高含硫气藏中元素硫沉积形态和微观分布研究

元素硫沉积是高含硫气藏开采过程中存在而又必须解决的难题之一。随着高含硫气藏储层压力不断下降,元素硫溶解度也不断下降,一旦元素硫溶解度低于元素硫含量,元素硫就会从地层中沉积下来。沉积的元素硫会堵塞地层孔隙,降低渗透率,严重影响气井产能。为了研究元素硫在地层中的沉积形态和沉积特征,利用自主设计的实验流程和实验方法,使TD5-1井高含硫气体通过岩芯,并降低压力让元素硫在岩芯中沉积下来,然后对沉积了元素硫的岩芯进行电镜扫描和能谱分析,首次得到了元素硫在岩芯中的沉积形态,即元素硫主要以膜状形式分布在岩芯孔隙壁面上。该研究结果为深入认识、掌握元素硫沉积规律以及指导高含硫气藏合理开发奠定了基础。     

硫沉积气藏产量递减模型研究

以往对高含硫气藏开发技术研究所需录取的资料在实际操作过程中难以得到。因此，针对井筒附近发生硫沉积的高含硫气藏，建立了硫沉积复合气藏产量递减数学模型，运用 Stefest 数值反演绘制了 Blasingame 产量递减曲线，并分析了硫沉积对气井产量递减规律的影响。结果表明：产量递减中期，硫沉积区含硫饱和度越高，无因次递减产量积分“导数”曲线下凹越深，当含硫饱和度增大到 0.5 时，积分“导数”曲线下凹至最深，积分“导数”达最小值；硫沉积半径越小，无因次递减产量平缓段出现的时间越早；产量递减后期，无因次递减产量积分与积分“导数”曲线晚期为一条斜率为–1 的直线，表现为调和递减。该方法比压力恢复试井法更具优越性，可为高含硫气藏的开发提供指导。     

硫在天然气中的溶解度实验研究

通过对天然气中硫溶解度的室内实验模拟,发现温度、压力和气体组成是影响硫在天然气中的溶解度主要因素。随着温度和压力的升高,硫的溶解度增大;同时气体中硫化氢以及重质组分的含量也是影响其溶解度大小的组分因素中最重要的两个因素,前者的作用说明了硫在天然气中的化学溶解的存在,而后者仿佛就是硫的天然物理溶剂,重质组分含量越高硫的溶解度越大,且随着组分中碳原子数的增加而增大。因此,硫在天然气中的溶解机理既包括化学溶解也包括物理溶解,是二者的有机结合。这对认识和防止高含硫气藏在开发过程中在地层发生硫沉积,合理高效地开发该类气藏提供了参考。     

矩形微通道内滑移区气体流动换热的数值模拟

在等壁温边界条件下对矩形微细通道速度滑移区的对流换热进行了二维数值模拟、在一阶速度滑移和温度跳跃的边界条件下，计算出了通道内的速度和温度以及压力分布。比较了不同克努森数Kn对于滑移速度和跳跃温度的影响。结果表明，由于气体的稀薄性，压力呈现更加线性化减小的趋势，随着Kn的增加，通道入口与出口处的滑移速度和跳跃温度至现增加的趋势。在通道入口附近，气流速度和温度变化剧烈，而在出口处截面平均流速和温度随加的增加而降低．     

预测气井临界携液产量新方法及应用

针对气液比大于1400m³/m³的气井临界携液产量计算公式存在的修正系数问题,在假设气井井筒中的液滴为扁平形,考虑曳力系数与雷诺数（1.0×10³~2.2×10⁵、2.2×10⁵~1.0×10⁶）关系的基础上,结合经典力学建立了气井高气液比携液的临界产量新公式。从理论上解释了人们对临界携液产量模型理论公式是否需要提高20%所产生的争议。使临界携液产量模型在理论上更加完善,并与现场实际更加吻合。     

