油气成藏条件下低渗透砂岩石油运移的渗流特征实验研究

在室内低速渗流实验的基础上,采用恒压测试法,对成藏条件下石油在低渗透砂岩中的运移渗流规律及影响因素进行了研究。结果表明：(1)石油在低渗透砂岩中低速渗流时存在着启动压力梯度,非达西渗流特征明显。(2)低渗透砂岩中石油非达西渗流曲线主要有两种基本类型,视流度≤1时,非达西渗流曲线表现为上凹型曲线;视流度＞1时,表现为变性达西流曲线。(3)低渗透砂岩的物性、石油性质以及它们的相互作用对渗流曲线的位置、非线性段的曲率和变化范围以及直线段在压力梯度轴的截距具有重要影响。(4)随着低渗透砂岩渗透率的降低和石油粘度的增加或视流度的减小,石油在低渗透砂岩储层的非达西渗流特征更加明显。     

低渗透性介质孔隙水渗流规律

针对以往对低渗透介质中的孔隙水的渗流规律研究存在的问题,利用微渗流-固结联合试验、三轴渗透固结试验、压汞试验等方法,对低渗透性介质-粘性土中的孔隙水的渗流规律进行了较系统的研究,对孔隙水运移规律的实质、极限水力梯度存在与否、达西定律的适用范围及在实际应用中注意的问题等方面进行探讨,并提出新的见解.     

软土地层浅埋圆形隧道非达西渗流场解析研究

软土在低水力坡降下的渗流会偏离达西定律,即为非达西渗流模式。假设孔隙水渗透服从指数渗流模式,采用镜像法原理推导了浅埋单孔和双孔圆形隧道非达西渗流场的解析解。结合算例,对浅埋圆形隧道非达西渗流解析解与达西渗流解析解进行了对比分析与验证,并对非达西渗流指数、隧道周围土体与衬砌渗流系数比值对隧道渗流场的影响进行了讨论。结果表明：非达西渗流指数、渗流系数比值对隧道渗流量和周围土体孔压均有较大的影响;随着渗流指数逐渐增大,土体内水头损失加快,隧道周围土体孔压及渗流量逐渐减小;随着土体与衬砌渗流系数比值逐渐增大,衬砌排水能力增强,隧道渗流量逐渐增大,隧道周围土体孔压减小更大。     

达西定律成立吗

目前在地下水渗流研究领域公认的是:当雷诺数Re<(1~10)时,达西线性定律是描述地下水渗流运动的最基本方程,地下水流动的数学问题都可以基于该线性方程而导出.通过对当年达西实验数据的再分析以及利用透水石孔隙介质进行的渗流实验发现:即使在雷诺数Re<(1~10)的条件下,地下水渗流也不服从达西线性定律,而是呈现出随着雷诺数的增大,水流阻力也在逐渐增大,孔隙介质中的地下水渗流服从非线性渗流规律.达西线性渗流定律只是对斜率变化不大的非线性渗流规律的近似表征.     

堆石坝非达西渗流场分析

坝体的渗流计算常采用近似的线性渗流计算方法,然而对于堆石结构而言,在高水力梯度的作用下,由于流体惯性力与紊流的影响,水力梯度与渗流流速之间偏离了线性的达西定律,堆石体中不同孔隙介质的交界面错综复杂更增加了渗流场形态的复杂性。此时,使用非达西渗流的计算方法,可以提高渗流计算的精度,更加客观地描述渗流场中的渗流行为。基于伽辽金加权余量法推演了Forchheimer方程的非线性有限单元法公式,应用该方法对堆石坝渗流场问题进行了数值模拟计算,并给出了工程实例。研究表明,用该方法可以很好地研究渗流场中的非达西渗流现象。对比达西渗流计算与非达西渗流计算结果之间的差异,得出了非达西渗流计算的意义。对堆石坝结构而言,非达西渗流计算的结构显示渗流场的局部区域可能出现高水力坡降区域扩散的现象。此外,水力坡降峰值对比达西渗流计算结果有所增大,这说明真实渗流场的水力坡降峰值有可能超出材料的临界水力坡降允许值,从而引起坝体的渗透破坏。     

