摘要：在“双碳”目标引领和水力压裂受水资源影响下,超临界CO_(2)压裂是发展的主要趋势。为了明确支撑剂在超临界CO_(2)致裂裂缝内的运移特征,利用激光形貌扫描技术对超临界CO_(2)压裂后的岩石裂缝面进行重构,结合CFD—DEM方法建立了迂曲裂缝内超临界CO_(2)携砂运移模型,对比平板裂缝分析了迂曲裂缝内支撑剂的运移和铺置特征,研究了支撑剂密度、携砂液注入速度和砂比等关键参数对支撑剂在裂缝内输送和分布的影响。研究结果表明:(1)相较于平板裂缝,迂曲裂缝中的超临界CO_(2)携砂液流动路径具有曲折和多变的特点,支撑剂运移时在横向和纵向上具有更强的波动性和跳跃性;(2)支撑剂在迂曲裂缝内的铺置形态呈现出波浪状甚至簇团状的非均匀分布特征;(3)低密度支撑剂在迂曲裂缝内具有更好的通过性,高注入速度能够降低迂曲裂缝结构对支撑剂堵塞的影响;(4)迂曲裂缝中过低的注入砂比并不能够获得好的裂缝支撑效果,模拟条件下最优值在3%附近。结论认为,模拟实验研究结果对认识超临界CO_(2)压裂携砂液泵注过程中砂堵发生机制以及优化现场压裂设计具有重要的理论和工程意义。

摘要：通过对当前国内外具有初级智能特点的钻井液技术研究现状的系统总结,阐述了可变密度、盐响应、可逆转乳化、恒流变、形状记忆防漏堵漏、智能保护油气层和原位流变可控共7种初级智能钻井液技术的发展背景和智能响应机理,分析了初级智能钻井液技术目前存在的问题与未来面临的挑战,指出智能材料学、纳米科学和人工智能理论等是未来研究具有“自识别、自调节和自适应”更高级智能水平钻井液技术的重要手段。在此基础上,结合钻井液技术需求和智能钻井液理论发展需要,提出了3个方面的发展方向:①研发响应多变地层压力、多变地层岩性、多变地层流体、多变储集层特征、高温地层与复杂地面环保需要的智能钻井液;②建立智能钻井液设计与管理专家系统;③构建实时智能检测与维护处理网络。

摘要：冀东摊海复杂断块油藏致密砂岩储层高效的开采方式为大斜度丛式井体积压裂。斜井射孔水力裂缝起裂后沿水平最大主应力方向和垂向双向扭曲导致裂缝形态复杂,扭曲交界面最易形成砂堵点,因此明确斜井裂缝扩展规律对解决砂堵难题具有重要意义。基于室内真三轴水力压裂物理模拟试验(300 mm^(3)),探究水平应力差、井斜角、方位角和射孔相位角对斜井压裂裂缝起裂特征和扩展规律的影响。试验结果表明:(1)斜井压裂后裂缝面形态分为单一裂缝面、双翼平行裂缝面、多次级缝裂缝面和复杂裂缝面。(2)低水平应力差异系数下,孔眼起裂数量多;高水平应力差异系数下,与水平最大主应力方向夹角较小的孔眼起裂。(3)20°或者80°井斜角下射孔孔眼起裂点少,40°或者60°井斜角下射孔孔眼起裂点多;裂缝扭曲程度随井斜角增大呈先增后减趋势。(4)方位角大于80°时,裂缝起裂压力增大,裂缝形态以多次级缝裂缝面和复杂裂缝面为主。(5)射孔相位角增大,起裂难度增加,孔眼间距增加导致连通作用变弱,易产生次级扩展缝。建议水平应力差大的地层井眼轨迹设计时应该采用大井斜角、小相位角和小方位角施工,可以有效降低裂缝起裂压力和扭曲程度,解决现场施工砂堵难题。

