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基于离散裂缝模型的裂缝性介质等效渗透率求解新方法

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科学技术与工程 2014年第16期22卷 36-40,54页

作者：张世明严侠孙红霞黄朝琴姚军中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石化胜利油田地质科学研究院东营257015 中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580

等效渗透率是裂缝性介质流动数值模拟中的关键参数,基于离散裂缝模型,考虑每条裂缝的空间分布和属性参数对流动的影响,建立了一种计算裂缝性介质等效渗透率的新方法。首先,对裂缝性介质进行粗网格划分,获取每一粗网格中的裂缝信息,采用... 详细信息

等效渗透率是裂缝性介质流动数值模拟中的关键参数,基于离散裂缝模型,考虑每条裂缝的空间分布和属性参数对流动的影响,建立了一种计算裂缝性介质等效渗透率的新方法。首先,对裂缝性介质进行粗网格划分,获取每一粗网格中的裂缝信息,采用封闭定压边界建立相应的离散裂缝流动数学模型,在此基础上应用Galerkin有限元方法对此模型进行求解;然后基于达西定律和体积平均法求取粗网格的等效渗透率;最后,通过算例研究验证了本文方法的正确性和高效性。

关键词：裂缝性介质等效渗透率离散裂缝模型有限元体积平均法

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基于交互流动模型的裂缝性介质流动模拟研究

天然气勘探与开发 2013年第3期36卷 65-69,11-12页

作者：杨泽皓李亚军张凯中国石油大学〈华东〉

在对存在窜流的裂缝孔隙型油藏进行动态预测时,传统的思路是通过数值模拟的方法进行求解。但是这种方法需用大量的历史生产数据和地层资料,相当费时费力。以离散裂缝网络模型为基础,通过理论方法先求解出单裂缝中油水前缘压力的解析解,... 详细信息

在对存在窜流的裂缝孔隙型油藏进行动态预测时,传统的思路是通过数值模拟的方法进行求解。但是这种方法需用大量的历史生产数据和地层资料,相当费时费力。以离散裂缝网络模型为基础,通过理论方法先求解出单裂缝中油水前缘压力的解析解,再给出求解单裂缝中压力与速度分布的方法,最后将单裂缝的理论应用到多裂缝,求出含多条平行裂缝下出口端的含水率和裂缝中的含油饱和度。此研究对裂缝性油藏的开发具有一定的指导意义。

关键词：裂缝性介质窜流流动模拟形状因子解析解压力和速度分布饱和度含水率

基于离散裂缝模型的裂缝性介质渗吸作用数值模拟

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基于离散裂缝模型的裂缝性介质渗吸作用数值模拟

基于多尺度混合有限元的离散裂缝两相渗流数值模拟

第九届全国流体力学学术会议

作者：王月英吕爱民姚军中国石油大学(华东)石油工程学院油藏工程系

裂缝性介质中的基质部分通常存在孤立裂缝,由于孤立裂缝与基质孔隙之间毛管力大小的差异直接影响着渗吸作用下的采收率变化,而当前采用的室内实验、解析表达式以及基于连续介质模型的数值模拟方法均存在一定的局限性。本文采用基于离散... 详细信息

裂缝性介质中的基质部分通常存在孤立裂缝,由于孤立裂缝与基质孔隙之间毛管力大小的差异直接影响着渗吸作用下的采收率变化,而当前采用的室内实验、解析表达式以及基于连续介质模型的数值模拟方法均存在一定的局限性。本文采用基于离散裂缝模型的混合有限元数值模拟方法,采用离散裂缝模型实现基质与孤立裂缝分别描述和精细刻画,采用混合有限元法实现方程的数值求解。对Behbahani模型数值模拟结果验证了本算法的准确性和可行性。通过对模型算例的数值模拟,分析对比了裂缝对基质渗吸作用下采收率的影响以及不同裂缝长度、裂缝位置对采收率变化的影响。数值模拟结果表明:基于离散裂缝模型的裂缝性介质渗吸作用数值模拟方法,能很好地刻画孤立裂缝对基质渗吸作用的影响。

