围压对峰后岩石非Darcy流渗透特性影响的试验研究

研究围压对峰后岩石非Darcy流渗透特性的影响对峰后岩石非Darcy渗流系统的失稳具有十分重要的意义.本文基于岩石渗透试验装置与MTS815.02岩石力学伺服试验系统,研究给出了峰后砂泥岩、灰岩、砂岩在不同围压下的非Darcy流渗透特性.以上试验研究表明,峰后岩石非Darcy流渗透率随着围压的增大而下降,其关系可近似用指数函数拟合;而峰后岩石非Darcy流β因子的绝对值随围压的增大呈增大趋势,其关系可近似用对数函数拟合.     

岩样非Darcy流的渗流特性试验研究

通过对岩样渗透试验数据回归得到岩样的渗透特性（非Darcy汉因子β，非线性指数n，渗透系数K）与轴向应变的关系，并将多块岩样渗透特性的回归值进行统计，得到岩石的渗透特性。     

低渗透岩石的单相水非Darcy流

为研究低渗透岩石的非 Darcy渗流现象 ,采用FDES- 6 4 1三轴驱替评价系统进行了稳定渗流实验 ,测定了盐水和蒸馏水在低渗透砂岩和砾岩岩样中的渗流特性。岩样抽真空后水平放置于岩样夹持器中 ,通过多级驱替泵控制密闭岩样中水的渗流速度 ,所产生的压力差由压力传感器测定。结论为 :1)在空气渗透率非常低并且孔隙度非常小的砾岩中 ,明显存在着非 Darcy渗流现象 ,但由渗流曲线后退趋势所得出的启动压力梯度非常小 ,以致于在生产应用中可以忽略 ;2 )低渗透介质中的微粒运移是低速非 Darcy渗流现象存在的主要原因 ;3)岩石的非均匀性降低了岩石的渗透率。     

利用瞬态法提取岩样非Darcy流渗透特性

建立了一种测定岩样非Darcy流渗透特性试验系统的动力学模型.基于岩样两端孔隙压差的时间序列,利用差分计算或曲线拟合得到渗流速度及其变化率的时间序列.通过线性回归,得到岩样的Forchheimer非Darcy流渗透特性,即渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数.试验结果表明,无论岩样处于峰前还是峰后应力状态,岩样中的渗流都不服从Darcy定律;当非Darcy流β因子为正时,非Darcy流的渗透率κ小于Darcy流的渗透率κD;渗透率(κ和κD)、非Darcy流β因子和加速度系数可近似表示为应变的幂指数函数;三种渗透特性中的每两种整体上存在幂指数关系;在加载的初始阶段,由于孔隙和微裂隙的压缩和闭合,渗透率随应变减小,而非Darcy流β因子和加速度系数随应变增大;随后,由于裂隙的扩展,岩样的渗透率迅速增大,而非Darcy流β因子和加速度系数迅速减小,并在峰值应力附近达各自的极值;由于围压的作用,峰后应力状态下岩样的渗透特性随应变的变化缓慢.图3,参18.     

高瓦斯矿煤样非Darcy流的MTS渗透性试验

为了获得某高瓦斯矿煤岩非Darcy流渗透特性,从该矿采集煤样,制作成标准煤样.利用MTS815-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验,计算出了在4MPa围压,15MPa/m孔压时,煤样在不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出了发生渗流失稳所需的压力梯度.研究表明:该煤样具有较强的脆性,在应变保持过程中表现出较大的松弛性能;在全应力应变过程中,该煤样的峰值应力前渗透率比较低,峰值应力后渗透率增大幅度很大;在应变增大过程中,煤样非Darcy流β因子几乎均为负值;煤样的渗流稳定性指数χ的负值只出现在峰值应力后.其渗流失稳灾害表现为瓦斯从煤岩体裂隙涌出甚至发生瓦斯喷出.图5,表1,参8.     

