重复压裂转向机制流-固耦合分析

重复压裂已成为油田老井挖潜、稳产增产的重要技术手段,而地应力转向机制与压裂时机选择一直是制约该技术增产效果的关键问题。对ABAQUS有限元软件平台进行了二次开发,考虑储层孔隙度和渗透性随岩石体积应变的动态演化,实现了流体压力变化与岩石物性参数的全面耦合,并分析了重复压裂转向机制。结果表明,地应力转向现象普遍存在,人工裂缝对地应力的影响范围有限,而孔隙压力变化是造成地应力转向的主要因素;随着生产的持续进行,地层压力下降变缓,岩石体积应变变化趋缓,导致渗透率下降趋于平稳,应力转向距离逐渐增大并最终趋稳;应力差越大、应力转向距离越小,越难形成重复压裂转向裂缝。其研究结果实现了流-固耦合作用下地应力转向的可视化描述,直观地模拟结果有利于指导重复压裂的应用实施。     

岩石流-固耦合实验研究

应力与岩石的变形破坏和渗透特性关系密切。实验结果显示,一方面,岩石破坏前后其渗透性达到最大,渗透率变化与岩石性质有关,砂岩的变化服从指数函数关系,泥质砂岩、砂质泥岩或者泥岩服从抛物线型函数关系;另一方面,在大多数情况下,应力变化仅导致岩石微小变形而并未破坏。渗透性随有效应力变化,并且与岩石空隙形状有关,岩石空隙形状包括三重孔隙介质,分别为基质孔隙、裂缝孔隙和管道状孔隙。裂缝性岩心的渗透率和孔隙度损失较孔隙性岩心、毛细管型岩石损失大,渗透率的变化总是大于孔隙度的变化。孔隙岩块的孔隙度和渗透率随有效应力的变化关系符合指数型数学模型,裂缝型岩石宜用幂指数型数学模型描述,毛细管型岩石则用二次抛物线数学模型描述较为恰当。     

非饱和土中的流-固耦合研究

概述了非饱和土变形．渗流相互作用的多相流一固耦合理论的研究进展。重点讨论了在理论研究和实际应用方面所存在的几个主要问题，其中包括理论控制方程组描述、土．水特征曲线、固体骨架的弹塑性本构模型以及各种数值算法等研究。另外，就该理论在降雨入渗滑坡、土体的蒸发固结效应等问题的应用进行了简单的讨论，并指出了目前应用的热点和新的研究领域。研究结果表明，进一步发展非饱和土流．固耦合理论对解决非饱和士力学和环境地质灾害的工程问题有着重要的意义。     

考虑流-固耦合的隧道开挖数值模拟

根据隧道工程施工实际情况和地下水渗流的基本规律,以及弹塑性力学理论,建立了在应力场和渗流场耦合作用下隧道开挖数学模型,借助Comsol模拟了隧道开挖过程中围岩应力场及渗流场的变化规律。研究结果表明：在原岩开挖时,隧道围岩变形及地面沉降大,不利于周围建筑的安全,隧道内积水,施工无法进行;进行灌浆处理后,围岩变形小,地面沉降得到控制,有利于施工及周围建筑的安全。     

充填天然裂缝对页岩受载过程中渗透率变化规律影响机理分析

页岩气开采需要对储层进行大规模人工水力压裂改造,为了研究压裂过程中页岩渗透率变化规律及其机理,文章通过对含充填天然裂缝和不含天然裂缝两块页岩岩样进行流-固耦合物理模拟实验,并结合样品的全岩X-射线衍射分析,获得以下认识:加卸载过程中,应力-应变曲线中应力小平台的出现可以指示样品中微裂缝的形成与闭合,是渗透率变化的内在机制;当岩样达到破裂条件形成显裂缝后,样品发生永久性变形,从而达到渗透率增大的效果;受载过程中,微裂缝易沿着天然裂缝脆弱面发育,并不断积累连通成裂缝网络,是形成两块岩样渗透率变化差异的机理。      

