双重孔隙介质中二相驱替理论

裂缝-孔隙地层中的注水驱油问题是近十多年来油田开发和渗流力学中最受关注的问题之一.本文改进了已有的数学模型,即正确地写出了双重孔隙介质中二相渗流的基本方程,并用特征线方法进行了全面的研究,揭示了裂缝-孔隙地层中水驱油过程的基本特征.可把本工作看作是著名的Buckley-Leverett理论在双重孔隙介质中的推广.     

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.     

湿润性对孔隙介质两相渗流驱替效率的影响

孔隙介质中多相渗流的驱替效率对二氧化碳封存效率和石油采收率具有决定性影响, 是实际工程调控中的一个关键指标. 湿润性是影响多相渗流驱替模式及其效率的一个重要因素. 本文通过微流体模型-显微镜-高速相机可视化实验平台, 对基于真实砂岩孔隙结构的微流体模型进行湿润性修饰, 开展了5种流量和2种湿润性的两相驱替可视化实验, 研究了湿润性对砂岩孔隙结构中两相渗流驱替模式及其效率的重要影响. 实验结果表明: 随着流速的增大, 两相渗流驱替模式由毛细指流向稳定流发生转变; 在低流速条件下, 由于毛细力的主导效应, 亲水性介质中指进的宽度和被驱替流体团簇的数目均小于疏水性介质, 而被驱替流体团簇的最大半径、平均半径和方差均大于疏水性介质. 实验结果还证实了亲水性介质中由于单支优势通道和"绕流"现象的发生, 驱替效率显著小于疏水性介质. 最后, 通过考虑接触角效应对毛细管数进行修正, 建立了考虑湿润性影响的驱替效率和毛细管数之间的统一关系式, 为不同湿润性条件下驱替效率的预测提供了一种潜在方法.      

裂缝性油藏流固耦合渗流

本文给出了考虑介质变形的双重孔隙介质流固耦合渗流模型,并考虑渗流参数随有效应力而变化的非线性双重孔隙介质流固耦合渗流,在此基础上,本文还推导了双重孔隙介质非线性系数非线性等流固耦合流流计算,并给出了算例。     

页岩气藏的双重介质-离散裂缝模型

考虑页岩气藏开发中渗流的多尺度效应,提出了一个基于裂缝-孔隙双重介质的离散裂缝模型．在该模型中,基质、天然裂缝和人工压裂裂缝采用各自控制方程独立计算,不同介质之间通过流量交换相互关联．为分析模型可靠性,分别和基于渗透率粗化及压裂裂缝导流能力无穷大的模型对比．数值算例显示,伴随着网格细分,该模型与精确渗透率粗化模型具有相同计算精度,两者收敛速度均较快,但该模型易推广到多相流动问题,而等压模型对产量将有所高估．研究了地质参数和工艺参数对气井产量的影响规律．计算结果表明天然裂缝渗透率及基质孔隙扩散系数对产气速率有着重要影响,产气速率伴随着人工压裂裂缝导流能力、长度以及数目的增加而增加,但是增加幅度会逐步趋缓．     

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.     

渗流力学的近况和展望

渗流力学研究流体在多孔介质的运动规律.渗流是指流体在多孔介质内的流动;孔隙介质、裂缝-孔隙介质以及各种类型的毛细管体系等均属多孔介质.渗流力学是流体力学与多孔介质理论和表面物理化学等学科交叉渗透产生的一个独立的学科领域,是多种工程技术的理论基础.     

分形煤层气藏数值模拟研究——Douglas-Jones预估-校正法的应用

传统的煤层气动力学模型多建立在欧几里得基础上,难以描述煤层气孔隙结构的复杂性和形状的不规则性。为此,以分形理论为基础,通过引入煤层基质和裂缝的分形维数来刻画煤层气孔隙结构的复杂性和吸附特性,建立了双重分形介质渗流模型,采用Douglas-Jones预估-校正法对非线性方程组进行离散,获得了无限大地层和有限地层定产量生产时拟稳态吸附模型的差分方程,求得数值解。结果表明,Douglas-Jones预估-校正法可以有效解决这类非线性模型的求解问题,获得无限大地层定产量生产时变形双重分形介质模型的数值解;分析各种分形参数下的煤层压力动态,做出了典型压力曲线图。对无限大地层,初期分形维数对压力影响不大,后期分形维数越小,压力越高。对有限地层,初期分形维数的影响明显,且分形维数越大,压力越低。压力随分形指数的减小量呈现先增大后减小的趋势,在末期压力平稳趋向同一值。     

波在双孔隙与单孔隙介质界面上的反射与透射

基于Biot理论和双重孔隙介质理论研究了弹性波在双重孔隙介质与流体饱和单一孔隙介质 界面的反射和透射问题，在界面上假定裂缝孔隙流体相对于固体骨架的位移为零，推导了反 射系数和透射系数的计算公式，数值讨论了反射系数和透射系数随入射角和频率的变化关 系. 同时，讨论了双重孔隙介质中3种压缩波(P-1, P-2和P-3波)和一种剪切波(S波) 的频散和衰减特性.     

