裂缝性油藏离散裂缝网络模型数值模拟研究

论文摘要

基于双重连续介质理论的裂缝性油藏数值模拟方法,当裂缝系统发育较差时其连续性与实际相差较大,因而这类方法的适应性受到限制。实际上,裂缝系统是一个分隔基质岩块系统的网络系统,可视为离散的裂缝网络系统,更能准确描述裂缝性油藏的非均质性。论文以离散裂缝网络模型为基础,利用有限元方法,突破了只能求解不可压缩流体的限定,成功解决了二维离散裂缝网络模型的微可压缩油水两相流动的数值模拟问题。首先,在对裂缝发育特征分析的基础上研究了天然裂缝、人工裂缝及其开启、半开启、充填、闭合(潜在)裂缝的识别特征,提出了裂缝参数的表征方法,基于体积法和Parsons的平板流动理论形成了裂缝的孔隙度和渗透率的计算方法,为裂缝性油藏的数值模拟奠定了基础;第二,考虑地质上所描述的裂缝发育分布情况以及裂缝的形态、充填性、渗流特性等因素建立了离散裂缝网络物理模型和微可压缩油水两相流动的数学模型;第三,提出了离散裂缝网络数学模型的有限元求解方法,分别对基岩和裂缝系统采用三角形单元和线单元进行离散并推导出了其有限元插值函数,通过采用加权余量法得到了离散裂缝网络数值模拟的压力和饱和度方程的等效积分“弱”形式,形成了离散裂缝网络数值模拟的单元特性矩阵和列阵,建立了离散裂缝网络的有限元数值模型;第四,通过梯度法、共轭梯度法和预条件共轭梯度法的对比分析,依据收敛速度、需求存储空间等特点优选了预条件共轭梯度法,并形成了离散裂缝网络模型的有限元数值模型的预条件共轭梯度求解方法;最后,基于Windows XP操作系统和多物理场耦合分析软件(COMSOL Multiphysics)编制了裂缝性油藏离散裂缝网络数值模拟器,并对各种典型的裂缝性油藏概念模型进行了数值模拟研究,表明离散裂缝网络模型数值模拟方法能够准确描述裂缝属性对流动的影响,其油藏动态更加符合真实情况,具有较强的实用性和广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 离散裂缝网络模型数值模拟方法研究现状
• 1.2.2 双重介质模型数值模拟方法研究现状
• 1.2.3 有限元法在油藏数值模拟中应用的研究现状
• 1.2.4 目前方法存在的问题
• 1.3 论文研究内容和主要成果
• 1.3.1 主要研究内容及方法
• 1.3.2 主要研究成果
• 1.4 论文章节安排
• 第2章 裂缝的参数表征与分类
• 2.1 天然裂缝与人工裂缝的识别特征
• 2.2 裂缝参数的表征方法
• 2.2.1 形态与充填性
• 2.2.2 裂缝的表征参数
• 2.3 裂缝的分类
• 2.3.1 裂缝的有效性分类
• 2.3.2 裂缝的作用分类
• 2.4 裂缝的渗流参数计算方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 离散裂缝网络模型油水两相数学模型
• 3.1 基岩系统数学模型的建立
• 3.2 裂缝系统数学模型的建立
• 3.3 基岩-裂缝窜流方程
• 3.4 本章小结
• 第4章 渗流问题有限元法计算原理
• 4.1 等效积分形式
• 4.1.1 微分方程的等效积分形式
• 4.1.2 等效积分的“弱”形式
• 4.2 有限元插值函数及其选择
• 4.2.1 一维线性单元
• 4.2.2 二维三角形单元
• 4.3 数值积分方法
• 4.4 本章小结
• 第5章 离散裂缝网络模型油水两相有限元数值模型
• 5.1 裂缝性油藏的离散
• 5.2 基岩系统有限元单元特性分析
• 5.3 裂缝系统有限元单元特性分析
• 5.4 有限元整体特性分析
• 5.5 时间差分格式的递推公式
• 5.6 本章小结
• 第6章 线性方程组的求解方法研究
• 6.1 梯度法
• 6.2 共轭梯度法
• 6.3 预条件共轭梯度法
• 6.4 离散裂缝网络模型数值模拟流程
• 6.5 本章小结
• 第7章 离散裂缝网络模型数值模拟的参数敏感性分析
• 7.1 裂缝性油藏概念模型
• 7.2 裂缝方位对生产动态的影响
• 7.3 裂缝开度对生产动态的影响
• 7.4 裂缝长度对生产动态的影响
• 7.5 裂缝密度对生产动态的影响
• 7.6 复杂裂缝对生产动态的影响
• 7.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简历