摘要：地下介质内部存在着复杂的非均质体,其非均质尺度对地震波传播具有显著影响。本文设计了一组11种直径的玻璃珠高速非均质模型,研究了这种三维非均质体对纵波传播的影响。每个模型中玻璃珠的体积分数(10%)相同,玻璃珠直径在0.18-11mm范围内变化。通过三种基质频率(0.83、0.61和0.34MHz)的超声脉冲测试,分析了纵波随非均质体尺度变化的波场特征及基质波数与非均质尺度乘积(ka)对纵波速度的影响。实验发现,非均质尺度影响波的传播,其波场变化较为复杂,记录的波形、振幅、速度等的变化与非均质尺度有明显的相关性;对于非均质体尺度较大的前向散射,在实验室中观察到明显的直达波与衍射波,这表明对于大尺度非均匀体,不能忽略直达波与衍射波的影响;速度与ka的关系表现出频率依赖性,这主要是由波数k、非均质尺度a引起的速度变化率不同引起的;不论是依据波形、振幅变化规律,还是不同频率速度与非均质尺度a之间的关系,确定的射线近似转换点在ka=10附近;当ka小于1时,速度缓慢变化并逐渐接近有效介质速度;对于速度扰动较大的非均匀介质,实验室测量的射线速度要明显小于微扰理论预测的速度。

摘要：目的研究不同含铬材质钢在CO_(2)和微量H_(2)S共存环境中的腐蚀行为,优化深井油套管抗腐蚀设计方案。方法以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验,采用高温高压反应釜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS),揭示4种含铬材质钢在不同腐蚀环境中的腐蚀速率、腐蚀产物膜及应力腐蚀开裂特征,并建立高CO_(2)与微量H_(2)S共存环境下油套管防腐选材优化设计方法。结果在高分压比条件下均发生了由CO_(2)主导的腐蚀反应,腐蚀产物以FeCO_(3)为主,加入微量H_(2)S后低Cr材质产物膜的附着力较低,出现了疏松脱落现象,FeS优先成膜,含铬钢表面的腐蚀产物膜呈现“富铬”现象,膜的保护性能得到改善。3种腐蚀环境中3Cr钢对应的腐蚀速率分别为1.9653、1.7361、1.1592 mm/a,均处于极严重程度,且表面出现了局部沟槽;9Cr钢的产物膜轻微覆盖,腐蚀较轻,13Cr和S13Cr基本无产物膜覆盖,未发生腐蚀。9Cr、13Cr和S13Cr在加载90%的屈服应力时均未发生应力腐蚀开裂,应力腐蚀敏感性较低。结论含铬钢具有良好的抗腐蚀性能,基于腐蚀环境特点提出了井筒分段防腐选材设计方案“9Cr+13Cr+超级13Cr”,有效降低了防腐成本,研究结果对CO_(2)和微量H_(2)S共存环境中含Cr钢腐蚀特征和优化选材提供了理论依据。

摘要：我国非常规油气资源丰富,压裂技术是其开发的重要手段,其中极限限流压裂技术是促进水平井压裂段均匀改造的关键技术,但井下监测表明射孔孔眼动态磨蚀严重,制约了工艺应用效果。为了解决射孔孔眼动态磨蚀带来的多裂缝扩展形态不确定性影响,提高现场工艺实际应用效果,在水平井多裂缝竞争扩展模型基础之上耦合孔眼动态磨蚀模型,然后根据实际井下射孔成像数据校正数值模型,研究了孔眼磨蚀作用下多裂缝扩展行为以及限流射孔参数优化方法。研究结果表明:(1)孔眼磨蚀作用将显著增大孔眼直径和流量系数,迅速降低射孔摩阻,加剧各簇流量分配和多裂缝扩展的非均匀程度;(2)段内应力均匀分布时,孔眼磨蚀作用随着限流作用增强而增加;(3)段内应力非均匀分布时,高应力簇裂缝扩展容易受到抑制作用,考虑孔眼磨蚀作用后将进一步加剧各簇裂缝流量分配的非均衡程度,甚至导致高应力簇裂缝停止进液,裂缝不能充分扩展。结论认为,研究结果对孔眼动态磨蚀机理研究以及改进压裂工艺设计具有重要理论和现实意义,有助力我国非常规气油气的高效开发。

