则

为了准确预测页岩储层水力压裂过程中水力裂缝是否会穿过天然裂缝及其穿出方向,基于最大周向应力理论,建立了沿任意方位延伸的水力裂缝穿过天然裂缝的判定准则,给出了水力裂缝穿过天然裂缝时穿出角度的计算方法。将该准则与实验结果进行对比,吻合度较高。现有的判定准则只能判断沿水平最大主应力方向延伸的水力裂缝能否穿过天然裂缝,新的判定准则在现有准则的基础上对其拓展,使之更加适用于页岩储层。研究结果表明：在高水平主应力差、高水平主应力比值、高逼近角和高天然裂缝壁面摩擦系数的条件下,水力裂缝更易穿过天然裂缝;水平主应力差是主控因素且有一个临界值,大于该值时,水力裂缝才可能穿过天然裂缝,反之在任何条件下水力裂缝均无法穿过天然裂缝。同时还认识到,在低逼近角、高水平主应力差情况下,水力裂缝也有可能穿过天然裂缝。     

基于REV尺度格子Boltzmann方法的页岩气藏渗流规律

页岩储层一般天然微裂缝发育,基质孔隙结构复杂,使得页岩气渗流过程呈现出多尺度多场耦合的特征。为了研究页岩气藏复杂的渗流规律,重构了天然微裂缝发育的页岩储层多孔介质模型,并围绕页岩气多重运移机制对广义格子Boltzmann模型进行了修正,建立了适用于模拟页岩气渗流特征的表征单元体（REV）尺度格子Boltzmann模型（LB模型）,并基于天然微裂缝物性特征以及气体滑脱、吸附/解吸、表面扩散效应等渗流特征对该模型进行了敏感性参数分析。结果表明：当页岩储层天然微裂缝较发育时,微裂缝为气体在基质中流动的主要通道;其中裂缝密度是影响储层表观渗透率的主要参数,裂缝密度增大3～4倍,储层表观渗透率可增大10倍以上,而裂缝长度以及裂缝开度的影响程度均次之;努森数（Kn）是影响页岩气渗流的主要参数,随着Kn增大,克氏效应愈显著,特别当Kn > 0.1时,多孔介质表观渗透率增幅显著增大;页岩储层多孔介质表观渗透率会随着吸附气量的增大而减小,特别是当储层压力较低时,该现象更为显著;气体表面扩散效应对页岩气渗流过程的影响程度大,同等条件下考虑气体表面扩散效应的储层表观渗透率较忽略该效应可提升2～5倍,但提升作用受制于储层吸附气量的多少。该研究成果为页岩气微观渗流理论研究提供了新思路,为页岩气藏高效勘探开发提供了技术支撑。     

页岩气老井重复压裂时机优化方法

基于多孔介质弹性理论、嵌入式离散裂缝模型及有限体积法,考虑页岩气微观渗流机制,建立适用于裂缝性页岩气储集层的渗流-地质力学全耦合模型,并提出了重复压裂时机优化方法,采用四川盆地涪陵页岩气井资料分析了重复压裂时机的影响因素。研究表明：受地层压力衰竭影响,最大水平主应力反转面积占总面积的百分比随时间的延长先增加后减小,且距人工裂缝越近的区域,应力反转面积百分比曲线出现峰值的时间越短,最终归零（恢复到初始状态）的时间也越短。重复压裂的最佳时间受基质渗透率、初始应力差、天然裂缝逼近角的影响：基质渗透率、初始应力差越大,应力反转面积百分比曲线出现峰值、恢复到初始状态的时间越短,采取重复压裂措施的时机越早。天然裂缝逼近角越大,裂缝附近越难发生应力反转、重复压裂最佳时间越早,人工裂缝末端以远区域越易发生应力反转、重复压裂最佳时间越晚。对于基质渗透率很小的储集层,其单井产能递减快,为保证经济性,可采取关井或注气补能等措施恢复应力,提前实施重复压裂。     

基于全直径岩心的页岩层理缝流体流动非均衡性实验

采用全直径页岩岩心，保留原始天然层理缝，基于自主设计的全直径岩心实验装置，在不同闭合压力、注入流量下对层理缝在4个径向方位的流动能力非均衡性进行评价。研究表明，层理面的表面分布形态影响层理缝导流能力，在不同闭合压力、不同注入流量条件下，4个径向方位的流动能力差异明显，裂缝表面粗糙度越大，流动能力随闭合压力的变化幅度越大。对于未支撑层理缝，随着闭合压力增加，存在4个径向方位上流动能力均差百分比逐渐增大的现象，在埋深较大的岩样中特征更为明显，表明随着闭合压力增加，层理缝内流动非均衡性存在增大的趋势。铺置支撑剂后，在较低闭合压力下受到裂缝粗糙面自支撑、支撑剂失稳与非均匀铺置综合影响，流动非均衡性在相同闭合压力下大于未铺置支撑剂时，但随着闭合压力增加，支撑剂逐渐压实稳定，流动非均衡性逐渐缓解。