弹性波提高原油采收率机理研究

作者在文中利用粘弹性波动理论来定量研究了人工振动采油的机理，首次推导出弹性波引起流体和固体振动强弱之比与储层属性的关系。理论计算表明，人工振动采油的方法对低孔、低渗和高粘度储油层作用效果最好，而且频率越高，效果越佳。为进一步优选激振参数，提高原油采收率打下了坚实的理论基础。     

离散介质中地震波传播的本构问题

实际地球介质是相当复杂的.基于均匀的、连续介质模型建立的弹性波动理论可能导致对地球结构地震响应的不当解释, 有时可能是错误解释.由于没有更接近实际地球介质模型的波动理论, 许多有用的地震信息因得不到合理解释, 被作为噪音处理了.从等效介质角度来看, 储层介质可以划分为弹性区、粘性区、空白区(空白区是由孔隙、裂隙、结构面产生的介质性质弱化区) 组成的离散介质.在局部平均思想的指导下, 利用区间内聚定理建立起离散(储层) 介质的本构关系, 为建立更接近实际地球介质模型的波动理论提供了力学基础.      

裂缝性低渗透油藏流-固耦合数值模拟

根据低渗裂缝性砂岩油藏的储层特征,建立适合裂缝性砂岩油藏渗流的等效连续介质模型;通过实验得出有效压力改变对储层孔隙度、渗透率影响的规律;考虑低渗透油藏渗流时启动压力梯度和低渗储层的流-固耦合特性,将渗流力学与弹塑性力学相结合,建立起适合低渗透油藏的流-固耦合渗流数学模型,并给出其数值解.在黑油模型和弹塑性有限元程序的基础上,编制了计算低渗透油藏流-固耦合渗流的计算软件.通过数值模拟和不考虑流-固耦合时的计算结果相比,可以看出低渗油藏中流-固耦合效应十分明显.     

各向异性介质储层数值模拟及波场特征研究

各向异性介质储层中波场特征的研究,有利于对多波资料的准确解释。在弹性波方程基础上,结合数值模拟技术与AVO技术,对多种介质模型和第二类含气砂岩储层模型进行数值模拟与波场特征描述。以表征介质各向异性程度的Thomsen参数为出发点,研究各参数对地震波场动力学和运动学特征的影响,并对第二类含气砂岩介质中模拟得到的正演记录,以及各向异性参数对波场的影响程度进行分析,进一步加深了对该类储层各向异性特征的认识,这为各向异性介质中的参数反演与地震资料解释提供了有力的参考依据。     

基于PML井间可变交错网格的弹性波数值模拟

井间地震以其高精度和高分辨率的特点,正在成为解决构造精细成像、储层描述等问题的关键技术,这就需要高精度和高效率的正演模拟技术作为其有效辅助手段.这里基于非均匀介质理论基础的弹性波方程数值模拟方法,将可变交错网格引入到小尺度薄互层非均匀介质井间地震弹性波模拟,对不同尺度的地质体采用不同尺度的网格进行剖分模拟.数值模拟结果表明,可变交错网格在保证模拟精度的前提下,进一步提高了模拟的时效性和对复杂介质模型模拟的适应性,对研究精细的井间地震弹性波场特征和传播规律具有重要的作用.     

二阶弹性波动方程高精度交错网格波场分离数值模拟

给出了一种等价的二阶弹性波动方程,以解决弹性波场中完全弹性波动方程不能完全分离耦合的纵、横波波场问题.应用高阶交错网格有限差分法求解该波动方程,并使用通量校正技术(FCT)进一步压制频散,采用均匀介质模型和层状介质模型进行波场分离数值试验,精确得到了混合波场、完全分离的纯纵波及纯横波波场.数值结果分析表明,本文方法在均匀介质情况下准确可靠,在分离后的纯纵、横波波场中可观察到较为丰富的能量转换信息,这对认识复杂弹性波的传播规律及弹性波理论具有重要意义.     

