摘要：深水钻完井过程中,受海水及海底地质条件复杂影响,井筒压力控制精度要求高、控制难度大。高精度、高稳定性的深水井筒多相流动模拟器成为解决井筒压力精细化控制的关键。为解决深水井筒高动态流动系统的预测难题,针对深水井筒多相流动漂移流模型,将对流迎风分裂方法(AUSMV)的通量分裂方法与交错网格技术进行融合,优化了压力—密度解耦的高刚度问题,形成了压力—速度解耦的数值算法,并利用二阶优化守恒律的单调迎风—中心方案(OMUSCL2)空间重构+两步龙格库塔时间重构技术提升了数值算法的精度,最后建立了深水井筒多相流高精度数值求解算法,并验证了数值算法的精度与性能。研究结果表明:(1)与常规AUSMV算法相比,新算法具有较低的数值耗散,间断物理信息捕捉能力强,对井筒内气液两相前缘位置的识别度更高;(2)与注气量10×10^(4)m^(3)/d和15×10^(4)m^(3)/d井喷实验对比,新算法模拟井底压力的平均误差分别为1.79%和1.86%;(3)新算法在井口气体剧烈膨胀、超音速流动模拟方面表现出了良好的稳定性和鲁棒性。结论认为,该新算法不仅提升了常规数值算法的精度,同时可为复杂高动态流动系统的井筒压力调控提供有效的技术支撑,有助于提高我国深水井筒压力控制的理论水平,保障深水油气的有效开发。

摘要：红河油田长8油藏断裂结构复杂,属于低孔超低渗油藏,储层非均质性强,且基质残余油饱和度高,水相渗透率低,注水压力上升速度快,已超过裂缝重启压力,水窜现象严重,注水开发效果差。结合纳米粒子与微乳液特性设计了一种纳米SiO_(2)微乳液降压增注体系,系统评价了该体系耐温性、降低界面张力能力、增溶性及与地层配伍性,并开展了岩心降压增注驱替实验。实验结果表明,该纳米SiO_(2)微乳液体系不仅抗温、抗盐性良好,且界面活性高,油水界面张力可降至10^(-2)mN/m左右;纳米SiO_(2)微乳液体系的油增溶性能良好,增溶量达到6.5 mL/30 mL。岩心降压增注实验结果显示,向水测渗透率约为0.4×10^(-3)μm^(2)的岩心中注入2 PV质量分数为1%的纳米SiO_(2)微乳液体系,降压效率达到28%以上,降压增注效果明显,能满足现场需求。

摘要：水力压裂过程中支撑剂在裂缝中有效填充是形成高导流裂缝通道的关键。目前,关于支撑剂在裂缝中运移与沉降规律的研究方法多为物理实验或数值模拟,且主要聚焦支撑剂沉降结果,对支撑运移和沉降机理的研究较少。为进一步揭示支撑剂在裂缝中的运移和沉降规律,采用实验与数值模拟结合的方法探究了支撑剂尺寸、注入速度以及压裂液黏度对支撑剂在单一与交叉裂缝中的运移沉降行为的影响。研究结果表明:①支撑剂尺寸主要通过对沉降角的影响决定颗粒运移的分布,支撑剂尺寸越大,颗粒沉降角越大,运移距离越短;②注入速度对砂丘形态影响较大,当注入速度从0.2m/s增加至1.0m/s时,单一裂缝内砂丘有效支撑面积比和最大高度都明显降低,而分支缝内砂丘有效支撑面积比增加34.3%,表现出与单一裂缝中相反的变化趋势;③压裂液黏度主要影响流体携砂能力,随着压裂液黏度增加,主裂缝内砂丘有效支撑面积比降低8.4%,砂丘最大高度下降6.1cm,而在分支裂缝内表现为先增加后降低。结论认为,分支裂缝与主裂缝内支撑剂运移受施工因素影响往往表现出不同变化规律,该研究成果将进一步完善了水力压裂相关理论认识,同时为压裂现场施工设计优化提供了理论支撑。

摘要：目前已有的天然气水合物CO_(2)置换实验的最终置换率与理论置换率75%相差较大。为了提高天然气水合物的最终置换率,从增大置换推动力的角度出发,基于混合气体中组分气体的逸度与其体积分数正相关的关系,提出了天然气水合物CO_(2)吞吐置换实验的新方法,即CO_(2)注入-置换-释放混合气体-CO_(2)回注-置换的多轮次吞吐置换。基于提出的实验新方法,在自行设计的反应装置中模拟了压力为2.54 MPa、温度为276.35 K条件下CO_(2)常规置换和多轮次吞吐置换CH_4水合物的置换过程。结果表明:在相同置换条件下,3个轮次吞吐置换实验的最终置换率为46%,是常规置换最终置换率31%的1.48倍;随着吞吐轮次的增加,水合物的置换率不断增大,第3轮吞吐置换实验的最终置换率从第1轮末的28%增加到46%,实验结果证明了天然气水合物吞吐置换实验新方法的正确性和可行性。研究成果进一步拓展了天然气水合物置换开采理论和方法。

