基于多尺度均匀化理论的页岩强度表征

页岩强度是页岩油气开发所必需的基础技术参数,目前宏观室内实验和测井解释在制样、参数连续解释等方面存在困难。为实现页岩多尺度强度的有效评价,基于最大塑性耗散能原理,并结合微观多孔介质理论建立了页岩微/细观强度均匀化Π函数模型。根据页岩微观力学测试评价了纯黏土矿物的基本力学属性,开展了页岩微/细观力学测试的数值模拟,并通过量纲分析求解页岩微/细观硬度-强度模型。结果表明,微观尺度下的黏土堆积密度对强度参数影响显著,细观尺度下受非黏土夹杂相的影响,硬度和内聚系数的比值与摩擦系数正相关。开展了页岩细观力学实验,根据模型求解结果开展页岩宏观强度预测。以常规实验结果作为约定真值进行归一化比对分析的结果显示,页岩内摩擦角的归一化均值为1.12,内聚力的归一化均值为1.21。页岩强度表征新体系为有效解决页岩油气开发提供了依据。     

页岩在水溶液中膨胀规律的实验研究

采用 Arco页岩和 Tournemire页岩在不同活度的水溶液中进行实验 ,定量分析水溶液活度对页岩膨胀的影响 ,同时还研究了页岩沉积面 (层面 )的方位和水溶液体积对页岩膨胀的影响。实验结果表明 ,水溶液的活度对页岩膨胀程度的影响较大 ,水溶液的体积对页岩膨胀程度的影响很小 ,页岩沉积面方位对页岩膨胀程度影响较大 ,与页岩沉积面其它方位相比 ,沿垂直于沉积面方位的膨胀量最大 ,稳定性最差。     

地层水矿化度对硬脆性泥页岩蠕变规律影响的试验研究

硬脆性泥页岩层理、微裂缝发育,易造成井壁坍塌,特别当受到外来流体侵入时,泥页岩具有明显的流变效应。以硬脆性泥页岩为研究对象,进行了不同矿化度地层水饱和岩样的单轴压缩蠕变试验。在相同的外载条件下,矿化度6.0×104 mg/L地层水饱和岩样的蠕变变形量最小(0.001~0.014),矿化度8.0×104 mg/L地层水饱和岩样的蠕变变形量稍大(0.005~0.024),矿化度4.0×104 mg/L地层水饱和岩样的蠕变变形量最大(0.010~0.030)。借鉴经典元件组合模型的建模思路,建立了反映蠕变三阶段的蠕变模型,模型中瞬时弹性模量、黏滞系数和加速蠕变黏滞系数等3个重要参数都明显趋于下降。试验结果表明:矿化度与泥页岩蠕变变形量之间呈二次非线性函数关系,太高或太低都会对泥页岩的力学性质产生较大的影响。研究认为,在现场钻井中应考虑钻井液矿化度对井壁稳定的影响。      

考虑岩样尺度效应时钻井液对岩石力学性质影响的试验评价

在考虑试验岩样尺度效应的基础上,进行的模拟地层条件下钻井液对岩石力学性质影响的试验研究结果表明:经钻井液处理后的Φ25mm×25mm岩样的抗张强度高于未经钻井液处理的Φ50mm×50mm岩样,且处理后的岩样抗张强度均高于未处理的岩样。对于钻井液处理前后同尺寸的岩样,由于试验岩样中泥质软颗粒含量高低不同,在孔隙度小于2.5%时,孔隙度越小,处理前后的抗张强度相差越大,且处理前的岩样抗张强度比处理后的岩样大4MPa左右;在孔隙度大于2.5%时,钻井液处理前后的岩石抗张强度趋于一致。在模拟地层条件下,钻井液处理后的岩样抗压强度和弹性模量显著下降,泊松比增大。岩石矿物中的泥质黏土矿物遇到钻井滤液后产生软化效应,致使岩样呈现:经钻井液处理时间越长,其抗压强度和弹性模量下降越多的趋势。     

页岩储集层微观渗流的微尺度效应

<正>页岩有机质中存在大量纳米孔隙。气体在纳米孔隙中的流动存在微尺度效应,宏观流体流动规律难以准确描述其流动行为。考虑气体分子在有机质孔隙中的滑脱效应、扩散和吸附解吸作用,用格子Boltzmann方法模拟气体在有机质纳米孔道中的流动。结果表明:气体在有机质纳米孔道中存在压缩效应,压缩效应导致压力沿纳米孔道呈非线性分布,且孔道两端的压差越大,非线性程度越大。随着Knudsen数增大,稀薄效应     

管体横向拉伸试验预加载方式的可行性分析

螺旋埋弧焊管管体横向拉伸试验中,屈服强度(R10.5)和屈强比的试验数据往往存在较大波动.通过对比预加载试样、无预加载试样和理想状态试样3种情况下的拉伸试验,发现试样的不平度是造成试验结果不确定度的主要因素,探讨采用预加载方式进行管体横向拉伸试验的可行性.提出减小拉伸试验结果的不确定度可以采用1次压平,试样采用载荷不宜...     

