Numerical simulation of gas flow through porous sandstone and its experimental validation

Due to post-lithogenetic fracturing or weathering, sandstone can contain complex dual porosity structure, which makes it difficult to identify the fluid flow behaviour through it. The main objective of this study is to develop a three dimensional numerical model to simulate the flow of gas through porous sandstone under triaxial test condition. For the purpose of the modelling study, laboratory data which have been obtained from triaxial experiments conducted on porous sandstone samples [1] were used. In this study, a commercial reservoir simulator, COMET 3 was used to model the gas flow in the test samples. The COMET 3 model closely predicts the gas flow through the porous sandstone sample for the range of confining and gas injection pressures studied in the laboratory and for low gas flow rates (laminar flow). However the model fails at high flow rates (turbulent flows), due to the fact that the COMET 3 simulator uses Darcy’s law for flow simulations. Therefore, caution is required when interpreting the model results if the assumption of laminar flow does not apply to the flow conditions. An empirical relationship has been developed in this study which can be used to obtain an estimation of the flowrate when the flow has become non-Darcian. It is however important to be able to identify the transition point from Darcy to non-Darcy flow when the assumption of Darcian flow in COMET 3 no longer applies. Experiments conducted by Yi et al. [1] show very clearly the transition points, which are dependent on the injection and confining pressures. The model developed using COMET 3 appeared to give better prediction of the gas flow rate in sandstone sample, under triaxial test condition, than the COMSOL Multiphysics model given in the study in Yi et al. [1].     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段高伽马砂岩测井识别及其展布特征

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段泥页岩层系内发育大量的砂岩夹层,这些砂岩夹层常伴有自然伽马值异常高的现象,部分砂岩的自然伽马值可高达330.5 API,在测井剖面上极易与泥页岩混淆。为识别高伽马砂岩,按照粒度和结构特征将该区延长组长7段碎屑岩划分为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩和页岩,并应用常规测井数据运算组合成2个新参数——参数A和参数B,参数A和参数B组成的交汇图版以及自然伽马测井曲线,可有效区分识别出长7段中的正常砂岩和高伽马砂岩。长7段高伽马砂岩的累计厚度平面展布图表明,高伽马砂岩主要位于研究区的西南部;高伽马砂岩由湖盆边缘向湖盆中心呈指状发散展布的特征指示,其形成可能与长7段沉积期间的火山喷发有关。     

浅谈坚硬石英砂岩顶板综放工作面通风方式优选

夏阔坦矿业公司工作面顶板为坚硬细砾砂岩和石英砂岩,采空区易悬顶,顶板来压垮落时,易引起采空区瓦斯燃爆、回风隅角和回风流瓦斯超限。在氧气、火源不可控条件下,通过优选合理的工作面通风方式,改变采空区风流场和瓦斯浓度场,超前采取顶板预裂爆破、高位钻孔抽采等手段使工作面顶板垮落在瓦斯浓度3%以下采空区区域内,有效预防采煤工作面回风隅角瓦斯超限和坚硬石英砂岩相互摩擦、撞击产生火花引燃采空区瓦斯等事故。     

苏里格气田西区致密砂岩储层地层水分布特征

鄂尔多斯盆地苏里格气田西区正常地层水的判别标准为:矿化度≥50 g/L,钠氯系数(r_Na⁺/r_Cl^-)<0.5,钠钙系数(r_Na⁺/r_Ca²⁺)<1,压裂液返排率≥100%。通过地层水化学特征、氢氧同位素和微量元素溴的综合分析认为,苏里格气田西区地层水来源于经过了强烈水-岩作用和蒸发浓缩作用的陆相沉积成因水。确认苏里格气田上古生界地层水封闭条件好,有利于天然气聚集和保存。进一步结合该区烃源岩、储层和盖层等成藏要素分析认为,该区地层水主要是弱动力成藏过程中的残余地层水,复杂的气-水分布源于低生烃强度和低构造位置背景下储层强非均质性和微构造的共同作用;而盆地东部的高矿化度地层水与奥陶纪盐岩的水-岩作用密切相关。     

白豹-坪庄地区延长组长6储层成岩作用研究

鄂尔多斯盆地白豹-坪庄地区延长组长6储层是该区主要的产油层,也是典型的低孔、低渗储集层,具有粒度细、成分成熟度低、磨圆度较差、分选性较好的岩石学特征。结合铸体薄片、扫描电镜、粘土X衍射以及物性等资料,对长6储层砂岩的成岩作用进行了研究,确定其成岩作用类型主要有压实作用、压溶作用、胶结作用、交代作用及溶解作用等,其中前4种为破坏性成岩作用,最后一种为建设性成岩作用。对成岩演化序列的研宄表明,长6储层砂岩的成岩阶段已达到中成岩B期的早期阶段。综合成岩作用类型的组合方式,建立了成岩演化模式,重点从成岩演化过程入手,对成岩相特征进行了细致研究,划分出了7种成岩相类型。     

