各向异性储层渗流理论研究与应用

论文摘要

岩石在沉积过程中由于岩石颗粒的取向性及天然裂缝的存在,造成储层的各向异性,对于各向异性储层,如果井网部署与各向异性匹配不合理,注入水沿渗透率主轴方向锥进,势必影响油田的开发效果,甚至影响油田的最终采收率,因此研究各向异性储层相关参数的识别理论及对油田开发的影响具有重要的实际意义。本论文从各向异性储层渗流机理出发,系统地研究了平面各向异性和垂向各向异性储层中直井和垂直裂缝井的渗流理论,以及它们在油田开发中的应用。首先利用坐标转换及镜像反演理论,推导了单一直井直线边界、平行直线边界的定常渗流的压力分布公式,在此基础上研究了五点法井网、九点法井网定常渗流问题,推导了压力分布方程,分析了等势线及流线的特点,为各向异性储层井网优化提供了理论基础。文中研究了平面各向异性储层不定常渗流问题,建立了平面各向异性储层交叉直线边界中一口直井渗流的数学模型,利用镜像反演、Laplace变换、Fouier变换及其反变换推导了不同边界条件下直井的Laplace空间解析解,考虑井储和表皮的影响,分析了曲线特征及影响因素的敏感性曲线;并运用影响椭圆及Duhamel叠加原理,推导了平面各向异性储层中垂直裂缝井的压力分布方程,考虑了水力裂缝与主渗透率轴成一定角度对压力及产能的影响,为垂直裂缝井的产能评价及试井分析提供依据。关于垂向各向异性储层,在文献部分射开直井点源(汇)解的基础上,求解了不同边界条件下部分射开直井的有限井径解,并利用Duhamel叠加原理把该理论推广到部分压开垂直裂缝井中,考虑了定压边界、弱补给边界的情况以及井储和表皮的影响,分析了典型曲线特征及其影响因素,此外,为方便试井应用,对各流动期进行渐近分析。最后,通过实例给出运用不定常渗流理论确定主渗率方向及各向异性参数的理论和方法,并利用流管模型及矢量井网的思想,推导了各向异性储层开发的动态分析理论及井网优化理论,并借助于数值模型研究了更复杂储层各向异性的井网优化问题。通过本文的研究,不但完善了各向异性储层参数及渗透率主轴方向的识别方法,为油藏描述和数值模拟提供可靠参数,而且深入分析了各向异性储层的动态分析理论及井网优化理论,为各向异性储层的合理、高效开发提供了理论依据。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 各向异性储层渗流理论研究现状
• 1.1.1 国外各向异性储层渗流理论的研究现状
• 1.1.2 国内各向异性储层渗流理论的研究现状
• 1.2 本文的研究思路及主要研究内容
• 2 各向异性储层渗流理论研究基础
• 2.1 方向渗透率
• 2.1.1 第一种方向渗透率的定义
• 2.1.2 第二种方向渗透率的定义
• 2.2 广义达西定律
• 2.3 各向异性的连续性方程
• 2.4 流线及迹线
• 2.5 流函数
• 2.5.1 流函数的概念
• 2.5.2 流函数的性质
• 2.6 流管模型
• 2.7 流管内的BUCKLEY –LEVERETT 方程
• 2.7.1 流管内的连续性方程
• 2.7.2 等饱和度面移动规律—B-L 方程
• 2.8 各向异性储层与均质系统的转换
• 2.9 各向异性储层的镜像反演理论
• 2.10 本章小结
• 3 平面各向异性储层直井定常渗流
• 3.1 无限大储层
• 3.1.1 数学模型的建立及求解
• 3.1.2 等压线方程
• 3.1.3 流线方程
• 3.2 直线断层
• 3.2.1 压力分布
• 3.2.2 等压线方程
• 3.2.3 流线方程
• 3.3 直线定压边界
• 3.3.1 压力分布
• 3.3.2 等压线方程
• 3.3.3 流线方程
• 3.4 平行断层
• 3.4.1 压力分布
• 3.4.2 等压线方程
• 3.4.3 流线方程
• 3.5 平行定压边界
• 3.5.1 压力分布