低渗透岩石非饱和非Darcy渗流机理

为了探讨低渗透岩石非饱和非D arcy的机理,以毛管模型为基础,通过对流体非饱和系列流动状况的运动分析,相应推导得出流体非饱和渗流的毛管模型,从理论上论证在微小尺度孔隙中流体自身的力学特性,以及与固体、气体的相互作用,指出毛管压力与边界层的存在,是导致流体非D arcy渗流现象的一个主要原因。研究这些因素对渗流运动的影响机制,是探索低渗透岩石非D arcy渗流机理的一个重要方向。     

多种矿物成分破碎岩石渗透试验

采用稳态渗透法对破碎砂岩、破碎泥岩和破碎煤矸石进行渗透试验,分析粒径、有效应力和孔隙度对破碎岩石渗透性参量(渗透率、非Darcy流β因子)的影响.试验岩样粒径为0~2.5 mm、2.5~5 mm、5~10mm、10~13 mm和0~13 mm,通过轴向位移分别为4 mm、8 mm、10 mm、12 mm和14 mm控制孔隙度.试验结果表明:渗透液压越大,有效应力越大,渗透越快,流量越大;破碎岩样的有效应力与渗流速度可用线性关系拟合,并给出了有效应力直接估计渗透率的公式;破碎岩样随孔隙度增加,其渗透率增加,非Darcy流β因子减少,孔隙度大于0.4左右时,渗透率增加幅度变大,而当孔隙度小于0.35左右时,非Darcy流β因子变化较大;相同粒径的不同岩样,随孔隙度的增加,不同岩性岩样的渗透率变化程度和变化趋势不同,且孔隙度对不同岩性岩样的渗透率影响程度不同.     

坝基破碎带岩体渗透特性试验研究

破碎带岩体在坝基分布范围广,厚度巨大,形态复杂,力学性质差,是重力坝抗滑稳定最不利的因素之一.为研究破碎带岩体的渗透特性,为坝基防渗设计提供依据,分析了岩体的微观结构,研究了高压压水条件下破碎带岩体的渗透性能.研究结果表明,破碎带岩体结构松散,晶体结构以粘土矿物为主,具有很强的亲水性;破碎带岩体经过不同程度的溶蚀,导致结构松散;破碎带为强透水性岩体;试验得到岩体的极限水力坡降为40,临界坡降为20左右.综合分析表明,破碎带岩体具有较高的透水性,是坝基防渗处理的重点.     

某突出矿煤岩非Darcy流渗流稳定性实验研究

为了获得煤岩非Darcy流渗透特性,利用MTS-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制对煤与瓦斯突出矿煤样进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验。计算出煤样破坏过程中不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出发生渗流失稳所需的压力梯度。研究表明:该突出矿煤样的渗流稳定性指数χ的负值较多出现在峰值应力后并且其发生渗流失稳所需的压力梯度较大。     

混合破碎岩样渗透特性试验研究

为研究混合破碎岩体内流体渗透规律,利用一套由液压泵、渗透仪以及DDL 600电子万能试验机等构成的破碎岩样渗透试验系统进行了混合破碎岩样渗透特性测定,分析了混合破碎岩样与单种破碎岩样渗透特性的差异.研究表明:混合破碎岩样较单种破碎岩样的非Darcy流特性更显著;随着孔隙度的增加,单种岩样较混合岩样渗透率的变化幅度大,且相同粒径不同岩性岩样的渗透率变化程度和变化趋势呈现较大差异;随着孔隙度的增加,混合岩样的非Darcy流β因子显现减小趋势,且混合岩样较其单种岩样非Darcy流β因子的大小因粒径不同而不同.     

低速非达西渗流储层产能评价

在低渗透油藏低速非达西渗流模型的基础上，应用具有启动压力影响的不稳定产能评价方法，实现了将地层参数代入相关方程计算产量随时间的变化规律及不稳定IPR曲线，对于工业油层预测了生产时间为180天时油井的极限产量(流压为0．101MPa时的产量)，对这类井的开发投产具有重要的指导意义。     