饱和流体多孔介质中AVA特征分析及储层参数反演研究

AVA(Amplitude Versus Angle)技术是基于常规介质模型(均匀各向同性介质模型)发展起来的,由于忽略了储层的孔隙结构和充填流体的影响,造成AVA特征中是部分对地震波能量的吸收和衰减作用反映不足.从振幅特征方程的实际应用出发,建立起各参数与常规岩性参数之间的关系.以Gassmann方程与Biot理论为基础,推导出振幅特征方程中弹性参数与常规岩性、储层参数(如:纵波速度、横波速度、密度、孔隙度、流体参数Kf)之间的转化关系式,详细研究饱和流体多孔介质模型中的AVA特征,比较该介质模型与常规介质模型在AVA特征上的差异,并将饱和流体多孔介质AVA技术应用于川西凹陷深层须家河组储层预测,通过多波AVA储层参数的反演研究,为直接利用地震资料进行储层识别并进一步识别其流体特征提供了一种有力手段.     

裂缝诱导双相HTI介质模型及其弹性波传播方程

将Biot双相介质理论与Gurevich裂缝各向异性理论相结合,建立了能够同时考虑实际裂缝性储层孔隙性和各向异性的裂缝诱导双相HTI介质模型。从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导出了裂缝诱导双相HTI介质中弹性波传播的一阶速度-应力方程,并针对方程的刚性问题,给出了利用显式二阶时间积分法数值求解该方程时所需要满足的稳定性条件。该方程能够定量地给出双相HTI介质的波场特征与裂缝参数、背景孔隙介质参数之间的关系,描述弹性波在这种介质中的传播机理。     

超低界面张力体系对低渗岩心非线性渗流规律的影响

低渗储层中启动压力梯度导致流体渗流规律呈现非线性特征,使得低渗储层的开发方式与中高渗储层不同。为了研究新立油田低渗储层中的非线性渗流现象,以新立油田天然低渗岩心为研究对象,通过精密压力测试多孔介质渗流实验分析超低界面张力体系对新立油田低渗岩心中单相及两相流体启动压力梯度的影响。研究结果表明:对于任何流体,新立油田低渗岩心均表现出非线性渗流特征,存在着一定启动压力梯度;低渗岩心拟启动压力梯度的值高于启动压力梯度,且两者均随着渗透率的提高而降低且与渗透率之间均为幂关系;超低界面张力体系可以明显地降低低渗岩心最小启动压力梯度与拟启动压力梯度;对于不同渗透率的岩心,两相临界启动压力梯度与含水饱和度的关系均表现出相似的变化规律,即两相临界启动压力梯度随着平均含水饱和度的上升先上升后降低;在不同渗透率下,对比水驱和超低界面张力体系驱的临界压力梯度最高点,超低界面张力体系下的临界压力梯度最高点明显小于水驱,这表明界面张力的减小可以明显地降低驱油时产生的两相临界压力梯度,超低界面张力体系改善了油藏的注入性。本研究对新立低渗储层水驱后开发方式的选择提供了参考。     

构造应力作用下流体运动的动力学分析——构造流体动力学

本文从流体动力学的基本规律出发,应用渗流力学、岩土力学及弹性力学的理论及方法,推导出了考虑应力状态的可变形介质中流体运动的动力学方程,由该方程可以看出：应力状态是影响流体运动的一个非常重要的因素,它通过３种方式来影响流体的运动,其一是：应力的作用改变介质的渗透性能,从而影响流体运动;其二是：平均正应力的变化速率影响介质的含流体能力,它以源汇项的形式反映在方程中;其三是：应力的作用影响流场的初始状态及边界状态,通过影响定解条件反映在动力学方程中,从而影响运动特征。构造应力场对流体运动的最终影响是这３方面作用     

