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.      

一种改进格林元方法及在渗流问题中的应用

采用格林公式和基本解推导出直接边界积分方程来求解渗流问题.边界积分方程数值离散基于格林元方法(Green element methond),改进了原方法中压力和压力导数的求解方法,命名为混合边界元方法(Mixed boundary element method).相较于格林元类方法,该方法显式考虑了求解节点的外法向流量值和压力值,并使求得的数值解在求解区域上能够连续,符合实际的物理过程,在不增加额外未知数的情况下提高了计算精度.分析了不同网格类型对模拟计算结果的影响,并对稳定渗流问题、非稳定(瞬态)渗流问题和非稳态问题进行了实例计算,结果显示改进方法提高了计算精度,并对各类渗流问题有较好的适应性.     

边界元理论在复杂外边界油藏水平井渗流中的应用

受构造作用的影响,实际油藏的外边界往往是复杂多样的.本文从渗流理论出发建立了复杂外边界油藏水平井渗流数学模型,并采用Lord Kelvin点源解、贝塞尔函数积分和泊松叠加公式等方法求解了复杂外边界油藏水平井的边界元基本解,利用边界元的理论建立了复杂外边界油藏水平井井底压力响应数学模型.通过计算得到了无因次压力和压力导数双对数理论图版,并在其基础上分析了复杂外边界油藏水平井渗流特征及其影响因素.     

动边界双重介质油藏低速非达西渗流试井模型

裂缝性油藏中基质岩块的渗透率一般很低,大量岩心测试实验证实在基质岩块内的液体渗流和在一定含水饱和度下的气体渗流将偏离达西渗流,往往出现低速非达西渗流,表现出启动压力梯度以及流体流动边界不断向外扩展等特殊现象。本文充分考虑启动压力梯度与动边界的影响,建立了微可压缩双重介质油藏低速非达西渗流的试井数学模型,对时间和空间变量...     

两套节点格林元嵌入式离散裂缝模型数值模拟方法

对于原始嵌入式离散裂缝模型(EDFM), 在计算包含裂缝单元的基质网格内的压力分布时采用了线性分布假设, 这导致了油藏开发早期对非稳态窜流量的计算精度不足. 因此, 本文提出了一种两套节点格林元法的EDFM数值模拟方法. 两套节点格林元法的核心思想是将压力节点与流量节点区分开, 一套压力节点设置在单元顶点, 另一套流量节点设置在网格边的中点, 满足局部物质守恒、具有二阶精度的同时, 可适用于任意网格类型. 本文将两套节点格林元法与EDFM耦合, 采用了非稳态渗流控制方程的边界积分形式推导了基质网格与裂缝网格之间传质量的新格式, 代替了线性分布假设以提高模拟精度; 此外, 修正后的EDFM能适应任意形态的基质网格剖分, 拓展了原始EDFM仅适用于矩形基质网格、难以考虑复杂油藏边界的局限性. 研究表明: 通过对比商业模拟软件tNavigator? LGR模块与原始EDFM, 验证了本文模型具有较高的早期计算精度; 以复杂油藏边界?缝网?SRV分区模型为例, 通过对比SFEM-COMSOL商业模拟软件, 验证了本文模型处理复杂问题的适应性. 本文研究可用于裂缝性油藏开发动态的精确模拟.      

基于连接元法的多尺度裂缝性油藏数值模拟

针对油藏不同尺度复杂几何特征描述和动态连通性识别等难题,近年来发展了一种基于非欧物理连通网络具有无网格特征的油藏数值模拟连接元方法.文章将连接元法推广到裂缝性油藏,从流体流动的角度,利用连接单元将油藏离散为物理连通网络.根据节点物性参数、影响域半径和加权最小二乘法给出了压力扩散项的广义差分近似.结合物质守恒方程计算节点控制体积、基质节点间传导率、裂缝节点间传导率以及基质节点与裂缝节点间传导率,从而构建渗流控制方程组的全隐式离散格式,求解压力、饱和度以及含水率等生产动态参数.引入图论深度优先搜索算法,基于每个时间步求解的节点间压力梯度,计算各时间步注入井的劈分系数,定量表征井节点间的流动关系和连通性.算例验证表明,相较基于网格体系的传统方法,该方法能够自由灵活地刻画包括裂缝复杂分布、不规则油藏边界在内的复杂油藏几何,在粗化模型情况下能够保留更丰富的流动拓扑结构,实现计算精度和计算效率的更优平衡,能更好满足实际大规模裂缝性油藏的生产动态模拟预测需求,同时为具有多尺度几何特征的裂缝性油藏及复杂边界油藏的数值模拟提供了新思路.     

