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.     

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根据岩心实验提出了两参数的非线性渗流方程,并在此基础上结合Buckly-Leverett 方程建立了非线性非混相驱替方程. 通过对该方程求解分析可知,与线性达西渗流相比,非 线性渗流的驱油相率较差;同一含水饱和度下的含水率更高;而储层中各点的压力梯度更大, 导致所需注采压差更大. 说明有效的开发低渗透油藏需要比中高渗油藏更小的井距和更高的 注采压力体系.     

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。     

双重孔隙介质非线性流固耦合渗流

本文给出了考虑双孔双涌介质生变形的流固耦合渗流模型。不仅考虑了固结对渗流的影响,同时也考虎了固体变形对渗流参数（孔隙度和渗透率）的影响。这样。渗流就成了双孔双渗介质中非线性流固耦合渗流。在此基础上,本文还推导了双重孔隙介质非线性流固耦合渗流计算。给出了算例并作了对比。结果表明,固体变形引起的介质参数变化对流体渗流早中期过程有重要的影响,对渗流后期影响并不大。这对于石油开采有重要的参考价值。     

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.      

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...     

弹塑性变形油藏中多相渗流的数值模拟

基于流固耦合力学理论,建立了弹性变形油藏中多相渗流的数学模型,该模型考虑了渗流与变形的耦合作用,以及注采交变载荷作下油藏多孔介质的弹性变形特征,给出了耦合数值模拟方法和算例。     

天然气水合物开发多物理场特征及耦合渗流研究进展与建议

天然气水合物作为一种非常规的清洁能源,在全球分布广、资源量大.自20世纪90年代以来,加拿大、美国、日本、中国已经先后进行了陆域及海域的水合物试采,但发现出砂、单井日产气量低、稳产时间短等问题,试采产量远不能满足商业化开发的需求,其中核心问题是对水合物开发过程中的相变、多相多组分多场耦合渗流特征的认识不够明晰.本文根据天然气水合物开发过程中涉及的渗流场、温度场、化学场、力学场等多场耦合特征,重点综述水合物生成/分解对各物理场主要特征参数的影响,包括水合物储层的孔隙度、水合物饱和度、渗透率、相对渗透率等基础物性参数及其动态演变,天然气水合物的导热系数、比热容、热扩散系数以及水合物生成/分解热等热力学参数,天然气水合物生成、分解动力学特征,纯水合物以及含水合物沉积物的力学性质等,最后阐述了天然气水合物开发渗流中的多场耦合关系及相互作用,提出了今后水合物开发多物理场特征及耦合渗流的科学研究、技术开发的有关建议.     

天然气水合物开发多物理场特征及耦合渗流研究进展与建议

天然气水合物作为一种非常规的清洁能源, 在全球分布广、资源量大. 自20世纪90年代以来, 加拿大、美国、日本、中国已经先后进行了陆域及海域的水合物试采, 但发现出砂、单井日产气量低、稳产时间短等问题, 试采产量远不能满足商业化开发的需求, 其中核心问题是对水合物开发过程中的相变、多相多组分多场耦合渗流特征的认识不够明晰. 本文根据天然气水合物开发过程中涉及的渗流场、温度场、化学场、力学场等多场耦合特征, 重点综述水合物生成/分解对各物理场主要特征参数的影响, 包括水合物储层的孔隙度、水合物饱和度、渗透率、相对渗透率等基础物性参数及其动态演变, 天然气水合物的导热系数、比热容、热扩散系数以及水合物生成/分解热等热力学参数, 天然气水合物生成、分解动力学特征, 纯水合物以及含水合物沉积物的力学性质等, 最后阐述了天然气水合物开发渗流中的多场耦合关系及相互作用, 提出了今后水合物开发多物理场特征及耦合渗流的科学研究、技术开发的有关建议.      

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。     

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.     

页岩气井组分比例变化规律研究

页岩气开发过程中,生产井产出气的组分比例会随时间发生变化.本文基于组分模型数值模拟研究了生产井中甲烷组分比例变化的规律.研究表明,吸附气、渗透率与孔隙度影响页岩气组分比例的瞬态响应特征. 吸附气显著影响组分比例的变化规律,吸附量的大小决定组分比例的变化值及组分比例导数曲线的上下位置. 渗透率影响组分比例初期变化规律,但在后期,不同渗透率对瞬态组分比例规律的影响基本一致.孔隙度对组分比例变化及其导数曲线的影响与吸附气的影响类似,但在生产初期,孔隙度对组分比例的影响要小于吸附气对组分比例的影响. 本文的研究提供了一种进行页岩地层参数评价的新方法.      