考虑流动边界影响的气井非达西效应评价

基于高产气井向井流的流动规律，从描述非达西流动的Forchheimer二次方程出发，建立了考虑非达西流动边界影响的产能方程，给出了相应的非达西流动系数与表皮系数的计算方法，从而完善了由稳定试井评价气井非达西流动效应的方法。流动边界对非达西流动系数影响的分析结果表明，当非达西流动半径与井筒半径可比时，忽略该流动边界影响，非达西流动系数明显偏大，会导致高估非达西流动效应。实例计算结果证实了非达西流动边界对非达西流动效应评价有显著影响。     

一种判别低渗非达西渗流的新方法

流体的渗流呈现何种特征严重影响并制约着油田的开发.然而,对低渗储层中流体渗流形态的判别至今尚无权威的判别标准.因此,研究并提出判别低渗非达西渗流的方法或准则对指导低渗透油田的开发十分重要.以低渗透油田的开发实践为背景,在大量实验研究的基础上,结合多年的研究成果,提出了一种判别低渗非达西渗流的新方法——有效驱替准则.研究表明,当该准则数大于26时,渗流呈现出非达西渗流特征;当其小于23时,渗流呈现出达西渗流特征.     

高温下岩石非达西渗流模型

高温下岩石内部结构易发生破坏,渗流规律不再遵循达西定律。针对这一情况,从变形介质渗流理论入手,建立高温下岩石非线性渗流数学模型。该模型考虑了热压力梯度的作用,可为高温下的多场耦和问题研究提供理论基础。     

真实气体高速非达西流的单井数值模拟

在考虑天然气高速非达西渗流特征和真实气体PVT参数随压力变化基础上,建立了平面径向流下单井高速非达西不稳定渗流数学模型,模型中气体渗流符合Forchheimer二项式方程,并引入了天然气PVT参数的计算和拟压力的计算,采用数值差分方法对模型进行求解,并编制了计算软件。计算了非达西渗流以及真实气体PVT参数随压力变化对产能的影响,为气藏产能计算和动态分析提供依据。     

非达西渗流时一维固结方程的两种数值解法

Terzaghi一维固结理论对低渗饱和地基沉降的预测值与实际值之间存在较大误差,原因之一在于其假定地基的渗流符合Darcy定律.在采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程和承认Terzaghi一维固结理论其他假定的基础上,重新推导了饱和粘土一维固结方程,并分别给出了有限差分法和有限体积法的离散格式.对单面排水情况下渗流前锋和固结度的计算结果证明了两种数值方法的适用性,而有限体积法具有更好的收敛性.     

利用Sigmoid函数表征超低渗透储层的非达西渗流特征

达西渗流产水率模型已难以准确描述超低渗透储层的产液性能,为了准确表征超低渗透储层的产液能力,必须基于非达西渗流特征建立高精度产水率模型.神经元非线性函数Sigmoid的突变性质能较好地描述非达西渗流特征,并可以通过改变系数来控制其突变时间和幅度,因此,引入该函数来构建超低渗透储层的产水率模型.在超低渗透储层,压裂改造措施破坏了油藏状态下含水饱和度与产水率之间的关系;计算方法和实验分析所携带的误差造成计算含水饱和度与油藏状态下含水饱和度之间存在数值差异.分类弥补这一差异之后,利用Sigmoid函数建立的产水率模型计算97口井的产水率,与实际压裂试油的产液数据进行对比分析,相关系数为0.900 4,满足研究区实际勘探开发生产需求.     

非达西渗流效应对低渗透气藏直井产能的影响

由于低渗透气藏普遍具有低孔、低渗、高含水特征,导致其气体渗流表现出明显的非达西渗流效应,如应力敏感效应、启动压力梯度及滑脱效应。鉴于此,基于Forchheimer二项式渗流方程,引入新的拟压力函数,推导出综合考虑应力敏感效应、启动压力梯度及气体滑脱效应共同影响下的气藏直井产能模型。并以某低渗透气藏为例,研究这些效应对其产能的影响程度。结果表明:应力敏感效应比启动压力梯度、滑脱效应对直井产能的影响强烈得多;应力敏感使气井产量最大可下降49.46%;启动压力梯度使气井产量平均可下降3.09%;气体滑脱效应使气井产量平均可增加2.58%。