洋壳渗透率结构对其内部热液对流的影响研究——基于热力学数值模拟

洋底特殊环境的限制使数值模拟成为研究海底热液对流与成矿机制的有效方法.本文通过数值模拟的方法,研究洋壳渗透率单因素变化对热液对流系统的形态和输出参数(热液喷发温度和热流值)进行研究.模拟结果表明,洋壳平均渗透率分别与热液喷发温度和热量输出呈反相关和正相关关系,符合达西流体热对流的基本解析规律.另外,洋壳渗透率的垂向变化不会使洋壳内部的对流系统产生明显的横向偏移,只使热液羽规模在垂向上产生规律性变化,且渗透率越大,热液羽规模越小.渗透率在水平方向的变化则是引发热液羽和热液喷发位置横向偏移的主要因素,且只有在特定的渗透率水平变化率范围内,上涌热液羽才会发生向高渗区的明显偏移,这也从一定程度上解释了现今拆离断层相关的热液系统均未发育于断层终止线上的事实.以大西洋Trans-Atlantic Geotraverse(TAG)热液区为例,断裂带高渗区必然影响相邻洋壳内部热液的上涌路径,但受区内拆离断裂带周缘的渗透率水平变化规律的影响,上涌热液羽不至于完全偏移至断裂带,从而产生拆离断层上盘的热液活动.     

基于数值模拟的双感应测井裂缝参数定量评价方法

为厘清裂缝性地层双感应测井响应特征,建立裂缝参数评价方法,本文建立了含基岩、裂缝、井眼、双感应测井仪器的裂缝性地层双感应测井正演模型,以Gianzero几何因子理论为基础,结合阿特拉斯公司1503双感应测井仪器开展了高阻背景下低阻裂缝测井响应数值模拟.首先计算了1503双感应测井仪器几何因子,然后根据该几何因子求解不同裂缝开度、裂缝充填流体电导率、基岩电导率条件下双感应测井响应特征,分析了裂缝开度、裂缝充填流体电导率、基岩电导率对双感应测井响应的影响,归纳了裂缝性地层双感应测井响应规律.采用深感应视电阻率及深、中感应视电阻率比值作为横纵坐标,结合裂缝充填流体电阻率绘制了一套双感应裂缝开度评价图版.通过对图版数据进行拟合,建立了裂缝开度评价模型.在采用岩心、成像资料对评价模型刻度以减小几何因子理论计算非均质裂缝产生的误差后该模型可用于求取裂缝参数.最后将该方法应用于镇泾油田致密砂岩裂缝性储层进行裂缝参数定量评价,评价结果与成像测井评价结果吻合较好.     

雄安牛驼镇凸起区高渗性白云岩对上覆地层温度场的影响

牛驼镇凸起区内岩溶型白云岩广泛发育,其层内地下水对流造成浅表温度异常,沉积盖层段的地温梯度值为50.0℃·km-1,但随着高渗性白云岩埋深的增加,上覆沉积盖层段地温梯度值逐渐减小.本文以6口钻井测温曲线和213块样品热物性资料为基础,对高渗性白云岩层内流体对流对上覆地层温度影响的大小开展水热耦合研究.结果 表明:一定厚...     

南海扩张期岩浆流体对洋壳厚度的影响：数值模拟

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数值模拟手段,对扩张期热液循环系统中岩浆流体与洋壳厚度的关系进行研究.结果表明：(1)相较于只有海水参与的对流循环,含有岩浆流体的热液循环造成的洋壳厚度的减薄量更大、热液喷口温度更高.(2)岩浆流体对洋壳厚度的二次减薄作用随其含量的增大而减弱,热液喷口温度随其含量的增大而升高.(3)南海岩浆水、地幔水含量和洋壳厚度的分布具有非均质性,东部次海盆的地幔水、岩浆水含量高于西南次海盆,前者的平均洋壳厚度也大于后者,并且在海盆残余扩张脊附近存在异常薄洋壳.结合模型结果分析认为,残余扩张脊附近的薄洋壳可能受到扩张期热液循环或后期岩浆流体的影响,而东部、西南次海盆的洋壳厚度差异可能是由于前者的岩浆流体含量高于后者而造成的.     