气藏水平井连续携液理论与实验

在气藏水平井中随着生产管柱倾斜角度的变化，井筒内液体的重力作用会发生改变，从而引起气液两相流型的变化。以产气为主的气井井筒内液体主要以液膜、液滴的形式出现，由此出现了液滴模型与液膜模型两种解释积液的理论。从这两种携液理论出发，考虑生产管柱倾斜角度的影响，对倾斜管内液滴、液膜进行受力分析，推导出了随管柱倾斜角度变化的连续携液临界流速的计算式，使之适用于水平井连续携液临界流量的计算。设计制作了水平气井连续携液实验装置并进行了实验研究，观测气藏水平井中气水两相运动与流型变化情况并测试其临界携液气量，结果表明，气藏水平井中水平井段的液体以液膜携带为主，但直井段中越接近井口，越以液滴携带为主，液滴模型也能适用于计算气藏水平井的连续携液临界流速。     

压裂气井非达西流动模拟研究

在压裂气井中,低粘气体在高导流支撑裂缝中的渗流阻力降低,渗流速度加快,气体渗流入井的流动由达西流为非达西流。目前基于达西流动假设所制作的预测压裂井生产动态的典型图版,对压裂气井生产动态的计算结果实际相差较大。为此在引入非达西因子的基础上,首次推导建立了压裂气井中真实气体在地层—裂缝中非达西渗的数学模型,采用有限差分法得到了该模型的数值方程和求解方法,推导了非达西因子的数值计算法,模拟计算了裂气井生产过程中的非达西因子和井底、地层及支撑裂缝中的压力动态。计算表明压裂气井中存在的非达西渗流压力动态和生产动态有显著影响,在低导流能力、高产压裂气井中非达西流的影响更为显著。文中的模型和方法应用于气井压裂后动态预测和气藏整体压裂数值模拟。     

低渗气藏压裂水平井渗流与井筒管流耦合模型

目前国内外压裂水平井已成为开发低渗透油气藏的重要手段,正确预测压裂水平井的产能对水平井的开发方案设计、地层及裂缝参数等敏感性分析具有重要的指导意义。应用复位势理论和势的叠加原理,考虑气体在地层中渗流和井筒内管流的耦合,根据流体力学理论和动量定理,结合气体的性质和实际气体的状态方程,建立低渗透气藏压裂水平井地层渗流与水平井筒管流耦合的渗流模型及其求解方法。结合长庆低渗气藏实际进行对比计算,结果表明：（1）水平井筒内的压力损失对压裂水平气井的生产动态有一定的影响;（2）井筒内的压力呈不均匀分布;（3）每条裂缝的产量并不相等。在此基础上还分析了井筒半径、水平段长度、裂缝条数以及管壁粗糙度等参数对井筒压力损失和压裂水平气井产能的影响,得出一些有用的结论。     

H_2、N_2、CO和CO_2在液体石蜡中的溶解度和传质系数的研究

在机械搅拌高压釜中测定了290.15～513.15K、0.5～4.0MPa范围内H2、N2、CO和CO2在液体石蜡中的溶解度和体积传质系数。结果表明,H2、N2、CO和CO2的平衡溶解度均随着压力的升高而增大,N2、CO和CO2的平衡溶解度随温度的升高而减小,但氢气的平衡溶解度随温度的升高而增加。回归了各种气体的溶解度系数Hi与温度T的关联式。H2、N2、CO和CO2的体积传质系数均随着压力和温度的升高而增大,温度和压力对不同气体的体积传质系数的影响各不相同,氢气的体积传质系数受温度和压力变化的影响较大,二氧化碳的次之,一氧化碳和氮气的变化较小。     

90°细弯管内稀疏气固两相流动数值研究

为了研究细弯管内稀疏气固流动条件下颗粒的分布特性,采用离散相模型( DPM)追踪颗粒行为,利用雷诺应力 模型( RSM)模拟气相的湍流流动,考虑了流体一颗粒间的双向耦合作用。通过对颗粒和气体流动行为的分析,得到了气 体压力、速度及颗粒浓度等的分布,研究了细弯管内颗粒流动行为的形成机理。结果表明：细弯管内气相压力沿流动方 向逐渐降低;弯管段内气相最大速度沿管外壁分布;水平段颗粒作下沉运动,弯管段颗粒浓度先分两束,后成单束贴壁流 动,最终杂乱分束,在竖直段彻底弥散化,这是由于各管段不同主要作用力所导致。     