页岩膨胀应变及固井质量对套管变形的影响研究

威荣地区页岩气井套管变形问题突出,但目前引发该区域套管变形的机理尚不明确。该文基于页岩理化性质,分析了页岩膨胀应变对套管应力的影响,研究了考虑页岩膨胀应变条件下的固井质量与套管变形的关系。研究表明:威荣地区页岩呈硬脆性,力学强度高,水化后强度变化不明显;页岩膨胀应变及固井质量的综合作用对套管应力有明显影响,当水泥环缺失及存在微环隙时,能为膨胀应力提供足够的释放空间,降低套管应力,当膨胀应力不能被充分释放时,需尽量保证井筒组合体结构的完整性。高密度射孔对膨胀应力的释放具有积极效果,在合理的射孔参数条件下开展高密度射孔作业是预防套管变形的有效措施之一。该研究为同类页岩气藏套管变形机理研究提供了参考。     

泥页岩压力传递特性的实验研究

井壁失稳一直是困扰油气井工程的难题,泥页岩渗透特性的定量测定是评价泥页岩井壁稳定性的重要指标之一.由于泥页岩的低渗透性,无法利用常规方法测定,借助于泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)和压力传递实验新技术,定量测定了泥页岩渗透率,评价了钻井液处理剂阻缓压力传递特性及效果,并分析了其作用机理,为高效水基防塌钻井液体系的研制和开发奠定了室内实验基础.     

基于颗粒流的页岩破裂机理试验研究

为探究页岩气藏水力压裂复杂裂缝网络的形成机理,开展了基于颗粒流的页岩破裂数值试验研究。根据页岩的岩石力学性质,采用并行PSO算法反演得到页岩颗粒细观力学参数,并基于PFC离散单元模型分别进行了预制2条裂纹下的巴西劈裂和水力劈裂数值试验,通过改变试验参数分析了裂纹相互作用对其扩展的影响。数值模拟发现:巴西劈裂试验预制裂纹夹角为30°和45°时,垂直裂纹扩展至倾斜裂纹时停止扩展转而从倾斜裂纹两端开裂并扩展,变形由弹性变形变为塑性变形;裂纹夹角为90°时,垂直裂纹贯穿水平裂纹,变形主要是弹性变形;水力劈裂试验中,预制裂纹夹角越小,倾斜裂纹越容易发生剪切破坏,垂直裂纹越趋于改变扩展方向,扩展路径越复杂。研究表明,裂纹倾角对页岩气藏水力压裂缝网的形态具有重要作用,岩体应变达到峰值后轴向应力-应变呈现先减小后增大的余弦波函数关系,且倾角越小压裂缝网越复杂。      

原油管道结蜡规律的试验研究

原油管道结蜡除了原油温度这个主要影响因素外,管壁温差、原油含水率和流速等因素对原油管道的结蜡也有较大的影响.作者对此进行了测试和分析(试验装置和试验方法与文献相同),从而确定了原油管道石蜡沉积强度随这些影响因素的变化规律.试验所用原油的物性见表1.     

不同加载模式下对沥青疲劳寿命的研究

采用动态剪切流变试验(DSR)研究了三种不同沥青胶结料在应变控制、应力控制加载模式下的疲劳性能。采用N_(f50)、N_1、N_(P20)和N_(fm)四种疲劳评价指标分析了不同加载模式对沥青疲劳寿命的影响。试验结果表明,加栽模式对沥青疲劳寿命有显著影响,同一种沥青在不同加载模式下的疲劳寿命差异较大,且三种沥青在不同加载模式下的疲劳寿命排序不一致;不同加栽模式下,四种评价指标对同一沥青进行疲劳性能评价时,具有排序一致性,都为N_1N_(p20)N_(f50)N_(fm);在应变控制加载模式下沥青疲劳寿命的区分度比应力控制加载模式下的大得多,应变控制加载模式的疲劳试验更适合来评价不同沥青的疲劳性能。     

泥页岩水化作用对岩石强度的影响

在常规水基钻井过程中,泥页岩地层一旦与水基钻井液接触,岩石便发生水化膨胀作用,岩石强度降低,井壁稳定性下降。因此,评价水化作用对泥页岩岩石强度的影响是开展泥页岩地层井壁稳定性研究的关键内容之一。大量的室内实验和现场实践证实,水化作用对泥页岩地层井壁稳定性的影响程度与泥页岩黏土矿物组分分布、钻井液体系离子类型和摩尔浓度密切相关。文章深入研究了泥页岩水化作用的微观机理,基于扩散双电层理论和范德华理论,理论模拟了水化作用对泥页岩岩石强度的影响,并与室内实验结果进行了对比分析,理论模拟结果与室内实验结果较为吻合。     