关键词：裂缝性介质渗吸作用离散裂缝混合有限元孤立裂缝

来源： cnki会议评论

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科学通报 2017年第13期62卷 1392-1401页

作者：张庆福黄朝琴姚军王月英李阳中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580

裂缝性介质通常具有多尺度特征,离散裂缝模型虽具有计算精度高、拟真性好的优点,但传统数值方法在解决此类多尺度流动问题时,难以突破计算量大的瓶颈,不利于实际应用.对此,本文将离散裂缝模型和多尺度混合有限元相结合,仅需进行宏观大... 详细信息

裂缝性介质通常具有多尺度特征,离散裂缝模型虽具有计算精度高、拟真性好的优点,但传统数值方法在解决此类多尺度流动问题时,难以突破计算量大的瓶颈,不利于实际应用.对此,本文将离散裂缝模型和多尺度混合有限元相结合,仅需进行宏观大尺度计算,通过多尺度基函数来刻画小尺度裂缝精细流动特征,在保证计算精度的同时降低了计算量.在小尺度上,采用模拟有限差分法构建离散裂缝模型的多尺度基函数,该方法不仅具有良好的局部守恒性,而且适用于任何复杂离散裂缝网格.文章详细阐述了离散裂缝模型多尺度混合有限元两相流动数值计算格式的建立,重点介绍了如何使用模拟有限差分法构建离散裂缝模型的多尺度基函数,并采用超样本技术进一步提高计算准确性.数值结果表明,本文计算方法不仅能够准确捕捉离散裂缝性介质中的精细流动特征,而且具有很高的计算效率.

关键词：裂缝性介质多尺度混合有限元法离散裂缝模型模拟有限差分两相渗流

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裂缝介质流动模拟研究及理论研究

裂缝介质流动模拟研究及理论研究

作者：刘洪柯中国石油大学

学位级别：硕士

随着石油勘探开发程度的不断深入,凸显出裂缝型油藏在石油工业中地位的重要性。中国裂缝型油藏油气资源丰富,开发前景十分乐观,但是油藏的复杂性决定了其开发难度大,开发效益差的局面。由于油藏复杂性也决定了深入认识多相渗流机理的难... 详细信息

随着石油勘探开发程度的不断深入,凸显出裂缝型油藏在石油工业中地位的重要性。中国裂缝型油藏油气资源丰富,开发前景十分乐观,但是油藏的复杂性决定了其开发难度大,开发效益差的局面。由于油藏复杂性也决定了深入认识多相渗流机理的难度大,缺乏对渗流机理的深入认识。在现有的裂缝型油藏渗流理论中,基本上以立方定律或者不同修正方法修正的立方定律为基础,来指导裂缝型油藏的开发,但应用现有的渗流理论处理与实际情况有很大的差距,这给油藏的开发带来了极大的困难。因此,深入研究裂缝型油藏的渗流机理,对于实现裂缝型油藏的高效开发具有深远的意义。本文根据物理模拟的相似原理,设计、制作和组装了裂缝介质的宏观和微观两种类型的实验模型,来研究裂缝介质的渗流机理和界面现象。通过对实验模型进行不同裂缝张开度、不同裂缝密度、不同裂缝网络结构、不同裂缝倾角和不同粘度流体等影响因素下的单相、两相流动实验,以及对可视化实验过程中的界面现象的分析,验证了立方定律的不适用性,得到了裂缝介质的渗流模式,及其相关因素的影响程度,得到了两相驱替实验中的相对渗透率曲线、采出程度、含水率等两相流动指标,以及驱替过程中的界面现象和驱替前缘的现象。本文通过对裂缝介质流动模拟研究,发展和完善了裂缝型油藏流动规律的基础理论,为提高裂缝型油藏的开发能力,实现经济高效地开发提供科学的理论依据。