含有倾斜薄裂缝孔隙地层中的井孔声场

应用三维交错网格应力-速度有限差分方法,数值模拟了含有倾斜裂缝孔隙介质地层中点声源所激发的井孔声场问题.为满足薄裂缝计算需求,开发了不均匀网格有限差分算法,提高了计算精度及计算速度.利用将孔隙介质方程参数取为流体极限的办法来处理裂缝中的流体,实现了流体-孔隙介质界面处的差分方程统一,使界面处的计算更加灵活方便.在验证了方法正确性的基础上,分别考察了单裂缝宽度、裂缝带宽度、裂缝倾斜角度以及孔隙介质渗透率等参数的变化对井轴上阵列波形的影响并进行了分析.结果表明,声波经过裂缝时可能产生反射横波及斯通利波,后者随裂缝宽度的减小而减小,而前者随裂缝宽度的改变,变化不大,在裂缝很小(20μm)时依然存在;裂缝带的宽度、密度越大,反射斯通利波越强;当裂缝(裂缝带)倾斜时,反射横波消失,但反射斯通利波受裂缝倾斜角度的影响较小;渗透率的改变对斯通利波的衰减影响较为明显.     

NMR技术评价油田高温堵剂调剖效果

开采稠油的主要方式是注蒸汽，其中包括蒸汽驱和蒸汽吞吐，随着蒸汽吞吐的次数增加，稠油的采出量依次递减。由于油层的非均质性严重，蒸汽首先进入高渗层，高渗透地层的稠油首先被采出，低渗透率地层采出很少，之后的蒸汽都进入高渗低层，即产生汽窜，所谓的低效蒸汽，蒸汽冷凝后形成热水，受到重力作用进入底部油层，降低了蒸汽的利用率；同时，由于蒸汽的重力履和沿高渗透地层窜流，使蒸汽在地层中的波及系数降低。为了克服蒸汽驱中的问题，国内外学者进行了大量的研究。通过注入一种流体－调剖剂，由于它的高粘度高渗透层后，将减少高渗通道的渗透率，消除“汽窜”，封堵高渗透地层，提高中低渗透油层的动用程度，提高原油产量和采收率。本文利用核磁共振成像（NMR）无损检测技术，对蒸汽驱SAD－□型高温调剖剂进行岩心动态评价实验，考察该调剖剂的热稳定性以及堵剂的封堵效果。     

成像测井解释模式在基岩油气藏裂缝性储层的应用研究

基岩油气藏裂缝性储层具有复杂的储集空间和储层非均质性,为了实现对基岩油气藏储层的精细评价,以地层微电阻率扫描成像测井和井周声波成像测井资料为核心,通过岩心资料标定,结合录井、常规测井、试油、地质等实际资料,系统建立了基岩油气藏变质岩储层的成像测井解释模式.根据成像测井模式的识别实现了对基岩油气藏特征的认识、准确的裂缝分析和现今地应力场分析.分析结果表明,研究区基底变质岩地层中基本以基岩内幕油气藏为主;裂缝以中高角度缝、网状裂缝为主,其主要走向与井旁断层走向大致平行,属纵裂缝;裂缝主要发育在东西两侧靠近断层、近源的构造陡坡上;现今最大水平主应力方向主要呈NE-SW和NEE-SWW.成像测井解释结果与地质情况吻合较好.     

莺歌海盆地底辟发育机理与流体幕式充注

莺歌海盆地的底辟作用是在上第三系断裂不发育的构造格架下，盆地快速沉降和细粒沉积物快速充填引起的强超压和边界断层右旋走滑决定的张应力共同作用的结果．底辟活动具有多期间歇性，并引起上覆地层的间歇性双向上超和地层厚度变化．底辟构造带浅层气田具有明显的层间流体多重非均质性，其充注历史分为４期，不同期次充注的天然气的烃类气体、ＣＯ２和Ｎ２等非烃气体的含量以及烃气和ＣＯ２的同位素组成明显不同．底辟的多期间歇性活动、气田的多期不连续充注、流体活动的瞬态热效应及油气组分的强烈运移分异反映了流体的幕式充注和天然气幕式成藏．     

