油藏动态系统演化过程的描述与表征

论文摘要

油藏深埋地下,注水、注化学剂驱替开发的油藏系统是一个远离平衡态的、开放的复杂动态系统,其动态演化过程具有多层次规律性。随机理论中的马尔可夫过程具有较高的准确性和较强的适应性,适用于对具有随机性的复杂油藏动态系统状态进行描述。在油藏动态系统中,储层孔隙通道具有复杂性和随机性。注入流体驱替原油过程中,注入溶液与地层中流体存在浓度差,使溶质颗粒在孔隙中的运动是分子扩散和对流弥散共同作用的结果。实验表明,弥散性随颗粒平均直径的增加而增加。对流弥散现象具有随机统计特征。注剂经过弥散区域的某段时间内,粒子在孔隙中位移的状态跃迁是具有无后效性的马尔可夫过程,其转移概率用查普曼—柯尔莫哥洛夫方程来描述,经过推导,得到其微分形式,并简化为福克—普朗克扩散方程。在此基础上,建立砂粒充填圆管模型,通过随机建模,推导出考虑吸附颗粒效应的对流弥散方程,并用数值分析方法对无限大油藏、半无限大油藏、有限长岩芯悬浮液浓度进行研究,深入分析了无因次弥散率对弥散现象的影响。油藏系统与外界不断地进行物质交换,造成油藏动态系统更加复杂化。传统的建模方法不能准确描述复杂动态系统从微观到宏观的状态跃迁演化过程,需要以创新的思维构建反映其变动过程的模型。针对油藏开发过程中注入能力下降的客观事实,利用描述考虑悬浮颗粒吸附效应的对流弥散数学模型和描述外部泥饼结构形成的数学模型对注入能力下降进行了分析,颗粒越大,孔隙越小,地层损害越大。以原油产量增量变动为标准,应用马尔可夫链对原油产量进行了预测,为油田生产决策提供依据。动态系统与外界物质、能量交换传递中存在抉择规律。动态系统的复杂性及目标的多样性等使抉择主体在如何做出选择时常面临冲突的环境,认清所处的环境和冲突类型有助于决策者更好地做出决定。传统的经济抉择期望效用理论无法解释动态系统中的一些现象,而行为经济学预期理论中S形曲线可以解释决策者面临损失时比面临收益时对价值变化更为敏感的现象。油藏动态系统的决策同样是复杂系统的决择问题,遵循同样的抉择规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第1章 绪论
• 1.1 系统与系统科学
• 1.1.1 古代先哲的系统图象
• 1.1.2 近代系统观的形成
• 1.1.3 系统科学
• 1.2 系统演化
• 1.2.1 初期的思索
• 1.2.2 近代演化思潮的兴起
• 1.2.3 近代科学演化理论
• 1.3 复杂科学与管理
• 1.3.1 复杂科学的相关概念
• 1.3.2 管理科学面临复杂性的挑战
• 1.3.3 复杂性管理的研究进展
• 1.4 随机统计理论
• 1.4.1 随机现象的特征
• 1.4.2 随机现象认识的过程
• 1.4.3 随机现象认识的手段
• 1.5 本文主要工作及结果
• 第2章 油藏动态系统的描述及预测
• 2.1 油藏动态系统的概念及特征
• 2.1.1 基础概念
• 2.1.2 油藏动态系统的特征
• 2.2 油藏动态系统演化行为描述新理论
• 2.2.1 提高原油采收率的新理论
• 2.2.2 生物表活剂二元体系驱替水驱滞留油过程描述
• 2.2.3 界面非平衡态热力学
• 2.3 概率分析预测方法
• 2.3.1 预测的概念及原理
• 2.3.2 概率统计理论基础
• 2.3.3 主观概率法
• 2.3.4 马尔可夫随机过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 含微粒流体在储层孔隙中弥散流动的统计特征
• 3.1 储层多孔介质的微观孔隙结构
• 3.1.1 孔隙喉道的形态
• 3.1.2 孔喉大小及分布图
• 3.1.3 微观孔隙结构特征
• 3.2 岩石物性
• 3.2.1 孔隙度
• 3.2.2 渗透率
• 3.3 油藏开发过程的弥扩散现象
• 3.3.1 弥散现象的定义
• 3.3.2 弥散与储层岩石物性的关系
• 3.4 对流弥散现象的随机统计特征分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 储层流体弥散随机数学建模及求解
• 4.1 随机过程
• 4.1.1 随机过程的概念
• 4.1.2 随机过程的统计描述
• 4.1.3 几种重要的随机过程
• 4.2 油藏开发复杂过程与随机建模
• 4.2.1 油藏动态过程的复杂多变性
• 4.2.2 随机建模的意义
• 4.3 马尔可夫随机微分方程
• 4.3.1 马尔可夫链的概念及转移概率
• 4.3.2 随机过程连续性条件
• 4.3.3 微分查普曼—柯尔莫哥洛夫方程
• 4.4 对流—弥散过程的随机建模
• 4.4.1 数学模型的建立
• 4.4.2 一维对流—弥散方程求解
• 4.5 本章小结
• 第5章 油藏动态系统演化过程特征量的变化规律分析
• 5.1 动态系统演化过程状态跃迁的阐述
• 5.2 弥散对注入能力下降作用分析
• 5.2.1 泥饼形成过程
• 5.2.2 渗滤系数和地层损害系数
• 5.2.3 临界孔隙分数和泥饼渗透率
• 5.2.4 孔隙和颗粒尺寸对渗透率下降的影响
• 5.2.5 室内实验结果分析
• 5.3 原油产量预测
• 5.3.1 原油产量预测研究现状
• 5.3.2 原油产量状态的划分
• 5.3.3 预测模型的应用
• 5.4 动态系统抉择理论分析
• 5.4.1 动态系统的冲突及冲突环境类型
• 5.4.2 动态系统经济抉择的理论分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢
• 附录
• 详细摘要