致密岩石介质中气体滑脱效应的研究进展

致密岩石介质中的气体渗流有别于液体渗流,其中滑脱效应是影响致密岩石介质中气体渗流规律的一个重要因素。通过分析国内外学者在气体滑脱效应方面的研究进展,总结了滑脱效应的产生机理和产生条件,认为气体分子在孔壁附近的运动状态是产生滑脱效应的根本原因。同时围绕孔隙气体压力、围压、含水饱和度、气体性质等因素对气体滑脱效应的影响及实质进行综合分析。分析结果对研究低渗透多孔介质中气体渗流规律和测定低渗气田开发中气体渗透率参数等方面具有较大的参考意义。      

应力-渗流耦合三轴渗透试验系统研制及其在充填介质渗透特性试验中的应用

为研究充填介质在赋存条件下的渗透、力学特性及其破坏机制,改进研制了大比尺三轴应力-渗流耦合试验系统,开发了三维应力-渗流耦合压力室,进行了完善的密封和加载系统设计。系统具备自动化轴压加载、围压渗压加载、涌水涌砂量采集和多元信息并行监测等功能,该套装置可针对大尺寸、不同规格岩溶管道和裂隙还原其在原始地应力状态下进行渗透性及相关力学试验研究。围压、渗压值可分别加到2 MPa和5 MPa,轴向荷载最大可加到300 kN。光纤技术、电阻元件柔性防水技术和自动化数据采集分析系统的应用,实现了水环境下试件内部渗压、应变的精确采集和分析。在试验系统的基础上,开展了赋存环境下充填介质渗透特性试验研究,分析了充填介质类型、渗流路径、管道断面形状及应力条件4种因素对渗透特性的影响及充填介质的响应特征,揭示了充填体稳定性和渗透性的变化规律。该装置解决了小水力梯度及赋存条件下的充填介质渗透特性和力学性质试验研究技术难题,具有重要意义。     

低渗透岩芯水驱油试验相似理论

以相似理论为基础,考虑低渗透多孔介质非达西渗流特性,研究了油水两相渗流模拟试验理论。应用方程分析法,推导出油水两相渗流控制方程的无量纲形式,获得了低渗透岩芯水驱油模拟试验的相似准则。采用隐式求解压力、显式求解饱和度的方法（IMPES）对无量纲控制方程进行求解,得到包含相似准数的数值模拟器。通过敏感性分析,得到了每个相似准数对试验结果的影响程度,并通过实际低渗透岩芯的水驱油试验结果进行了验证。结果表明,敏感因子大的相似准数对试验结果影响较大,反之影响则较小。因此,在设计物理模拟试验时,当无法满足模型和原型所有相似准数相等时,应该优先满足敏感因子较大的相似准数相等。     

低渗透油藏非达西渗流地层压力计算方法及分析

低渗透油藏非达西渗流时,地层的压力分布与常规达西流动情况下不同,储层存在压力波及不到的区域,难以有效动用。为此,基于渗流理论中质量守恒和动量守恒方程,建立了考虑启动压力梯度存在的新的不稳定渗流数学模型,推导出非达西径向流解析解和产能方程,形成了低渗透油藏新的地层压力计算方法,为低渗透储层的油藏评价和开发设计提供了理论依据。计算分析表明：低渗透油藏非达西流动下压力分布不同于以往有激励即有响应的达西流动情况,近井地带能量递减远快于常规油藏达西流动的情况,储层波及范围小,井筒外围有很大一部分面积的油藏没能有效动用。     

基于非达西渗流的软土一维非线性固结半解析解

在土中渗流遵循非达西渗流定律的前提下,考虑软土在固结过程中的非线性固结特性,根据饱和土体一维固结的连续条件,推导出基于非达西渗流的软土一维非线性固结控制方程。利用半解析方法对其进行求解,并与差分计算结果进行对比,验证半解析方法的可靠性。最后,着重分析非达西渗流与达西定律之间非线性固结性状的差别,以及不同自重应力分布方式对固结速率的影响。结果表明,考虑非达西渗流下的非线性固结速率比达西定律下要慢,且指数和临界水力坡降越大,非线性固结速率越慢。而且,作用的外荷载越小、地基土层越厚,非达西渗流下非线性固结速率的减慢愈明显。自重应力均匀分布下的非线性固结速率要比自重应力线性分布下慢,但随着荷载的增大、土层的变薄,两者之间的差别会越来越小。     