平顶山矿区地热地质条件及其成因分析

地热资源作为清洁可再生能源之一,合理的开发地热能有助于国家“双碳”目标的实现,而正确认识区域地热地质条件及其成因是地热资源开发利用的前提.平顶山矿区位于构造隆起区且区内岩溶含水层广泛发育,基岩起伏产生的热折射效应及岩溶层内地下水对流共同造成该区浅表存在温度异常,沉积盖层段的地温梯度值高达45.0℃/km.本文以7口钻井测温曲线和254块样品热物性资料为基础,分析了该区地温场特征,并结合区域典型地层剖面,对岩溶层内流体对流对地层温度影响的开展水热耦合研究,并通过热模拟分析构造界面两侧热物性差异产生的热流侧向汇聚作用对浅表聚热的作用大小.结果表明：平顶山矿区地温梯度值范围在8.0～66.9℃/km之间,对应的热流值范为31.0～135.0 mW/m²,且地温场分布呈明显的分带性,构造凸起区相对于四周凹陷区地层温度、地温梯度、热流值较高;水热耦合模拟显示,在补给区,随着冷水沿着地表出露的岩溶含水层的不断下渗,地层温度越来越低,在排泄区,补给区冷水经过深部循环加热后向上排泄,进而加热周边岩层;其次,导水断裂可以深刻改变地层温度场的分布,是地层温度下降或上升的分界线;基岩起...     

流体注入激活裂缝的滑动条件及模式研究

为探讨流体注入激活裂缝的潜在物理机制,采用锯切砂岩圆柱试样开展一系列三轴注入-驱动剪切实验,研究流体注入激活裂缝的滑动条件及模式。结果表明,裂缝滑动的开启强烈依赖于裂缝所处的应力状态和裂缝面粗糙特征,流体压力是主要诱因,流体压力非均匀分布程度和渗透率演化是次要诱因;流体增压速率调控着裂缝的滑动模式。裂缝面粗糙特征及渗透率演化特征与裂缝滑动速率呈正相关,与流体增压速率呈负相关。在室内实验条件下,当有效正应力达到20 MPa、库仑破裂应力超过1.6 MPa时,将对裂缝稳定性构成严重威胁,这对于评估流体注入激活天然断层失稳问题具有一定的参考意义。     

应用核磁共振成像(NMRI)技术研究复合剂驱油特征

本文应用核磁共振成像技术,在均值、非均值模型中研究了复合剂驱油动态实验过程。观察及分析了复合剂驱油特征和效果,对复合剂驱油段塞前缘进行了实时跟踪,得到了复合剂驱油段塞前缘油墙的形成及剩余油分布与运移的二维图像,给出了复合剂驱油后,剩余油的饱和度分布曲线。实验表明:在层状非均值地层中,若渗透率差异大,复合剂段塞主要进入高渗层,而波及不到低渗层,即复合剂波及效率低。若渗透率差异小,复合剂段塞大部分进入高渗层,有少部分进入低渗层,即复合剂波及效率较高。     

数值模拟定量探索地形起伏及浮力在驱动地下水流中的相对重要性

地形起伏及浮力两者都可以驱动地下水流动,然而它们之间的相互作用仍然知之甚少.利用数值模拟方法,针对变密度流体及热传导问题,探讨了它们之间的相对重要性.二维有限元数值模拟结果表明地下水流的形态主要取决于单由地形驱动的流速和单由浮力驱动的流速的相对大小.当潜水面坡度较大而导致地形起伏产生的流速大于浮力产生的流速时,地形驱动的强迫对流会完全掩盖浮力驱动的自由对流.当潜水面坡度较小而导致地形产生的流速小于浮力产生的流速时,会出现混合自由及强迫对流现象,在这种情况下,虽然自由对流占主导地位,但不能忽略地形影响.这是因为地形驱动流体可以推动自由对流单元向坡下滚动,因而热液流体随时间呈周期性变化,不存在稳态解.近表存在的低透水性岩层可以抑制地形起伏对下伏自由对流的影响.     

