复杂结构井变质量管流与地层渗流耦合模型

基于井筒液体流动与管路液体流动的流动相似性,并综合考虑了不同完井方式下地层渗流、水平段变质量管流、弯曲段和垂直段多相管流之间的耦合作用,采用整体压力系统分析方法建立了不同完井方式(裸眼完井及射孔完井)复杂结构井地层渗流与变质量管流耦合模型.该模型可求解多分支井在考虑各分支间在主井眼井底相互干扰的情况下的协调产量与协调流压以及各分支在协调点的产量贡献和各分支水平段沿程压力分布及产量分布.此外,还模拟分析了射孔完井方式下三分支水平井自喷采油时的整体压力系统.结果表明,该模型对于多分支水平井不同完井方式下协调产量及协调压力的求解具有一定的指导意义.     

热采井筒应力的数值模拟分析

将注汽热采井井筒温度场传输到井筒应力模型中,用有限元软件ANSYS进行了计算。计算结果表明,使用常温套管弹性模量对套管极限温度载荷进行计算,所得极限温度比实际极限温度要低,因此能提高设计结果的安全性。增大水泥高温热膨胀系数有利于保护套管和水泥环。     

煤体采动裂隙场演化与瓦斯渗流耦合数值模拟

对FLAC3D的自带Mohr-Coulomb模型进行了修改,利用VC++6.0编译出Frac.dll。利用现场煤体采动裂隙观测结果作为初始裂隙状态,对采动裂隙扩展、交叉过程进行全程模拟。同时对此过程中的瓦斯流动情况进行研究。通过与现场实测数据对比,模拟结果与实测值不仅在数值上符合较好,而且分布规律和变化趋势也很一致。     

空气锤钎头流热耦合的三维数值模拟

以设计的121/4″空气锤钎(钻)头为研究对象,在求解气体钻井井底动力学参数的基础上,充分考虑了空气锤钎头的排屑槽和硬质合金齿对井底流场的影响,建立了真实的空气锤钎头井底流场的数学模型,并采用流体力学软件(CFD)对其3000m井底流场的速度场、压力场和温度场进行数值模拟研究.结果表明:空气锤钎头井底流场速度、压力和温度分布合理,流场对硬质合金齿具有良好的清洗和冷却作用.数值模拟的结果与气体钻井经验公式计算值比较符合.     

水平井筒内与渗流耦合的流动压降计算模型

水平井筒内压降对水平井生产动态有较大影响。分析了水平井生产时与渗流耦合的水平井筒内单相变质量流的特性后,从水平井筒内流动出发,根据质量守恒原理和动量定律导出了裸眼完井和射孔完井的水平井筒内压降计算基本公式,并根据势迭加原理导出了油藏内渗流的压力方程。在此基础上,建立了石油工程上实用的水平井筒内压降计算新模型,给出了实例计算结果。     

基于N-S方程的储层渗流与孔眼管流耦合分析

为了实现储层渗流与孔眼管流全耦合模拟分析,应用多孔介质渗流力学、流固耦合理论,建立了应力作用下油藏流固耦合数学模型,依据流体动力学管流理论用Navier-Stokes方程控制井筒和孔眼中流体流动;采用多重物理量耦合分析软件COMSOL Multiphysic对所建的模型进行数值模拟分析,实现了对四个偏微分方程组的全耦合求解,对模拟结果的研究表明孔眼末端压降和应变最大,该处岩石容易失稳,模拟结果证明所建模型和求解方法是有效的。     

基于N-S方程的储层渗流与孔眼管流耦合分析

为了实现储层渗流与孔眼管流全耦合模拟分析,应用多孔介质渗流力学、流固耦合理论,建立了应力作用下油藏流固耦合数学模型.依据流体动力学管流理论用Navier-Stokes方程控制井筒和孔眼中流体流动;采用多重物理量耦合分析软件COMSOL Multiphysic对所建的模型进行数值模拟分析,实现了对四个偏微分方程组的全耦合求解,对模拟结果的研究表明孔眼末端压降和应变最大,该处岩石容易失稳,模拟结果证明所建模型和求解方法是有效的.     

裂隙岩体传热的流热耦合分析

通过对裂隙岩体介质的热传导和渗透特性的分析,建立了耦合传热模型.采用导热微分方程描述裂隙岩体的温度场分布,并用加权余量的Galerkin法对岩体热传导方程进行离散,结合边界条件及计算参数对其进行数值求解.数值模拟结果表明,岩体内裂隙水流引发的热质迁移对裂隙岩体的温度场分布有重要影响.随着裂隙内水流渗透速度的增加,热交换的速度加快,缩短了达到热平衡的时间.渗流速度越大,交界面处温度等值线的不连续现象越明显,热交换越不充分.随着渗流速度的降低,热质迁移量减少,热交换的充分性增加,岩体内的温度等值线平滑连贯,温度梯度降低,裂隙内温度等值线的锐化现象逐步消除.沿着裂隙水流的流动方向,温度等值线变化率逐渐减小,热交换的速率逐渐降低.流固耦合作用对渗流作用下裂隙岩体的温度场分布具有明显的影响,流体温度的变化会影响裂隙岩体温度场的变化梯度.     