关键词：裂缝性介质物理模拟流动机理流动模式

基于模拟有限差分法的离散裂缝模型两相流动模拟

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中国石油大学学报（自然科学版） 2014年第6期38卷 97-105页

作者：黄朝琴高博王月英严侠姚军中国石油大学石油工程学院山东青岛266580

模拟有限差分作为一种新型数值计算方法,因其良好的局部守恒性和对复杂网格系统的适用性,在计算流体力学和油藏数值模拟中得到应用。将模拟有限差分方法进一步应用于离散裂缝流动模拟中,对模拟有限差分法的基本原理进行详细阐述,建立相... 详细信息

模拟有限差分作为一种新型数值计算方法,因其良好的局部守恒性和对复杂网格系统的适用性,在计算流体力学和油藏数值模拟中得到应用。将模拟有限差分方法进一步应用于离散裂缝流动模拟中,对模拟有限差分法的基本原理进行详细阐述,建立相应的离散裂缝数值计算格式,并采用IMPES方法对其两相流问题进行求解,并与实验结果对比。对比结果验证了新方法和程序的正确性,通过复杂离散裂缝算例进一步验证了方法的正确性和程序的鲁棒性。

关键词：裂缝性介质模拟有限差分离散裂缝模型数值模拟两相渗流

不同岩石介质下欠平衡钻水平井井壁失稳机理研究

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不同岩石介质下欠平衡钻水平井井壁失稳机理研究

作者：王维西南石油大学

学位级别：硕士

随着钻井技术水平的提高及其应用范围的拓展,欠平衡钻水平井技术在国内外石油钻井市场上已得到迅速发展和应用,然而在欠平衡钻水平井过程中,井壁失稳一直是该项技术推广应用过程中亟待解决的问题。由于在欠平衡钻水平井过程中,井筒内的... 详细信息

随着钻井技术水平的提高及其应用范围的拓展,欠平衡钻水平井技术在国内外石油钻井市场上已得到迅速发展和应用,然而在欠平衡钻水平井过程中,井壁失稳一直是该项技术推广应用过程中亟待解决的问题。由于在欠平衡钻水平井过程中,井筒内的有效液柱压力低于地层孔隙压力,因此不同岩石介质中的地层流体会不断地流入井筒,从而造成井周的地层孔隙压力和岩石受力状态的变化,而在以往的欠平衡钻水平井井壁失稳分析过程中,地层流体的作用往往被忽略,从而对分析结果造成一定的误差。因此有必要对欠平衡钻水平井过程中的井壁失稳问题进行相关的基础理论研究,从而为优质、安全、高效、快速钻井提供理论支撑。本文在国家自然科学基金面上项目的支持下,以理论研究、数值分析和实例计算为研究手段,主要开展的研究工作有：(1)以原地应力状态下以及液柱压力和地层孔隙压力共同作用下的井周应力分析为基础,结合孔隙性介质和裂缝性介质下的地层孔隙压力变化情况,建立了考虑渗流和不考虑渗流作用下的欠平衡钻水平井井周应力解析模型,并在有效应力条件下对井周应力的变化规律进行了详细分析。(2)结合欠平衡钻水平井的井周应力解析模型,对于孔隙性介质而言,分析了其井壁处的主应力,并运用Mohr-Coulomb准则建立了考虑渗流和不考虑渗流作用时的井壁坍塌压力计算模型和井周坍塌破坏系数分析模型;对于裂缝性介质,在主应力分析的基础上,详细分析了最大主应力方向与裂缝面法线方向之间的关系,并结合弱面强度理论建立了相应的井壁坍塌压力计算模型和井周坍塌破坏系数分析模型;在此基础上,对井壁失稳分析过程中所需参数的确定方法进行了广泛的调研分析。(3)以建立的井壁失稳分析模型为基础,列出了欠平衡钻水平井井壁失稳影响因素分析的具体流程,由此分析了井眼轨迹(井斜角和井斜方位角)、地应力(地应力机制和水平地应力非均质系数)、岩石力学参数、裂缝面产状(倾角和倾向)和力学参数、井径等因素对两种岩石介质下井壁稳定的影响。(4)结合国外Estreito区块、Pedernales区块和Gulfask区块实际井的基本数据和工况,对两种岩石介质下考虑渗流和不考虑渗流作用时的井壁失稳分析模型进行了相关验证分析,由此对不同岩石介质下的欠平衡钻水平井井壁失稳情况进行说明分析。整体研究结果表明,模型的分析结果能够在一定程度上反映现场的实际情况;且欠平衡钻水平井过程中的地层流体渗流作用会加剧井壁失稳的情况,因此在欠平衡钻水平井井壁失稳分析过程中需要考虑地层流体渗流的影响;同时裂缝面的存在也会对井眼轨迹设计和井壁失稳产生较大的影响。本论文的研究成果丰富了井壁稳定和欠平衡钻井相关基础理论的研究内容,对促进欠平衡钻水平井的应用具有一定的实际意义,对后续相关研究课题的开展具有一定的参考价值。