煤层气与相邻砂岩气藏合采数值模拟研究

借鉴现有模型,建立了煤层与相邻砂岩储气层合采的三维气-水两相流动数学模型及数值模型,并结合韩城矿区煤储层以及砂岩层的实际地质资料,开展了煤层气与相邻砂岩储气层合采条件以及显著性影响因素的数值模拟分析研究。研究结果表明,砂岩层含水饱和度对煤层气与相邻砂岩气藏合采的影响最为显著,由此确定煤层气与相邻砂岩气藏合采的首要条件为相邻砂岩储气层不含水或微含水,且仅当韩城矿区内与5号煤层相邻的山西组底部砂岩层孔隙度达到5%以上时,才具备与煤层合采的意义,此时相邻砂岩层煤成气可成为煤层气井产能的有利补充。     

高温作用后2种层理砂岩的动态力学试验及细观分析

为研究层理岩石的动态力学和细观结构方面的各向异性特征,利用大直径(?100 mm)分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,进行高温作用后层理砂岩的动态压缩试验,而后对试件破坏断口进行SEM电镜扫描试验,分析其断口形貌特征与能耗规律,并对提取出的微裂缝网络进行数值分析。试验结果表明:高温作用后各向异性砂岩的动态力学性能受冲击弹速、温度效应、层理各向异性的共同影响,随着冲击弹速的增加,砂岩的峰值强度逐渐增加,峰值应变逐渐增大,变形模量也逐渐增加;随着温度的升高,砂岩的峰值强度逐渐减小,峰值应变逐渐增大,而变形模量逐渐减小;平行层理砂岩的峰值强度、峰值应变和变形模量普遍高于垂直层理岩样,整体性更好。层理砂岩在高应变率下破坏的断口表面比在低应变率下整体度差,形貌更加粗糙。经历温度不大于400℃时,断面以沿晶破坏和穿晶破坏为主,表现为脆性断裂;经历温度为800℃时,除前2种断裂模式外,断面局部还出现塑性破坏和韧性破坏特征。砂岩在高应变率下破坏时能耗普遍高于低应变率破坏。断口裂隙的数量、裂隙的面积、裂隙的形状三者均存在明显的各向异性差异,水平层理的裂隙数量普遍高于垂直层理;水平层理岩样的微观裂隙率曲线低于垂直层理岩样;垂直层理的裂隙形状普遍比水平层理规则。高温处理后岩样动态破坏断口的裂隙形态趋于规则。     

劈裂砂岩过流面积对渗流的影响研究

为寻求岩体渗流过流面积与渗流量的关系,应用CAD、ANSYS以及ArcGIS软件对不同劈裂面的砂岩岩样进行了岩柱劈裂面模拟,计算出了裂面面积,并进行了以过流面积为单影响因素的渗流试验。计算结果显示,随着过流面积的增加,渗流量与过流面积近于三次函数关系,且在施加不同围压与轴压下,这种关系没有改变,变化的只是渗透速度大小。该研究弥补了以往研究中不进行过流面积单影响因素试验的不足,对弄清实际工程中岩体裂隙及岩体结构面发育程度对渗流的影响具有一定的启示。     

高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性 试验研究

 通过在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机上对焦作方庄煤矿煤层顶板粗砂岩进行高温后常规三轴压缩试验,基于试验结果研究不同温度作用后常规三向压缩条件下粗砂岩宏观力学特性,分析粗砂岩强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角和极限应变与温度的关系;同时对粗砂岩强度、平均模量与围压关系进行探讨。研究结果表明,围压一定,温度为25 ℃～300 ℃时,随着温度的升高,试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大,而变形模量有所降低。高温产生的热应力起到容纳变形和裂隙闭合作用,砂岩试件部分原生裂隙逐渐愈合,裂隙数量减少,密实程度提高,矿物颗粒间接触关系得到改善,摩擦特性得以增强;超过300 ℃ 以后,随着温度的升高,粗砂岩试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均有所减小,而峰值变形逐渐增大,由高温引起的粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率导致跨颗粒边界的热膨胀不协调,从而产生结构热应力使试样内部产生微裂隙,试样承载能力和抗变形能力减弱。而围压对粗砂岩的力学性质起到改善和强化作用,当温度一定时,随着围压的升高,粗砂岩试件强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大。     

特低渗透砂岩储层微观孔隙结构特征

通过物性分析、扫描电镜、铸体薄片、高压压汞技术对鄂尔多斯盆地F油田延长组长81特低渗透砂岩储层样品进行分析测试,研究其微观孔隙结构特征。研究表明,研究区储层孔隙喉道类型多样是其渗透性差的主要原因,储层以残余粒间孔和溶蚀粒间孔为主。孔隙喉道偏细,多属小孔微喉道;喉道分布具有单峰、双峰和多峰的特点;储层非均质性增强,渗透率有增大的趋势;储层微裂缝较为发育。储层物性参数的差异、孔喉特征参数的差异等均归因于微观孔隙结构的差异。