碳酸盐岩储层常规测井评价方法

碳酸盐岩储层非均质性强、储集空间类型复杂多样,储层中流体性质的识别及有效厚度的划分比较困难,为了完成碳酸盐岩储层的常规测井评价,根据碳酸盐岩储层地质特征,将储层分为三种类型:1)裂缝+孔隙型储层,其孔隙度大于3.5%,其裂缝为规模较大的构造缝,其次是一些宏观裂缝,是碳酸盐岩储层中最好的储层;2)微裂缝+孔隙型储层,其孔隙度大于3.5%,其裂缝主要为储层微观孔、缝以及孔洞.3)裂缝层,其孔隙度小于3.5%,裂缝较发育,基质孔隙度和储层含油饱和度很小,接近于零,为裂缝层.基于以上三种类型的储层来建立测井地质评价模型,由于碳酸盐岩储层是典型的双重介质模型,分别建立两类孔隙空间的几何模型及流体模型,分别建立三种储层的空间几何模型和流体分布模型,每种模型又分为裂缝系统和岩块孔隙系统,在此基础上总结各种测井曲线的响应特征,分别给出储层参数计算的数理模型,基质岩块和裂缝孔隙度、渗透率和储层油气水饱和度,对裂缝的张开度也进行了定量计算,给出了储层流体性质及有效厚度的划分标准,最终完成碳酸盐岩的常规测井评价.     

裂缝诱导HTI双孔隙介质中的裂缝参数分析

裂缝诱导HTI双孔隙介质模型是将一组垂直排列的裂缝系统嵌入到统计各向同性的孔隙岩石基质系统中而建立的.为了研究裂缝参数对地震波在该模型中传播规律的影响,本文分别对裂缝弱度、裂缝孔隙度和裂缝渗透率这三个主要的裂缝参数进行了分析研究.数值结果表明,裂缝诱导HTI双孔隙介质中,裂缝弱度越大,介质的各向异性强度越强;与基质孔隙系统相比,裂缝系统孔隙度对介质等效孔隙度的影响很小,而裂缝系统渗透率的增大则将显著提高介质在裂缝发育方向上的等效渗透率,这符合对裂缝系统"低孔"、"高渗"特性的认识.此外,裂缝系统渗透率的增大也使慢纵波的振幅显著增强.     

用核磁共振测井资料评价碳酸盐岩等复杂岩性储集层

对于碳酸盐岩等复杂岩性油气藏,由于其储集空间复杂、非均质性强等因素,用常规测井技术难以进行准确描述.核磁共振测井测量的对象是储层空间中的流体,因而可以直接用来划分储集层,而且能提供几乎不受岩性影响的孔隙度和渗透率等参数;同时,由于其T2分布表征了岩石的孔隙结构,所以可以根据T2分布形态判断有效裂缝和溶蚀孔洞.通过多口井的岩心对比和成像测井对比,研究出了一套用MRIL和CMR 的T2分布形态评价储集空间的方法;此外,在特定条件下,根据核磁计算的有效孔隙度和可动流体体积给出了一个计算含油饱和度的公式.利用这些核磁测井技术及其分析方法对车古20古潜山碳酸盐岩储集层裂缝及溶蚀孔洞发育特征进行准确描述,还计算了埕北潜山复杂复杂岩性油气藏的饱和度,对于储量计算具有重要意义.     

高渗水合物储层的孔隙可压缩性反演

孔隙可压缩性与水合物储层物性相关.由于海域天然气水合物埋藏较浅,沉积物尚未成岩,海底水合物储层处于固结和完全未固结之间的状态,通过岩石物理推导证明,这两种状态下体积模量之差仅与孔隙可压缩性相关,因此孔隙可压缩性反应了岩石颗粒从悬浮态到正常压实的成岩进程,它可能与储层束缚水饱和度及渗透率密切相关.本文利用多口典型井数据分析了孔隙可压缩性与渗透率的关系,结果表明在海底浅层沉积物中渗透率越高,孔隙可压缩性越小,孔隙可压缩性对高渗储层的判识能力明显强于其他参数.然后,本文建立了两种状态下叠前地震反射特征的差异与岩石孔隙可压缩性的联系,提出双状态叠前反演方法,综合利用叠前地震数据以及测井资料反演得到了岩石孔隙可压缩性.实际应用效果表明,孔隙可压缩性较好的预测了高渗透率地层,气烟囱、粗粒的高含砂层等含气流体疏导通道渗透率较高,同时为水合物形成提供有利条件.     

