基于显微CT技术的不同温度下油页岩孔隙结构三维逾渗规律研究

基于高精度显微CT技术,采用多孔介质三维逾渗理论,计算不同温度下油页岩试件(? 0.82 mm×7 mm)真实三维数字CT岩芯的逾渗概率。逾渗概率的大小实质上反映多孔介质内部最大连通孔隙团的分布程度,可对多孔介质的连通性进行直观、准确地判定,避免因为统计对渗透性无贡献的"小级别死端孔隙"而造成对多孔介质渗透性优劣的误判。当温度达到300℃~400℃,油页岩孔隙率为8%~12%时,逾渗概率开始快速增长,最大孔隙团已完全连通三维数字CT岩芯的上、下两端,证明油页岩内部发生逾渗转变,逾渗阈值应处于8%~12%范围内。研究表明:随着温度的上升,当油页岩孔隙率低于8%时,孔隙连通团的连通性很差,相互隔离,导致流体难于渗透;而当孔隙率高于12%时,孔隙连通团的连通性很好,渗流通道变得十分通畅,更易于油气的产出和高温流体的注入。该较低的逾渗阈值范围大大降低了油页岩开发、利用的难度,为实现大规模油页岩原位注热开发提供有力的技术支撑。     

煤岩体孔隙裂隙双重介质逾渗机理研究

介绍了孔隙裂隙双重介质逾渗概率的研究方法,在此基础上研究了煤岩体的逾渗概率与渗透系数的关系,分析了裂隙、孔隙及二者共同作用对煤岩体逾渗概率的影响。结果表明:煤岩体这类孔隙裂隙双重介质的逾渗概率与其渗透系数呈指数规律;煤岩体的裂纹孔隙率决定孔洞孔隙率对其渗透性的影响程度;同时,裂隙还决定了孔隙裂隙介质的逾渗规律,使其与多孔介质的逾渗规律具有完全不同的形式。     

强随机分布裂隙介质的二维逾渗规律研究

首先以介质中裂隙的方向分布为基础,将孔隙裂隙双重介质分为弱随机分布裂隙介质、分组分布裂隙介质、强随机分布裂隙介质3类。然后将岩体的主要渗流通道——裂隙引入到逾渗研究理论中,以裂隙数量分布分形规律的基础,建立了强随机分布裂隙介质的逾渗模拟方法。通过数值计算的方法研究了强随机分布裂隙介质逾渗现象与逾渗规律,得到了以裂隙分形维数、裂隙数量分布初值、孔隙率为变量的逾渗阈值的数学表达式。     

一种孔隙裂隙网络模型及页岩气渗流模拟

致密油气藏的开采是我国未来能源的主要来源,这种油气藏的低渗和特低渗特点是开采的关键问题之一。为了模拟含孔隙裂隙的致密油气藏中的低渗和特低渗问题,本文首先建立了适于致密岩土介质中渗流模拟的准静态孔隙裂隙双重网络模型,然后分析了一些渗流特性如滑脱效应,并以页岩气开采为例进行了渗流及产量特征模拟。所建模型中较大的孔隙裂隙中的流动采用Poiseuille流,小的孔隙裂隙中的流动采用Forchheimer方程描述。模型中建立了根据孔隙网络计算结果得到宏观渗流参数如含水饱和度、绝对渗透率等参数的方法。通过计算获得了页岩气开采过程中"剩余储量—压力曲线"、"流量-时间"曲线。结果表明,游离气储量的下降和压力梯度有关,以及在无吸附气快速解析时,产量呈指数快速下降的结论。     

孔隙介质中渗流团分形维数的模拟计算方法

详细介绍了在二维情况下孔隙介质逾渗流的基本理论、重正化群方法的原理及其在逾渗研究中的应用。采用了计算机数值模拟试验的方法,证明了渗流团的分形性质,并拟合逾渗团所包含的孔隙数M[L]与L之间的曲线和曲线方程：M（L）=0.3538L^109379（座逾渗）,M（L）=0．7112L^1.9054（键逾渗）。求出渗流团的分形维数D=1．9379（座逾渗）,D=1．9054（键逾渗）。比较了数值模拟结果与精确值,说明误差产生的原因。在本文中具体地说明了编制计算机程序的方法和数值试验的步骤。为以后的研究做了些基本的准备性工作。     