不同振型振动筛的岩屑运移和堵筛规律研究

为降低钻井振动筛堵筛率并提高岩屑处理量,对不同振型下振动筛堵筛率和椭圆振动筛不同运动轨迹下岩屑运移规律开展研究非常必要。鉴于此,基于离散元法与振动筛运动理论,建立了不同轨迹振动筛运动模型,对岩屑在筛网上运移过程进行仿真。分析了振动筛不同振型时的岩屑堵筛规律,研究了椭圆振动筛不同长轴方向角与椭圆度时岩屑的运移速度和透筛率的变化规律。研究结果表明:椭圆振动筛的脱筛能力最强,圆振动筛其次,直线振动筛最弱;椭圆振动筛振幅大小一定,轨迹椭圆长轴方向角为45°时,岩屑运移速度最大;椭圆振动筛X方向振幅一定时,岩屑运移速度随轨迹椭圆度的减小而增大,透筛率随轨迹椭圆度的减小而减小。研究结果对提高振动筛筛分性能具有一定意义。     

非均布载荷下套管强度问题研究

由于API规定的套管强度是均布载荷下的套管强度,因而在非均布载荷下套管强度要发生变化。解决非均布载荷下套管强度问题需要从两个方面入手,即套管强度的变化规律和套管强度的计算方法。文中举例说明应用方法。     

涪陵页岩气田集气干线积液规律研究

涪陵页岩气田集气干线位于山地丘陵地带,地形起伏较大,管内流动复杂,能量损失严重,在低洼处易产生积液,从而增加管线输送阻力,降低输送效率,严重影响管线安全运行。从集气干线积液机理出发,利用Fluent软件对管内气液两相流场进行模拟计算,基于液膜模型假设,建立考虑液膜不均匀分布的临界携液流速计算方法,计算结果与模拟结果吻合,均表现为倾斜角50°左右最难携液。针对管线内气体携液量难以估算的问题,引入遗传算法,以管线计算压差与实际压差误差最小为优化目标,对管段内液体流量进行拟合,在此基础上建立管线积液量计算方法。以涪陵页岩气田某管段为例进行了实例计算,结果表明积液量计算结果与清管结果吻合,积液主要发生在输气量较小、倾斜角较大的A-B段和C-D段。     

四川页岩气井套管变形特征及受力模式

套管变形是制约四川盆地页岩气高效开发的工程难题。鉴于此,对威远、长宁和昭通区块9口井的37处24臂井径测井数据进行统计学处理,分析了套管变形特征,总结了套管变形类型;结合野外露头、地震和测井数据,分析了页岩岩体结构特征;通过对比套管变形特征及层理页岩岩体裂缝特征,建立了套管与页岩岩体的相互作用模式。研究结果表明:剪切类型的套管变形占60%,呈现剪刀差形态,变形长度(半波长)主要在1.5~2.5 m范围,变形量(波峰)主要在5~15 mm范围;层理页岩被多组裂缝切割为块状岩体,岩体宽度介于1.2~3.1 m;地层与套管相互作用表现为多断块岩体滑动模式。研究结果为进一步定量研究套管受力大小和变形量等提供了依据,也为分析和解决套管变形问题提供了参考。     

三轴应力状态下页岩水化破坏实验研究

泥页岩井眼稳定不仅与其水敏性有关，而且与岩石所受应力等条件有关。利用三轴应力防塌实验方法提示了泥页岩在不同流速、压力、流体条件下的水化破坏规律。     

压力波动条件下微粒运移规律的实验研究

利用准三维真实岩心微观模型和自行研制的宽频带电伺服波动压力发生系统,通过微观模型可见技术研究了固相颗粒在波动压力作用下侵入地层孔喉的各种过程。通过观测不同振动频率和振幅下,不同浓度及粒径的颗粒悬浮体系在储层孔隙中的运移情况,分析了在波动压力作用下颗粒运移的规律,特别是在一定的波动频率下,实验中可清楚观察到“空化效应”,这种“空化效应”能非常有效地起到解堵与除垢作用。     

不同注采方式下CO2埋存与驱油效果优化评价

工业和人类生活过程中产生的温室气体CO₂排放量日益增加,由此导致的空气污染和温室效应正在严重地威胁着人类赖以生存的环境。实行CO₂高效利用与地质埋存相结合的一体化技术思路是缓解环境污染压力、提高石油采收率的有效途径。针对这一问题,建立了目标函数,并应用商业软件对注CO₂驱的9套注采方案进行了数值模拟对比研究。结果表明：溶剂驱比纯CO₂驱的采收率更高,但减少了CO₂的埋存量;进行溶剂驱或水气交替驱到CO₂驱的转换可以使目标函数值更大;井控方法是CO₂埋存与EOR的最优方法,该方法累计产油量最大,储集的CO₂也最多。这些结论为油田三次采油提供了技术参考,也为减排CO₂提供依据。