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.     

裂缝参数对压裂水平井产能影响规律分析及重要性排序

基于等效井径模型、裂缝内线性流动模型、井筒变质量流动模型,运用势叠加原理,建立了压裂水平井油藏渗流与井筒管流耦合模型.研究分析了裂缝参数对其压裂水平井产能影响规律,并运用灰色关联因素分析方法,给出了裂缝参数对其产能影响的重要性排序方法,解决了压裂水平井裂缝参数重要性排序问题.同时该耦合方法可以推广应用到多分支复杂结构井的油藏渗流与井筒管流的耦合.     

黏土结合水起始剪切力对非达西渗流的影响

黏土结合水对黏土的流变、膨胀以及渗透等有显著影响,了解黏土结合水性质变化对黏土研究具有重要意义。基于黏土双电层理论,由黏土微电场推导黏土结合水抗剪强度与结合水到黏土颗粒距离的函数关系,并以此解释黏土非达西渗流的机理。结果表明:黏土结合水具有类似非牛顿液体性质,双电层中每一处结合水存在"起始剪切力",当水压力超过结合水的"起始剪切力"时,结合水将发生移动;黏土非达西渗流存在起始水力梯度,且起始水力梯度与结合水的"起始剪切力"呈线性关系;当黏土开始发生渗流时,结合水在孔隙中流速呈曲线分布,流量与水力梯度呈非线性关系,黏土渗流特征曲线出现下凹型非线性曲线。     

基于不同倾角的压裂水平井试井解释

基于源函数理论,采用镜像映射和叠加原理建立了压裂水平井中裂缝呈不同角度时地层中任一点的压力计算公式,并通过Laplace变换和Stehfest数值反演得到了考虑井筒存储和表皮系数影响的水平井井底压力解.对影响水平井井底压力的因素进行研究表明:裂缝倾角对各向同性地层中的压力影响主要表现在线性流到径向流的过渡阶段;而对各向异性地层中的压力影响主要表现在早期,裂缝的倾角越大,定产量生产所需压差越大,压差变化幅度也越大;裂缝对地层的穿透程度只影响水平井各流态出现的时间,穿透程度越大,相应流态出现的时间便越晚;同时,只有当裂缝的间距达到一定距离时才能出现第一径向流,且间距越大,第一径向流持续的时间越长.     

水平井分段注采产能模型研究

该文针对面积较小或井场开采条件受限的油气藏提出了采用水平井的分段注采的开发方式,它利用水平井的长井段优势,在一定注采管柱条件下实现水平井分段注采,以达到维持地层能量的目的.利用势能叠加原理推导出了定压边界时不同水平井的井段长度、注采封隔间距下的产能模型,并给出了定注入段的注入压力与生产段的生产流压下的产能关系及沿程流量分布,若要保持注采平衡,只需要给定注入压力和生产井流压中的一个即可由注采平衡为约束条件通过迭代进行求解另外一个压力;研究结果表明,注水井对生产井的跟端和趾端干扰不同,生产井流量分布不对称,且井段越长干扰程度越大;注采井段封隔间距对流量分布具有一定影响,封隔间距越大注入段对生产段的干扰越小;当总井长度一定时,产量与注采压差呈正比关系,且随着生产井段长度增加产量逐渐增加,因此对大位水平井进行配产配注时,需要充分考虑注采压差的限制.     

小型挡水闸铺盖裂缝对闸基渗流场影响性分析

以小型挡水闸为研究对象,结合工程实例,针对小型水闸上游铺盖不同部位出现裂缝时,闸基的渗透坡降、总水头以及渗流量等因素进行了统计分析。当上游铺盖裂缝距离闸室越近时,闸基渗流入口及渗流出口处的渗透坡降值越大,相应的总水头递减速率越大,水头变化波动性也相对较大,对应工况的闸基渗漏量越大。结果表明,水闸上游铺盖的裂缝位置距离闸室越近,对闸基的渗流稳定性越不利。     

填埋场黏土衬垫中起始水力梯度对污染物运移影响

垃圾填埋场黏土衬垫对防止渗沥液的渗漏和运移起到至关重要的作用,其中有些黏土渗流呈现非达西渗流现象,存在起始水力梯度i_0,然而起始水力梯度对黏土衬垫防污性能的影响尚未明确。为此,开展了起始水力梯度对污染物运移的影响研究。首先,在不同围压作用下,采用去离子水对黏土进行渗透试验;然后,在围压σ=200 kPa的条件下,分别采用水力梯度为0,12.5,25.0和375.0对4个平行黏土试样进行Na~+溶液渗透,定期测定渗出液Na~+浓度,并最终分层测定试样中Na~+的含量。结果表明:随着固结压力的增大,起始水力梯度越大;当水力梯度分别0,12.5和25.0时,渗出口无渗透液产生,并且Na~+在黏土中的迁移规律基本相同,即分子扩散系数基本相等;当水力梯度为375.0时,水动力弥散系数远远大于分子扩散系数。因此,可以认为当水力梯度小于i_0时,渗沥液不渗透或渗透很小,污染物运移以分子扩散为主;当水力梯度大于i_0时,污染物运移逐渐转为以对流为主。     