Research advances in non-Darcy flow in low permeability media

More and more experimental results show that Darcy’s law is not fully applicable in low permeability media,and non-Darcy flow has been identified.In this paper we reviewed the research of non-Darcy flow experiments in low-permeability media in recent decades,discuss the existence of non-Darcy flow,and summarize its constitutive equations.The reasons for the threshold gradient were also discussed and summarized for the criterion of the critical point of non-Darcy flow.On this basis,the future development of non-Darcy flow experiments in the rock and clay media were discussed,in order to provide a certain reference for subsequent research on seepage laws in low permeability media.     

黄骅坳陷王官屯油田官104断块古近系孔店组辫状河储层流动单元

以黄骅坳陷王官屯油田官104断块为例，探讨辫状河储层流动单元的研究方法。储层流动单元研究包括两个层次，其一为渗流屏障和连通体分析，其二为渗流差异分析。研究区主要微相类型有心滩、辫状河道与河道间。渗流屏障主要为泥岩屏障和成岩胶结屏障。通过渗流差异分析将官104断块枣Ⅲ、枣Ⅱ油组辫状河储层划分为四类流动单元。其中，Ⅰ类流动单元以中高孔、中高渗为主要特征，主要分布于心滩与辫状河道主体部位；Ⅱ类流动单元属中孔、中低渗储层，主要分布于辫状河道；Ⅲ类流动单元以中低孔、低渗透率为主要特征，分布于河道侧缘及河漫滩溢微相；Ⅳ类储层流动单元主要为渗透性极差的非储集层。通过综合分析，建立了工区储层流动单元的分布模型。这一研究对于优化油田开发调整方案具有重要的指导意义。     

Numerical solutions for flow in porous media

A numerical approach is proposed to model the flow in porous media using homogenization theory. The proposed concept involves the analyses of micro‐true flow at pore‐level and macro‐seepage flow at macro‐level. Macro‐seepage and microscopic characteristic flow equations are first derived from the Navier–Stokes equation at low Reynolds number through a two‐scale homogenization method. This homogenization method adopts an asymptotic expansion of velocity and pressure through the micro‐structures of porous media. A slightly compressible condition is introduced to express the characteristic flow through only characteristic velocity. This characteristic flow is then numerically solved using a penalty FEM scheme. Reduced integration technique is introduced for the volumetric term to avoid mesh locking. Finally, the numerical model is examined using two sets of permeability test data on clay and one set of permeability test data on sand. The numerical predictions agree well with the experimental data if constraint water film is considered for clay and two‐dimensional cross‐connection effect is included for sand. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

用试井资料研究低渗透裂缝性油藏渗流模式及演化特征——以准噶尔盆地火烧山油田为例

对于注水开发多年,尤其是多次采取增产增注措施后的油藏,如何准确地判定低渗透非均质储集层渗流特征及其演化规律,难度比较大。针对火烧山低渗透裂缝性油藏,根据不稳定试井曲线识别储层模型,分析了不同开发阶段储层渗流系统的演化规律。由于火烧山油田天然裂缝发育,而且多数井采用压裂方式进行投产,开发初期储层模型主要表现为人工裂缝或双孔模型。开发过程中,随着地层压力的降低及调剖堵水措施的实施,油井渗流特征往单孔模型转变、注水井渗流系统向径向复合模型转变;渗流系统的演化改变了储层的有效渗透率,使其整体上呈现降低的趋势。储层初期有效渗透率场与油井水窜特征基本吻合,有效渗透率的逐步下降与油藏含水上升速度的下降基本吻合,从而为油藏下一步开发调整可行性评价提供了重要依据。     