底水油藏水平井控流完井数值模拟耦合模型

为了预测控流完井条件下底水油藏水平井生产动态并设计关键控流参数,以数值模拟方法为数学求解手段,建立三维空间油水两相混合网格耦合模型,引入"拟传导率"概念,使得耦合模型中包含的油藏渗流、井筒管流和筛管控流3种数学模型可写成统一线性数学表达形式,从而方便建立大型线性方程组求解。结果表明:拟传导率反映相邻网格之间井筒管流或筛管控流流动过程中某相流体流量和压降的比率,流体流动阻力越大,则拟传导率越小,反之亦然;相比常规裸眼井下滤砂管完井,用耦合模型设计控流参数的控流完井方法使得实例井流入流率剖面、油藏渗流压降剖面、水脊前缘上升剖面和见水时间剖面更加均衡,见水时间大幅延长。     

一种用于处理宾汉非牛顿稠油渗流的热采模型

温度对稠油流变性有一定的影响,且存在某一临界温度Ｔｃｒ．当温度高于Ｔｃｒ时,稠油可以视为牛顿流体;当温度低于Ｔｃｒ时,为非牛顿流体,并存在一个初始剪切应力,可以用宾汉型本构方程来描述。根据宾汉流体的渗流方程,建立了新的热采数值模型,该模型中考虑了稠油在低于临界温度时呈现为宾汉流体的特性。采用粘度校正法和系数校正法对采油参数进行了计算,并引入了初始压力梯度项。为了测试这两种方法的优劣,对新疆风城某采油方案进行了试算。试算结果表明,后一种方法在模拟精度、计算速度和计算稳定性方面比前一种方法更好。对曙１７５油藏进行的实例分析结果表明,数值模型模拟的渗流情况符合稠油地下渗流的实际情况,可用于实际的热力采油计算。     

变质量管内流动与油藏耦合的数值模拟

研究了水平井筒内变质量单相流动的压降规律,数值计算得到了压降系数随雷诺数和壁面注入量变化的系列数据,提出了与油藏耦合模拟预测产油量的简化模型.     

水平井筒流体质量流动压力梯度模型

建立了水平井筒油藏流体从管壁流入时孔眼段流体压力梯度模型。讨论了井筒有效管壁摩擦系数对流体压力梯度的影响,在此基础上,建立了同时考虑井筒流体流动和油藏渗流的井筒-油藏耦合模型。该模型将Dikken模型中沿整个水平段单位长度生产指数为常数的假定进行了推广,在给定条件下对压力降模型进行了讨论。计算了单个孔眼段的压力损失。计算结果表明,水平井段较长或产量较高时。水平段流体压力降比较明显。     

水平气液两相变质量分层流动模型

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别 ,可以预知常规水平管流的流型转变机理及压降计算方法 ,对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展 .根据气液两相界面波的迅速成长机理 ,考虑了管壁入流或出流的影响 ,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流向非分层流流型转变的判别方法 .并对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,考虑管壁存在入流或出流对于分层流流型压降的影响 ,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流流型的压降计算方法 .     

陆梁油田薄层底水油藏水平井井筒模拟研究

新疆陆梁油田呼图壁河组油藏发育一类特殊的薄层底水型油藏,其特点是油层厚度薄,构造幅度低,底水能量大,利用水平井开采,表现出无水采油期短、含水率上升速度快、产量递减大的特点。针对这些问题,采用水平井数值模拟方法,建立了考虑摩擦压力损失的水平井井筒模型,明确了摩擦压力损失对水平井的压力分布以及水平段产量的影响,在此基础上,分析研究了水平井底水锥进的水脊特征,判断了水平井出水位置,提出了封堵出水井段并结合油藏工程方法确定了水平井合理产液量,从而达到抑制底水快速锥进,减小压力损失,降低含水率上升速度的目的。     