高沥青混凝土心墙坝在局部损伤开裂情况下的渗流特性分析

采用理论计算与数值模拟相结合的方法,对沥青混凝土心墙在不同裂缝长度、宽度、位置以及不同材料渗透系数下的集中渗流问题进行分析。结果表明,相较于裂缝缝宽,裂缝的相对位置和缝长是影响裂缝处渗流量的主要敏感因素;裂缝越长,位置越低,渗流量越大,且呈线性相关;相较于堆石体渗透系数的变化,过渡料渗透系数的改变是影响裂缝处渗流量的主要关键因素,随着过渡料渗透系数的增加,裂缝处渗流量呈指数型函数增长。建议在设计、施工过程中要重点保证过渡料的质量,避免后期运行出现裂缝扩张等现象。     

膨胀土地区河渠边坡滑坡失稳治理试验

为了探究辐射井在膨胀土地区河渠边坡滑坡失稳治理过程中的效果,结合具体实例工程,对辐射井的降水效果、排渗效果以及改变地下渗流情况进行了试验分析,研究结果表明:辐射井能有效地降低膨胀土的地下水位,辐射井距离越近,效果越明显;竖井的排渗效果起到主要作用,达到70%以上;辐射井可显著缓解降雨引起的浸润线上升,随着雨量的增加,对坡体内的水力梯度降低程度越明显。     

分淮入沂整治工程典型堤段垂直防渗体防渗效果分析与评价

随着堤防加固技术的进步,垂直防渗加固在众多堤防中得到广泛应用。但由于地质条件的复杂性及工程的隐蔽性,在垂直防渗工程完成后,其防渗效果难以检测与评价。依托分淮入沂整治工程,通过数值模拟方法分析了垂直防渗体的存在、防渗体铺设深度、防渗体完整性及防渗体缺陷位置等对堤防渗流场的影响,以溢出点水力梯度为评价指标,通过与土层允许水力梯度的比较来评价垂直防渗体的防渗效果。结果表明:堤岸经垂直防渗处理后在防渗体后的水头明显下降;防渗体进入堤防黏土层比防渗体未插入黏土层有更好的防渗效果;垂直防渗体存在缺陷时,会引起防渗体后浸润线明显抬升;在溢出点处所有工况的水力梯度都小于允许水力梯度,整个防渗工程防渗效果显著。     

A NEW METHOD FOR PREDICTION OF PRODUCTIVITY OF FRACTURED HORIZONTAL WELLS BASED ON NON-STEADY FLOW

Hydraulic fracturing technologies of horizontal well are important ways to develop oil-gas field with low permeability. Productivity forecast of fractured horizontal wells is a difficult problem of hydraulic fracturing technologies. Basing on non-steady flow of fractures fluid during production, applying potential function principles, superposition principle and mathematical method for solving, coupling of seepage flow in the formation and pipe flow in the well bore, a new model on multi-fracture interference productivity forecast of fractured horizontal well is established in this article. The results indicate the coincidence rate between this model and practice is high. The pressure loss in the horizontal well bore has definite influence on the production status of fractured horizontal wells. The productions of different fractures in horizontal well bore are unequal, the productions of outer fractures are higher than middle fractures; the pressure in the well bore shows an uneven distribution, the pressure declines gradually from finger tip to heel end. Asymmetry of fractures may make productivity of fractured horizontal wells decline. The conclusions are instructive in designing fractured horizontal well for low permeability reservoir.     

