致密油藏多相流数值模拟算法的研究
发布时间：2020-12-16 11:25
在非常规油藏中致密油藏占有重要地位,其通常以吸附或游离的状态存在于致密岩层中。由于致密油藏的渗透率和孔隙度一般较低,很难直接开采,通常需要使用水力压裂技术进行改造。为了有效预测压裂后的油藏状态为油气开发提供指导,生产实际中广泛应用油藏数值模拟技术进行模拟。经过压裂后的油藏通常含有大量不同尺度的裂缝,既有尺度较大、离散分布的压裂裂缝,也有尺度较小、紧密连接的天然裂缝。针对不同尺度的裂缝,学者们提出不同的模型进行研究。对于大尺度导流裂缝,普遍使用离散裂缝模型（DFM）。而对于微裂缝较多的多孔介质,则更多使用双重介质模型（DP）。然而,当模拟多相流动时,裂缝与基质的毛管力相差较大,造成物理量在不同介质之间变化很快,模拟的精度和效率均受到挑战。在离散裂缝模型中,由于裂缝与基质的毛管力相差较大,裂缝附近的基质网格中饱和度梯度及压力梯度可能发散或间断,这导致常规的离散方法在粗网格下不能准确计算基质与裂缝的窜流量。在双重介质模型中,由于基质的高毛管力,渗吸作用占主导,靠近裂缝的基质中饱和度变化很快,基质块中存在明显的饱和度分布,传统模型对窜流量的预估精度很低。针对以上问题,本文开展以下几项工作:1....
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２水力压裂示意图??
?第１章绪论???天然微裂缝??压裂裂缝?ｆ：、??Ｉ?Ｖ?／?＾??＼Ｊ／??图１．３压裂后致密油藏示意图??１．２裂缝油藏数值模拟简介??由于实际油藏地质构造复杂，孔隙结构纷繁，流动模式多样，实验生产在成??本上几乎不可实现，通过计算机对油藏中的流动进行模拟成为研宄石油开采的最??主要手段［５＞１８］。数值模拟技术在油藏工业中有着解析方法和实验方法都不具备??的独特优势。与解析方法相比，数值模拟方法适用性更强，不局限于均匀介质以??及一些规则地层的强假设。而实验方法在石油工业中仅能对实验室尺度的流动规??律进行研究，而对油藏尺度的问题实验耗费太高不可能实现。对于油藏中的渗流??问题，尺度效应十分明显，而实验室尺度下的规律并不能完全移植到油藏尺度中，??因此实验方法仅仅能够提供一些岩石特性参数。而为了定量地研究真实油藏中非??均质地层的复杂流动规律，油藏数值模拟是唯一的手段。??在工业生产实践中，油藏数值模拟方法应用一般先要获得油藏地质基本参数??（如孔隙度、渗透率等），根据模拟目标的特点选择合适的数值模型，然后通过??历史拟合判断模型的适用性并随时调整参数，最后将历史拟合结果较好的模型应??用于生产的预测和调整中。油藏数值模拟过程中，最关键的是选用合适的数学模??型和数值算法。而使用油藏数值模拟手段研宄油气藏中流体的流动规律，首先需??要建立合适的数学模型。??对于常规油气藏，黑油模型己经被广泛应用［１９］。在各大商业软件如在加拿大??开发的ＣＭＧ－ＳＴＡＲＳ和美国斯伦贝谢公司开发的Ｅｃｌｉｐｓｅ中，都集成了黑油模型??的数值算法，用以模拟常规油气藏中多组分多相流动。然而对于低滲透的致密油??