摘要：粗糙狭窄裂缝壁面造成水力压裂有效裂缝体积减小,极大地影响缝内支撑剂运移与铺置和压裂改造效果。为此,采用Matlab建立自相关高斯分布曲面,并结合分形理论识别分析裂缝粗糙面,采用计算流体动力学—颗粒元(CFD-DEM)双向耦合方法,建立了不同粗糙度的裂缝三维模型,分析了不同支撑剂粒径组合在不同粗糙度缝道内的沉积和运移过程及规律。研究表明:随着缝面由平滑向粗糙变化,支撑剂堵塞明显;在重力作用下小粒径支撑剂(粒径与缝宽比为0.3)具有出更好的运移能力,但难以保证近井端支撑效果;大粒径支撑剂(粒径与缝宽比为0.8)覆盖面积增加158.1%,堵塞于缝口附近,影响后续支撑剂向远处运移,推荐粒径缝宽比为0.4;对于组合粒径加砂方式,推荐采用“先小后大”的注入顺序,以保证支撑剂运移距离和效率。研究结果有助于更好地理解裂缝粗糙度对支撑剂在裂缝中运移的影响,对压裂设计及施工参数优化具有指导意义。

摘要：陆相页岩储层砂-页互层发育,层间岩石力学性质与地应力差异大,水力裂缝穿层扩展困难,导致压裂改造效果不佳。文中基于有限元+黏聚力单元法建立了砂-页交互陆相页岩储层三维水力裂缝穿层扩展数值模型,采用解析解与室内实验验证了模型的准确性,采用单因素和极差分析法开展算例研究,全面揭示了地质与工程因素对水力裂缝穿层扩展的影响规律。研究结果表明:高层间应力差、高层间抗张强度差、低层间弹性模量差、高隔层厚度均不利于水力裂缝穿层扩展,增大施工排量与压裂液黏度能有效提升水力裂缝穿层扩展能力;各因素影响程度的顺序为层间应力差>层间弹性模量差>层间抗张强度差>隔夹层厚度>注入排量>压裂液黏度。采用上述模型针对实例井开展施工参数设计,推荐单簇注入排量不低于2.5 m^(3)/min,前期施工压裂液黏度不低于20 mPa·s,现场应用效果良好,验证了模型的工程应用价值。

摘要：为研究页岩气储层压裂返排一体化过程中裂缝导流能力的变化规律,结合页岩气储层生产特点,模拟了整个压裂—返排—生产的过程,开展气测—液测—气测3个连续阶段裂缝导流能力测试实验,研究了整个过程中裂缝导流能力的变化规律。结果表明:在闭合压力为35 MPa的条件下,采用蒸馏水模拟压裂后,由于页岩水化的作用,石英砂支撑剂的导流能力降低幅度高达80.4%;在模拟返排过程中,按初始气测排量的25%、50%、75%、100%进行气测导流能力实验,裂缝导流能力逐渐升高,实验方案中其最大恢复值为初始值的65.9%;实验模拟了生产过程中由于页岩气井产量变化造成的地层压力波动对裂缝导流能力的影响。研究结果对页岩气储层压裂方案设计优化和高效开发具有一定的参考意义。

摘要：暂堵球在射孔孔眼及压裂裂缝中的坐封状态影响其封堵稳定性,暂堵球封堵效果决定暂堵转向压裂技术的成败。通过建立暂堵球坐封受力计算模型,研究了压裂液排量、密度、暂堵球及孔眼参数对暂堵球坐封受力状态及其封堵效率的影响,实验模拟了不同射孔参数、压裂排量及暂堵球/压裂液性能对封堵效果的影响。结果表明:暂堵球受拖拽力、脱离力及持球力随压裂液排量的增加而增大,暂堵球更易坐封;压裂液及暂堵球密度对暂堵球坐封封堵效率影响不大;暂堵球粒径大于孔眼直径时,暂堵球坐封封堵效率随粒径增加而增大,当暂堵球直径小于孔眼直径时,暂堵球不容易坐封;射孔孔眼数增加影响暂堵球坐封封堵效率。实验评价暂堵球最佳直径为9.0 mm,最佳泵送排量大于4.0 m^(3)/min时,有助于提高暂堵球坐封成功率,增强暂堵压裂设计的可靠性。

摘要：针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了不同裂缝走向、井斜角、方位角等参数对压裂裂缝参数的影响规律,起裂压力随井斜角和方位角的增加而减小;起裂角随井斜角增加而减小直至为0°,随方位角先增加而后减小。通过制备人工水泥试样,利用大尺寸真三轴物模实验系统模拟了暂堵压裂中新缝起裂及其转向行为,评价了不同井斜角、方位角下新缝起裂、转向及延伸行为和起裂压力及裂缝改造面积等参数。实验结果表明:井斜角增大,初次及二次起裂压力呈减小的趋势,裂缝更易转向且改造面积越大。井斜角相同时,裂缝起裂压力随井筒方位角增加而逐渐减小,裂缝改造面积随方位角增加而增大。方位角90°螺旋射孔相比方位角0°螺旋射孔形成的裂缝更为复杂,定面射孔可调控水平井破裂压力及初始破裂位置,初始破裂产生于射孔井筒界面、孔道中部等不同位置,控制射孔射角介于75°~90°。研究结果为低渗透致密砂岩气藏暂堵压裂设计提供了依据。

摘要：为解决Thornhill-Craver方法预测气举阀流量不准确的问题,以空气为介质,在气举阀实验平台上开展气举阀流量研究。对2.8、3.2、4.8、6.4 mm阀孔尺寸的气举阀进行实验,得到不同阀孔尺寸下阀杆行程与流量系数、临界压力比的函数关系;通过考虑阀球表面压力随工况条件的动态变化过程,引入阀的打开程度,优化了阀杆行程求解方法;对气举阀过流面积进行建模,利用已知参数分析推导了过流面积计算新方法;在实验及理论分析基础上,建立了气举阀流量预测新模型。研究结果表明:新模型对不同阀孔尺寸及工况条件下气举阀流量预测准确,平均相对误差为3.34%,较Thornhill-Craver方法有了较大提高,对判断气举阀在井下的工作状态及提高气举设计的精度具有重要意义。