低渗透岩心渗流过程压力传播特征研究

深入认识低渗透储层的渗流特征,对如何经济有效开发低渗透油田具有重要指导意义。应用1米长露头岩心渗流模拟系统,研究了低渗透岩心单相渗流过程、恒压水驱油过程中压力动态传播特征,克服了短岩心模拟过程中产生的端面效应,较真实的反映了低渗透储层的渗流特征。低渗透长岩心单相水渗流实验表明,低渗透储层由于应力敏感效应导致渗透率沿渗流方向降低。储层渗透率并非常数,而是孔隙流体压力的函数。低渗透储层内部压力分布呈非线性特征,生产压差越大,岩心内部压力分布的非线性程度增强。压力损失因应力敏感效应主要消耗在生产井近井地带,越靠近生产井,压力分布的非线性程度越明显。恒压水驱油过程中,渗流阻力主要损失在油水两相区。在油水前缘到达各测压点之前,其压力逐渐下降,油水前缘通过该点后,其压力逐渐上升。     

低渗透油藏非线性渗流理论及数值模拟方法

针对低渗透油藏非线性渗流理论与数值模拟方法方面存在的大量问题,从毛细管模型出发,推导了低渗透油藏非线性渗流新模型,详细解释了新模型中特有的物理参数内涵;并由此建立了低渗透油藏非线性单相渗流理论,与相对渗透率引入渠道流假设一致,将单相非线性新模型推广到两相渗流中,建立了能够同时考虑启动压力梯度、非线性渗流弯曲段连续变化的数值模拟方法。根据所建立的低渗透油藏单相稳态和非稳态渗流理论以及数值模拟方法,开展了达西、拟启动压力梯度和非线性模型的油藏动态对比计算。结果表明:低渗透油藏主要受非线性渗流控制,仅井点的少数网格存在拟线性流动,非线性模型计算的结果介于达西和拟启动线性模型之间。     

致密油藏体积压裂水平井不稳定压力分析

水平井结合体积压裂改造成为目前开发致密油藏的关键技术。考虑到致密油藏多尺度渗流(基质、天然裂缝和水力裂缝)及多种流动机理(启动压力梯度和应力敏感)相互耦合的复杂渗流过程,该文建立了综合考虑致密油藏启动压力梯度和应力敏感的体积压裂水平井不稳定压力分析模型。通过Laplace变换和摄动变换等求解得到了拉氏空间中的井底压力,应用Stehfest数值反演绘制了相应的压力动态响应曲线。研究结果表明:压力响应曲线可以划分为6个流动阶段,模型的退化结果与Ozkan模型一致,验证了该文模型的正确性,并在此基础上进行了影响因素分析。该文研究结果可为致密油藏体积压裂水平井的不稳定压力分析提供一定的理论依据。     

低渗透油藏毛细管压力动态效应的数值模拟研究

实验分析和理论研究表明毛细管压力存在动态效应,即其与润湿相流体的饱和度变化率相关,已有的物理实验表明低渗透油藏中的毛细管压力动态效应对于油气渗流存在着较大的影响。该文首先根据23个低渗岩心渗流曲线的数值拟合分析结果,建立了各项物理意义明确的非线性渗流运动方程,然后通过构造三种不同的饱和度变化速率的润湿相流体饱和度时变曲线,利用有限元数值方法模拟了三种饱和度曲线对应下的一维水驱油过程,并在完全基于数学方法较少依赖于物理实验的基础上计算了毛细管压力曲线。数值模拟的结果表明,低渗透油藏中存在较为明显的毛细管压力动态效应,且动态系数与介质的固有渗透率负相关,与润湿相流体的黏滞系数正相关。并通过与达西线性渗流模拟结果的对比表明了低渗油藏中非线性渗流产生的毛细管压力动态效应更为明显,动态系数也更大。     

超声波对多孔介质中液体流动的影响

近年来，超声波技术已被应用于采油工程中，形成了一门新的学科－采油声学。本文主要研究了超声波对多孔介质中液体流动的影响，尤其是两相流动的影响。实验采用的多孔介质为人造石英砂岩，渗流液体为油和水。实验结果表明：超声波作用能够提高油的渗流速度，提高原油采收率，并降低采出液的含水率。     

