低渗透煤层气有限导流垂直裂缝井压力动态分析

作为典型的致密多孔介质,煤岩储层已被证实存在启动压力梯度.根据煤层气垂直裂缝井的双线性流动机制,综合考虑启动压力梯度和井筒储存效应的影响,建立了一个新的低渗透煤层气有限导流垂直裂缝井双线性流动数学模型,采用Laplace变换和Stehfest数值反演方法对数学模型进行了求解,并分析了无因次启动压力梯度等参数对无因次井底压力及其导数曲线的影响规律.分析结果表明:典型的低渗透煤层气垂直裂缝井双线性流动曲线可划分为早期续流段、双线性流段、煤层线性流段、过渡流段和煤层边界线性流段5个特征阶段,其中由于启动压力梯度存在的影响,无因次井底压力及其导数曲线自煤层线性流段开始出现明显上翘,且启动压力梯度值越大,曲线上翘趋势越明显;此外,煤层边界线性流段呈现为单位斜率的直线,而非1/2斜率的线性流段直线.这些结果表现出启动压力梯度对低渗透煤层气垂直裂缝井双线性流动的影响,可用于指导现场煤层气井试井分析.     

考虑二次梯度项及动边界的双重介质低渗透油藏流动分析

在传统试井模型的非线性偏微分方程中根据弱可压缩流体的假设,忽略了二次梯度项,对于低渗透油藏这种方法是有疑问的.低渗透问题一个显著的特点就是流体的流动边界随着时间不断向外扩展.为了更好地研究双重介质低渗透油藏中流体的流动问题,考虑了二次梯度项及活动边界的影响,同时考虑了低渗透油藏的非达西渗流特征,建立了双重介质低渗透油藏流动模型.采用Douglas-Jones预估-校正差分方法获得了无限大地层定产量生产时模型的数值解,分别讨论了不同参数变化时压力的变化规律及活动边界随时间的传播规律,还分析了考虑和忽略二次梯度项影响时模型数值解之间的差异随时间的变化规律,做出了典型压力曲线图版,这些结果可用于实际试井分析.     

基于离散裂缝的多段压裂水平井数值试井模型及应用

水平井压裂技术已经成为开发低渗透油气藏、页岩气藏和致密气场等非常规油气藏的关键技术。基于离散裂缝模型,对裂缝进行简化,建立了二维多段压裂水平井有限导流数值试井模型,利用有限元方法求解模型,获得多段压裂水平井试井理论曲线和压力场特征。分析表明:多段压裂水平井的试井理论曲线一共分为七个阶段:井筒储存段、裂缝线性流段、裂缝-地层双线性流段、裂缝干扰段、地层线性流段、系统径向流段和边界作用段,其中裂缝-地层双线性流段和裂缝干扰是其典型特征。分析了裂缝数量、裂缝间距、裂缝不对称、裂缝不等长和裂缝部分缺失等因素对试井理论曲线的影响,结果表明:裂缝数量和裂缝间距对试井理论曲线的影响最大。较多的裂缝、较大裂缝间距、对称的裂缝和等长的裂缝有利于降低压裂水平井井底的流动阻力,提高产能。将建立的数值试井模型应用于四川盆地一口多段压裂水平井的压力恢复测试的数值试井解释,结果表明:本文建立的模型可以较好的拟合压力恢复测试数据,可以获得裂缝的导流能力和裂缝长度,为压裂效果评价和压裂设计提供指导。      

变形双重介质广义流动分析

对于碳酸盐油藏和低渗油藏的渗流问题，传统的研究方法都是假设地层渗透率是常数，这假设，对于地层渗透率是压力敏感的情况，对压力的空间变化和瞬时变化将导致较大的误差。本文研究了应力敏感地层中双重介质渗流问题的压力不稳定响应，不仅考虑了储层的双重介质特征，而且考虑了应力敏感地层中介质的变形，建立了应力敏感地层双重介质的数学模型，渗透率依赖于孔隙压力变化的流动方程是强非线性的，采用Douglas-Jones预估－校正法获得了只有裂缝发生形变定产量生产时无限大地层的数值解及定产量生产岩块与裂隙同时发生形变时无限大地层的数值解，并探讨了变形参数和双重介质参数变化时压力的变化规律，给出几种情况下典型压力曲线图版，这些结果可用于实际试井分析。     

