稠油油藏蒸汽-泡沫驱油数值模拟方法

以室内实验和矿场试验结果为基础,对稠油油藏蒸汽 泡沫驱的渗流机理及所涉及的物理化学现象进行了研究,在常规热采模型的基础上,结合蒸汽泡沫驱数学模型,建立了考虑蒸汽泡沫驱的新热采模型,拓展了热采模型的应用范围.模型中考虑了表活剂浓度、非凝析性气体含量、地层非均质性等影响因素.针对辽河高升油田高二、三区高3456井组油层埋藏较深、油层有效厚度较大的特点,对蒸汽泡沫复合驱进行了数值模拟研究,分析了其敏感因素及其可行性,并对蒸汽泡沫复合驱提高厚层稠油油藏的采收率机理进行了探讨.     

基于XFEM-MBEM的嵌入式离散裂缝模型流固耦合数值模拟方法

离散缝网的表征与模拟是目前国内外研究的热点. 在非常规油气开发过程中, 由于地应力场的存在会对裂缝的流动属性产生显著影响, 若将裂缝视为静态对象, 与矿场数据会出现极大偏差, 因此要基于动态裂缝做更深入的研究. 本文针对致密油藏应力场?渗流场耦合力学问题, 提出了一种高效的混合数值离散化方法, 其中采用扩展有限元法 (XFEM) 求解岩石的弹性形变, 采用了混合边界元法 (MBEM) 精确计算基岩与裂缝间的非稳态窜流, 这两种数值格式是完全耦合的, 并对整体计算格式的时间项进行了全隐式求解, 可准确表征致密油藏开采过程中的裂缝变形及流体流动机理. 此外, 本文采用了嵌入式离散裂缝前处理算法显式表征大尺度水力压裂缝, 并考虑了支撑剂的作用; 采用了双孔有效应力原理和双重介质隐式裂缝表征方法, 可捕捉基质与小尺度天然裂缝的动态信息; 由此, 本文所提出的混合模型综合表征了基质?天然裂缝?水力压裂缝共同组成的致密油藏复杂渗流环境, 并通过几个实例论证了模型的准确性, 研究表明: 对致密油藏压裂水平井进行产能评价时, 应力场所引起渗流参数的改变及裂缝开度降低的影响不可忽略. 本文研究可为非常规油气资源的开发提供理论指导.      

考虑动半径和粘度变化的稠油非牛顿不稳定渗流数学模型

针对稠油非牛顿特征,在Bingham流体渗流方程基础上,通过对动半径和粘度进行表征,建立同时考虑启动压力梯度、动半径变化和粘度变化的非牛顿稠油不稳定渗流数学模型,完善Bingham型稠油渗流数学模型.通过空间、时间离散差分及Matlab数值计算,得到非牛顿稠油非稳态渗流地层压力分布.结果表明,相同产量下,随启动压力梯度增大,动半径向井方向移动;启动压力梯度越大,压降曲线越陡,相应近井压降越大;相同启动压力梯度下,产量越大,不同吞吐周期压力差距越大.将半径和粘度动态变化相结合,弥补了现行非牛顿稠油渗流数学模型的-个缺陷.     

三维压裂缝网不稳定压力半解析求解方法

受地应力及压裂工艺影响, 大斜度井水力压裂缝网展布复杂, 缝网中存在不同倾斜方向、不同展布形态及不同贯穿程度的压裂缝. 本文通过将裂缝面离散为若干矩形微元实现裂缝形态有效表征, 将渗流过程划分为基质向裂缝流动及裂缝向井筒流动两阶段, 采用有限差分方法构建离散裂缝面内不稳定渗流数值解, 结合封闭边界面源函数及叠加原理构建基质内不稳定渗流解析解, 耦合裂缝内流动数值解与基质内流动解析解, 求解了三维压裂缝网不稳定压力. 基于积分中值定理提出了点源、特殊线源代替面源求解基质内渗流的求解方法, 分析了该方法的可行性及适用条件, 在保证模型精度的同时提升了计算效率. 研究表明, 在基质内采用点源函数面积分求解面源的方法可准确求解三维压裂缝网井底压力动态但计算效率极低, 基于积分中值定理的点源、特殊线源近似面源求解方法可大大提升计算效率, 且在裂缝微元划分较为精细(微元无因次边长小于0.15)时可取得较高精度, 基于该模型分析了裂缝导流能力、裂缝倾角、裂缝高度及裂缝段间距对压裂大斜度井典型试井曲线的影响.      

