缝洞型碳酸盐岩油藏流固耦合数值模拟

发布时间：2021-03-20 11:49

　　缝洞型碳酸盐岩油藏分布广、储量大,但储集空间类型多样并可跨越多个尺度,宏观上表现为渗流-自由流耦合特征;且埋藏较深,超过5 300 m,裂缝和溶蚀孔洞在开发过程中易发生变形,具有强应力敏感性。考虑储层介质的弹性变形,建立离散缝洞模型的流固耦合数学模型及其数值模拟方法。其中多孔介质渗流区域采用Biot方程,在渗流场和应力场中均对裂缝进行降维处理,建立离散裂缝的Biot流固耦合模型;溶洞为自由流区域,采用Navier-Stokes方程;两个区域间通过扩展的Beavers-Joseph-Saffman条件进行耦合。应用混合有限元方法对该流固耦合模型进行数值求解,其中渗流区域采用经典的Galerkin有限元方法,自由流区域采用Taylor-Hood混合元方法,通过数值算例验证模型和方法的正确性。结果表明:溶洞中的压力传播速度较快,相对于渗流区域可视为一流动等势体;在降压生产过程中,裂缝尖端和溶洞附近区域易发生较大面积的破坏,而较高的流体压力对于溶洞和裂缝壁面具有一定的支撑作用,因此在此类油气藏的开发中应适当采取保压措施,以避免溶洞坍塌和裂缝闭合。 

【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

缝洞型油藏岩心及离散缝洞模型示意图

在弹性小变形条件下,弹性模量C和Biot有效应力系数α均可视为常数。孔隙度φ和渗透率k一般是有效应力的函数[23]。研究中所有的微裂缝(包括节理)和微溶孔均包含于基质岩块系统中,可视为等效的连续介质模型。对于宏观裂缝,如图2所示。由于裂缝壁面粗糙且相互接触,与此同时裂缝通常被其他物质充填[24];因此本文中将宏观裂缝视为狭长的高渗透区域,仍属于多孔介质渗流区域。然而,相对于整体缝洞介质研究区域的特征尺度,裂缝可简化为一个弹性薄层。为避免裂缝区域的大量精细网格剖分,本文中在几何上对裂缝采用降维处理[25],建立相应的离散裂缝流固耦合模型。

{ L th =d ∫ l B Τ αΝdl, Η th =d ∫ l ( ?Ν) Τ k(?Ν)dl, Μ s,th =d ∫ l Ν Τ 1 Μ Νdl. ?????? ??? (15)对于三维问题,裂缝降维后为一裂缝面,将出现两个方向的单元长度l。此时,裂缝单元开度d应和单元长度l较小的方向取比值进行分析。

【参考文献】：
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博士论文
[1]基于离散缝洞网络模型的多尺度两相流动模拟理论研究[D]. 黄朝琴.中国石油大学（华东） 2012



本文编号：3090952