基于三维CT图像的油页岩热解及内部结构变化特征分析

 利用显微CT试验分析系统,对油页岩样进行不同温度下的显微CT扫描,并应用三维衰减系数重建技术对不同温度下油页岩样内部孔、裂隙的演化特征进行分析研究,结果表明：(1) 在20 ℃～600 ℃温度范围内,油页岩样内部孔隙、裂隙的数量和规模发生了质的变化,从致密状态变为孔、裂隙发育的多孔介质。(2) 随着温度的升高,油页岩内部空隙团不断得到连通,从100 ℃时的只局限在一个很小区域的小规模,发展到200 ℃时的连通了油页岩内部立方体区域2个相对面的渗流通道,到600 ℃时,油页岩内部热解率达到了39.80%,最大空隙团在空隙团中的比例达到97.45%,空隙团已基本全部得到连通,形成了连通整个区域的渗流通道。研究结论对分析油页岩原位热解过程中油气的渗流通道的发展规律有重要意义。     

孔隙介质三维逾渗机制数值模拟研究

 论述三维孔隙介质的逾渗研究方法，基于VC++6.0开发三维逾渗模拟软件。利用重正化群原理，通过数值模拟的方法研究孔隙介质三维逾渗机制和逾渗团特性，提出有效表面积率概念。研究结果表明：团的数量随着孔隙率的增加先增加后减小，在孔隙率为0.20时达到最大值；随着孔隙率的增加，最大团表面积在孔隙率大于阈值时开始快速增加，然后呈减小趋势，在孔隙率为0.55时达到最大值，此时的有效表面积率达到0.98；当孔隙率为逾越阈值0.311 6时，发现逾渗团的大小是一种统计上的随机分形，其分形维数D = 2.934。     

基于NMR的低渗岩体硅溶胶吸渗注浆试验研究

为研究纳米硅溶胶对含泥质低渗岩体的吸渗注浆机制,采用2种低渗人造岩芯开展了硅溶胶的无压自吸渗试验,并基于低场核磁共振(NMR)系统测试了低渗岩芯吸浆过程中微观渗流特征,从微观尺度揭示了吸渗过程中孔隙填充及封闭规律。结合岩芯孔径分布和硅溶胶凝胶生长规律分析了硅溶胶对低渗岩体的可注性,并讨论了硅溶胶的吸渗注浆机制和工程应用前景。结果表明：硅溶胶对低渗岩芯吸渗能力突出,亲和力为去离子水的92.2%。硅溶胶的吸渗曲线呈指数三阶段分布特征,其中0.1 mD岩芯吸渗过程主要受微孔控制,20 mD样品吸渗先后受中孔和微孔控制。岩体纳微孔隙特征和硅溶胶凝胶生长对硅溶胶吸渗注浆可注性影响显著,且可注性与毛细管力共同影响吸渗结果。硅溶胶吸渗注浆能够满足低渗岩体纳微尺度孔隙–裂缝封闭的工程需求。     

页岩微观孔隙的扫描电镜特征

为了解中国南方海相龙马溪组页岩储层微观孔隙特征及成藏环境,用氩离子抛光和扫描电镜对页岩岩心孔隙进行观察,可分为粒间孔、粒内孔、有机孔和微裂隙。粒间孔多为后生成岩作用形成,具一定的连通性,可作为天然气运移的通道;粒内孔多为溶蚀作用和基质收缩作用形成,连通性差,不利于油气运移;有机质中的有机孔发育,多为生烃形成,形成过程中的有机质消耗可以增大页岩的孔隙度,往往与微裂隙连通,是页岩气提供良好储运空间;微裂隙多为后生作用形成,是页岩气良好的储集空间和输导通道。     

波动采油对饱和单相一维储层模型渗流的影响分析

 基于低频波动采油作用下的低渗储层开发背景,对渗流孔隙介质波动控制方程进行Laplace解析–Durbin离散求解,分析低频波动采油对饱和单相一维储层渗流的影响。通过对时间 进行Laplace变换,利用迭代消去和非齐次微分方程降解解法,结合开发储层边界与初始条件,推导得到Laplace变换域内单一波作用下一维储层定压或定流量开发时的流固位移解;利用延长油田物性拟合参数,Matlab编程计算饱和水相孔隙介质和不同振动频率下饱和油相孔隙介质两类算例的渗流变化。计算结果验证了波动采油技术在储层开发过程中的增渗能力,在一定储层物性条件下存在最佳振动参数(文中最佳振动频率为10～30 Hz),使得孔隙度和渗透率增幅最大,与实验规律相符。     

考虑滑脱效应的煤层气渗流数学模型及数值模拟

在千米深度下赋存煤层气的煤层处于高地层压力作用，因此可认为是致密的多孔介质。煤层的渗透率低，对于致密的多孔介质渗流，滑脱效应将十分显著。据此，建立了低渗透率情况下考虑高地层压力作用和滑脱效应的煤层气渗流数学模型，并采用有限元方法对建立的数学模型进行了数值求解；比较低渗透率情况下考虑高地层压力作用的滑脱流和原有的达西流对压力分布的影响。建立的煤层气滑脱数学模型为研究煤层气非线性渗流问题奠定基础，对高地层压力作用下低渗透率储层的煤层气产量估算具有重要的理论价值。     

