摘要：四川盆地缝洞型碳酸盐岩气藏多属于有水气藏,气水两相渗流机理复杂。目前气水两相微观渗流可视化模型多是基于理想孔隙结构或铸体薄片图像制作,无法还原储层中真实孔、缝、洞分布,且机理研究多集中于孔隙型和裂缝型储层,缺少对孔洞型和缝洞型储层的认识。通过将岩心CT扫描与激光刻蚀技术结合,以四川盆地震旦系储层中裂缝型、孔洞型和缝洞型碳酸盐岩岩心CT扫描结果为模板,设计并研制了3类岩心的可视化模型,据此研究了气水两相微观渗流机理及封闭气、残余水形成机理,通过Image J灰度分析法实现了气水分布的定量表征。研究结果表明:3类模型水驱气和气驱水过程中的渗流规律各不相同;绕流、卡断、盲端和角隅处形成的封闭气普遍存在于3类模型中,此外还在"H型"孔道处、"哑铃型"通道处和微裂缝缝网处形成特殊封闭气;孔道、裂缝壁面上的束缚水膜,溶洞中部的圆润水团,狭窄喉道处的卡断水柱和狭长孔道处的滞留水柱是残余水的主要形式;裂缝型模型水窜最严重,无水采收期最短,采出程度最低,而孔洞型模型水驱前缘推进均匀,无水采收期最长,采出程度也最高。该研究实现了对缝洞型碳酸盐岩不同类型储层气水两相微观渗流规律的精准刻画,为类似气藏的高效开发提供了理论依据。

摘要：以万里长城为代表的古建筑是世界瑰宝,更是中华民族的象征和骄傲.本文提出利用便携式核磁共振(NMR)装置来探测研究这类古建筑的建筑材料,在不对其造成损伤的基础上,发掘其隐含的科学、技术和工程相关的丰富信息.为此,作为第一步,设计了适合于探测这类古建筑的便携式单边NMR探测器组合式磁体.该探测器的磁体结构以semi-Halbach为基础,通过不同磁体模块间的组合得到对应移动探测模式、长距离探测模式和均匀磁场探测模式的磁体结构.随后根据优化结果,设计加工了磁体组件,并采用该磁体进行了流体、长城城砖和现代红砖的NMR实验,实测结果与模拟一致.该组合式磁体的优点在于通过不同磁体模块组合,实现了多种探测方式,适用于探测长城等这类古建筑物需要多种探测模式的科学研究.

摘要：中国低渗透、页岩、致密等难开采油气资源比较丰富,高效开发这类油气资源已成为保障国内油气供给的重要举措之一。水力压裂在难开采油气储层改造中得到了广泛应用,取得了显著的增储增产效果。为了更好地研究和发展水力压裂技术,介绍了国内外近年来水力压裂新工艺和水力裂缝起裂与扩展理论研究、数值模拟、物理模拟等基础研究成果,指出目前研究中存在的不足,分析认为工程与地质的匹配性、稳定与非稳态注入方式的选择性、水力压裂物理模拟与现场原型的相似性,是有效实施水力压裂新工艺的关键所在,并对未来循环注入和波动注入水力压裂研究方向提出了重点研究内容建议,包括非稳态注入流体形成机制研究、井筒压力波动行为研究、储层岩石起裂与扩展机理研究、压裂物理模拟试验与先导性试验、井下管柱动力学及控制技术研究等,以期尽快形成适合中国低渗透、页岩、致密等储层岩性的非稳态水力压裂工艺基础理论及配套技术,并制定非稳态水力压裂设计准则与施工规范。

摘要：为了准确地揭示波动注入水力压裂引起的井筒中不稳定流动的压力行为,考虑流体重力和摩阻的影响,根据膨胀管-弹性流体理论,建立了波动注入水力压裂下垂直井筒中不稳定流动的压力波动数学模型,指出压裂泵组与井筒之间存在波动干涉效应,研究了稳定和不稳定流动下环空压力的变化规律及其影响因素。研究结果表明:波动注入水力压裂作业中,井筒中产生了明显的不稳定流动,这种不稳定流动引起的压力波沿井筒呈现压力衰减现象;井筒中实际环空波动压力的振幅取决于井口处"变频压裂泵"强迫激励的波动压力振幅和波动排量振幅;与稳定注入相比,采用波动注入方式可以增加井底环空压力和降低井口环空最高压裂作业压力;井底环空压力会以脉动压力波的形式在裂缝中传播,不断加剧岩石疲劳损伤断裂,增加岩石微裂缝。研究结果对于更好地研究和应用波动注入水力压裂工艺具有重要的理论价值和现实意义,可为非稳态水力压裂工艺的先导性试验和规模化应用奠定理论基础。

摘要：水力压裂岩石裂缝的扩展诱发天然微地震。传统水力压裂区微地震引起的应力重新分布范围有限,小震级地震波的作用也有限,这些微地震不可能触发较远储层的地震,一定程度上限制了水力压裂改造效果。为此,提出了波动注入水力压裂诱发较大范围"微地震"的想法。根据流体力学理论建立了波动注入水力压裂井筒不稳定流动的压力振动模型,分析了人为诱发"微地震"的井底压力振动源和岩石损伤断裂机制;研究了波动注入水力压裂人为诱发的"微地震"震源特性和力学机制,分析了微地震对水力压裂效果的影响机制。分析结果表明,波动注入水力压裂人为诱发的微地震震源破裂信号频率随裂缝长度的增加而降低;对于断层和天然裂缝发育较多的储层,波动注入水力压裂导致岩石破裂诱发微地震的力学机制主要是储层中断层或天然裂缝的剪切滑移;对于非裂缝性储层,波动注入水力压裂导致岩石破裂诱发微地震的力学机制是人为地震效应和损伤-断裂效应。研究结果表明,波动注入水力压裂能够人为诱发"微地震",增加储层的"微裂缝",扩大自然微地震的波及面积,增强压裂作业的增产效果。