计算复杂边界渗流的蒙特卡罗方法

本文运用不规则游动网格的蒙特卡罗方法求解复杂边界渗流问题。与以往各种数值方法相比,蒙特卡罗方法在计算渗流问题时要更灵活、更方便,可以根据需要独立地计算出渗流区域内任意一点的渗透压力、渗流流速。     

封面图片说明

封面图为一组油气井地下渗流场的模拟图(带箭头的线为流线,其他为等值线,颜色深浅表示压力的大小,圆圈的核心为井点).油气井井组的渗流是油气田开发方案制定及方案调整的重要依据,无论是对常规油气藏还是对非常规油气藏都有着重要的意义.从油气藏井组的渗流场图可以看出:流体的流动方向、压力分布的不均匀程度以及不同井产量对整个井组渗流场的影响.从渗流场图还可以确定不流动区域的位置,为调整井的钻井提供可靠的依据.(图文供稿:刘曰武,中国科学院力学研究所)     

水平井开采石油遇到的几个流体力学问题

本文从渗流力学和流体动力学方面讨论了利用水平井技术开采石油时在油藏工程和采油工程中遇到的几个力学问题,如水平井产量的计算,水平井非稳态试井及流场分析,水平井井筒内压力降及其对产量的影响、水平井近井油藏和井筒内流体流动耦合等,半提出水平井开采机理仍存在很多基础理论需要研究解决。     

STREAMLINE-BASED MATHEMATICAL MODEL FOR CO2 MISCIBLE FLOODING

IntroductionMisciblefloodingisadriveprocessbymixinginjectionfluid (solvent)andoil.Itsmainmechanismistodecreasetheresidualoilsaturationbyeliminatinginterfacialtensionbetweenphases.GasdrivehasanincreasingpercentageofEORprojectsinU .S .A .,Canadaandsomeothercountriesyearsbyyears.From 1960’s ,carbondioxideinjectionhasbeingstudiedinDaqingoilfieldofChina ,buttheprocessisslowforlackinggasresource .Inrecentyears,withtheinconsistentinreserve_productionequilibriumbecomingmoreseriousandthediscoveryo…     

裂缝式边水气藏全隐式数值模拟研究

以全隐式气藏数值模拟的核心——线性方程组的解法为突破口 ,研究了裂缝性边水气藏全隐式数值模拟方法 ,并研制了模拟软件。对双重介质全隐式模型形成的线性代数方程组采用块系数强隐式预处理正交极小化算法 ,与其它算法相比 ,显示出其快速、稳定的优越性。研制的模拟软件经过理论气藏及川东新市气藏实例计算 ,表明解法的优越性及软件的有效性 ,应用此算法及软件可对同类气藏进行多方位的系统研究 ,指导气藏科研及生产。     

STREAMLINE-BASED MATHEMATICAL MODEL FOR CO2 MISCIBLE FLOODING

According to the research theory of improved black oil simulator, a practical mathematical model for C02 miscible flooding was presented. In the model, the miscible process simulation was realized by adjusting oil/gas relative permeability and effective viscosity under the condition of miscible flow. In order to predict the production performance fast, streamline method is employed to solve this model as an alternative to traditional finite difference methods. Based on streamline distribution of steady-state flow through porous media with complex boundary confirmed with the boundary element method (BEM), an explicit total variation diminishing (TVD) method is used to solve the one-dimensional flow problem. At the same time, influences of development scheme, solvent slug size, and injection periods on CO2 drive recovery are discussed. The model has the advantages of less information need, fast calculation, and adaptation to calculate CO2 drive performance of all kinds of patterns in a random shaped porous media with assembly boundary. It can be an effective tool for early stage screening andmiscible oil field.reservoir dynamic management of the CO2 miscible oil field.     