裂隙岩体表征方法及岩体水力学特性研究

 岩体中裂隙展布的多样性和随机性是裂隙岩体工程特性研究的关键问题。考虑岩体裂隙几何形态(走向、倾角、迹长、间距、隙宽等)的随机性,利用Monte Carlo模拟技术,编制裂隙网络生成程序RFNM2D和RFNM3D。利用RFNM,不但能够生成可以描述和表征岩体及其裂隙结构信息的虚拟裂隙网络岩体,还能够将生成的裂隙网络岩体进行数值离散化,从而可以直接和多种数值计算方法(有限元法、离散元法等)相结合来解决实际工程问题。因此,RFNM生成的裂隙网络岩体实际上是一种数字随机裂隙岩体模型。基于渗流力学理论,应用有限元方法编制软件GeoCAAS,研究裂隙岩体的水力学特性,探讨裂隙几何形态对渗流性状的影响。     

二维任意裂隙网络裂隙–孔隙渗流模型的两种解法

 与裂隙网络渗流模型相比,裂隙–孔隙渗流模型(双重介质渗流模型)假定裂隙及裂隙切割而成的岩块均透水。这样可以只考虑较大裂隙形成的裂隙网络,而岩块及其内部的较小随机裂隙均作为连续孔隙介质进行渗流分析,从而减少裂隙网络中的裂隙数量以增加计算容量。讨论裂隙–孔隙渗流模型研究存在的问题,归纳剖析2种解法,即整体求解法与流量交换法。整体求解法中,裂隙作为有一定宽度的介质并划分为实体计算单元,与岩块单元的单元渗透矩阵合并成总体渗透矩阵进行求解。裂隙实体单元无需在网格划分时划出,只需在计算程序中对裂隙节点进行扩展。流量交换法中,裂隙系统和岩块系统分别形成渗透矩阵和渗流方程组,分别计算2个系统的渗流,2个系统之间通过流量交换,最终实现流量平衡和同一节点的水头一致,并指出水交换量只修正下游节点的渗流平衡方程。通过算例,比较2种解法的特点。还提出任意封闭回路在不增加节点前提下的三角形划分法。     

裂隙岩体渗流计算方法研究

文中系统推导了裂隙网络模型,正交和非正交裂隙组的连续均质场模型计算公式,编制了数值计算方法的程序并应用于实例,还用物理模型加以验证。 经过多次裂隙渗流与多孔介质渗流计算比较,裂隙渗流的自由面显著高于多孔介质,因此研究裂隙岩体渗流和岩坡的稳定性以采用裂隙渗流计算方法为可靠。     

变饱和裂隙多孔介质的双渗透率数值模型与参数分析

针对裂隙多孔介质中的变饱和流动与运移,分析了双渗透率数值模型的参数构成与计算特征。双渗透率模型由分别代表裂隙等效连续介质和孔隙介质的两组并列体积单元集合构成,用平均裂隙宽度和平均裂隙间距表达裂隙等效连续介质的参数,用裂隙单元与孔隙单元之间的有效作用面积、有效作用距离和有效渗透系数描述裂隙-孔隙相对流动和运移。裂隙-孔隙相互作用参数取决于概念模型,并与流体动态相关。计算分析表明,裂隙单元与孔隙单元之间的毛细力梯度与重力的共同作用决定裂隙流动、孔隙流动和裂隙-孔隙相对流动的相对大小,流体和溶质的动态受到裂隙宽度变化的显著影响。     

裂缝-孔隙介质油、水两相微观渗流物理模拟

为了研究油、水在孔隙-裂缝介质中的渗流微观机理，利用微观岩石薄片模型，研究了不同裂缝分布情况下，孔隙-裂缝介质中水驱替油的微观过程，分析了裂缝形态、孔隙结构等因素对油、水渗流的影响，得出了有益的结论。对于认识非混溶两相流体在孔隙-裂缝介质中渗流规律和油气田开发具有重要意义。     

不同孔隙率下霜层导热系数的理论模型

本文对霜层的结构进行了分析,认为可以用霜柱一多孔模型来表示霜层的结构。在逾渗理论的基础上,对多孔部分的导热系数进行讨论。指出由于霜晶体的不断生长,在临界点会形成大的连通体,从而导热系数与高孔隙率下有着不同的规律。以临界孔隙率为分界线,分别导出了不同孔隙率下霜层导热系数的通用数学表达式。与其他模型的比较表明,本模型没有孔隙率范围的限制,同时也比较符合实际。