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。     

缝洞型油藏三维离散缝洞数值试井模型

缝洞型碳酸盐岩油藏发育着大尺度的溶洞和裂缝,非均质性极强,缝洞型碳酸盐岩油藏问题的研究成为了世界级难题之一.由于大尺度溶洞和裂缝对储层的流体流动起主导作用,因此,基于连续介质理论的双重介质或三重介质模型已不适合其中流体流动的描述.根据大型缝洞分布地质特征,探索性地提出了一种板块组合的复合架构离散缝洞模型描述该类油藏中的流体流动,将三维空间大裂缝用板块描述,溶洞用高渗透率和高孔隙度不规则多面体团块描述.将裂缝面用二维三角形单元离散, 溶洞和基质用三维四面体离散, 利用三维混合单元有限元法对建立的不定常渗流模型进行求解,得到了三维渗流条件下的试井理论曲线及压力场分布.通过对试井理论曲线特征的分析, 获得了各敏感参数对试井曲线的影响规律.通过对1口井的实际测试资料解释结果的分析,并与实际地震反射资料及生产实际资料的对比,发现本文所建立的模型可以较好地反映裂缝和溶洞的地质动态状况,并与实际生产状况具有较好的一致性.这一结果说明了所建模型的正确性以及测试资料分析结果的可靠性.      

非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合的混合元法

提出了一个非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元 方法. 固相位移、应变和净应力；孔隙水和气的压力、压力空间梯度和Darcy速度；多相混 合介质的温度、温度空间梯度和热流量在单元内均为独立变量分别插值. 基于胡海 昌-Washizu 三变量广义变分原理给出的多孔介质中热-渗流-力学耦合问题控制方程的单元弱形式，导 出了单元公式. 采用共旋公式进行几何非线性分析. 数值结果证明了所提出的单元模拟以 应变局部化为特征的渐进破坏的能力     

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。     

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。     

多重介质渗流研究进展

从已发现的油气田来看,裂缝性油气田通常都是大油气田,其储量很大,单井产量每天数百吨到上万吨不等,经济价值极高。油、气、水在裂缝性孔隙介质中的流动特征与一般孔隙介质的特征有本质上的差异:各重介质问液量交换性,多重介质的非均质性以及各向异性等.因此,研究多重介质渗流有较大的理论和实际意义。      

变形三重介质低渗透油藏垂直裂缝井的非线性流动分析

不仅考虑低渗透油藏具有启动压力梯度的渗流特征,还考虑应力敏感地层中介质的变形;发展了Cinco-Ley H.提出的有限导流垂直裂缝井双线性流理论,将流体在垂直裂缝与地层中形成的流动划分为两个区域—垂直裂缝中的线性流区域和变形三重介质低渗透油藏中的非线性流区域;由此建立了变形三重介质低渗透油藏有限导流垂直裂缝井的非线性流...     

基于孔隙弹性的水力压裂耦合方法与压裂状态参数数值研究

本文系统地阐述基于多孔介质渗流-损伤耦合原理,进行水力压裂FEM的数值实现方法。基本架构为：(1)引入孔隙流体压力膨胀系数将孔隙流体压力与应力场进行耦合;(2)基于损伤局部化模型,提出裂缝张开度表达式; (3)提出水力压裂引起的多孔介质水-力学属性的各向异性表达式; (4)提出全流量加载的耦合分析方案。最后作为实例,模拟三维地层水压裂缝扩展形态,通过比较模型的数值解和经典理论解,验证该方法的正确性。     

基于孔隙弹性耦合的水力压裂数值模拟研究

系统地阐述基于多孔介质渗流-损伤耦合原理,进行水力压裂的FEM数值实现方法.基本架构为:(1)引入孔隙流体压力膨胀系数将孔隙流体压力与应力场进行耦合;(2)基于损伤局部化模型,提出裂缝张开度表达式;(3)提出水力压裂引起的多孔介质水-力学属性的各向异性表达式;(4)提出全流量加载的耦合分析方案.作为实例,模拟三维地层水压裂缝扩展形态,通过比较模型的数值解和经典理论解,验证该方法的正确性.     

基于孔隙弹性的水力压裂耦合方法与数值模拟研究

本文系统地阐述基于多孔介质渗流-损伤耦合原理,进行水力压裂的FEM数值实现方法。基本架构为:(1)引入孔隙流体压力膨胀系数将孔隙流体压力与应力场进行耦合;(2)基于损伤局部化模型,提出裂缝张开度表达式;(3)提出水力压裂引起的多孔介质水-力学属性的各向异性表达式;(4)提出全流量加载的耦合分析方案。最后作为实例,模拟三维地层水压裂缝扩展形态,通过比较模型的数值解和经典理论解,验证该方法的正确性。     

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。