基于数字模型的缝洞型油藏流体流动模型研究

利用充填溶洞的数字模型,建立了以Navier-Stokes方程为控制方程的N-S模型,模拟溶洞内流体的流动,并将模拟结果同渗流模型进行了对比分析.得出结论:溶洞内流体流动为层流时,可以利用达西渗流模型进行近似模拟,过渡流或紊流时,则可用Forchheimer非线性渗流模型近似模拟.对于溶洞内部流体的流动,N-S模型的模拟结果同渗流模型的模拟结果是类似的.这说明,缝洞流同渗流在本质上是统一的.这种统一性,可以利用管流理论进行解释.     

致密油储层压裂水平井产能预测与敏感性因素分析

在体积压裂模式下,致密油储层发育多尺度的不同介质,导致其渗流机理复杂,产量预测难度大。该文针对致密油独特的储层特征,结合实际生产动态特征,分为多生产阶段、多渗流区域,考虑启动压力梯度、压敏效应等非达西因子的影响,遵循质量守恒与势能守恒原理,建立了致密油储层压裂水平井产能预测模型。根据实际生产数据,通过产能模型,可以进行历史拟合,并反演得到相关参数,最终实现单井产能预测。同时,以产能模型为技术手段,分析了压裂水平井在致密油储层中的开发动态,考虑的产能敏感性因素主要包括非达西因子、水平段长度、裂缝条数、裂缝半长、裂缝导流能力等。实例计算表明,启动压力梯度和压敏效应对产能的影响较大,且压裂水平井产量并不是随着各影响因素值的增加而线性增大,考虑投入产出比,均应该存在一个相对最佳值或者最佳值范围。     

非饱和低渗透黏土非线性渗流定律与固结

该文分析了渗流实验结果,得出:非饱和低渗透黏土渗流遵循具起始水力梯度的非线性渗流定律.考虑到在非饱和黏土中气相在含水饱和度大于90%时不能独立运动,基于该非线性渗流定律,分别建立了非饱和黏土定流量单向非线性渗流、定压单向非线性渗流、定流量径向非线性渗流固结数学模型.以黏性边界层思想,构造出了上述数学模型解的结构,以积分方程法,导出了非饱和低渗透黏土非线性渗流平均质量守恒方程、活动边界运动方程、压力分布与平均固结度计算公式.进行了实例计算分析,结果表明:与线性渗流相比,非线性渗流使黏土层同一位置处的无量纲超孔隙水压力增大,使非饱和低渗透黏土固结活动边界运动速度减小、使定流量单向渗流平均固结度增大.该文结果可用于非饱和低渗透黏土地质工程与岩土工程等领域.达西渗流固结计算是具有起始水力梯度的非线性渗流固结计算的特例.     

低渗透油藏非线性渗流产能计算模型及参数敏感性分析

应用常规的油藏工程方法,进行低渗透油藏动态预测普遍存在较大的误差.对此,在考虑启动压力梯度、应力敏感性、牛顿流体微压缩性以及流体粘度可变性的基础上,运用渗流理论,建立了低渗透油藏非线性平面径向稳定渗流模型,应用解析方法对模型进行求解.结合华庆油田白155井区超低渗透油藏的开发实例,对影响油井的产能因素进行参数敏感性分析,绘制了不同参数下油井的产能曲线.与达西线性渗流对比,提出该模型可用来评价油井产能以及进行产能预测.     

致密油藏体积压裂水平井Blasingame产量递减分析

致密油藏渗透率极低,常采用体积压裂水平井改造技术。由于关井期间不稳定流持续时间长,因此Blasingame产量递减分析是获取储层参数较为实用的方法,该方法可结合生产期间的资料获取储层参数。为此该文建立和求解了致密油藏体积压裂水平井不稳定渗流数学模型,通过定义无因次产量、无因次产量积分及无因次产量积分导数,绘制了体积压裂水平井的Blasingame产量递减典型曲线,将其划分为改造区线性流阶段、窜流阶段、衰竭流阶段、未改造区线性流阶段和边界控制流动阶段,并对裂缝导流能力、改造区宽度、未改造区与改造区渗透率比等参数进行了敏感性分析,为致密油藏生产动态分析提供科学依据。     