气井合理管径的确定

根据气井生产系统分析方法,得到采用小于某油管直径生产会扼制气井的产能;根据气井流入动态曲线和油管携水曲线的分析,得到采用大于某油管直径生产井筒会出现积液;综合考虑以上两点,便可得到气井合理油管直径;从而建立了既考虑地层能量的供给能力和井筒举升能力,也考虑井筒携液能力的气井合理油管直径计算方法,能更好地指导气井的生产。根据实例,说明了气井合理油管直径计算方法的应用,具有广阔的应用前景。     

井下节流气井的生产动态预测

以单井开采系统为研究对象,采用温度、压力解耦建模与数值耦合方式,以井口油压为控制条件,通过油嘴控制流量和下游温度,建立井下节流气井的井筒-气藏流动耦合的生产动态预测模型,利用试井解释结果或生产动态历史拟合,预测气井的生产流量、压力变化,同时描述生产过程中的井筒非线性温度剖面、压力剖面,从而全面掌握节流气井的生产动态,并可进一步扩展应用于多相流动和复杂井眼轨迹情况。     

考虑井壁径向流入的大位移井井筒压降计算

根据大位移井井筒流动特征,应用质量守衡、动量守衡原理建立了考虑井壁流体径向流入的任意倾角的大位移井筒压降计算模型。普通水平管内单相液流压降模型和Dikken 的压降模型是所建模型的特例。在井筒为单相层流、紊流的情况下,对考虑了井壁流体流入的摩擦系数进行了分析讨论,对不同井长和井产量用实例分别计算了单相流情况下井筒的压力分布和压降。计算结果表明,在井筒较长、井产量较高时,不能忽略井筒压力降。     

压裂水平井产能影响因素的实验研究

压裂缝改变了水平井周围的渗流场，是影响压裂水平井产能的主要因素，压裂前需研究裂缝参数对压裂水平井产能的影响趋势。利用电模拟实验研究了水平井筒与压裂缝成不同夹角的压裂水平井的等压线分布特点及压裂缝各参数对压裂水平井产能的影响。结果表明：夹角改变了压裂水平井等压线的形状，等压线因夹角而发生了扭转，随夹角增大相同压力的等压线所控制的泄流面积增加，且产能随夹角α的增大而增大，与sinα成明显的线性关系；在具体的油藏地质条件下，存在裂缝夹角、裂缝数、裂缝长度、水平井筒长度及裂缝间距的最优匹配关系。电模拟实验结果为压裂水平井的施工设计和其产能预测提供了理论依据。     

川西须家河组气藏气井采气新技术探索

针对川西须家河组气藏埋藏深、裂缝发育、含CO₂、采气过程中见水快和采气管柱易腐蚀的生产难题，从地层流体流动能力随压差增大而增加、管柱腐蚀随CO₂分压增高而加剧出发，提出在采气过程中，运用临界产量（最大生产压差）配产，延长无水采气期；采用井下节流技术降低采气管柱CO₂分压，降低油管腐蚀速率。二者结合既能合理配产，延长气井污水采气时间，也能从工程上保证控制生产压差和降低井筒CO₂分压的实现，从而达到提高气井生产效率的目的。     

缝洞型油藏三重介质数值试井模型影响因素

通过对缝洞型油藏三重介质数值试井模型进行数值求解,分析了各个模型参数对试井曲线的敏感性,确立了数值试井模型的参数体系。这些参数直接对应着油藏渗透性、缝洞大小、长度等物理量,更直观具体。不同的参数对曲线的影响方式不同：原始地层压力和裂缝渗透率影响压力恢复曲线的位置分布,表皮系数、井筒储集系数主要影响早期的曲线形状,基质渗透率等其他参数的影响则反映在曲线上的两个拐弯处,这些结论在曲线拟合求参时具有重要的参考价值。