摘要：加快天线残余能量释放以减弱天线振铃信号有利于缩短低场核磁共振仪器的回波间隔(TE),从而提高快弛豫组分的测量分辨率和信噪比(SNR).而天线Q值对能量的发射效率和泄放速度起着相反的作用.为此,我们首先设计了一种新型Q转换电路,在保证发射效率的同时,可以大大缩短能量泄放时间.在此基础上,应用了一种优化的脉冲序列以弥补传统相位交替对脉冲序列(PAPs)不能消除90脉冲振铃的缺陷,通过相位循环的方法进一步提高了信噪比.最后,在2 MHz岩心分析仪上测试了新型Q转换电路,当天线Q值降为发射期间的约1/5时,天线恢复时间由280.0μs降为18.2μs;而且,使用新型Q转换电路和优化的脉冲序列后,TE=60μs时,可以有效获得快弛豫组分的T2信号.

摘要：针对天然气紧急截断阀开启时出现噪声、振动等问题,设计了一种天然气紧急截断阀控制器,通过控制器控制截断阀平稳开启。控制器包括主阀、二位四通阀和手动复位阀。建立了主阀芯的二阶微分方程以及二位四通阀与截断阀控制气缸的微分方程。分析了控制器主阀参数变化对截断阀控制气缸活塞位移阶跃响应性能的影响。分析表明:主阀芯阻尼增加,阶跃响应的超调量减小,振荡过程减缓;主阀芯质量增加,超调量下降,响应时间变慢;弹簧刚度增加,超调量增大,振荡过程加剧;主阀芯直径对阶跃响应影响不大。建立了控制器参数优化模型,使得截断阀控制气缸活塞的阶跃响应过程更加平稳。优化后的控制气缸位移阶跃响应超调量减小到0.6%,调节时间为0.03 s。最后通过试验验证了控制器的优化效果。

摘要：为了解不稳定流体注入时水力裂缝内压力和尖端应力变化规律,采用流体力学理论建立了不稳定流体注入条件下井筒内波动压力的计算模型,根据波动力学理论建立了水力压力振动波在裂缝内的传播方程,运用断裂力学理论分析了水力压力振动波在裂缝内传播时裂缝尖端的应力变化。分析结果表明:不稳定流体注入条件下,裂缝内的波动压力随时间呈明显的衰减现象;相同裂缝长度下,随波长的增加,裂缝内的波动压力衰减幅度加剧,压力能量损失加快;随着裂缝长度的增加,裂缝尖端的应力强度因子、峰值应力和总势能均相应地增加;采用不稳定流体的注入方式可以提高水力压裂的改造效果;水力压力振动波沿缝长方向传播时呈现出压力振幅衰减的规律;考虑水力压力振动波效应,裂缝一旦开启和扩展后,裂缝只需在较小的净压力作用下延伸更长的距离。研究结果可为变排量压裂工艺的提出和科学设计提供理论依据。

摘要：针对常规水力振荡器无法适应油基钻井液及井底高温环境的技术现状,进行了插针式纯金属水力振荡器的研究。分别模拟了滑套与滑套筒连通及闭合两种极限条件下的流场分布,分析了振荡活塞断面所受作用力的变化规律。研制的插针式水力振荡器在JHW058**井进行了现场试验,试验结果表明:该振荡器通过脉冲压力驱动花键心轴,产生高频低幅的振动冲击,将井底钻柱与井壁之间的静摩擦转换为动摩擦,大幅降低摩擦因数,保证了有效钻压的实时传递,可达到提速效果;没有定转子结构部件,机械加工简单,成本较低;其纯金属设计可满足油基钻井液环境下长寿命钻井技术要求,同时可适用在高温高压地层的钻井作业中。插针式水力振荡器的研制与应用可为我国页岩油气田低成本高效开发提供技术参考。

摘要：井眼轨道整体防碰设计是保障密集丛式井钻井施工安全的关键因素之一,而上部井段井眼轨道设计参数的优选与优化则是降低井眼轨迹碰撞风险的基础。对比分析了国内现行标准对密集丛式井整体井眼轨道防碰设计的指导作用及适用性。针对密集丛式井整体井眼轨道防碰设计问题,应用实钻井眼轨迹碰撞风险分析的分离系数概念,计算分析了分离系数为1时,密集丛式井上部井段造斜点深度、邻井造斜点深度差、造斜率、造斜方位等4个关键参数的临界值。研究结果表明:井口间距是影响密集丛式井上部井段井眼轨道防碰设计参数取值的关键,井口间距越小,临界造斜点深度、造斜深度差及造斜方位差越小,临界造斜率越大;现行标准所规定的邻井造斜点深度差预留了足够的安全余量,加密调整井防碰设计时可适当减小。