非常規油氣資源滲流力學進展專題序

蔡建超 劉曰武 )

* (中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249)

? (中國科學院力學研究所，中國科學院流固耦合系統力學重點實驗室,北京 100190)

石油和天然氣在我國經濟發展中起到了積極支撐作用.隨著經濟發展的后石油時代到來,我國油氣資源對外依存度已超出了能源安全的警戒線.為保障國家能源安全,我國對非常規油氣資源的開發力度大幅增加.自1996年以來,我國在頁巖油氣、煤層氣、致密油氣以及天然氣水合物等非常規油氣資源勘探開發領域取得了顯著進展.作為非常規油氣資源開發技術的理論基礎,滲流力學也有了長足的發展.

《力學學報》本次組織的《非常規油氣資源滲流力學進展專題》包含12 篇研究型或綜述型論文,涉及頁巖油氣、煤層氣、致密油氣及天然氣水合物等非常規油氣資源,旨在反映國內高校、科研院所及企業的科研人員在非常規油氣資源開發滲流力學領域取得的最新進展,以促進學術交流,供從事相關領域的讀者參考,期望能有所啟迪.

非常規油氣儲層多尺度巖石力學.青島理工大學趙亞鵬等從三個尺度對含天然氣水合物土微觀力學特性的研究現狀進行了系統總結,介紹了天然氣水合物微觀力學特性實驗與數值模擬研究方面的最新進展,綜合分析了含天然氣水合物土內顆粒界面剪切機理及微觀力學理論模型,探討了含天然氣水合物土微觀力學研究仍存在的不足與挑戰.中國石油大學(北京)邸士瑩等剖析了致密油藏裂縫尖端附近的應力場特征,建立了交叉裂縫擴展滲流模型,并提出了將注水吞吐轉為不穩定脈沖注水的開發方式.他們發現裂縫性致密油藏水平井脈沖注水方式能更充分發揮動態縫網的逆向滲吸及線性驅替作用,為致密油藏有效開發提供了理論支撐.

氣體相平衡及吸附擴散規律.四川大學章濤等針對頁巖油氣開發滲流中存在的相平衡計算問題,開發了一套具有熱力學一致性的閃蒸計算方法,設計了高度自適應的深度學習算法和相應的深層神經網絡結構,確定了最合適的網絡架構和預測模型的基本結構,該方法在顯著加速傳統閃蒸計算的同時又保證了相平衡狀態預測的準確性.清華大學曾克成等針對現有損失氣量估算方法誤差大的問題,利用時變壓力邊界條件和柱坐標系求解一維擴散方程獲得解析解,提出了變邊界分段模型的損失氣量估算新模型,從而能夠反演出提鉆和解吸兩個階段氣體逸散的不同特征,并將模型在川南龍馬溪組頁巖儲層開展了初步應用.中國石油大學(華東)宋文輝等模擬了氣體在不同形狀有機質孔隙中的吸附過程,分析了孔隙形狀對氣體吸附規律的影響,建立了不同形狀有機質孔隙內吸附氣表面擴散數學模型和考慮氣體滑脫的自由氣流動模型,研究了不同因素對氣體滲透率的貢獻.遼寧工程技術大學唐巨鵬等基于低場核磁共振弛豫原理建立了煤系頁巖瓦斯吸附?解吸遲滯效應細觀評價模型,模擬了不同儲層原位應力狀態下的煤系頁巖瓦斯遲滯效應發生全過程,定量研究了微觀吸附態和游離態瓦斯以及宏觀瓦斯的遲滯規律,探究了其發生機理及其對深部煤系頁巖瓦斯開采的影響,對煤系頁巖瓦斯賦存運移規律的準確認識具有重要參考意義.

提高采收率理論與方法.上海大學李原等基于有效孔隙體積守恒原理和核磁共振技術建立了泡沫在非均質巖心中的動態穩定性評價方法,并開展了雙層非均質巖心泡沫驅油實驗,比較了納米顆粒強化泡沫和表面活性劑泡沫的驅油效果和動態穩定因子.他們發現納米顆粒強化泡沫抑制了泡沫發展的不穩定階段并提升了動態穩定因子最終的平衡值,進而提高了泡沫在低滲層的波及范圍和驅油效率.西南石油大學賈虎等建立了電磁場?滲流場耦合作用下離子液體多孔介質流動模型,研究了電磁場?滲流場耦合作用下多孔介質中離子液體流動規律,分析了離子液體類型、電磁場方向和電致熱量等因素對離子液體流動能力、驅油路徑及驅油效率的影響,為離子液體智能驅油提供了理論依據.

多物理場耦合多相滲流.中國石油大學(華東)蔡少斌等建立了考慮熱流固耦合作用下的非常規油氣儲層兩相滲流模型,實現了多場耦合作用下孔隙尺度油水兩相滲流模擬,分析了多種因素對巖心孔隙結構及油水兩相滲流規律的影響,對深化認識非常規深層油氣資源開發過程中多物理場耦合作用下的復雜多相滲流問題具有重要促進作用.中國礦業大學馬天然等針對非常規油氣資源開發過程中多相滲流及固體變形耦合的關鍵問題,建立了考慮毛細壓力和重力作用的可壓縮兩相滲流與孔隙介質變形耦合方程,推導了流體方程的非對稱內罰伽遼金弱形式和固體變形方程的非完全內罰伽遼金弱形式,針對性地給出了二維和考慮重力作用的三維算例,研究結果對認識多孔介質內多相流動和固體變形耦合特征具有重要理論意義.

滲流模型建立與求解.中國石油大學(北京)王志凱等通過離散裂縫網絡實現了三維裂縫形態有效表征,建立并求解了三維壓裂縫網不穩定壓力半解析模型,提出了結合積分中值定理的面源函數求解方法,提升了半解析模型計算效率,可為三維縫網油井動態分析提供理論支撐.中國石油大學(北京)陳志明等考慮海陸過渡相頁巖氣藏的強非均質性及頁巖氣復雜滲流特征,建立了徑向非均質頁巖氣藏不穩定滲流數學模型,分析了海陸過渡相頁巖氣藏不穩定滲流特征,提出了儲層參數評價方法,并開展了鄂爾多斯盆地海陸過渡相典型頁巖氣藏的實例分析,為同類頁巖氣藏壓裂效果的評價工作提供了重要參考.

目前,我國油氣資源開發已經實現了從常規向非常規的跨越式發展,非常規油氣開發理論與技術取得了革命性突破.由于篇幅限制,本專題就非常規油氣資源開發過程中的滲流力學問題組織了12 篇優秀論文,反映了我國科研人員在該領域的部分最新研究成果.非常規油氣資源發展勢頭方興未艾,新時代能源行業的科研人員正當其時,我們應加強非常規油氣資源滲流力學的創新研究,積極探索復雜科學問題的解決途徑,努力構建清潔、高效、安全、可持續的能源體系,為社會經濟發展提供不竭的能源動力!