非常規(guī)油氣資源滲流力學(xué)進(jìn)展專題序

蔡建超 劉曰武 )

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

? (中國科學(xué)院力學(xué)研究所，中國科學(xué)院流固耦合系統(tǒng)力學(xué)重點實驗室,北京 100190)

石油和天然氣在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了積極支撐作用.隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)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(guī)油氣資源的開發(fā)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(guī)油氣資源勘探開發(fā)領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展.作為非常規(guī)油氣資源開發(fā)技術(shù)的理論基礎(chǔ),滲流力學(xué)也有了長足的發(fā)展.

《力學(xué)學(xué)報》本次組織的《非常規(guī)油氣資源滲流力學(xué)進(jìn)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(guī)油氣資源,旨在反映國內(nèi)高校、科研院所及企業(yè)的科研人員在非常規(guī)油氣資源開發(fā)滲流力學(xué)領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展,以促進(jìn)學(xué)術(shù)交流,供從事相關(guān)領(lǐng)域的讀者參考,期望能有所啟迪.

非常規(guī)油氣儲層多尺度巖石力學(xué).青島理工大學(xué)趙亞鵬等從三個尺度對含天然氣水合物土微觀力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié),介紹了天然氣水合物微觀力學(xué)特性實驗與數(shù)值模擬研究方面的最新進(jìn)展,綜合分析了含天然氣水合物土內(nèi)顆粒界面剪切機(jī)理及微觀力學(xué)理論模型,探討了含天然氣水合物土微觀力學(xué)研究仍存在的不足與挑戰(zhàn).中國石油大學(xué)(北京)邸士瑩等剖析了致密油藏裂縫尖端附近的應(yīng)力場特征,建立了交叉裂縫擴(kuò)展?jié)B流模型,并提出了將注水吞吐轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定脈沖注水的開發(fā)方式.他們發(fā)現(xiàn)裂縫性致密油藏水平井脈沖注水方式能更充分發(fā)揮動態(tài)縫網(wǎng)的逆向滲吸及線性驅(qū)替作用,為致密油藏有效開發(fā)提供了理論支撐.

氣體相平衡及吸附擴(kuò)散規(guī)律.四川大學(xué)章濤等針對頁巖油氣開發(fā)滲流中存在的相平衡計算問題,開發(fā)了一套具有熱力學(xué)一致性的閃蒸計算方法,設(shè)計了高度自適應(yīng)的深度學(xué)習(xí)算法和相應(yīng)的深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),確定了最合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和預(yù)測模型的基本結(jié)構(gòu),該方法在顯著加速傳統(tǒng)閃蒸計算的同時又保證了相平衡狀態(tài)預(yù)測的準(zhǔn)確性.清華大學(xué)曾克成等針對現(xiàn)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(biāo)系求解一維擴(kuò)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(yīng)用.中國石油大學(xué)(華東)宋文輝等模擬了氣體在不同形狀有機(jī)質(zhì)孔隙中的吸附過程,分析了孔隙形狀對氣體吸附規(guī)律的影響,建立了不同形狀有機(jī)質(zhì)孔隙內(nèi)吸附氣表面擴(kuò)散數(shù)學(xué)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(xiàn).遼寧工程技術(shù)大學(xué)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(yīng)細(xì)觀評價模型,模擬了不同儲層原位應(yīng)力狀態(tài)下的煤系頁巖瓦斯遲滯效應(yīng)發(fā)生全過程,定量研究了微觀吸附態(tài)和游離態(tài)瓦斯以及宏觀瓦斯的遲滯規(guī)律,探究了其發(fā)生機(jī)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(yùn)移規(guī)律的準(zhǔn)確認(rèn)識具有重要參考意義.

提高采收率理論與方法.上海大學(xué)李原等基于有效孔隙體積守恒原理和核磁共振技術(shù)建立了泡沫在非均質(zhì)巖心中的動態(tài)穩(wěn)定性評價方法,并開展了雙層非均質(zhì)巖心泡沫驅(qū)油實驗,比較了納米顆粒強(qiáng)化泡沫和表面活性劑泡沫的驅(qū)油效果和動態(tài)穩(wěn)定因子.他們發(fā)現(xiàn)納米顆粒強(qiáng)化泡沫抑制了泡沫發(fā)展的不穩(wěn)定階段并提升了動態(tài)穩(wěn)定因子最終的平衡值,進(jìn)而提高了泡沫在低滲層的波及范圍和驅(qū)油效率.西南石油大學(xué)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(zhì)流動模型,研究了電磁場?滲流場耦合作用下多孔介質(zhì)中離子液體流動規(guī)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(qū)油路徑及驅(qū)油效率的影響,為離子液體智能驅(qū)油提供了理論依據(jù).

多物理場耦合多相滲流.中國石油大學(xué)(華東)蔡少斌等建立了考慮熱流固耦合作用下的非常規(guī)油氣儲層兩相滲流模型,實現(xiàn)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(jié)構(gòu)及油水兩相滲流規(guī)律的影響,對深化認(rèn)識非常規(guī)深層油氣資源開發(fā)過程中多物理場耦合作用下的復(fù)雜多相滲流問題具有重要促進(jìn)作用.中國礦業(yè)大學(xué)馬天然等針對非常規(guī)油氣資源開發(fā)過程中多相滲流及固體變形耦合的關(guān)鍵問題,建立了考慮毛細(xì)壓力和重力作用的可壓縮兩相滲流與孔隙介質(zhì)變形耦合方程,推導(dǎo)了流體方程的非對稱內(nèi)罰伽遼金弱形式和固體變形方程的非完全內(nèi)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(jié)果對認(rèn)識多孔介質(zhì)內(nèi)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(xué)(北京)王志凱等通過離散裂縫網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了三維裂縫形態(tài)有效表征,建立并求解了三維壓裂縫網(wǎng)不穩(wěn)定壓力半解析模型,提出了結(jié)合積分中值定理的面源函數(shù)求解方法,提升了半解析模型計算效率,可為三維縫網(wǎng)油井動態(tài)分析提供理論支撐.中國石油大學(xué)(北京)陳志明等考慮海陸過渡相頁巖氣藏的強(qiáng)非均質(zhì)性及頁巖氣復(fù)雜滲流特征,建立了徑向非均質(zhì)頁巖氣藏不穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型,分析了海陸過渡相頁巖氣藏不穩(wěn)定滲流特征,提出了儲層參數(shù)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(fā)已經(jīng)實現(xiàn)了從常規(guī)向非常規(guī)的跨越式發(fā)展,非常規(guī)油氣開發(fā)理論與技術(shù)取得了革命性突破.由于篇幅限制,本專題就非常規(guī)油氣資源開發(fā)過程中的滲流力學(xué)問題組織了12 篇優(yōu)秀論文,反映了我國科研人員在該領(lǐng)域的部分最新研究成果.非常規(guī)油氣資源發(fā)展勢頭方興未艾,新時代能源行業(yè)的科研人員正當(dāng)其時,我們應(yīng)加強(qiáng)非常規(guī)油氣資源滲流力學(xué)的創(chuàng)新研究,積極探索復(fù)雜科學(xué)問題的解決途徑,努力構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的能源體系,為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供不竭的能源動力!