多尺度多孔介质有效气体输运参数的分形特征

非常规油气资源的孔隙结构及其连通性非常复杂,其孔隙尺度从毫米到纳米跨越多个量级.多孔介质中气体的输运过程不仅依赖于介质的多尺度微观结构特征,还依赖于气体的相关属性.气体在多尺度多孔介质中的输运过程包括无滑流、滑脱流和过渡流,涉及分子扩散和努森扩散等多种机制,因此很难用唯一的连续介质理论来描述气体的输运特征.大量的数据表明真实多孔介质中的内部孔隙具有分形标度特征,因此采用分形几何表征多尺度多孔介质的孔隙结构,引入孔隙分形维数和迂曲度分形维数定量表征多孔介质的微结构和弯曲流道,建立多尺度多孔介质气体输运过程的细观模型;推导了多尺度多孔介质中气体的有效渗透率和有效扩散系数,并讨论了多尺度多孔介质微结构参数和气体属性对于气体等效输运特性的定量影响.该研究不仅可以丰富渗流理论,且有利于深入理解非常规油气藏的产出机制.      

流固耦合问题及研究进展

传统的渗流理论一般假设流体流动的多孔介质骨架是完全刚性的,即在孔隙流体压力变化过程中,固体骨架不产生任何弹性或塑性变形,这时可将渗流作为非耦合问题来研究。这种简化虽然可以得到问题的近似解,但存在许多缺陷,而且也不切合生产实际。比如:在油田开采过程中,孔隙流体压力会逐渐降低,将导致储层内有效应力的变化,使储层产生变形。近年来,流固耦合问题越来越受到人们的重视,这方面的研究涉及许多领域。该文介绍了有关工程涉及到的流固耦合问题,重点针对油、气开采问题,介绍了储层流固耦合渗流的特点及研究方法和理论进展,包括单相、多相流体渗流的流固耦合数学模型及有限元数值模型。      

异常高压气藏储层参数应力敏感性研究

异常高压气藏开采过程中,由于流体的产出,使储层岩石受力发生改变并使储层岩石发生弹塑性变形;而弹塑性变形反过来又影响到储层的孔隙度和渗透率,因此研究储层孔隙度和渗透率应力敏感性具有极其重要的意义。基于岩石力学的基本理论,推导出异常高压气藏岩石变形规律及变形方程,以此理论推导指导试验,将理论研究与实验规律相结合,在模拟地层条件下,对实际岩心样品进行了储层应力敏感性实验研究。实验研究表明,该方法能精确的描述储层孔隙度和渗透率应力敏感性,实验结果与理论推导结果完全吻合,进一步证明了理论推导的正确。     

孔隙水压力对岩石力学参数的影响

多孔多相的岩石介质中,孔隙水压力的变化会引起岩石的变形,其力学参数随之改变,而岩石的力学参数变化反过来会引起渗流场发生改变.本文利用岩石力学参数在其中的作用,推导出孔隙水压力变化时,岩石变形与孔隙度、压缩系数和体积弹性模量间的关系式.通过理论计算与分析表明,在渗流场和变形场的非线性程度不很高,参数关系不足很复杂的情况下,利用岩石力学参数的更新来进行耦合分析的方法,对于近期丁程应用行之有效.     

填埋场中气体运移的非稳定耦合渗流数学模型

基于多孔介质渗流力学和流固耦合理论，建立了填埋场内挥发性气体在土壤中迁移气－固耦合数学模型，并根据数学模型的非线性特征，采用摄动法求出模型的拟解析解。通过解析求解研究了挥发性气体在土壤中耦合与非耦合渗流情况下孔隙压力分布动态特征，为预测和预报挥发性气体在土壤中的扩散状况，以及对环境污染的治理，控制污染的扩散理论了理论依据。     