裂缝性低渗透油藏流-固耦合数值模拟

根据低渗裂缝性砂岩油藏的储层特征,建立适合裂缝性砂岩油藏渗流的等效连续介质模型;通过实验得出有效压力改变对储层孔隙度、渗透率影响的规律;考虑低渗透油藏渗流时启动压力梯度和低渗储层的流-固耦合特性,将渗流力学与弹塑性力学相结合,建立起适合低渗透油藏的流-固耦合渗流数学模型,并给出其数值解.在黑油模型和弹塑性有限元程序的基础上,编制了计算低渗透油藏流-固耦合渗流的计算软件.通过数值模拟和不考虑流-固耦合时的计算结果相比,可以看出低渗油藏中流-固耦合效应十分明显.     

水中填筑围堰边坡稳定的流-固耦合分析

详细地介绍了在流-固耦合分析过程中,特征时间和渗透边界条件的给定方法。并将其应用到泰安抽水蓄能电站围堰的流-固耦合分析中,同时,分析了基础开挖过程对围堰和基础边坡稳定性的影响。在开挖过程中,由于给定了透水边界和较合理的特征时间,最终结果表明,围堰和基础内的孔隙水压力明显下降,是由于开挖后透水边界增长,以及计算流体的特征时间增长的缘故。说明了用FLAC进行流-固耦合分析时,考虑特征时间和渗透边界条件是很重要的。     

准噶尔盆地腹部断裂控油的物理模拟实验及其成藏意义

根据准噶尔盆地腹部地区二维和三维地震断裂构造样式解释、深浅层断裂生长指数和活动速率计算及声发射各主要构造运动期最大主应力值测试, 结合盆地区域构造演化与油气成藏等研究成果, 研究了盆地腹部地区断裂系统的形成演化、基本特征及其控油模式, 并转化为实验模型, 模拟了单一相(油相)连续、稳态流体运动条件下, 深、浅两套断裂输导体系中石油的运移和聚集过程.结果表明盆地腹部地区受周缘板块的相互碰撞产生的挤压和走滑构造作用及多期次构造运动的影响, 断裂发育, 纵向上明显存在深、浅层两套不同性质的断裂系统, 深层为基底卷入式压扭性逆冲断裂系统, 浅层为盖层滑脱型张扭性正断层系统, 其分别形成于海西运动中晚期和燕山运动早中期等强烈构造活动时期; 高渗透性断裂带的确是油气快速运移的优势通道, 盆地腹部地区深、浅层断层均是石油向上运移的主要输导体, 断裂带渗透率大小决定着石油运移的方向和路径.在断层带顶部存在盖层封闭的条件下, 石油在断层带中的运移呈不均匀地向上运动, 断层带中含油饱和度自上而下增加, 在向下增加的过程, 石油倾向于在区域性盖层之下储层物性好的砂层中运移, 而且是优先进入断裂上盘渗透率较大的砂层中, 随着断裂带含油饱和度的不断地增加和断裂上盘储层物性好的砂层中进油量不断增多, 进行侧向运移, 最终聚集成藏, 尔后再进入断裂下盘相应的砂层中, 进油量较少; 而物性较差的砂层中很少有石油进入.该实验结果得到了盆地腹部地区断裂两侧储层流体地球化学分析测试数据的佐证, 对深化断裂输导体系下石油运移聚集成藏的理论认识与指导该地区的油气勘探实践均具有重要意义.      