液体在润湿性微管中流动的边界负滑移特征

该文通过分子动力学模拟,研究了亲水性壁面不同通道宽度中滑移长度的特征.结果表明在小剪切率下壁面存在负滑移,流体在固壁边界受到黏附力作用.在相同润湿性下,通道宽度不影响滑移长度,滑移长度只随壁面附近流体剪切率的变化而变化,滑移长度的绝对值随剪切率的增大而减小,当剪切率增大到某一值后滑移长度趋于定值.随后对去离子水在直径为10μm的亲水性微管内的流动进行了实验研究,并与分子动力学模拟结果进行了比较.实验结果表明:在低速流动下(剪切率较小时),去离子水在微管内流动的流量与剪切率呈线性关系,且存在启动压力梯度,这是由于去离子水在微管内流动时的边界负滑移造成的,且滑移长度与剪切率呈非线性关系,随着剪切率的增大,实验值趋近于某一稳定值.这一实验结论与分子动力学模拟结果吻合的很好,表明了流体在润湿性微管内流动时,边界存在负滑移,固壁边界附近存在不流动的黏附层,这也是液体在低渗透多孔介质中渗流时存在启动压力梯度的原因.     

三维非达西渗流的有限元分析

本文以非线性渗透规律的两种主要形式为基础,推导并建立了非达西渗流的三维有限元数值记算模型,分析了用有限元法分析非达西渗流的特点,用FORTRAN语言编制了相应的计算程序,并借助堆石坝渗流模型的实测结果进行了验证.     

束缚水条件下气体在裂缝性页岩多孔介质中的流动特征

页岩气在我国资源丰富,为研究页岩气束缚水条件下的流动规律,分别进行了干燥页岩岩心氮气渗流实验和水存在条件下裂缝性页岩中气体渗流速度变化规律的实验。该文通过对实验结果进行分析可以得到:干燥未饱和水的页岩岩心,气体渗流时存在明显的滑脱效应,且由于滑脱效应的存在气体渗流不存在启动压力梯度;而水存在时的页岩岩心,气体在岩心渗流时由于贾敏效应的存在,渗流过程存在启动压力梯度,给页岩气开发带来困难,且岩心气测渗透率越小,启动压力梯度越大,贾敏效应越明显。该文的研究表明:在纳米尺度下,单相气体的流动不存在启动压力了,反而存在滑脱效应,而水存在时,气体的流动存在明显的启动压力。这种现象表明了:微纳米尺度下流体流动的特殊性质。最后得到了一种计算孔隙-孔喉系统最小喉道数的方法。     

复合致密油藏变导流能力压裂井不稳定压力动态分析

针对压裂缝的导流能力沿缝长发生变化这一特点，综合考虑压裂改造区与原始储层区域的渗透性差异以及应力敏感效应的影响，该文建立了复合致密油藏压裂井不稳定试井模型。采用Laplace变换、Pedrosa变换和摄动变换等方法对模型进行了求解，绘制了不稳定压力响应双对数典型曲线，分析了裂缝变导流能力、应力敏感效应和径向非均质相关参数对典型曲线的影响，以及从地层流入压裂缝不同部位的流量分布特征。研究结果表明：复合致密油藏压裂井不稳定压力双对数曲线可划分为7个典型流动阶段；裂缝变导流能力主要影响早期压力动态和裂缝中流量分布，变导流情况下的不稳定压力及压力导数曲线位置更靠下，早期裂缝中流量分布从裂缝中部向端部呈现先递减再略微递增的特点；应力敏感效应会导致晚期不稳定压力及压力导数曲线呈现一定程度的上翘；径向非均质相关参数主要影响中晚期不稳定压力动态。该文所建立的模型可为致密油藏压裂井不稳定压力动态分析提供理论依据。     

带启动压力梯度的双孔压敏介质压力动态及其应用研究

通过在流动方程中加入启动压力梯度,并考虑地层渗透率随压力的变化发生变化,建立了带启动压力梯度的双孔压敏介质油藏试井解释模型;通过隐式格式对所形成的非线性抛物型方程进行了线性化,采用追赶法进行了求解;通过对参数的敏感性分析表明:启动压力梯度和渗透率变化模数都对压力及压力导数有着很大的影响,导致径向流段不复存在,压力及压力导数曲线在后期上翘;将形成的方法在胜利油田的低渗透潜山油藏进行了应用,解释结果更加符合地质实际,表明了该方法的正确性和实用性。     