基于离散裂缝的多段压裂水平井数值试井模型及应用

水平井压裂技术已经成为开发低渗透油气藏、页岩气藏和致密气场等非常规油气藏的关键技术.基于离散裂缝模型,对裂缝进行简化,建立了二维多段压裂水平井有限导流裂缝数值试井模型,利用有限元方法求解模型,获得多段压裂水平井试井理论曲线和压力场特征.分析表明:多段压裂水平井的试井理论曲线一共分为7个阶段:井筒储存段、裂缝线性流段、裂缝–地层双线性流段、裂缝干扰段、地层线性流段、系统径向流段和边界作用段,其中裂缝–地层双线性流段和裂缝干扰段是其典型特征.分析了裂缝数量、裂缝间距、裂缝不对称、裂缝不等长和裂缝部分缺失等因素对试井理论曲线的影响,结果表明:裂缝数量和裂缝间距对试井理论曲线的影响最大.较多的裂缝、较大裂缝间距、对称的裂缝和等长的裂缝有利于降低压裂水平井井底的流动阻力,提高产能.将建立的数值试井模型应用于四川盆地一口多段压裂水平井的压力恢复测试的数值试井解释,结果表明:本文建立的模型可以较好地拟合压力恢复测试数据,可以获得裂缝的导流能力和裂缝长度,为压裂效果评价和压裂设计提供指导.     

低渗透多孔介质渗流动边界模型的解析与数值解

考虑启动压力梯度的低渗透多孔介质非达西渗流模型属于强非线性动边界问题, 分别利用相似变量变换方法和基于空间坐标变换的有限差分方法, 对内边界变压力情况下、考虑启动压力梯度的一维低渗透多孔介质非达西渗流动边界模型进行了精确解析与数值求解研究. 研究结果表明:该动边界模型存在唯一的精确解析解, 且所求得的精确解析解可严格验证数值解的正确性;且当启动压力梯度值趋于零时, 非达西渗流动边界模型的精确解析解将退化为达西渗流情况下的精确解析解. 由求解结果作出的非零无因次启动压力梯度下的地层压力分布曲线表现出紧支性特点, 其与达西渗流模型的有显著不同. 因此, 研究低渗透多孔介质中非稳态渗流问题时, 应该考虑动边界的影响. 研究内容完善了低渗透多孔介质的非达西渗流力学理论, 为低渗透油气藏开发的试井解释与油藏数值模拟技术提供了理论基础.      

具有井筒储集的变形介质双渗模型的压力分析

为更好地研究碳酸盐油藏和低渗油的渗流问题,引入渗透率模数,考虑应力敏感地层中介质的变形,介质的双孔隙度、双渗秀率特征,同时考虑井筒储集的影响,建立新的数学模型。渗透率依赖于孔隙压力变化的流动方程是强非线性的,模型采用Douglas-Jones预估-校正法获得了无限大地层及有界封闭地层的数值解,形成了新的理论图版,并利用这些图版对模型中的有关参数进行了敏感性分析。     

三孔单渗模型数值模拟研究

保留了非线性偏微分方程中的所有项,没有忽略二次梯度项的影响。建立了由基岩、裂缝及溶洞系统组成的三孔单渗模型。采用有限差分的方法获得了无限大地层定产量生产、有界封闭地层定产量生产和有界封闭地层定压生产时的三孔单渗模型的差分方程,用解非线性方程组的Broyder迭代法求得了方程组的数值解。分别讨论了三重介质参数变化时的压力变化规律,并考虑了井筒储集和表皮效应对压力的影响,做出了典型压力曲线图。     

具有井简储集的变形介质双渗模型的压力分析

为更好地研究碳酸盐油藏和低渗油的渗流问题，引入渗透率模数，考虑应力敏感地层中介质的变形，介质的双孔隙度、双渗秀率特征，同时考虑井筒储集的影响，建立新的数学模型。渗透率依赖于孔隙压力变化的流动方程是强非线性的，模型采用Douglas—Jones预估-校正法获得了无限大地层及有界封闭地层的数值解，形成了新的理论图版，并利用这些图版对模型中的有关参数进行了敏感性分析。     

各向异性双重介质垂直裂缝井两相流体渗流

建立了各向异性双重介质中垂直裂缝井两相渗流数学模型,用有限差分法求得了其解,进行了算例分析。得到了含水饱和度沿径向、最大及最小渗透率方向的分布和水驱油前缘等饱和度面随时间的变化,分别讨论了各向异性、吸渗作用对这种介质中两相流体渗流的影响。结果表明：渗透率较在的方向,前缘推进速度较快,油井见水较早;吸渗使前缘推进速度减慢,使油井见水晚。注水开发这种油藏时,见水前注入率不能太大以充分发挥吸渗作用,存在最佳注入率。这对于水力压裂垂直裂缝井注水开发碳酸盐岩裂缝性油藏有指导意义。     