基于SPH-DEM流-固耦合算法的滑坡涌浪模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法和离散单元法(DEM),并基于达西渗透试验原理,提出一种SPH-DEM耦合算法用于处理宏观尺度下离散体与流体之间的相互作用问题,并基于该流-固耦合方法采用FORTRAN语言建立滑坡涌浪数学模型。模拟了块体滑坡问题,并与试验数据进行对比以验证该耦合方法的有效性。模拟分析了离散体滑坡产生涌浪以及涌浪传播的过程,分析比较了数值模拟得到的最大涌浪高度与经验公式结果间的关系。研究表明:采用该耦合方法模拟水下块体滑坡问题得到的结果与试验数据吻合良好;模拟离散体滑坡涌浪问题时,较清晰地反映了滑坡体对水的排挤到涌浪的产生过程、水在滑坡体中的渗透过程和滑坡体与水耦合作用发生变形的过程;不同公式分析方法得到的最大涌浪高度之间均有一定差别,算例中滑坡体受重力作用沿倾斜坡面滑动入水过程更接近于潘家铮法的垂直运动模式,因此,模拟结果与之最为接近。     

流-固耦合模型试验用的新型相似材料研制及应用

为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律,根据地质力学模型试验相似原理,通过大量多组别配比试验,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中,断层相似材料以砂为粗骨料,滑石粉为细骨料,石膏、膨润土作为胶结剂,液态石蜡作为调节剂;围岩相似材料以砂为粗骨料,重晶石粉、滑石粉为细骨料,白水泥及乳胶作为胶结剂。通过大量室内试验,对比分析原岩及相似材料变形特征及强度破坏特性,重点对单轴抗压强度、渗透系数、重度、泊松比、弹性模量等重要变形及水理特性参量进行调控,系统研究不同配比对材料参数的影响规律。试验结果表明：该材料力学参数变化范围广、性能稳定、操作工艺简单,可用来模拟不同渗透系数的低、中等强度岩体材料。将该相似材料应用于吉莲高速公路永莲隧道断层突水、突泥三维地质力学模型试验中,力学性能及水理特性均达到试验要求,能够有效地模拟突水、突泥的发展演变过程,真实反映断层灾变过程中各物理场响应规律。     

桂中坳陷早石炭世泥页岩地球化学特征及近源气成藏模式

目前针对桂中坳陷早石炭世富有机质泥页岩的生烃潜力方面研究很少,严重制约了该区以页岩气为主的非常规油气勘探.本研究对鹿寨县城西石炭系鹿寨组泥页岩系统取样分析,从有机碳含量、岩石热解、有机碳同位素组成、抽提物正构烷烃组成特征及泥岩镜质体反射率多个方面讨论了该套泥页岩的生烃潜力;结合区域构造演化史总结了与下石炭统岩关阶泥页岩密切相关的3种近源气藏赋存模式.研究结果表明:泥页岩的TOC值分布于0.25%~15.67%,其中强制海退前沉积的泥页岩富含有机质,TOC值均大于2%,TOC值与氯仿沥青"A"、生烃潜量及总烃呈弱正相关关系.泥页岩的有机质类型主体为Ⅱ型;泥页岩的R_o值分布于1.72%~2.78%,处于过成熟阶段.泥页岩上下岩性组合特征及桂中坳陷现今所处的构造位置表明,坳陷中部对冲构造区为有利的近源气藏形成区,背冲构造区为较差区;坳陷边缘逆冲推覆构造区为存在岩性圈闭的近源气藏形成区.      

页岩气开采压裂液技术进展

页岩气是一种分布广泛且储量丰富的非常规能源,但由于其储层具有孔隙度小及渗透率低等特性,一直以来页岩气未得到大规模开采。直到近20年,页岩气开采技术才得到飞速发展,这主要得益于水力压裂技术的进步。压裂液是水力压裂的重要组成部分,其性能的优劣直接影响水力压裂施工的成败。通过调研国内外文献,结合国内外压裂液技术的发展历程,分析了页岩气开采中几种常用压裂液的优点、适应性及存在的问题,综述了两类新型的无水压裂技术。结合我国页岩气储层的特殊性及压裂技术发展的现状,提出了适于我国页岩气开采的压裂液技术发展的建议,并特别强调了在页岩气开发初期重视环保的重要性。     