?第１章绪论???孔介质模型在模拟裂缝网络时优势极大，由于大幅度的减少了裂缝处的网格数量，??模拟效率显著提高，避免了对流问题造成的数值震荡。Ｓａｎｄｖｅ等人（２０１２）证明??了离散裂缝模型忽略裂缝宽度的假设在模拟单相流时是有效的，并通过数值算例??予以验证［２１］。Ｆｌｅｍｉｓｃｈ?（２０１８）等人对单相流离散裂缝模型做了回顾总结，并对不??同数值离散方法的模拟结果做了对比［３４］。??，㈣?，㈣??Ｉ?／、?Ｚ?｜??￣￣＾？ｆ２Ｄ）?，?１?＾???／?＼??单重介质模型?离散裂缝模型??图１．４离散裂缝模型对单重介质模型的简化（周方奇２０１５）??元??／?Ｙ?＼?＼?一维裂缝单元??图１．５裂缝节点与基质节点重合（ＭｏｎｔｅａｇｕｄａｎｄＦｉｒｏｏｚａｂａｄｉ２００４）??由于实际油藏工程中驱替开发的大力应用，基质－导流裂缝系统中的流动常??常是多相流动。与单相流问题相比，多相流动控制方程从守恒型的椭圆方程变成??了抛物型方程，其非线性效应大大增强了。更加棘手的是，多相流动中方程主变??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]致密储层岩性精准评价及毫米级样品油源精细对比——以松辽盆地北部QP1井为例[J]. 张居和,张博为,冯子辉,邵红梅,霍秋立,鄢仁勤. 地质学报. 2020(05)
[2]鄂尔多斯盆地延长组7段致密油地质工程一体化解决方案——针对科学布井和高效钻井[J]. 冯张斌,马福建,陈波,李德胜,常波涛,冷先刚,柴慧强,吴凯,杨永兴,王永康,黄勇杰,丁黎,李治君,卢庆治,潘元炜,胡中,付在荣,王维. 中国石油勘探. 2020(02)
[3]敦煌盆地侏罗系致密油地质特征及其意义[J]. 柳忠泉. 科学技术与工程. 2019(12)
[4]致密油气藏储层应力敏感各向异性及其微观机制——以鄂尔多斯盆地安塞油田长6油层为例[J]. 张志强,师永民,李鹤. 石油与天然气地质. 2016(01)
[5]致密油藏储层综合评价新方法[J]. 贾培锋,杨正明,肖前华,盛倩,熊生春. 特种油气藏. 2015(04)
[6]鄂尔多斯盆地神木气田山2段砂岩成岩相定量划分及其特征差异[J]. 高辉,王雅楠,樊志强,文开丰,李天太. 天然气地球科学. 2015(06)
[7]中国陆相致密油开采技术发展策略思考[J]. 张映红,路保平,陈作,蒋海军. 石油钻探技术. 2015(01)
[8]特低渗透砂岩储层可动流体变化特征与差异性成因——以鄂尔多斯盆地延长组为例[J]. 高辉,孙卫. 地质学报. 2010(08)
[9]世界低渗透油气田开发技术现状与展望[J]. 江怀友,李治平,钟太贤,齐仁理,李勇. 特种油气藏. 2009(04)
博士论文
[1]非均质油藏高效数值模拟算法的研究[D]. 王敏.中国科学技术大学 2019
[2]裂缝性油藏自发渗吸特征及影响因素研究[D]. 孟庆帮.中国石油大学（北京） 2017
[3]求解对流问题和对流占优扩散问题的值域离散网格方法[D]. 曹志伟.中国科学技术大学 2017
[4]低渗透油藏嵌入离散裂缝模型的数值模拟研究[D]. 周方奇.中国科学技术大学 2015
[5]多种岩石油藏数值模拟自适应网格法的研究[D]. 丁云霄.中国科学技术大学 2015
[6]非均匀多孔介质中多相渗流的有限分析算法[D]. 郑晓磊.中国科学技术大学 2015
[7]稠油热采数值模拟自适应网格法计算软件开发研究及实例应用[D]. 贾江涛.中国科学技术大学 2014
[8]油藏数值模拟自适应网格法中若干问题研究[D]. 吴斌.中国科学技术大学 2012
本文编号：2920054
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２水力压裂示意图??
?第１章绪论???天然微裂缝??压裂裂缝?ｆ：、??Ｉ?Ｖ?／?＾??＼Ｊ／??图１．３压裂后致密油藏示意图??１．２裂缝油藏数值模拟简介??由于实际油藏地质构造复杂，孔隙结构纷繁，流动模式多样，实验生产在成??本上几乎不可实现，通过计算机对油藏中的流动进行模拟成为研宄石油开采的最??主要手段［５＞１８］。数值模拟技术在油藏工业中有着解析方法和实验方法都不具备??的独特优势。与解析方法相比，数值模拟方法适用性更强，不局限于均匀介质以??及一些规则地层的强假设。而实验方法在石油工业中仅能对实验室尺度的流动规??律进行研究，而对油藏尺度的问题实验耗费太高不可能实现。对于油藏中的渗流??问题，尺度效应十分明显，而实验室尺度下的规律并不能完全移植到油藏尺度中，??因此实验方法仅仅能够提供一些岩石特性参数。而为了定量地研究真实油藏中非??均质地层的复杂流动规律，油藏数值模拟是唯一的手段。??在工业生产实践中，油藏数值模拟方法应用一般先要获得油藏地质基本参数??（如孔隙度、渗透率等），根据模拟目标的特点选择合适的数值模型，然后通过??历史拟合判断模型的适用性并随时调整参数，最后将历史拟合结果较好的模型应??用于生产的预测和调整中。油藏数值模拟过程中，最关键的是选用合适的数学模??型和数值算法。而使用油藏数值模拟手段研宄油气藏中流体的流动规律，首先需??要建立合适的数学模型。??对于常规油气藏，黑油模型己经被广泛应用［１９］。在各大商业软件如在加拿大??开发的ＣＭＧ－ＳＴＡＲＳ和美国斯伦贝谢公司开发的Ｅｃｌｉｐｓｅ中，都集成了黑油模型??的数值算法，用以模拟常规油气藏中多组分多相流动。然而对于低滲透的致密油??