关键词：欠平衡钻水平井孔隙性介质裂缝性介质井壁稳定影响因素分析

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考虑断层滑移的页岩气藏水平井产能研究

考虑断层滑移的页岩气藏水平井产能研究

作者：刘昊中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

我国页岩油气资源分布广、储量大,但页岩储层渗透率低,需人工压裂后方可商业开采。作为我国重要的页岩气生产主力区,四川盆地断裂带发育,在压裂过程中,压裂液和储层流体可进入断层,导致其流体压力增加、断层附近地应力变化,甚至诱发断... 详细信息

我国页岩油气资源分布广、储量大,但页岩储层渗透率低,需人工压裂后方可商业开采。作为我国重要的页岩气生产主力区,四川盆地断裂带发育,在压裂过程中,压裂液和储层流体可进入断层,导致其流体压力增加、断层附近地应力变化,甚至诱发断层滑移。一方面,断层滑移可对井筒造成挤压变形,严重影响井产能;另一方面,断层滑移导致地应力重分布,致使断裂带周边裂缝的连通性和流动能力变化,进而影响页岩储层油气流动。对此,本文结合物理实验和流固耦合数值模拟,对页岩储层断层滑移过程及其对产能的影响开展了研究,主要创新工作和结论如下。首先,通过X射线衍射实验测试了某油田页岩的矿物成分,测试结果显示其矿物以石英和黏土矿物为主,脆性矿物含量高;三轴压缩实验结果表明,岩石的杨氏模量随围压增加而增大;压力脉冲实验结果表明页岩的气测渗透率随有效应力增加略有下降;上述实验为流固耦合数值模拟提供了关键基础参数。其次,以页岩气藏为研究对象,结合岩石力学方程,考虑页岩气吸附解吸、努森扩散等微观流动机理,应用Mohr-Coulomb准则对断层是否滑移进行判断,建立了气水两相流固耦合数学模型;其中,微裂缝采用离散裂缝模型,对裂缝进行降维处理;水力裂缝采用嵌入式离散裂缝模型,降低了复杂裂缝网格的剖分难度;应用有限体积法对流动方程进行隐式求解,采用有限元法求解应力方程,通过定应力方法实现两场的顺序迭代耦合求解,通过与解析解和文献结果的对比验证了本方法和程序的正确性。最后,基于上述数值模拟器,对断层滑移后产能评价及其影响因素进行了研究。研究结果表明,在本文模型中,水平和垂直应力比增加一定程度时断层发生滑移,滑移产生剪胀导致裂缝开度增加,提高了页岩气藏的产能;水力裂缝长度对页岩产能的影响较大,缝长的增加有利于页岩气的开采,而基质杨氏模量的变化对产能影响较小。

关键词：裂缝性介质断层滑移流固耦合离散裂缝模型数值模拟