渝东南地区黑色页岩中粘土矿物特征兼论其对储层物性的影响——以彭水县鹿角剖面为例

为探索渝东南地区下志留统龙马溪组黑色页岩中粘土矿物特征及其与储层物性的关系,在综合前人对含油气盆地粘土矿物分析的基础上,以重庆市彭水县鹿角剖面为例,深入分析了鹿角剖面黑色页岩粘土矿物组合与分布特征、粘土矿物的形成机理及其控制因素以及粘土矿物对孔隙度和渗透率的影响。结果表明,一方面根据古盐度的计算,龙马溪组上部古水介质含盐度较低,下部较高,具有上淡下咸的特点;另一方面该套黑色页岩属于晚成岩阶段B期。储层中粘土矿物的类型、数量及其分布特征等对储层孔渗条件具有一定的控制作用。伊利石(含伊/蒙有序混层矿物)含量与孔隙度有弱正相关关系,与渗透率呈负相关关系,原因可能是成岩伊利石不断生长,一方面由于其体积减小使得显微孔隙体积有所增加,但另一方面,由于自生伊利石晶体细小,使得页岩粒间孔隙遭到不同程度的破坏,致使平均孔隙半径变小,渗透率变差。绿泥石含量与孔隙度呈现微弱的正相关关系,而与渗透率呈现较好的正相关关系。这是由于成岩绿泥石主要来源于长石溶解或蚀变形成的高岭石的转化,因此,绿泥石与孔隙度和渗透率的关系可能反映其与页岩中长石矿物的含量有关。     

Borehole Stability Analysis of Horizontal Drilling in Shale Gas Reservoirs

Serious wellbore instability occurs frequently during horizontal drilling in shale gas reservoirs. The conventional forecast model of in situ stresses is not suitable for wellbore stability analysis in laminated shale gas formations because of the inhomogeneous mechanical properties of shale. In this study, a new prediction method is developed to calculate the in situ stresses in shale formations. The pore pressure near the borehole is heterogeneous along both the radial and tangential directions due to the inhomogeneity in the mechanical properties and permeability. Therefore, the stress state around the wellbore will vary with time after the formation is drained. Besides, based on the experimental results, a failure criterion is verified and applied to determine the strength of Silurian shale in the Sichuan Basin, including the long-term strength of gas shale. Based on this work, horizontal well borehole stability is analyzed by the new in situ stress prediction model. Finally, the results show that the collapse pressure will be underestimated if the conventional model is used in shale gas reservoirs improperly. The collapse pressure of a horizontal well is maximum at dip angle of 45°. The critical mud weight should be increased constantly to prevent borehole collapse if the borehole is exposed for some time.     

页岩气的赋存形式研究及其石油地质意义

页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于暗色泥页岩中的天然气,其赋存形式具有多样性,但以游离态和吸附态为主,溶解态仅少量存在。综述了页岩气的赋存形式及其影响因素,包括页岩气成因、页岩的物质组成(有机碳含量、矿物成分、岩石含水量)、岩石结构(孔隙度、渗透率)和温度、压力等。认识影响不同形式页岩气赋存量的地质因素,有助于利用容积法评估页岩气地质储量的水平,因为游离态页岩气的含量取决于页岩的有效孔隙度和含气饱和度,而吸附态页岩气的含量则受页岩的气体吸附能力影响。认为发展页岩孔隙结构表征技术,研究页岩气在粘土矿物表面和纳米孔隙中的吸附行为,可以进一步了解不同地质条件下页岩气的赋存形式,并为页岩气的资源评价提供更为准确的参数,因此它们将是页岩气下一步研究的重点之一。     

汪清油页岩物理力学性质及裂缝起裂压力的研究

本文主要探究了吉林省汪清地区油页岩的物理力学性质及裂缝起裂压力。首先用DNS300型电子万能试验机对油页岩进行了物理力学性质的实验研究,分析并得到了油页岩的各项基本物理力学性质参数的取值范围。其中在垂直层理方向：油页岩的抗压强度范围是21～30 MPa;抗拉强度范围是1.1～3 MPa;弹性模量范围是7.1～9.9 GPa;泊松比范围是0.21～0.27;剪切模量是3.4 GPa。在平行层理方向：抗压强度范围是13～17 MPa;抗拉强度范围是0.3～0.6 MPa;弹性模量范围是1.2～1.6 GPa;泊松比范围是0.31～0.36;剪切模量是0.5 GPa。依据实验结果,选取合适参数,理论计算了汪清油页岩的裂缝起裂压力,并通过真三轴水力压裂装置进行了油页岩水力压裂实验,表明汪清油页岩裂缝起裂压力为5.34 MPa。根据理论计算与实验结果,建议汪清油页岩现场水力压裂实验的起裂压力控制在4～6 MPa。     

