深层气藏介质变形渗流机理及气藏工程应用研究

论文摘要

近年来,在我国西部发现的天然气气藏多数是埋藏较深的低渗透气藏、致密气藏和异常高压气藏,这些气藏在开发过程中存在应力敏感效应、气体滑脱效应和启动压力梯度效应,使气体在储层中的渗流不同于一般的常规气藏,存在明显的非达西渗流现象。本文以实验研究为基础,综合岩石力学、材料力学、渗流力学、气藏工程等多学科的理论和方法,对此类气藏的渗流机理进行了较为深入的研究。首先,进行了大量的介质变形实验和弹塑性变形实验,研究了岩心物性参数随有效覆压变化的规律。在此基础上,对深层低渗岩心的应力敏感机理进行了深入研究,揭示了不同应力阶段低渗岩心应力敏感的主要原因,并分析探讨了目前应力敏感评价的行业标准和理论研究中存在的不足,定义了新的应力敏感系数,采用了一个统一系数的二重乘幂式可以表达任意渗透率随有效覆压的变化关系,从而能够方便地计算储层任意渗透率在开发过程中的动态变化情况,为建立低渗气藏介质变形渗流模型奠定了基础。同时,通过实验系统地研究了影响深层低渗气藏应力敏感的各个因素。其次,通过实验研究了低渗岩心中气体的滑脱效应及启动压力梯度效应,根据所作的理论图版分析了它们对气藏生产的影响;在实验研究及理论研究的基础上,推导出气井在考虑应力敏感效应时稳定流和拟稳定流的产能公式,并根据应力敏感对产能的动态影响程度提出了气藏应力敏感评价标准;同时针对目前气藏渗透率划分条件不明确的情况,讨论并提出渗透率的划分标准,并按照应力敏感效应、气体滑脱效应以及启动压力梯度效应对气藏生产的影响程度,对气藏进行了新的分类。最后,在前面研究的基础上建立了考虑应力敏感、气体滑脱和启动压力梯度效应的非达西气、水两相渗流模型,编制了相应的三维两相气藏数值模拟软件,并进行了模拟计算。结果表明:气体滑脱效应和启动压力梯度效应对气藏生产的影响很小,而介质变形效应对气藏生产的影响较大,考虑渗透率变异和压缩系数变异时,气藏的稳产期变短,稳产期结束时的采出程度和最终采收率都降低,气井产量越高,这种影响越大,需要综合考虑经济因素和技术因素来确定最优气井产量,使采气速度、稳产时间和最终采收率达到最优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 多孔介质变形理论的研究现状
• 1.2.2 低渗气藏滑脱效应影响研究现状
• 1.2.3 低渗气藏启动压力梯度研究现状
• 1.2.4 气藏数值模拟研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文研究思路和逻辑结构
• 第2章 深层低渗气藏介质变形规律研究
• 2.1 油气储层多孔介质变形非线性渗流原理
• 2.1.1 多孔介质的有效应力原理
• 2.1.2 油气储层多孔介质的变形机理及影响因素
• 2.2 深层低渗气藏岩心介质变形基础实验及理论研究
• 2.2.1 介质变形对储层孔渗参数的影响
• 2.2.2 岩心弹塑性形变实验研究
• 2.3 深层低渗气藏应力敏感机理研究
• 2.3.1 应力敏感评价方法分析
• 2.3.2 渗透率应力敏感性分析
• 2.3.3 岩石的压缩性与渗透率应力敏感性的关系分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 气藏储层应力敏感影响因素分析
• 3.1 不同应力比例对渗透率应力敏感的影响
• 3.1.1 模拟地层应力场耦合作用的岩心夹持器实验装置
• 3.1.2 测量流程及方法
• 3.1.3 实验结果及数据处理
• 3.2 束缚水对应力敏感性的影响
• 3.3 微裂缝对应力敏感性的影响
• 3.4 其它影响因素
• 3.5 本章小结
• 第4章 深层低渗气藏气体滑脱效应及启动压力梯度规律研究
• 4.1 气体滑脱效应产生机理
• 4.2 国内在低渗气藏气体滑脱效应研究方面存在的问题
• 4.3 低渗气藏岩心气体滑脱实验研究
• 4.3.1 实验仪器及方法
• 4.3.2 测量结果及数据处理
• 4.4 低渗气藏气体滑脱效应的影响因素
• 4.5 启动压力梯度效应产生机理
• 4.6 低渗气藏岩心启动压力梯度实验研究
• 4.6.1 实验仪器及方法
• 4.6.2 测量结果及数据处理
• 4.6.3 低渗气藏岩心存在启动压力梯度的原因分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 深层气藏介质变形渗流理论在气藏工程中的应用
• 5.1 介质变形对气藏生产的影响
• 5.1.1 考虑介质变形的稳态流气井产能公式
• 5.1.2 考虑介质变形的拟稳态流气井产能公式
• 5.2 气体滑脱效应对气藏生产的影响——理论图版的制定
• 5.3 启动压力梯度对气藏生产的影响
• 5.4 气藏渗透率划分标准的讨论
• 5.5 本章小结
• 第6章 深层气藏非达西渗流数值模拟研究
• 6.1 建立考虑非达西渗流因素的数学模型
• 6.1.1 基本假设
• 6.1.2 渗流微分方程的建立
• 6.2 建立考虑非达西渗流因素的数值模型
• 6.2.1 基本微分方程的差分离散
• 6.2.2 参数处理
• 6.2.3 数值模型的建立
• 6.3 数值模拟软件的研制
• 6.3.1 软件结构及子程序功能
• 6.3.2 主程序功能及程序框图
• 6.4 非达西渗流因素对深层气藏开发指标的影响
• 6.4.1 模型建立和参数选取
• 6.4.2 数值模拟结果及分析
• 小结
• 第7章 结论及建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果