油藏渗流系统物性变化机理与数学模拟研究

论文摘要

油藏渗流系统是由岩石（多孔介质）及其内部流体共同组成的复杂系统。在此系统中,渗流过程会使多孔介质和流体的物性发生变化,而这种变化又反过来对渗流过程产生影响。具体地说,在油田开发过程中渗流系统物性主要发生的变化为:①孔隙度和渗透率的变化:一类是固体微粒参与流动引起的孔隙度和渗透率的变化;另一类是无固体物质参与流动引起的孔渗参数变化。②牛顿流体的流动性质和非牛顿流体的流变学性质变化。③岩石的润湿性和相对渗透率的变化。油藏岩石和流体物性变化的渗流已成为现代渗流力学最前沿的领域之一,其涉及非牛顿流体的流变学、孔隙内固相物质的传质过程、岩石和流体的耦合作用、非线性理论等重大基础科学。本文的主要目的是定量研究储层渗流系统物性的变化及其对开发动态的影响,为提高油田开发指标预测精度和提高采收率服务。本论文综合运用油气田开发地质学、油层物理学、油藏工程、渗流力学、数理统计学等学科,结合地质资料、生产动态资料、地球物理资料、矿场测试资料和流体性质化验等资料分析和研究,用室内实验研究了长期水驱对储层宏观孔渗参数、微观孔隙喉道等参数和相对渗透率的影响。综合应用理论研究、物理实验模拟、数学建模、复杂渗流问题的解析理论分析、油藏数值模拟软件开发及实例模拟等多种手段,研究了储层物性和流体性质变化规律及其对渗流过程的影响。在前人研究基础上,进一步完善和发展了油藏流体驱替理论,建立了①变形介质油藏和伴有固相物质流动的渗流数学模型;②油藏润湿性和相对渗透率变化的渗流数学模型;③流体流动性和流变学性质变化的渗流数学模型。对所建数学模型进行了解析求解和数值求解,应用适合大型数值运算的FORTRAN 90和具有强大图形图象功能的VC++两种计算机语言,开发了渗流系统物性变化油藏数值模拟器。在该模拟器上模拟研究了油层非线性变形、微粒运移与出砂引起孔渗参数变化、油藏润湿性和相对渗透率变化、原油流动和流变性质变化对剩余油和开发效果的影响。结果表明:开发过程中油层变形、微粒运移引起的非均质性加剧、原油粘度升高对油田开发是不利的,原油剪切变稀和水驱引起的岩石弱亲水向强亲水性转化是有利的。这些因素对开发效果影响显著,不容忽视。本研究对提高剩余油和开发动态预测的精度具有重要的理论和应用价值。

论文目录

• 1 引言
• 1.1 选题目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究目标
• 1.5 研究思路和技术路线
• 1.6 取得的主要成果认识及创新点
• 2 变形介质油藏变形机理及数学模拟
• 2.1 油藏岩石变形力学机制研究
• 2.2 油藏变形对孔渗参数影响的实验研究
• 2.3 变形介质油藏渗流数学模型建立
• 2.4 变形介质油藏渗流模型解析理论研究
• 2.5 复杂非线性油藏变形渗流数值模拟研究
• 3 伴有固相微粒运移的油藏渗流及数学模拟
• 3.1 油层微粒运移机理研究
• 3.2 运移微粒与油藏岩石物性特征研究
• 3.3 微粒运移与出砂对油层岩石微观孔隙和宏观物性的影响研究
• 3.4 伴有微粒运移的油藏渗流数学建模
• 3.5 微粒运移渗流模型解析解研究
• 3.6 伴有微粒运移的油藏数值模拟研究
• 4 油藏岩石润湿性和相对渗透率的变化机理及数学模拟
• 4.1 开发过程中油藏岩石润湿性和相对渗透率的变化机理
• 4.2 油藏岩石润湿性变化及其对相对渗透率曲线影响的实验研究
• 4.3 变润湿性油藏水驱油解析理论分析
• 4.4 变润湿性油藏数值模拟研究
• 5 油藏原油物理性质变化规律与数学模拟研究
• 5.1 水驱开发油田常规原油性质变化研究
• 5.2 变原油粘度两相渗流数学模型及求解方法研究
• 5.3 非牛顿型原油流变性特征
• 5.4 非牛顿原油流变性本构方程
• 5.5 非牛顿原油渗流数学模型及解析理论研究
• 5.6 三维三相变原油粘度油藏数值模拟研究
• 6 渗流系统物性变化油藏数值模拟软件开发
• 6.1 软件的组成模块
• 6.2 软件界面设计
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 压力方程组系数矩阵形成
• 个人简历
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文