油气运移基础理论与油气勘探

在非均质地层中, 烃类的扩散流和体积流可以同时存在并可相互转换.扩散流有助于烃类从源岩中排出, 并通过流动方式的转变直接参与油气的聚集成藏.在致密泥岩层中, 扩散流和体积流的计算流速分别为4~18 m/Ma和3~15 m/Ma, 几乎没有差别, 说明泥岩中的流动也可以用达西公式来表述.虽然油气的浮力流和渗流都是地下多孔介质中的流动, 但油气在水中上浮不呈连续相流动.因此不要求也不能用达西公式表述临界运移饱和度和相对渗透率.优势运移通道和有效运移空间是2个不同的概念, 前者是指油气运移的主要方向, 后者是指地层中真正发生了油气运移的空间.大约有70%的油气藏位于优势运移通道上, 而在运载层中有效运移通道空间约占总孔隙空间的5%~10%.圈闭的封盖强度与闭合度有3种不同的组合类型, 它们是世界上油气分布的主控因素.根据研究和统计, 世界石油储量的半衰期约为29 Ma, 大油田的中值年龄约为35 Ma.根据烃类的微渗漏流量计算, 中-大型油气藏的平均自然年龄约为50~100 Ma.      

流体饱和两相多孔介质动力反应计算分析

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行计算和分析;对在是否考虑孔隙流体渗流的两种情况下计算得到的两相介质弹性动力反应结果的差异进行对比研究,从而揭示孔隙流体渗流对两相介质动力反应性质的影响。计算结果表明：两相介质弹性动力反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性动力反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻;孔隙流体的渗流将对两相介质的弹性动力反应性质产生显著的影响。数值计算同时表明,时域显式有限元方法是进行流体饱和两相多孔介质弹性动力反应计算分析的一种有效的方法。     

毛细管渗流模型在黄土渗透性中的应用探讨

黄土作为一种典型的多孔介质,多孔性是其重要特性之一。多孔性不仅影响着黄土的物理力学及化学特征,也严重影响着黄土的水理性质,特别是黄土的渗透特性。然而,作为多孔介质渗流理论的经典模型——毛细管模型,已经广泛应用于油气田开采、煤成气开采以及岩土工程等领域,但将多孔介质渗流理论模型引入表征黄土的多孔构造,这方面的资料尚欠缺。因此,本文以黄土的渗透性作为研究示例,在总结分析目前相对较为成功的多孔介质毛细管渗流模型的基础上,选取适于定量表征黄土渗透性的渗流模型,结合计算结果和渗透试验结果的对比,探讨将多孔介质毛细管渗流模型引入描述黄土渗透性这一方法的适用性。并提出孔隙的“香肠”构造（或称为“莲藕”构造）,为黄土的渗透性研究提供可借鉴的理论依据。     

油气初次运移理论新探

应用渗流力学的基本原理,研究油气初次运移的机制问题。研究认为,油气的初次运移是以连续相、而不是以溶液相和扩散相的形式进行的;油气初次运移的动力是浮力,因而初次运移的方向是向上的;油气初次运移所需的时间与源岩的渗透能力有关,与油气的粘度有关,还与源岩的厚度有关;油气藏的异常高压是一种暂时的压力状态,气藏的异常高压多于油藏,新生油气藏多于古油气藏;油气初次运移的通道就是源岩的粒间孔隙,源岩的非均质性和微裂缝对油气初次运移十分不利,因形成微油气藏而降低油气运移效率;源岩的厚度越大,越有利于油气聚集;“倒灌”现象是不存在的,缺少基本的动力驱动,基岩油气藏的形成是二次运移过程中侧向运移的结果。初次运移与二次运移具有相同的动力机制、运移相态和运移方向,因而两者是完全统一的。     

含油水各向异性孔隙介质中地震波传播方程

油气勘探的重点是寻找油气储层的分布 ,而地下油气的存在必然对地震记录产生影响。传统的地震波理论是建立在纯弹性固体基础之上 ,没有考虑固体中所含的流体 ,因此 ,它难以研究含油水岩石的物理性质 ,如岩石的渗透率和孔隙度、油水粘度。从固、液介质系统能量和本构方程出发 ,推导出固体、油相和水相的动力学方程 ,进而建立起含油水两相流体各向异性孔隙介质的地震波传播方程。该方程包括有岩石和油水的物理参数 ,更适合于油田的勘探和开发。