柴达木盆地东部石炭系页岩气储层渗流特征研究

页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源,页岩气藏具有多尺度的孔渗结构及多种渗流形态,研究页岩气藏储渗特征能够为页岩气的勘探开发提供理论支撑。该研究选取了柴达木盆地东部石炭系克鲁克组与怀头他拉组的页岩钻井岩心共5个样品,应用氩离子抛光扫描电镜实验与孔径分布测试(包括压汞法、氮气吸附法、二氧化碳吸附法)对页岩的孔隙结构特征进行定性定量测试。基于页岩气质量流量渗流模型,给出页岩表观渗透率与平均压力的关系。通过甲烷渗流模拟实验测定页岩的表观渗透率。从表观渗透率随平均压力的变化特征出发,分析页岩储层中的气体渗流规律。研究结果表明：页岩气的渗流形态包括滑脱流、扩散流及达西流。在低压情况下,渗透率低的页岩中以扩散流为主,其次为滑脱流。随渗透率的增大,渗流主要形式转变为滑脱流。当压力大于2 MPa时渗流形态以达西流为主,滑脱与扩散行为不明显。研究区内页岩微孔与中孔发育较多,达西渗透率与大孔的孔隙体积相关性较大,扩散流对表观渗透率的贡献与50 nm以下的孔隙孔体积比例有一定的相关性。低压下扩散流对表观渗透率的贡献较大,扩散流是一种非常重要的页岩气运移形式。     

特低渗透大型露头模型流场测量技术及分布规律研究

应用电阻率测井原理,建立了一套大型露头模型平面流场测量方法。在此基础上利用特低渗透天然砂岩露头制作大型露头模型进行流场分布规律研究。研究表明,对于平行岩样具有非线性渗流特征的大型露头模型,其井网单元内平面流场特征为注入流体沿主流线方向快速突进,但波及范围较小,且存在不流动区,驱替效果较差。分析了不同驱替倍数下流场的变化规律,对比研究了不同因素对流场以及有效驱动的影响。大型露头模型能直观地反映流场动态的变化过程和驱替效果,能够更好地模拟实际油藏渗流规律。     

大庆油田萨中地区葡121层储层流动单元的初步划分

储层流动单元是指影响流动的岩性和岩石物理性质在内部相似,在垂向上和横向上连续的储集带,它是基于油藏数值拟的目的提出的,对于油气田开发,特别是对二次采油和三次采油具有较大的实际意义,目前国内外对流动单元的研究主要集中于探索流动单元的划分方法,笔者在研究各种划分方法的基础上提出了一种最简单的划分方法,该方法可直接从测井解释成果图图上读取数据,求出存储系数和渗流系数,通过聚类分析划分出流动单元,该方法虽有不足,但简便易行,且在单一沉积微相中可取得很好的效果。     

大庆油田萨中地区葡121层储层流动单元的初步划分

储层流动单元是指影响流体流动的岩性和岩石物理性质在内部相似,在垂向上和横向上连续的储集带,它是基于油藏数值模拟的目的提出的,对于油气田开发,特别是对二次采油和三次采油具有较大的实际意义。目前国内外对流动单元的研究主要集中于探索流动单元的划分方法,笔者在研究各种划分方法的基础上提出了一种最简单的划分方法,该方法可直接从测井解释成果图上读取数据,求出存储系数和渗流系数,通过聚类分析划分出流动单元。该方法虽有不足,但简便易行,且在单一沉积微相中可取得很好的效果。     

储层多孔介质波动渗流力学研究进展与挑战

随着石油工业对低渗、特低渗、稠油、超稠油、小断块、薄油层及高含水等复杂油藏开发的不断加强,波动强化采油技术作为一项高效低成本、不伤害储层、不污染环境的储层增产增注新技术,具有广阔的发展与应用前景.基于对国内外相关成果的广泛调研,揭示了弹性波作用下储层渗流动力学机制是提高波动强化采油技术矿场应用效果的关键,阐述了在弹性波作用下波动渗流力学与传统孔隙介质弹性波传播理论和经典油水渗流力学之间的本质差异,分析了定量描述储层多孔介质波动渗流动力学机理与规律的主要难点,总结了储层波动渗流力学研究的最新进展,展望了波动渗流力学理论研究需要进一步解决的重点问题.