复杂流动条件下渗流理论及应用研究

论文摘要

渗流力学是石油开发的基础学科,随着石油的开发,对于低渗透油田,由于开采方式不同,使得地下流体的流动变得非常复杂,例如间歇采油状况下的地下压降漏斗形态变得不规则;变参数射孔方式下的内边界条件呈现多样性和不确定性等等。在边界形状或地层初始压力分布十分复杂的条件下,渗流力学方程的求解难度增加。为此,本文针对试油试采中的新难题,采用理论推导与实测数据验证相结合的方法,重点研究了低渗透油藏间歇采油(地层压力分布复杂)和射孔(边界条件复杂)时复杂流动条件下的渗流机理。取得如下创新性成果:1、间歇试采井渗流理论对间歇试采生产状态下复杂流动条件的渗流理论进行了研究,建立起符合实际生产条件的渗流物理模型,系统研究并分别求得多种类型井及非均质地层中渗流力学方程的解,给出了这些解的半数值半解析的表达式,解决了由于初始条件的非线性和多脉冲渗流过程造成的求解渗流方程的复杂数学问题(包括求解方法、不同区域网格划分、数值计算方法等),为间歇采油井的试井分析、试井设计和产能评价提供了理论基础;首次提出了采用δ函数方法求解渗流力学方程的思路与方法,计算分析了间歇采油井井底的压力变化特征。通过与实测数据对比,证明了利用δ函数的方法求解间歇试采生产状态下的渗流力学方程是可行的、有效性的。2、射孔复杂内边界的渗流机理对稳定和不稳定渗流条件下影响射孔效果的诸因素进行了深入研究,建立起一套研究复杂射孔条件下流体渗流理论的方法。在曙光大型机上计算了不稳定渗流条件下射孔的三维压力分布、井底压力曲线、井底流量曲线、径向流起始区域等。首次采用不稳定的渗流方程,给出了径向流的起始半径,并对定流量生产、段塞流生产的井底压力进行了计算、分析。在此基础上所设计的优化射孔方案更接近实际生产条件;首次使用并行算法进行各种射孔方式下的井底压力模拟计算。计算结果的分析和比较表明,最终设计的射孔优化方案达到了预期的产率比。

论文目录

• 摘 要
• Abstract
• 创新点摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 渗流理论研究
• 1.2.2 产能评价研究
• 1.2.3 间歇试采井渗流特征及应用研究
• 1.2.4 射孔完井对产能影响机理的研究
• 1.3 本文的主要研究思路与内容
• 第2章 基本参数及无量纲定义
• 2.1 油藏岩石的物性参数
• 2.1.1 孔隙度
• 2.1.2 渗透率
• 2.1.3 地层有效厚度
• 2.1.4 岩石压缩系数
• 2.1.5 油藏边界及其参数
• 2.2 油藏流体的物理性质
• 2.2.1 原油的压缩系数
• 2.2.2 原油体积系数
• 2.2.3 原油粘度
• 2.3 与井筒有关的参数
• 2.3.1 井结构参数
• 2.3.2 井筒存储效应和井筒存储常数
• 2.3.3 表皮效应和表皮因子
• 2.4 试井分析中的综合参数
• 2.4.1 综合压缩系数
• 2.4.2 流度、地层系数、储容系数、导压系数
• 2.4.3 影响半径
• 2.4.4 采油指数、理想产量、气井无阻流量
• 2.4.5 流动效率和堵塞比
• 2.5 无量纲量及其定义
• 2.5.1 基本的无量纲量
• 2.5.2 油藏模型中的无量纲量
• 2.5.3 内边界条件中的无量纲量
• 2.5.4 垂直裂缝井中的无量纲量
• 2.5.5 外边界条件中的无量纲量
• 2.6 渗流力学中的基本方程
• 2.6.1 达西（Darcy）定律
• 2.6.2 连续性方程
• 2.6.3 状态方程
• 2.6.4 液体渗流力学方程
• 2.6.5 定解条件
• 第3章 基本微分方程及求解
• 3.1 均质无限大地层直井方程及其解
• 3.1.1 求解试采间抽第一个抽油周期之后的井底压力分布
• 3.1.2 求解试采间抽第一次地面关井地层的压力分布
• 3.1.3 求解试采间抽第二个抽油期间的地层压力分布
• 3.1.4 计算所有的抽油及地面关井周期地层压力分布
• 3.1.5 试井分析
• 3.2 均质地层中有一条断层或供给边线井方程及其解
• 3.3 均质圆形地层中心一口井的方程及其解
• 3.3.1 Laplace 数值反演 Stehfest 方法
• 3.3.2 Laplace 数值反演 Crump 方法
• 3.4 均质复合油藏井底压力及其解
• 3.5 无限大地层中的均匀流量垂直裂缝井方程及其解
• 3.6 有界地层中的均匀流量型的垂直裂缝井有限方程及其解
• 3.7 无限导流垂直裂缝井方程及其解
• 3.8 有限传导垂直裂缝方程及其解
• 3.9 本章小结
• 第4章 间歇采油复杂流动条件下产能评价的新方法
• 4.1 δ-函数
• 4.2 利用δ-函数求解瞬时采出δm 流体的压力分布问题
• 4.3 使用δ-函数计算间歇采油井的产能
• 4.4 本章小结
• 第5章 考虑射孔复杂内边界的渗流机理
• 5.1 渗流条件射孔模型及其求解
• 5.1.1 数学模型
• 5.1.2 有限元方程的建立
• 5.1.3 有限元方程的导出
• 5.1.4 渗流区域的剖分
• 5.1.5 有限元方程组的求解
• 5.2 射孔参数对油井产能的影响
• 5.3 不稳定渗流条件下射孔模型
• 5.3.1 基本概念及理论
• 5.3.2 计算结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 应用实例
• 6.1 间歇试采井资料解释应用及产能预测
• 6.1.1 资料解释应用
• 6.1.2 产能预测
• 6.2 射孔设计优化应用实例
• 6.2.1 区块射孔方案优化设计
• 6.2.2 单井射孔设计优化应用
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
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