一种投影浸入边界法的快速直接求解方法

根据投影浸入边界法分步投影求解的特点,同时针对压力泊松方程离散后的大型稀疏线性方程组是非奇异非对称的特点,结合开源函数库UMFPACK,在传递线性方程组的系数矩阵和右端向量时,采用函数库Eigen将系数矩阵的数据结构改写优化,大大降低了存储空间,实现对高维大型稀疏线性方程组的快速求解,同时求解保持良好的稳定性。本文首先利用一具有解析解的数值算例验证了求解泊松方程数值方法的准确性和网格依赖性,进而利用VC++编写投影浸入边界法的数值计算程序,以单圆柱绕流为基准数值算例,通过与其他文献和实验结果的对比,验证了投影浸入边界法数值计算结果的可靠性,并进一步分析了不同雷诺数下圆柱绕流的流场结构特征和尾涡结构的动态演化过程。     

边界约束刚度不确定的结构振动特征值

利用摄动法 ,将随机的微分方程和边界条件化为一系列的确定性微分方程和边界条件。运用有限元离散方法 ,推导了统计特征值的二阶摄动近似表达 ,用算例对本文方法进行了说明并和 Monte-Carlo模拟法结果进行了比较     

A New Non-Darcy Flow Model for Low-Velocity Multiphase Flow in Tight Reservoirs

The pore and pore-throat sizes of shale and tight rock formations are on the order of tens of nanometers. The fluid flow in such small pores is significantly affected by walls of pores and pore-throats. This boundary layer effect on fluid flow in tight rocks has been investigated through laboratory work on capillary tubes. It is observed that low permeability is associated with large boundary layer effect on fluid flow. The experimental results from a single capillary tube are extended to a bundle of tubes and finally to porous media of tight formations. A physics-based, non-Darcy low-velocity flow equation is derived to account for the boundary layer effect of tight reservoirs by adding a non-Darcy coefficient term. This non-Darcy equation describes the fluid flow more accurately for tight oil reservoir with low production rate and low pressure gradient. Both analytical and numerical solutions are obtained for the new non-Darcy flow model. First, a Buckley–Leverett-type analytical solution is derived with this non-Darcy flow equation. Then, a numerical model has been developed for implementing this non-Darcy flow model for accurate simulation of multidimensional porous and fractured tight oil reservoirs. Finally, the numerical studies on an actual field example in China demonstrate the non-negligible effect of boundary layer on fluid flow in tight formations.     

双相介质参数反演的混沌搜索方法

混沌运动能在一定的范围内按自身的规律不重复地遍历所有状态。利用这个特点 ,本文将混沌运动引入到双相介质参数反问题的研究中。首先利用边界元方法实现了由介质参数到地表位移的非线性映射 ,然后通过建立合成位移与实测位移的相关函数将参数识别问题归结为优化问题 ,最后利用混沌运动指导优化搜索求得介质参数。算例结果表明了混沌搜索方法用于双相介质参数反演问题的可行性和有效性     

Vortex‐in‐cell method combined with a boundary element method for incompressible viscous flow analysis

In this study, an immersed boundary vortex‐in‐cell (VIC) method for simulating the incompressible flow external to two‐dimensional and three‐dimensional bodies is presented. The vorticity transport equation, which is the governing equation of the VIC method, is represented in a Lagrangian form and solved by the vortex blob representation of the flow field. In the present scheme, the treatment of convection and diffusion is based on the classical fractional step algorithm. The rotational component of the velocity is obtained by solving Poisson's equation using an FFT method on a regular Cartesian grid, and the solenoidal component is determined from solving an integral equation using the panel method for the convection term, and the diffusion term is implemented by a particle strength exchange scheme. Both the no‐slip and no‐through flow conditions associated with the surface boundary condition are satisfied by diffusing vortex sheet and distributing singularities on the body, respectively. The present method is distinguished from other methods by the use of the panel method for the enforcement of the no‐through flow condition. The panel method completes making use of the immersed boundary nature inherent in the VIC method and can be also adopted for the calculation of the pressure field. The overall process is parallelized using message passing interface to manage the extensive computational load in the three‐dimensional flow simulations. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.