鄂尔多斯盆地陇东地区特低渗透砂岩储层裂缝分布规律及其渗流作用

为了研究鄂尔多斯盆地上三叠统延长组特低渗透砂岩储层裂缝对开发的影响,利用地表露头、岩心、薄片、测井和实验等资料,对裂缝的成因类型、分布特征及其控制因素进行了分布,并对裂缝的渗流作用进行了讨论.研究区主要发育高角度构造裂缝以及水平层理缝、粒内缝和粒缘缝等成岩裂缝,粒内缝和粒缘缝是沟通储层基质粒间孔和粒内溶孔的重要通道,使特低渗透砂岩储层孔隙的连通性变好.裂缝的形成与分布受古构造应力场以及储层岩性、岩层厚度和岩层非均质性等内外因素的影响,现今应力场影响裂缝的保存状态与渗流作用.在燕山期和喜马拉雅期构造作用下,该区分布有北东向、北西向、近东西向和近南北向4组裂缝,但由于岩层非均质性的影响,在某一部位主要表现为两组近正交的裂缝分布型式.受现今应力场的影响,北东向裂缝的连通性好,张开度大,渗透率最高,开启压力最小,是该区的主渗流裂缝方向.随着油田开发,不同方向裂缝的渗透性还将发生动态变化.     

酒东盆地异常流体压力带及与油气分布的关系

酒东盆地营尔凹陷中存在3个异常流体高压带,它们基本呈等深平面分布,相互间隔约1000m,温度相差约30℃.对凹陷内地层沉积发育史、地层水性质、岩石薄片观察、地温梯度变化及压力带与地层岩性的对应关系研究表明,营尔凹陷具备形成异常高压流体压力带的条件,水热增压和上覆荷载增压是形成异常高压带的主要原因.在异常高压带上、下的正常压力带内紧邻高压带的层段和高压带内部压力相对较低处是油气聚集的有利场所.     

双高期油藏层内非均质对剩余油的影响及分析

针对辽河油田J16块油层厚度大,层内非均质严重的特点,通过地震精细解释,细分韵律段,构建等时地层格架,精细刻画了单砂体内部构架,研究表明,纵向剩余油集中在反韵律厚层的顶部,主要受上部隔层、下部夹层及重力影响.2008年挖潜井在厚层顶部投产取得了较好的效果,说明对于双高期油藏层内非均质对剩余油的分布具有控制作用,这对进一步挖掘老区油藏潜力,提高采收率都具有很重要的意义.     

汶川地震断裂带水岩相互作用及其对断裂带演化影响

汶川地震断层岩的矿物学和地球化学特征揭示出地震断层经历了漫长时间演化和复杂的水岩相互作用.间震期水岩相互作用导致断层岩中的破碎矿物蚀变,尤其是长石等矿物含量渐渐减少甚至消失,而黏土矿物（蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、绿泥石等）含量逐渐增高,以及如黄铁矿、石膏、重晶石、坡缕石等热液系统中常见的矿物大量出现;Mg、P、Ti、Mn、Fe等元素倾向富集在断层带中,而Si、K和Na等出现明显的亏损;元素的大量迁移导致断层带的体积巨量亏损.实验结果表明,黏土矿物的亲水性引起水渗透率比干燥气体渗透率明显偏低,并且二者偏差无法通过Klinkenberg校正消除.蒙脱石吸水膨胀和黏土矿物颗粒表面吸附孔隙流体造成孔隙度降低是导致水渗透率偏低的重要原因.断层岩碎屑结构使得其中的孔隙可能在600 MPa围压下得以保存,从而有助于流体沿断层带下渗,并在断层带深部形成高流体孔隙压.地震断层的主要矿物学及粒度分布特征并非在地震破裂过程中形成,因此利用断层岩粒度分布资料估算地震破裂能并不合适.