压裂页岩气藏多尺度耦合流动数值模拟研究

在碳达峰的国策背景之下,页岩气成为传统能源向绿色清洁低碳能源转型的重要过渡和能源支点.压后页岩气藏流体流动力学成为高效开发页岩气的关键力学问题.文章将小尺度低导流天然裂缝等效升级为连续介质,建立有机质-无机质-天然裂缝三重连续介质模型,同时对大尺度高导流裂缝采用离散裂缝模型刻画,嵌入天然裂缝连续介质中,构建多重连续/离散裂缝模型.综合考虑吸附气的非平衡非线性解吸附和表面扩散,自由气的黏性流和克努森扩散,给出页岩气在多尺度复杂介质中的非线性耦合流动数学模型.提出多尺度扩展有限单元法对离散裂缝进行显式求解,创新性构建三类加强形函数捕捉离散裂缝的局部流场特征,解决了压后页岩海量裂缝及多尺度流动通道的流动模拟难题.文章提出的模型和方法既能准确刻画高导流裂缝对渗流的影响,又克服了海量多尺度离散裂缝导致计算量增大的问题.通过算例展示了压后页岩各连续介质的压力衰减规律,发现裂缝中自由气、有机质中自由气、无机质中吸附气依次滞后的压力(浓度)扩散现象,重点分析了吸附气表面扩散系数、自由气克努森扩散系数、天然裂缝连续介质渗透率和吸附气解吸附速率对页岩气产量的影响.文章重点解决压后页岩多尺度流动通道的表征和...     

考虑诱导缝多段压裂水平井非均质改造压力动态模型研究

为了准确模拟致密油藏水平井大规模压裂形成复杂裂缝网络系统和非均质储层井底压力变化,建立考虑诱导缝矩形非均质储层多段压裂水平井不稳定渗流数学模型,耦合裂缝模型与储层模型得到有限导流裂缝拉普拉斯空间井底压力解,对两种非均质储层模型分别利用数值解、边界元和已有模型验证其准确性.基于压力导数曲线特征进行流动阶段划分和参数敏感性分析,得到以下结果:和常规压裂水平井井底压力导数曲线相比较,理想模式下,考虑诱导缝影响时特有的流动阶段是综合线性流阶段、诱导缝向压裂裂缝“补充”阶段、储层线性流动阶段和拟边界控制流阶段.诱导缝条数的增加加剧了综合线性流阶段的持续时间,降低了流体渗流阻力,早期阶段压力曲线越低;当诱导缝与压裂裂缝导流能力一定时,裂缝导流能力越大,线性流持续时间越长;当所有压裂裂缝不在一个区域时,沿井筒方向两端区域低渗透率弱化了低渗区域诱导缝流体向压裂裂缝“补充”阶段,因此,沿井筒方向两端区域渗透率越低,早期阶段压力曲线越高;当所有压裂裂缝在一个区域时,渗透率变化只影响径向流阶段之后压力曲线形态,外区渗透率越低,早期径向流阶段之后压力曲线越高.通过实例验证,表明该模型和方法的实用性和准确性.     

考虑二次梯度项影响的三孔双渗模型渗流特征

传统的试井模型与物质平衡方程都是不一致的.在非线性偏微分方程中,根据弱可压缩液体的假设,忽略二次梯度项,在试井较长时间内将产生误差.由于二次梯度项的存在,描述多孔介质微可压缩液体流动的压力分布的偏微分方程是非线性的.本文对三重介质渗流特征系统,保留了非线性偏微分方程中的所有项,没有忽略二次梯度项,建立了由基岩系统、裂缝系统及溶洞系统组成的考虑井筒储集和表皮效应对压力影响的三孔双渗模型.采用一阶向前差分,二阶中心差分的方法获得了此类三重介质模型的差分方程,用解非线性方程组的Newton迭代法求得了方程组的数值解.分别讨论了三重介质的参数变化时的无因次压力的变化规律,做出了典型无因次压力曲线图.     

基于渗透率连续变化的低渗透多孔介质非线性渗流模型

基于低渗透多孔介质渗透率的渐变理论,确定了能精确描述低渗透多孔介质渗流特征的非线性运动方程,并通过实验数据拟合．验证了非线性运动方程的有效性。非线性渗流速度关于压力梯度具有连续-阶导数,方便于工程计算;由此建立了低渗透多孔介质的单相非线性径向渗流数学模型,并巧妙采用高效的Douglas-Jones预估一校正有限差分方法求得了其数值解。数值结果分析表明：非线性渗流模型为介于拟线性渗流模型和达西渗流模型之间的一种中间模型或理想模型,非线性渗流模型和拟线性渗流模型均存在动边界;拟线性渗流高估了启动压力梯度的影响,使得动边界的移动速度比实际情况慢得多;非线性越强,地层压力下降的范围越小,地层压力梯度越陡峭,影响地层压力的敏感性减弱,而影响地层压力梯度的敏感性增强。     

裂缝性低渗透油藏流-固耦合理论与数值模拟

根据裂缝性低渗油藏的储层特征,建立适合裂缝性砂岩油藏渗流的等效连续介质模型。将渗流力学与弹塑性力学相结合,建立裂缝性低渗透油藏的流-固耦合渗流数学模型,并给出其数值解.通过数值模拟对一实际井网开发过程中孔隙度、渗透率的变化以及开发指标进行计算,并和刚性模型以及双重介质模型的计算结果进行了分析比较.     