?第１章绪论???孔介质模型在模拟裂缝网络时优势极大，由于大幅度的减少了裂缝处的网格数量，??模拟效率显著提高，避免了对流问题造成的数值震荡。Ｓａｎｄｖｅ等人（２０１２）证明??了离散裂缝模型忽略裂缝宽度的假设在模拟单相流时是有效的，并通过数值算例??予以验证［２１］。Ｆｌｅｍｉｓｃｈ?（２０１８）等人对单相流离散裂缝模型做了回顾总结，并对不??同数值离散方法的模拟结果做了对比［３４］。??，㈣?，㈣??Ｉ?／、?Ｚ?｜??￣￣＾？ｆ２Ｄ）?，?１?＾???／?＼??单重介质模型?离散裂缝模型??图１．４离散裂缝模型对单重介质模型的简化（周方奇２０１５）??元??／?Ｙ?＼?＼?一维裂缝单元??图１．５裂缝节点与基质节点重合（ＭｏｎｔｅａｇｕｄａｎｄＦｉｒｏｏｚａｂａｄｉ２００４）??由于实际油藏工程中驱替开发的大力应用，基质－导流裂缝系统中的流动常??常是多相流动。与单相流问题相比，多相流动控制方程从守恒型的椭圆方程变成??了抛物型方程，其非线性效应大大增强了。更加棘手的是，多相流动中方程主变??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]致密储层岩性精准评价及毫米级样品油源精细对比——以松辽盆地北部QP1井为例[J]. 张居和,张博为,冯子辉,邵红梅,霍秋立,鄢仁勤. 地质学报. 2020(05)
[2]鄂尔多斯盆地延长组7段致密油地质工程一体化解决方案——针对科学布井和高效钻井[J]. 冯张斌,马福建,陈波,李德胜,常波涛,冷先刚,柴慧强,吴凯,杨永兴,王永康,黄勇杰,丁黎,李治君,卢庆治,潘元炜,胡中,付在荣,王维. 中国石油勘探. 2020(02)
[3]敦煌盆地侏罗系致密油地质特征及其意义[J]. 柳忠泉. 科学技术与工程. 2019(12)
[4]致密油气藏储层应力敏感各向异性及其微观机制——以鄂尔多斯盆地安塞油田长6油层为例[J]. 张志强,师永民,李鹤. 石油与天然气地质. 2016(01)
[5]致密油藏储层综合评价新方法[J]. 贾培锋,杨正明,肖前华,盛倩,熊生春. 特种油气藏. 2015(04)
[6]鄂尔多斯盆地神木气田山2段砂岩成岩相定量划分及其特征差异[J]. 高辉,王雅楠,樊志强,文开丰,李天太. 天然气地球科学. 2015(06)
[7]中国陆相致密油开采技术发展策略思考[J]. 张映红,路保平,陈作,蒋海军. 石油钻探技术. 2015(01)
[8]特低渗透砂岩储层可动流体变化特征与差异性成因——以鄂尔多斯盆地延长组为例[J]. 高辉,孙卫. 地质学报. 2010(08)
[9]世界低渗透油气田开发技术现状与展望[J]. 江怀友,李治平,钟太贤,齐仁理,李勇. 特种油气藏. 2009(04)
博士论文
[1]非均质油藏高效数值模拟算法的研究[D]. 王敏.中国科学技术大学 2019
[2]裂缝性油藏自发渗吸特征及影响因素研究[D]. 孟庆帮.中国石油大学（北京） 2017
[3]求解对流问题和对流占优扩散问题的值域离散网格方法[D]. 曹志伟.中国科学技术大学 2017
[4]低渗透油藏嵌入离散裂缝模型的数值模拟研究[D]. 周方奇.中国科学技术大学 2015
[5]多种岩石油藏数值模拟自适应网格法的研究[D]. 丁云霄.中国科学技术大学 2015
[6]非均匀多孔介质中多相渗流的有限分析算法[D]. 郑晓磊.中国科学技术大学 2015
[7]稠油热采数值模拟自适应网格法计算软件开发研究及实例应用[D]. 贾江涛.中国科学技术大学 2014
[8]油藏数值模拟自适应网格法中若干问题研究[D]. 吴斌.中国科学技术大学 2012
本文编号：2920054
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