科研成果驱动式的实验教学探...以储层裂缝导流能力测试为例_李静.pdf
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1、ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 42 卷 第 1 期Vol 42 No12023 年 1 月Jan 2023DOI:10 19927/j cnki syyt 2023 01 040科 研 成 果 驱 动 式 的 实 验 教 学 探 索 以储层裂缝导流能力测试为例李静,吴明杨,孟晓宇,李春宝,刘伊帅,朱睿(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580)摘要:为了解决部分传统实验教学与科研导向和实际应用脱节的问题,将科研成果融入岩石力学综合性实验教学,开展学研一体化科研成果驱动式的实验教学
2、探索。设计了储层裂缝导流能力测试综合实验,包括实验设计原理、方案及内容,研究闭合压力与不同粒径支撑剂组合对裂缝导流能力的影响,并对其效果进行综合分析,为油气勘探开发与储层改造方案设计提供依据。实践表明,该实验教学探索巩固了学生理论知识及文献检索能力,激发学生自主学习兴趣和科研创新思维,加强了学生实践动手操作能力和创新能力。关键词:岩石力学;储层裂缝导流;科研成果驱动;学研一体化;实验教学中图分类号:G 642.423文献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)01 0204 04Exploration of esearch Achievements driven Experiment
3、al Teaching A Case Study of eservoir Fracture Diversion Capacity TestLI Jing,WU Mingyang,MENG Xiaoyu,LI Chunbao,LIU Yishuai,ZHU ui(College of Pipeline and Civil Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266580,Shandong,China)Abstract:In order to solve the problem of disconnection between tra
4、ditional experimental teaching and scientificresearch orientation and practical application,scientific research achievements are integrated into comprehensiveexperimental teaching of rock mechanics,and experimental teaching driven by scientific research achievements is carriedout The comprehensive e
5、xperiment of reservoir fracture conductivity test is designed,including the design principle,scheme and content of the experiment The influence of the combination of closure pressure and proppant with differentparticle sizes on fracture conductivity is studied,and its effect is comprehensively analy
6、zed,providing a basis for thedesign of oil and gas exploration and development and reservoir reconstruction scheme The practical results show thatthe experiment has consolidated the students theoretical knowledge and literature research ability,stimulated thestudentsindependent learning and innovati
7、ve thinking of scientific research,strengthened the students practical abilityand innovation ability,and adapted to the needs of the new era constructionKey words:rock mechanics;reservoir fracture conductivity;scientific achievements-driven;integration of study andresearch;experimental teaching收稿日期:
8、2022-02-28基金项目:国家自然科学基金项目(41972138)作者简介:李静(1967 ),女,山东蓬莱人,博士,教授,博士生导师,主要从事岩石力学方面的教学与科研工作。Tel:18560616679;E-mail:lijing0681163 com0引言实验教学是提升学生实践能力、培养创新思维、实现理论联系实际的关键环节,科研项目则是学科前沿发展动态的重要反映,二者在高等教育中均发挥着举足轻重的作用1。传统模式的实验教学大多脱离科第 1 期李静,等:科研成果驱动式的实验教学探索研导向与实际应用,难以满足新工科建设需求。因此在科教、产教双融合的发展趋势下,探索并实践将科研成果2-4、科
9、研项目5-7 引入课堂教学,实现实验教学与学科前沿的密切结合尤其重要。岩石力学是一门工程应用性、综合性较强的学科,创新性是其不断进步的重要特性。储层裂缝导流能力测试作为岩石力学课程的必修实验,目前的实验教学内容仅为重复分析单一支撑剂条件下裂缝导流能力随不同闭合压力的变化规律,属于已知结论的验证性实验,与油气藏开发需求存在较大出入,导致学生缺乏处理实际应用问题的能力。而科研项目本身就是一个天然实验,以科研成果驱动式教学为导向,科技前沿成果为辅,能够充分发挥课程的导向作用,并极大地提高学生的创新实践能力,是一种集高效、创新、综合为一体的教学形式,本研究依托国家自然科学基金项目,选取储层裂缝导流能力
10、测试为选题,以实际应用问题作为切入点,探索科研成果驱动式的实验教学方法,可以促进前沿知识的渗透,实现科研成果和实验教学的有机融合。1实验设计背景及意义在致密油气藏开发过程中,储层裂缝导流能力作为一项重要参数,对于油气藏的勘探开发、优化设计以及裂缝导流能力的有效保持具有重要的指导意义8-9,逐渐引起了行业内的高度重视。其数值主要受循环压力、支撑剂粒径、铺置浓度和酸化处理时的酸液浓度等多种因素的影响10-12,明确各因素对导流能力的影响规律以及效果评价是目前研究的关键内容。以往的本科生实验教学内容单一陈旧,仅使学生对导流能力的概念以及实验操作有一定的认知,教学资源在前沿性、应用性上比较匮乏,不足以
11、满足学生对实际生产需求、导向的认识和掌握。因此,以提高实验教学内容的先进性适用性和研究性为目的,选取科研成果中的部分内容转化为本科生实验教学资源,将验证性实验开发成具有综合性、创新性特点的探究性实验13-14。指导教师在课前安排学生分组进行导流能力测试方面的文献阅读,熟悉实验设备的操作,每组学生初步拟定不同影响因素的实验方案,不同组间实验过程相似但又不完全一致,从而保证每组学生独立开展实验;根据实验过程中出现的问题以及相应的实验结果进行优化,最终获得最优方案。通过该探究性实验,可以促使学生形成一定的合作意识,提高学生的学习积极性以及科研创新能力。2实验设计2.1实验目的基于储层裂缝导流能力测试
12、实验,通过科研教学相结合的方式,力求达到以下教学研究目的:(1)掌握中外文献查阅方法,了解储层裂缝导流能力最新研究进展、影响因素及变化规律,学习裂缝长期导流能力评价系统工作原理,精通压力试验机及美国石油学会(API)标准导流岩板加工流程。(2)掌握储层裂缝导流能力实验基本原理,独立制定实验方案且能根据实验结果揭示内在机理,明确闭合压力和嵌入作用对导流能力的影响。(3)通过实验设计、改进等过程,培养学生自主发现、分析、解决、总结问题的思维,提升学生团队协作、科研创新及探索未知的能力。2.2实验原理测量不同出入口压力下的液体流量,再利用液体径向渗流达西公式即可计算裂缝的导流能力15。根据压裂支撑剂
13、充填层导流能力评价标准16,实验采用面积为 65 cm2的 API 标准导流室。支撑裂缝渗透率、充填层导流能力表达式分别为:k=5 555QpWf(1)kWf=5 555Qp(2)式中:k 为支撑裂缝渗透率,m2;Q 为流量,cm3/s;为流体黏度,mPas;Wf为支撑剂填充厚度,cm;p 为测试段压力差,kPa。采用目标层位天然裂缝面上的闭合压力作为实验最大压力,其表达式为:=H+h2H h2cos 2(3)式中:为岩石内摩擦角,();H为地层的最大水平主应力,MPa;h为地层的最小水平主应力,MPa。2.3实验材料与设备实验设备采用图 1、2 所示的裂缝长期导流能力实验评价模拟系统和 TY
14、E-2000B 型压力试验机,标准实验岩板见图 3,尺寸为 178 mm 38 mm 25 mm,两端加工成半圆形,岩心取自庄 109 井4 259.04 m,上覆岩层压力为 96 MPa,设计闭合压力为 95 MPa。图 1裂缝长期导流能力评价系统502第 42 卷图 2TYE-2000B 型压力试验机图 3API 标准加工实验岩板2.4实验方案实验采用 20/40、30/50、40/70 目陶粒,密度依次为 1.81、1.61 和1.59 g/cm3,液体黏度为1 mPas,最大闭合压力取 90 MPa。共设计 8 组实验,包括 2 组岩板及 6 组钢板。具体方案如下:(1)单粒径支撑裂缝
15、导流能力实验。分别测试岩板、钢板在 30/50、40/70 单粒径支撑条件下的裂缝导流能力。(2)组合粒径支撑裂缝导流能力实验。将不同粒径支撑剂按照组合放置,并进行组合粒径优选,铺置形式如图 4 所示。图 4组合粒径铺置示意方案 120/40、30/50 和 40/70 3 种粒径按顺序铺置;方案 220/40、30/50 和 40/70 3 种粒径按倒序铺置;方案 320/40、30/50 和 40/70 3 种粒径均匀混合铺置;方案 430/50 和 40/70 2 种粒径按顺序铺置。2.5实验步骤实验步骤具体包括:确定闭合压力;设置实验流量2.5 mL/min;装填岩心试样,如图 5 所
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