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.     

气藏压裂水平井非稳态流动分析

应用Green函数和Newman积原理,建立了压裂水平井与气藏耦合的非稳态流动模型,并给出求解方法。所建立的模型可应用多种约束条件,考虑了井筒压降和加速度的影响,并适用于各向异性气藏。实例计算表明：水平井在早期非稳态阶段的流量比拟稳态阶段大得多。早期非稳态流动阶段,各条裂缝之间未发生干扰,流量的大小与裂缝条数成正比例关...     

弱凝胶调驱数值模拟

以组分模型为基础,结合黑油模型的推导方式,建立了三维三相八组分的弱凝胶调驱的数学模型,模型中综合考虑了重力、毛管力、流体和岩石压缩性等各种影响因素.在模型的求解上采用了改进的IMPES方法即隐式求解压力,高阶显式求取饱和度的方法进行求解,以此提高饱和度求解的精度,并编制了相应的数值模拟软件,对弱凝胶体系的调驱效果进行了模拟研究.     

致密油藏微纳米喉道中的边界层特征

通过引入吸引力修正耗散粒子动力学（DPD）方法,实现流体和固体的相互吸引作用,模拟纳米喉道中的微尺度流动,探讨边界层的产生机理,结合微圆管实验,定量表征微纳米喉道中边界层的特征,明确微纳米喉道中边界层的影响因素.研究发现：分子尺度,热运动对速度影响很大;超过分子尺度,压差占主导作用.热运动使粒子在原位置振动,不改变粒子的整体移动方向.随着喉道半径的增大,泊肃叶流动的抛物线特征越来越明显.边界层厚度受压力梯度、喉道半径和流体粘度的影响.当压力梯度增大或流体粘度减小时,边界层厚度增大;当喉道半径减小时,边界层厚度先增大后减小.边界层厚度是导致非线性渗流特征的根本原因.随着边界层厚度增大,非线性渗流特征越来越明显.     

低渗透油藏压裂水平井井筒与油藏耦合的非稳态模型

推导低渗透各向异性油藏压裂水平井井筒与盒式油藏耦合的非稳态模型,并给出求解方法.模型考虑摩阻和加速度的影响,并可以使用不同类型的约束条件.实例计算表明,压裂水平井的流动可分为非稳态阶段和拟稳态阶段.在非稳态阶段,各条裂缝的产量相差不大,总产量随着裂缝条数的增加呈线性增加;在拟稳态阶段,两端裂缝产量高于中部裂缝的产量.受摩阻和加速度压降的影响,空间上位置对称的裂缝在流量上呈现不对称性.井筒内压力损失的存在将使水平井的产量降低,并使井筒内的压力分布不均匀.在最小井底流压的基础上固定流量时,裂缝条数越多,稳产期也越长.     

水驱油藏中原油极性物质对吸附和润湿性影响的分子模拟

为了研究水驱油藏中原油极性物质的吸附机理及其对油藏表面润湿性的影响,构建以石英为代表的砂岩岩石骨架模型,己烷为代表的非极性物质模型和以甲苯、胶质和沥青质为代表的极性物质模型,运用分子模拟方法研究4种原油组分和水分子在砂岩油藏表面竞争吸附过程和润湿状态。结果表明：水与4种原油组分在石英矿物表面竞争吸附时,原油中的非极性物质会比极性物质更加容易脱附。极性物质会随着时间的变化逐渐吸附在矿物表面,非极性的物质会随着时间变化逐渐远离矿物表面。吸附过程中静电力起吸附作用,范德华力起排斥作用。最后结合润湿性实验结果,从机理上解释了不同原油组成对润湿性的影响,即原油组分中极性物质含量越高,胶质沥青质含量越大,岩石表面油湿性越大,且水驱过程中润湿性向亲水方向变化越难。结论对提升水驱油藏采收率影响因素的认识有重要意义。