断层对地应力场影响的有限元研究

断层应力场研究是油气田开发等工程领域的难题之一.应用有限元方法研究了断层对地应力场的影响规律,考虑的因素包括断层两侧围岩的力学性质(弹性模量、泊松比等)、断层介质的力学性质、断层的几何形态及边界条件.研究表明,这些因素对断层附近的地应力场分布有不同程度的影响,其改变均能使地应力大小和方向发生变化,研究结果为油田断层发育区地应力的研究提供了参考依据.     

基于FEPG的多场耦合渗流数值模拟方法

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。在Biot理论的基础上,建立了泥页岩孔隙内流体流-固-化耦合作用下的渗流计算模型;介绍了多场耦合作用下泥页岩孔隙内流体渗流的实验室模拟方法,给出了实验结果;在建立渗流计算模型的基础上,探索了利用FEPG方法对泥页岩孔隙内多场耦合作用下的渗流规律进行有限元数值模拟的方法;通过实验模拟和数值模拟两种手段对模型进行了验证。通过数值模拟结果与实验结果的对比可知,数值模拟的准确性非常好,从而验证了模型的正确性。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,参数易获取,且具有一定的工程实用价值。     

裂缝扩展注水技术中的裂缝扩展规律研究

低渗透油藏开发主要面临注水困难的问题,而裂缝扩展注水技术是提高低渗透油藏注水能力的有效技术。基于微可压缩流体假设和Griffith理论,分析了裂缝扩展注水机理,建立了裂缝扩展注水的扩展周期模型和裂缝半缝长扩展增量模型,讨论了注水量、滤失系数等参数对裂缝扩展规律的影响。结果表明:在裂缝扩展过程中,缝内压力呈不规则的周期性变化,随着注水量的增加,压力上升的速度越来越快;注水量越高,裂缝越容易扩展;随着注水时间增加,初始滤失系数越小裂缝越容易扩展;滤失系数减小越快,裂缝扩展越快,半缝长增量越小。      

双壁钻具导正块处压力模型

气体反循环钻井技术是欠平衡钻井技术的重要分支,以压缩气体为主的钻井循环流体沿双壁钻具环状间隙到达井底。在双壁钻具的内外管之间有同轴定位装置导正块,导正块的存在使该处流场更加复杂。针对双壁钻具内外管间导正块处压力参数开展研究,基于流体力学通过数学推导,建立导正块处压力模型。结合实际工程算例,编程计算,对模型进行求解,得出由于导正块存在而导致的总压力损失值,为进一步探索整个循环系统压力模型提供了有力依据。     

高温酸化胶凝剂YJN-1的研究

阴离子单体AMPS、阳离子单体H-DMDAAC及AM在水溶液中进行氧化还原体系引发的共聚合，得到液体产物，即高温酸液胶凝荆YJN-1。将共聚产物用乙醇多次沉淀，得到了粉末状三元共聚物，用红外光谱确认了共聚物结构。在搅拌下（1701／s），YJN-1在20％盐酸中的溶解时间为20-25分钟。20％盐酸的黏度随YJN-1加量的增大而增大。YJN-1加量1％的20％盐酸，30℃时黏度（1701／s）为87．2mPa·S，150℃时降至37．5mPa·s，在30℃、1701／s剪切120分钟后黏度仅下降7．8％，在90℃、面容比1：4条件下与石灰石反应40分钟后，乏酸中盐酸质量分数为儿．9％，高于国内常用CT1-9胶凝酸（5．3％），反应60分钟后乏酸质量分数在6％左右。YJN-1与各种酸液添加荆配伍。讨论了YJN-1在盐酸中的增黏、耐温、缓速机理。图6参6。     

脱砂压裂井出砂预测研究

建立了脱砂压裂井井眼围岩压实带分析模型,利用塑性应变准则对压裂前、后油井出砂进行了有限元模拟,定量分析了压实带各参数对油井出砂临界生产压差的影响规律.研究表明:压实带的弹性模量及内聚力是影响井眼围岩应变的重要参数,弹性模量及内聚力的增加均可在一定程度上降低井眼围岩的等效塑性应变,提高油井临界生产压差;泊松比变化对围岩应变的影响可近似忽略不计;压实带内各参数的综合作用可显著改善井眼围岩的稳定性,明显提高油井出砂临界生产压差.     

基于CFD的排屑管路弯头局部冲蚀磨损研究

排屑管路弯头磨损失效是气体钻井中的常见问题,严重影响钻进效率。为深入研究弯头磨损机理,采用计算流体动力学CFD软件对弯头内气固两相流场进行了数值模拟研究。研究结果表明,高速气流携带岩屑经过弯头时,受惯性力作用,岩屑颗粒在外壁面一侧汇聚,造成管壁冲蚀磨损,磨损区域位于弯头30°~60°转角位置,弯管磨损速率的最大值远高于其平均值,说明弯管局部刺漏要远早于弯管的整体磨损失效。根据弯头磨损分布特点,对排屑管路弯头进行结构改进,在壁面主要磨损位置设置挡板。现场试验结果表明,连续钻进80 m,弯管没有刺漏,钻进效果显著提高。     

水力压裂动态造缝的有限元模拟

基于多孔介质流固耦合理论,建立了水力压裂动态造缝有限元模型,对不同裂缝形态的动态造缝进行了有限元模拟。研究结果表明:动态造缝会在井眼周围形成类似于椭圆形分布的致密带。对于楔形缝及椭圆缝来说,随着靠近裂缝尖端造缝宽度的增加,造缝影响区域有所扩大,但总体分布仍类似于椭圆形。在井眼周围5m以内区域,渗透率受动态造缝影响明显,且距井眼越近,渗透率变化越剧烈;在近井致密带内渗流速度明显降低,且造缝长度越小动态造缝对压裂井产能的影响相对越明显。动态造缝形成的致密带是降低压裂井产能的一个重要因素。     

考虑尖端塑性的垂直裂缝延伸计算

基于断裂力学、弹塑性力学,对水力压裂裂缝延伸过程中的尖端塑性区进行了研究,给出了裂缝尖端塑性区的定量表达式,推导了缝尖塑性区影响下的缝高扩展方程,建立了考虑缝尖塑性屈服的裂缝三维延伸数学模型,模拟分析了缝尖塑性屈服对水力裂缝扩展的影响.研究表明,在缝尖塑性屈服影响下,缝长延伸略有增加,缝高延伸得到比较明显的遏制;缝尖塑性屈服导致裂缝扩展所需作业压力增加,作业压力增加的同时会导致缝宽方向扩展的增加,越靠近裂缝端部,缝尖塑性屈服对作业压力及缝宽扩展的影响越明显.     

多因素耦合钻井液密度窗口随钻监测技术研究与应用

随钻监测钻井液密度窗口对钻井现场施工来说具有极其重要的意义。通过测量岩屑的声波时差和渗透率及膜效率等参数,利用岩石的声学性质与力学参数的关系得到地层岩石的力学参数,结合地应力参数,得到井壁周围岩石的应力分布,计算出地层的坍塌压力和破裂压力。在建立流-固-化耦合作用下泥页岩井壁稳定分析模型的基础上,开发出了流-固-化耦合作用下泥页岩地层钻井液密度窗口随钻监测软件LSC-Mud weight monitor,并对涠洲油田涠二段泥页岩进行了钻井液密度窗口的监测,与未利用该软件前相比,钻井速度得到大幅提高。