缝洞型油藏三重介质油水两相流数值试井解释方法

基于多重介质渗流的概念模型和数学模型,建立了缝洞型油藏油水两相流三重介质数值试井模型;对模型进行数值求解,得到三重介质油藏两相流试井响应曲线并分析其特征。指出三重介质油水两相条件下的压恢曲线与单相时的不重合,并随着初始油水饱和度的变化而变化,不能直接用单相试井模型来解释两相流试井曲线;提出了先拟合油水产量曲线,再拟合压力恢复曲线的试井解释方法。     

三重介质油藏斜井压力动态特征分析

针对裂缝与井筒连通,同时存在溶洞和裂缝、基岩和裂缝之间发生拟稳态窜流的三重介质,建立了这类三重介质油藏的斜井试井解释模型,采用汇源叠加等方法求得顶底封闭无限大三重介质油藏斜井在拉氏空间中的井底压力响应,绘制了相应的典型无因次压力曲线版图,分析了顶底封闭无限大三重介质油藏斜井的渗流规律,对其压力特征曲线进行了流动阶段的划分,并讨论了影响压力特征曲线的各种因素。所得的结果有利于提高对三重介质油藏斜井渗流规律的认识,为合理地运用斜井开发三重介质油藏提供理论依据。     

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。     

Transient flow model and pressure dynamic features of tree-shaped fractal reservoirs

A transient flow model of tree-shaped fractal reservoirs is built by embedding a fracture network simulated by a tree-shaped fractal network into a matrix system. The model can be solved using the Laplace conversion method. The dimensionless bottom hole pressure can be obtained using the Stehfest numerical inversion method. The bi-logarithmic type curves for the trce-shaped fractal reservoirs are thus obtained. The pressure transient responses under different fractal factors are discussed. The factors with a primary effect on the inter-porosity flow regime include the initial branch number N, the length ratio α, and the branch angle θ. The diameter ratio β has a significant effect on the fracture radial flow, the inter-porosity and the total system radial flow regimes. The total branch level M of the network mainly influences the total system radial flow regime. The model presented in this paper provides a new methodology for analyzing and predicting the pressure dynamic characteristics of naturally fractured reservoirs.     

承压含水层中扩展井附近非达西流数值解

本文采用数值差分方法得到了承压含水层中扩展井附近非达西流情况下的数值解,并假设非达西流可以用Forchheimer定律描述,同时考虑了裂隙储水效应的影响,采用无量纲变量分析了主裂隙以及含水层中的水位降深规律,并将数值解与Boltzmann变换得到的解析解进行了比较。研究结果表明,Boltzmann变换所得到的解析解在整个抽水时期都会高估水位降深,在考虑裂隙储水效应后,抽水初期不同的无量纲紊动因子βD的水位降深曲线互相重合,且在双对数坐标下表现为直线;含水层中的水位降深在抽水初期随βD增大而减小,在抽水后期随βD增大而增大。     

Experimental study of the transition from non-Darcian to Darcy behavior for flow through a single fracture

Laboratory experiments are designed in this paper using single fractures made of cement and coarse sand for a series of hydraulic tests under the conditions of different fracture apertures, and for the simulation of the evolution of the flow pattern at places far from the outlet. The relationship between the hydraulic gradient and the flow velocity at different points, and the proportion evolution of the linear and nonlinear portions in the Forchheimer formula are then discussed. Three major conclusions are obtained. First, the non-Darcian flow exists in a single fracture in different laboratory tests. Better fitting accuracy is obtained by using the Forchheimer formula than by using the Darcy law. Second, the proportion of the Darcy flow increases with the increase of the observation scale. In places far enough, the Darcy flow prevails, and the critical velocity between the non-Darcian flow and the Darcy flow decreases as the fracture aperture increases. Third, when the fracture aperture increases, the critical Reynolds number between the non-Darcian flow and the Darcy flow decreases.     

基于修正立方定律对单裂隙辐射流剪切耦合的研究

修正了辐射流立方定律,并研究了裂隙的力学性能和水力特性。进行了不同恒定法向压力和剪切速率下的高液压水头剪切渗流实验。发现峰值剪切强度随剪切速率的增加呈现先增大后减小的趋势。线性系数A和非线性系数B都随剪切位移先增大后减小,且减小后的稳定值小于剪切破坏前的值。但是系数B比系数A大5个数量级,变化幅度更大。临界雷诺数经剪切破坏后大于剪切破坏前的值,流态将变好。此外,剪切过程中的水力特性也表现出与力学性能相似的趋势。     

消能井内消能工直径优化试验

从消能井体型优化出发,对竖井溢洪道消能井直径发生系列变化时的井内水流特性进行系统的试验研究,分析消能井直径变化对消能井内各水力参数的影响。结果表明:D/D0=1.4时消能井内水垫深度接近最大,水垫消能效果较好;随着消能井直径的增加,底板上时均压强有所减小,轴线分布更趋均匀;D/D0>1.4后,随着消能井直径的增加,压强不均匀系数基本不再变化,底板上的时均压强分布稳定;D/D0>1.4以后,随着消能井直径的增加,脉动强度减小的程度减缓,消能率增加的趋势亦变缓。据此提出该竖井消能井内消能工的合理直径应为D=1.40D0。