摘要：向压裂液中加入表面活性剂强化焖井过程中裂缝与基质间的油水置换,是提高致密油采收率的重要措施。普遍的观点认为润湿改性和相对高的界面张力(IFT)是实现渗吸采油的关键。近年来,室内实验和矿场实践均表明,具有超低IFT的表面活性剂体系也能实现渗吸,有效地动用基质中的原油。针对超低IFT体系渗吸机理仍不明确的问题,设计润湿改性和超低IFT乳化体系,明确了致密砂岩中的高效置换体系的特征和渗吸效果,结合数学模型揭示了两种体系渗吸的油水运移模式和主导机制。结果表明,两种体系的适用范围不同,润湿改性体系在0.1 mD的储层中渗吸效果更好,而超低IFT强乳化体系在0.01 mD和0.001 mD储层中的渗吸采收率更高。润湿改性体系的渗吸是以毛管力驱动的层流模式,随着渗透率降低,润湿相填充孔隙的速度快速降低,渗吸采收率从约45%大幅度降低至18%。超低IFT强乳化体系可形成微纳米粒径的乳液,具有特殊的乳化、乳液扩散机制,在渗吸初期,主要通过乳化和扩散效应实现渗吸采油,渗吸后期,IFT降低和润湿改性的层流模式逐渐发挥作用,采收率从约38%降低至23%。超低IFT强乳化体系的乳化、扩散机制适合用于更致密油藏的油水置换过程,在致密储层的压裂增产方面具有广阔的应用前景。

摘要：SAGD开发油砂过程中,储层内存在的高含水层极大影响了正常的蒸汽腔扩展特征和开发动态。采用三维物理模拟实验,开展了高含水层油砂SAGD的汽腔扩展动态及开发特征研究。首先基于Forchheimer定律约束,提出了相似理论设计中三维模型渗透率的校正方法,进而通过相似模型设计,开展了均质及高含水层油砂SAGD的三维物理模拟实验,对比分析了高含水层油砂SAGD的汽腔扩展模式,表征了高含水层对油砂SAGD生产动态的影响。其次,基于该物理模型参数,建立了实验室尺度的数值模拟模型,通过数值反演,分析了高含水层厚度及含水饱和度的影响。最后,提出了优质储层体积比和汽腔横向扩展比两个评价指标。在此基础上,评价分析了高含水层对SAGD开发的负面效应,建立了高含水层油砂SAGD开发的界限图版。结果显示,高含水层的存在会导致SAGD汽腔前缘的温度突降,汽腔体积缩小。相比均质油砂储层,高含水层油砂SAGD的汽腔发育包括上升期、水体影响期、二次上升期、横向扩展期及衰竭期5个阶段。高含水层厚度和含水饱和度对油砂SAGD的开发动态具有一定负面影响,所建立的SAGD界限图版可用于有效评价高含水层对油砂SAGD开发效果的影响。

摘要：边底水碳酸盐岩气藏储量丰富,是目前塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等油气产区重要的开发对象,边底水碳酸盐岩气藏在开发中后期普遍面临水侵影响,将引起驱气效率和采收率下降等问题。为此,首先通过耦合流体流动方程和界面追踪方程,建立了孔隙尺度水气非混相流动模型,然后基于随机生长4参数法生成的非均质多孔介质模拟了水驱气过程,最后明确了剩余气的分布和形成机理,并探讨了微观驱气效率的变化机制。研究结果表明:①剩余气的分布包括盲端剩余气、孔喉间剩余气和簇状剩余气,其比例和规模受微观孔隙结构、润湿性和毛细管数共同控制,通过改变生产压差,打乱原有压力系统及气体膨胀,能进一步动用剩余气,进而提高微观驱气效率;②微观驱气效率与渗流过程密切相关,每一条水相优势通道的形成或扩大都会引起出口含水率的急剧上升并使驱气效率的增速变缓;③气藏微观孔隙结构和润湿性特征是确定的,通过优化毛细管数改变界面推进模式能有效提高微观驱气效率。结论认为,对于实际气井,应基于储层微观孔隙结构和润湿性特征,揭示气水界面推进力学机制的演变规律,进而确定最优毛细管数;明确孔隙尺度水气渗流特征及微观驱气物理机制,有助于指导气藏提高采收率方案的设计。

摘要：针对弹性波数值模拟,现有的时间高阶有限差分方法主要基于显式差分和正方形网格单元建立的,因此容易引起较强数值频散且缺乏灵活性.基于上述问题,本文通过结合十字形和菱形模板设计了一种改进的矩形组合差分模板,在此基础上发展了隐式交错网格差分方法求解弹性波方程.该方案采用改进差分模板和二阶离散格式共同近似时间导数,采用隐式差分格式求解空间导数.进一步给出了泰勒级数展开和最小二乘优化两种算法求取的高阶差分系数.联合应用高阶差分方案和波场分离技术产生高精度的弹性波场.将本文方法与几种现有差分方法进行了对比,包括:显式和隐式时间二阶差分法,显式时间高阶差分法.数值分析和模型算例表明,本文方法比其他方法具有更高的精度和灵活性.