致密砂岩垂直裂缝井CO2混相驱试井模型研究

向地层注入CO2可以有效地提高致密砂岩原油采收率,常规的试井解释数学模型不能满足致密砂岩无限导流垂直裂缝井CO2混相驱试井解释的需求．因此,基于渗流力学基本原理建立考虑应力敏感影响的无限导流垂直裂缝井CO2混相驱试井解释数学模型,利用Laplace变换、摄动变换和Stehfest数值反演的方法进行求解,编程绘制典型特征曲线并进行敏感性分析．研究表明：该模型典型特征曲线共划分为八个流动阶段．由于应力敏感效应的影响,径向流阶段内、外区压力导数曲线不再是0.5和0.5M13水平线,而是呈“上翘”的曲线,并且应力敏感系数越大,曲线“上翘”越明显;混相区压力导数曲线符合幂律型变化指数规律且高于(1-n)/(3-n)斜率直线;内区、混相区半径和M12的变化都会使得外区压力曲线升高;通过该模型可以有效地对致密砂岩压裂井CO2混相驱试井资料进行解释．     

低渗透油藏爆炸压裂产能分析及压裂改造区域优化设计

基于爆炸压裂裂缝分布规律,提出爆炸压裂缝网双重介质复合流动产能模型,应用Laplace变换Stehfest数值反演,得到了定压条件下封闭外边界低渗透油藏爆炸压裂生产井产能表达式。在模型正确性验证的基础上结合某低渗透油藏储层特征参数研究了爆炸压裂改造区域参数对封闭边界油藏产量的影响,同时对爆炸压裂改造改造体积优化设计进行了研究。研究结果表明,爆炸压裂改造区域半径主要影响生产中期产能,改造区域渗透率对生产早期和中期影响比较大,且对于实例油藏爆炸压裂改造比为0.1时效果最好。     

缝洞型多孔介质中多相流的有限体积法数值模拟

本文研究的碳酸盐岩油藏储集体属于缝洞型多孔介质.这类缝洞型多孔介质由裂缝、溶蚀孔洞和低孔隙度低渗透率的基岩组成.裂缝是空隙流体流动的主要通道;溶蚀孔洞大小从几厘米到数米不等,渗透率和孔隙度都很高,是流体主要的储集空间.由于缝洞型多孔介质空隙空间的复杂性和强非均质性,数值计算中基本控制方程的空间离散应采用非结构化网格的计算模型.本文采用有限体积法模拟缝洞型多孔介质中多相流体的流动,并给出了相应的单元中心格式有限体积法的计算公式.裂缝介质和溶洞介质中单元间多相流体的流动考虑为高速非达西流,其质量通量采用Forchheimer定律计算.非线性方程的离散选取全隐式格式,并采用Newton-Raphson迭代进行求解.通过两个二维模型注水驱油的数值模拟,验证了本文方法的有效性.     

复杂边界非均质渗流场流线分布研究

建立了考虑源(汇)影响的含有不渗透区域复杂边界条件下非均质油藏稳定渗流的数学模型。利用扰动边界元方法求解数学模型,获得了地层中任意一点的压力公式.在此基础上,提出了流线场的生成方法。绘制了考虑非均质性、复杂边界和不渗透区域影响的流线分布图,并分析了流线分布的特征。通过分析表明,渗流场的非均质性和不渗透区域的存在都对流线分布存在较大的影响。利用本文方法产生的流线分布图能够较为直观地反映出油藏流体在注采井间的运动轨迹,为优化井网和注入方案提供了重要依据。     

低渗油层压裂水平井两相流研究

依据压裂水平井不同流动区域的流动规律, 将压裂水平井的渗流分为裂缝中的高速非达西流 动区、裂缝控制影响的椭圆渗流区、远离裂缝的基质非达西渗流区, 考虑启动压力梯度的影 响, 对压裂水平井两相渗流进行了分析, 得到了低渗透油层压裂水平井的产量公式. 研究结 果表明, 裂缝的导流能力越大, 压裂水平井的产量越高. 但随着开采时间的增加, 其产量递减幅度越 大; 压裂裂缝长度越小, 压裂水平井的初始产量越高. 但随着生产时间的推移, 压裂裂缝的 长度越大, 产量的递减幅度越小; 中间裂缝长, 两翼裂缝短的情况下, 压裂水平井的产量最 高.