河道砂油藏的自适应非均匀网格粗化算法

以河道砂的观测深度为确定性数据，由贝叶斯理论通过随机楚模的方法楚立横截面为抛物线形状的河道砂油藏边界面，并将渗透率自适应网格技术应用于河道砂油藏的网格粗化算法中。在渗透率或孔隙度交化异常区域自动采用精细网格，用直接解法求解渗透率或孔隙度交化异常区域的压强分布，而在其他区域采用不均匀网格粗化方法计算，印在流体流速大的区域采用精细网格。用本文方法计算了河道砂油藏的压强分布，结果表明河道砂油藏的三维不均匀自适应网格粗化算法的解在渗透率或孔隙度异常区的压强分布规律更逼近采用精细网格的解，在其他区域压强分布规律非常逼近粗化算法的解，但计算的速度比采用精细网格提高了100多倍。     

渗流方程自适应非均匀网格Dagan粗化算法

在粗网格内先统计渗透率在粗网格中的概率分布，利用Dagan渗透率粗化积分方程通过渗透率概率分布计算粗化网格的等效渗透率，并由等效渗透率计算了粗化网格的压强分布，计算压强时还将渗透率自适应网格技术应用于三维渗流方程的网格粗化算法中，在渗透率或孔隙度变化异常区域自动采用精细网格，用直接解法求解渗透率或孔隙度变化异常区域的压强分布。整个求解区采用不均匀网格粗化，在流体流速高的区域采用精细网格。利用本文方法计算了三维渗流方程的压强分布，结果表明这种算法的解在渗透率或孔隙度异常区的压强分布规律非常逼近精细网格的解，在其他区域压强分布规律非常逼近粗化算法的解，计算速度比采用精细网格提高了约100倍。     

A Simple Model of a Two-Layered High-Temperature Liquid-Dominated Geothermal Reservoir as a Part of a Large-Scale Hydrothermal Convection System

The Kakkonda geothermal reservoir, Japan, is a typical high-temperature liquid-dominated geothermal reservoir, except for its distinctive two-layered temperature structure. It has a shallow permeable reservoir of 230–260°, and a deep less permeable reservoir of 350–360°. Geology and hydrology indicate that the shallow reservoir is one to two orders of magnitude more permeable than the deep reservoir, but that the two reservoirs communicate. It has been widely assumed in engineering and scientific circles that the connection between the two reservoirs is a zero or low permeability barrier to fluid flow. We show that this hypothesis is untenable, based on both physical evidence and numerical simulation. We numerically model the evolution of the geothermal system as it heats after emplacement of an intrusion. The two-layered temperature structure is found to be a consequence of the permeability difference, i.e. the two-layered permeability structure.     

低渗岩心驱替过程中的压力分布特征研究

考虑低渗岩心的应力敏感性,通过实验和数值计算,研究了一维水驱油过程中,压力的分布及变化规律,并对其影响因素进行了分析. 结果表明：压力分布由于受到应力敏感性的影响而显示出明显的非线性特征,在前缘面处存在一个明显的分界点;应力敏感性程度、黏度比对压力分布的影响较大.     

Lattice Boltzmann Simulation of Fluid Flow in Synthetic Fractures

Fractures play an important role in reservoir engineering as they dominate the fluid flow in the reservoir. All evidence suggests that rarely can one model flow and transport in a fractured rock consistently by treating it as a uniform or mildly nonuniform isotropic continuum. Instead, one must generally account for the highly erratic heterogeneity, directional dependence, dual or multicomponent nature and multiscale behavior of fractured rocks. As experimental methods are expensive and time consuming most of the time numerical methods are used to study flow and transport in a fractured rock. In this work, we present results of the numerical computations for single phase flow simulations through two-dimensional synthetically created fracture apertures. These synthetic rock fractures are created using different fractal dimensions, anisotropy factors, and mismatch lengths. Lattice Boltzmann method (LBM), which is a new computational approach suitable to simulate fluid flow especially in complex geometries, was then used to determine the permeability for different fractures. Regions of high velocity and low velocity flow were identified. The resulting permeability values were less than the ones obtained with the cubic law estimates. It has been found that as the mean aperture–fractal dimension ratio increased permeability increased. Moreover as the anisotropy factor increased permeability decreased. Neural network simulations were used to generalize the results.     

Fractal porous media I: Longitudinal stokes flow in random carpets

Two-dimensional porous media whose random cross-sections are derived from site percolation are constructed. The longitudinal flow of a Newtonian fluid in the Stokes approximation is then computed and the longitudinal permeability is obtained. Two methods are used and yield the same result when porosity is low. The Carman equation is shown to apply within ±7% when porosity is within the range from 0 to 0.75. Finally, random structures derived from stick percolation are investigated; results are qualitatively the same, but the Carman equation yields a poorer approximation.     

Macroscale Properties of Porous Media from a Network Model of Biofilm Processes

We demonstrate how a network model can predict porosity and permeability changes in a porous medium as a result of biofilm buildup in the pore spaces. A biofilm consists of bacteria and extracellular polymeric substances (EPS) bonded together and attached to a surface. In this case, the surface consists of the walls of the porous medium, which we model as a random network of pipes.Our model contains five species. Four of these are bacteria and EPS in both fluid and adsorbed phases. The fifth species is nutrient, which we assume to reside in the fluid phase only. Bacteria and EPS transfer between the adsorbed and fluid phases through adsorption and erosion or sloughing. The adsorbed species influence the effective radii of the pipes in the network, which affect the porosity and permeability.We develop a technique for integrating the coupled system of ordinary and partial differential equations that govern transport of these species in the network. We examine ensemble averages of simulations using different arrays of pipe radii having identical statistics. These averages show how different rate parameters in the biofilm transport processes affect the concentration and permeability profiles.