基于嵌入离散裂缝的页岩气藏视渗透率模型

页岩储层具有不同类型的储集空间,但综合考虑不同储集空间,对页岩储层渗透率进行评价的模型未见报道.基于嵌入离散裂缝模型,建立的页岩气藏视渗透率模型包括4个步骤:（1）构建天然裂缝、有机质和无机质的空间分布模型;（2）筛选不同类型储集空间的渗透率计算方法;（3）基于嵌入离散裂缝模型,结合空间分布模型和渗透率计算方法,建立数值模拟模型;（4）在模型的入口和出口端施加压差,求得一定压差下通过该岩心的气体流量,采用达西定律得到该页岩气藏的视渗透率.其计算结果与文献报道的渗透率实验值吻合较好.通过对不同因素的探讨,结果表明,天然裂缝对页岩气藏视渗透率的贡献大于无机质和有机质孔隙.因此,计算页岩视渗透率时有必要对天然裂缝、有机质和无机质孔隙进行综合考虑.      

Characterization of Microscopic Pore Structures in Shale Gas Reservoirs of the Southeast Chongqing

<正>Unlike traditional resources,mud shale has the characteristics of low porosity,low permeability,small pore structure,nanoscale pore as the main body.The microscopic pore structures of mud shale can not only influence the occurrence state of shale gas and gas content,but also influence the hydrocarbon expulsion efficiency of source rocks,which makes the study of shale gas reservoir     

涪陵页岩气田深层气井酸处理技术研究

涪陵页岩气田进入二期产建阶段,页岩气井埋深增加,压裂改造难度增大,尤其是在设备限压仅为93 MPa的前提下,深井施工压力高,酸降效果不明显,严重限制了后期各项改造措施的执行。通过分析深层页岩气井酸降效果降低的主要原因,并在此基础上通过室内及现场试验研究了影响酸处理效果的主要因素,试验表明：提高酸处理排量、增加酸液浓度、合理优化酸液用量将有助于提高酸处理效果,为涪陵页岩气田深层页岩气井后续的压裂施工提出了优化建议。     

页岩剪切摩擦与非稳态滑移特性实验

龙一₁亚段页岩是川南页岩气开发的主要目的层,实践表明水平井单井产气量对井轨迹所在小层较为敏感.龙一₁亚段页岩各层脆性矿物组分、弹性模量变化幅度小,采用常规页岩脆性评价方法和模型不能有效评价川南龙一₁亚段各小层页岩的可压性,借鉴地震学地震成核原因研究思路,提出利用稳态-非稳态破坏特征来表征各小层可压性.优化设计一种页岩剪切摩擦、稳态-非稳态特性实验方法,利用川南页岩地面露头进行线切割制样开展相关实验测试,分析研究页岩摩擦系数受层理性构造、矿物组分、法向应力大小的影响,表征量化不同矿物组分下的页岩稳态-非稳态特征,确定了速度弱化向速度强化转换的粘土矿物含量临界值.以川南昭通YS108井区龙一₁亚段页岩储层为例,对各小层可压性进行整体评价,得到:龙一₁1~2层较易开启剪切滑移,且易形成网状裂纹,储层整体可压性好;龙一₁3层较难开启剪切滑移,但裂纹为单一裂纹、网状裂纹过渡状态,储层整体可压性较差;龙一₁4层较易开启剪切滑移,但裂纹则呈现单一状态,储层整体可压性较差.