稠油热采井井筒温度模型研究及应用

在稠油开采过程中,准确地预测井筒温度是选择合适的采油工艺,防止稠油结蜡增黏的基础。采用对流-扩散模型计算油管与抽油杆之间的环空内的流体传热,建立了稠油井井筒加热温度场的二维非稳态数学模型;并使用控制容积法实现模型的数值求解,模拟结果和现场实测井筒温度吻合度较好。通过模型计算,分析了电加热生产和热流体循环加热过程中影响井筒温度的诸多因素。结果表明加热流体的入口温度和流量对井筒温度场影响最明显、热流体的掺入深度存在最优范围、空心杆循环热流体的加热方法优于套管掺液,对提高稠油油井采油效率具有指导意义。     

页岩气藏压裂水平井线性耦合渗流模型研究

为研究页岩基质孔隙中气体低速流动时启动压力梯度对试井的影响、解决页岩气复杂流动机理耦合的困难,提出了一种新的圆柱状三重孔隙页岩基质模型,并与五线性渗流模型结合,建立了表征气体流动过程的多级压裂水平井线性耦合渗流模型;应用Laplace变换、Green函数等方法得到模型的解,利用Stehfest数值反演算法计算并绘制了气井无因次拟压力响应曲线并进行敏感性分析。结果表明,基于新模型的压力响应曲线可划分为七个流动阶段;启动压力梯度主要影响曲线的中晚期阶段,若启动压力梯度越大,则渗流阻力越大、拟压力及其导数值越大;基质渗透率越小,则基质向裂缝系统窜流越困难、边界控制流动阶段发生时间越晚。     

一种新的底水油藏鱼骨分支水平井耦合模型

针对底水油藏鱼骨分支水平井的产能预测和井筒压力分布问题,开展了分支水平井井筒与油藏渗流的耦合模 型研究。研究利用底水油藏下边界恒压供给的特点,采用微元思想,用储层细分的方法代替井筒细分的处理方法,建 立了底水油藏鱼骨分支水平井储层渗流与井筒流动的耦合模型。对储层微元细分处理属于一类新的微元处理方法和 研究手段,由此获得的简化耦合模型求解产能和压降剖面时可大幅减小计算量,节约计算成本。简化模型的计算结果 符合精确模型的基本规律和认识,同时给出了简化模型向精确模型修正的比例,按此比例修正后的简化模型进行产能 的快速估算是一种实际可行的简便方法,为底水油藏鱼骨分支水平产能预测,为进一步计算延缓底水上升的临界产 量、临界压差等参数提供了研究基础。     

页岩气压裂水平井不稳定流动模型

水平井多级压裂技术已经成为目前开发页岩气藏的主要手段。针对气体在页岩流动过程中存在的吸附解吸、扩散、滑脱、启动压力梯度和应力敏感等效应,基于三线性渗流方程的基础上,推导出五线性渗流方程,建立了页岩气藏压裂水平井渗流数学模型。运用Laplace变换和Duhamel原理,求解出考虎井筒储集效应和表皮效应的页岩气藏压裂水平井Laplace空间的无因次井底拟压力解。通过Stefest数值反演,绘制了无因次拟压力曲线和拟压力导数曲线。依据特征曲线划分了流动阶段,并分析了不同影响因素对气井压力特征曲线的影响。研究结果表明：压裂水平井泄流范围可划分为五个流动区域,气井的压力特征曲线可划分为六个流动阶段。裂缝导流能力对水平井压力特征曲线的影响主要在过渡阶段、双线性流阶段;吸附系数主要影响过渡段、双线性流段、线性流段以及拟稳定流阶段;视渗透率系数主要影响双线性流动阶段、过渡阶段、窜流扩散阶段、地层线性阶段和拟稳定流阶段;导压系数影响窜流扩散阶段、地层线性流阶段和拟稳定流阶段;压裂改造区宽度主要影响地层线性流和系统拟稳态流动段。模型可以正确认识页岩储层复杂渗流规律,判别页岩气藏压裂水平井流动阶段,为预测单井产能和优化压裂设计参数提供了科学依据。     

页岩气藏压裂水平井渗流数值模型的建立

水力压裂后的页岩气藏水平井渗流区域内储层呈现复杂的裂缝网络形态,考虑解吸–吸附机理的单井渗流数
值模型的建立对单井产能影响因素分析具有较强的理论价值和现实意义,基于Warren-Root 双重介质模型思想,建立
了考虑解吸–吸附的基质渗流数学模型和裂缝渗流数学模型,并进行了差分离散方法的设计及渗流方程的IMPES 方
法线性化处理,最后实现了通过Gauss-Seidel 迭代编程模拟。现场应用中,在页岩储层水平井压裂时的微地震结果基
础上构建了地质模型,所建立的数值模型可分析压力、吸附气量、渗透率、地层物性等多个参数特征对生产的影响,并
与页岩气产出规律相符,因此该简便模型可有效指导现场的工程设计及动态分析。