考虑表面扩散的页岩气渗透率两区复合解析模型

页岩气是一种以吸附态和游离态为主,赋存于纳米级多孔介质中的一种非常规气藏,其渗流特征较常规气藏存在较大的差异。前人研究表明,页岩气运移过程存在多种渗流机理,主要包括:达西渗流、滑脱效应和扩散。虽然前人对自由气扩散的渗流机理模型进行了大量的研究,但是大多没有考虑吸附气表面扩散对渗流的影响。针对以往研究的不足,该文采用两区复合概念模型,建立了考虑吸附气表面扩散、达西渗流和滑脱效应的气体渗流模型,将吸附气和自由气运动关系利用修正的滑脱速度边界条件进行耦合,采用等值渗流阻力法对气体在纳米孔隙介质中渗流的关键参数―渗透率―进行了深入研究,获得了适用于任意克努森数范围的页岩气渗透率解析模型。通过对不同尺度、不同压力下的储层在考虑表面扩散等多重机制下的渗透率进行了计算并发现:吸附气表面扩散是页岩气渗流的重要机理,其对渗透率的贡献会对页岩气藏储层评价和开发方案制定以及增产改造施工设计产生重要影响。     

渗流的颗粒流细观模拟

本文基于颗粒流理论，运用PFC^2D计算程序的FISHTANK函数库和FISH语言，定义了细观角度概念——流体域，并分别定义了流体域的流动方程和压力方程，将颗粒体与流体域耦合，推导出颗粒流理论显式求解的稳定条件，成功地对土中的渗流进行了模拟，得到了渗流过程中压力和流速的变化规律。结果表明，运用PFC^2D程序模拟的渗流规律符合达西定律，这一结果为PFC^2D在渗流和渗透破坏等方面的深入研究应用提供了一定的理论基础。     

多孔介质内流动微粒沉积规律研究

油田开发过程中,由于储层内微粒的变化,会导致储层参数随着流体的注入逐渐发生变化。储层内随流体流动的微粒在力的作用下会逐渐沉积到孔喉壁面,引起孔喉有效半径值减小,导致储层渗透率降低。为研究储层内流动微粒的在孔喉内的沉积规律及其影响因素,该文通过对流体中悬浮微粒进行受力分析和理论推导,建立了微粒沉积数学模型,计算微粒在孔喉内的运动轨迹,得到了能够判别流体中微粒发生沉积的识别标准。通过敏感性分析研究了微粒粒径、流体流速和流体黏度三个因素对微粒沉积的影响。模拟结果表明:微粒粒径越大,微粒越容易沉积到孔喉壁面;流体流速越大,越不利于微粒的沉积;流体黏度越大,流体对微粒的悬浮能力越强,越不利于微粒的沉积。     

第十四届全国渗流力学学术会议征文通知

正渗流力学是研究多孔介质内流体流动规律及其应用的科学。自创立至今,在地下水、石油、天然气、煤层气、地热、核能等资源能源开发及水利、水电、采矿、交通等工程建设中得到广泛应用,同时在生物医学、地下水污染控制、新能源动力电池、二氧化碳捕集与埋存、多孔介质传质传热等科技问题的研究中得到了长足发展。然而,在非线性、多尺度、多物理场以及物理化学渗流等研究领域中面临着新的挑战。     

页岩气藏压裂水平井三线性流试井模型研究

为高效合理的开发页岩气藏,该文提出了页岩气藏压裂水平井三线性渗流模型。此模型考虑了页岩气吸附解吸和扩散机理,运用Laplace变换和Duhamel原理,最终求得考虑井筒储存和表皮效应的压裂水平井Laplace空间无因次井底压力解。并通过Stehfest数值反演,绘制相应的无因次压力及导数特征曲线,对其无因次压力导数特征曲线进行了流动阶段的划分和影响因素分析。研究结果有利于提高对页岩气藏压裂井渗流规律的认识,为开发页岩气藏提供理论支持。