• 3.5.2 等压线方程
• 3.5.3 流线方程
• 3.6 本章小结
• 4 平面各向异性储层直井井网的定常渗流
• 4.1 五点法井网定常渗流
• 4.2 九点法井网定常渗流
• 4.3 本章小结
• 5 平面各向异性储层直井的不定常渗流
• 5.1 无限大储层
• 5.1.1 数学模型的建立及求解
• 5.1.2 井储和表皮的影响
• 5.2 直线断层
• 5.3 直线定压边界
• 5.4 交叉直线边界
• 5.4.1 物理模型
• 5.4.2 数学模型的建立及求解
• 5.5 典型曲线特征及影响因素分析
• 5.6 本章小结
• 6 垂向各向异性储层直井的不定常渗流
• 6.1 上下边界封闭储层
• 6.1.1 物理模型
• 6.1.2 数学模型
• 6.1.3 数学模型求解
• 6.1.4 典型曲线特征
• 6.2 上边界封闭下边界定压储层
• 6.2.1 物理模型
• 6.2.2 数学模型建立
• 6.2.3 数学模型求解
• 6.2.4 典型曲线特征
• 6.3 上边界封闭下边界弱补给储层
• 6.3.1 物理模型
• 6.3.2 数学模型建立
• 6.3.3 数学模型求解
• 6.3.4 典型曲线特征
• 6.4 本章小节
• 7 平面各向异性储层垂直裂缝井不定常渗流
• 7.1 平面各向异性储层垂直裂缝井椭圆渗流
• 7.1.1 物理模型
• 7.1.2 数学模型建立及求解
• 7.2 平面各向异性储层垂直裂缝井不定常渗流
• 7.2.1 物理模型
• 7.2.2 压力分布公式推导
• 7.3 典型曲线特征及影响因素分析
• 7.4 本章小结
• 8 垂向各向异性储层垂直裂缝井不定常渗流
• 8.1 上下边界封闭平面无限延伸垂向各向异性储层
• 8.1.1 物理模型
• 8.1.2 数学模型建立
• 8.1.3 数学模型求解
• 8.2 上边界封闭、下边界定压平面无限延伸垂向各向异性储层
• 8.2.1 物理模型
• 8.2.2 数学模型的建立
• 8.2.3 数学模型的求解
• 8.3 上边界封闭下边界弱补给边界垂向各向异性储层
• 8.3.1 物理模型
• 8.3.2 不定常渗流控制方程组
• 8.3.3 数学模型的求解
• 8.4 上下封闭圆形有界垂向各向异性储层
• 8.4.1 物理模型
• 8.4.2 数学模型建立
• 8.4.3 数学模型求解
• 8.5 典型曲线特征及影响因素分析
• 8.5.1 典型曲线特征
• 8.5.2 影响因素分析
• 8.6 本章小节
• 9 各向异性储层定常渗流理论的应用
• 9.1 注水开发动态分析理论研究
• 9.1.1 突破时间
• 9.1.2 驱油效率
• 9.2 井网优化理论研究
• 9.2.1 井排方向与渗透率主轴方向平行
• 9.2.2 井排方向与渗透率主轴方向不平行
• 9.3 本章小结
• 10 各向异性储层不定常理论的应用
• 10.1 渗透率主轴方向的识别理论
• 10.1.1 干扰试井理论
• 10.1.2 干扰试井实例
• 10.2 各向异性不定常渗流理论在试井分析中应用
• 10.2.1 平面各向异性不定常渗流理论应用
• 10.2.2 垂向各向异性异性不定常渗流理论应用
• 10.3 本章小结
• 11 长庆西峰油田各向异性储层数值模拟研究
• 11.1 地质概况
• 11.2 储层物性特征
• 11.2.1 流体性质
• 11.2.2 敏感性
• 11.2.3 润湿性
• 11.2.4 相渗曲线特征
• 11.3 三维地质模型
• 11.4 开发方案研究
• 11.4.1 布井方式研究
• 11.4.2 井排方向的影响
• 11.4.3 井距与排距的影响
• 11.5 本章小结
• 12 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录