低渗透储层流固耦合渗流规律的研究

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑低渗透油藏渗流时启动压力梯度和低渗储层的流固耦合特性,建立起适合低渗透油藏的流固耦合流流数学模型,并给出其数值解,在黑油模型和弹塑性有限元程序的基础上,编制了计算低渗透油藏流固耦合流流的计算软件,通过数值模拟和不考虑流固耦合时的计算结果相比,从中可以看出低渗透油藏中流固耦合效应是十分明显。     

开发过程中三场耦合的数学模型

以岩石力学、渗流力学和传热学的理论为基础,研究油藏非等温情况下流体渗流与岩体变形之间相互的力学作用,建立三场（渗流场、温度场和应力场）及其耦合作用时的数学方程。为研究稠油油藏油气的运移规律,准确进行油藏数值模拟提供理论基础。研究表明：在石油开采过程中,流体渗流与岩体变形存在耦合作用;在稠油热采过程中,还要考虑温度场的影响。流体渗流场、地应力场和地温场相互耦合的数学模型为非线性动力学模型。该模型除可用于油藏数值模拟外,还可用于深部地下工程和地热能源的开发。     

低渗透油藏水力压裂井应力场转向定量评价

基于多孔介质流-固耦合理论和有效应力定律,建立了孔隙压力与地应力相互作用的低渗透油藏水力压裂井应力场转向评价模型,采用有限元数值模拟技术并开发相应程序对耦合模型进行求解,定量分析了低渗透油藏开发过程中水力裂缝附近区域地应力场的变化特征。计算结果表明:水力裂缝导致近裂缝区域地应力场分布特征大幅度改变,沿裂缝与垂直裂缝方向应力场大小变化各向异性,应力场转向范围随初始水力裂缝长度增加而动态变化。     

弹性油藏中多相渗流的流-固-热耦合数学模型

基于对油藏中三大物理场（流体力场，固体力场及温度场）的系统分析，综合运用渗流力学，岩石力学，热力学理论，建立了一个全新的油藏渗流的流－固热耦合模型，该模型假设岩石骨架是可变形的，油藏内热量按热力学定律自由传递，孔隙流体压力和热应力会导致岩石骨架的变形；反之，岩石骨架的变形又会导致储渗特性和孔隙流体压力的改变，还会导致温度场的改变。建立了安全耦合的流体渗流方程、岩石变形方程和温度场方程，三者之间互含耦合项，互不独立，只能联立求解。给出了模型的数值求解思路。该文所建立的模型实现了油藏中渗流、变形，变温三者间真正意义上的耦合，较之已有的油藏渗流模型更能反映油藏的实际，是对油藏传统渗流理论和流固耦合力学理论的发展，能广泛运用于石油工程许多领域，该模型同时也为编制流－固－耦合应用软件提供了理论依据。     

重复压裂总应力场计算模型

定量描述垂直裂缝井重复压裂前各种因素产生的诱导应力场分布状况计算模型的研究还不完整,为此系统地研究了引起垂直裂缝井重复压裂前?地应力场变化的主要因素,建立了重复压裂时的总应力场计算模型;综合应用渗流力学、岩石力学和热力学理论,建立了热—流—固三场耦合应力场计算模型。该模型对耦合渗流方程、耦合温度场方程采用有限差分法求解,对岩土变形方程则采用有限元法求解,并采用显示交替求解方式将其结合起来整体求解,可以得到热流固三场耦合作用下油/水井生产/注入引起的应力场变化,实现了对垂直裂缝井重复压裂前由于长期生产/注入活动产生的诱导应力场的定量分析和模拟,为现场实施压裂改造提供了指导。     

地应力扰动场研究及其对人工裂缝形态的影响初探

油层中水动力场变化及构造应力场的扰动,严重干扰了油层原始地应力场,会导致水力压裂人工裂缝形态的判断错误.以大庆长垣萨南地区为例,在考虑油田注水开发不同阶段油层地应力与流体压力耦合效应的基础上,建立描述油层流一固耦合非线性渗流模型和岩石破裂力学模型,运用数值模拟技术模拟地应力场性质及分布规律,并依此探讨水力压裂人工裂缝分布、形态特征及与应力场的关系.     

裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流的等效介质模型

根据等效思想 ,给出了裂缝性砂岩油藏等效渗透率张量和变形场等效力学参数的计算方法 ,建立了油藏渗流和变形的等效连续介质模型 ;通过分析渗透率与应变之间的耦合关系 ,得到了裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流计算的数学模型 ,并给出了计算方法。实例应用验证了所建模型的正确性。研究成果对认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义     

����͸������-�����������ֵģ��

对于低渗透气藏，压力变化引起的介质变形导致储层孔隙度、渗透率变化明显，对气藏开发动态有较大的影响，并且低渗透气藏的流—固耦合效应较中高渗透率气藏强得多。因此，在低渗透气藏模拟中考虑流—固耦合效应可以合理地预测气藏开发动态。此外，由于低渗透气藏渗流机制的特殊性，其渗流曲线偏离达西定律，且存在启动压力梯度，造成低渗气藏的耦合模拟更加复杂。文章基于对低渗透气藏储层特征及渗流机理的认识，将渗流力学和弹塑性力学相结合，建立了低渗透气藏流—固耦合渗流数学模型、数值模型和模拟模型，并利用该模型对四川某低渗气藏开发过程中储层参数、开发指标的变化进行了模拟计算，还比较了考虑介质变形的耦合模型和不考虑介质变形的刚性模型的计算结果。     

裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流的等效介质模型

根据等效思想，给出了裂缝性砂岩油藏等效渗透率张量和变形场等效力学参数的计算方法，建立了油藏渗流和变形的等效连续介质模型；通过分析渗透率与应变之间的耦合关系，得到了裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流计算的数学模型，并给出了计算方法。实例应用验证了所建模型的正确性。研究成果对认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义。     

流固耦合作用下注水井井壁稳定性研究

注水开发油田在生产过程中，渗流场会对油藏地应力场产生影响，在井壁附近产生应力集中。研究了注水过程中流固耦合作用下套管损坏的力学机理，在传统的Biot 方程的基础上，考虑介质渗透性能随应力的变化，建立了注采过程中流体渗流与固体弹塑性变形的非线性耦合数学模型，采用全耦合的有限元法对所建立的模型进行求解。通过对大庆油田南二区某注水井注水开发过程的数值模拟，分析了注水对储层孔隙压力、井壁围岩应力场和变形场的影响，并对比了不同注采情况下储层孔隙压力和井壁应力随时间的变化关系。研究表明，油藏注水开采过程中，油藏流固耦合作用对地层特别是井壁附近围岩的应力和变形影响很大。研究结果为合理建立油藏注水开发的流固耦合计算模型，合理控制注采压差，预防和减少该地区地层变形、套管损坏等提供了依据。     

多分支井连接段有限元流固耦合建模与分析

侧钻分支井会对原有地层应力造成扰动,改变2个分支之间连接段的应力分布。以岩石力学为基础,考虑了各向异性的地层应力以及稳态达西渗流的影响,建立了连接段的流固耦合模型。通过对所建模型的计算得出侧钻扰动后连接段附近的应力、位移和渗流场分布规律;采用摩尔-库仑准则图形化了连接段井壁的破坏情况,并且分析了模型中各种几何参数对连接段井壁稳定性的影响。分析结果表明,由所建模型得出的井壁破坏图可以正确地预测井眼周围哪些区域会出现井壁失稳现象;改变分支井眼直径对改善分支井连接段的应力集中作用不大,对连接段的力学稳定性影响很小。     

气井的流固耦合渗流场分析

针对气井生产过程中存在的流固耦合作用,在充分考虑真实天然气的偏差因子、密度以及黏度随压力变化的基础上,建立数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件对应力场、渗流场进行耦合计算,得到流固耦合作用下的渗流场分布。从中提取井底上方20 m处切线上的地层压力、孔隙度、渗透率、渗流速度、气体密度、气体黏度等数据,进一步分析耦合渗流场的分布特点。研究得出:气井耦合渗流场中压力分布与常规数值分析得到的"压力漏斗"趋势相似,但压力数值偏小;由于应力场的作用,耦合渗流场中地层的孔隙度和渗透率是变化的,尤其在井底附近的减小程度显著,进而导致耦合渗流速度小于常规渗流场,最终影响气藏的开发动态;受压力变化的影响,天然气的黏度、密度分布也近似为"漏斗"趋势。结果表明,考虑流固耦合作用下的渗流场才是地下渗流的真实反映。     

A Study of Stress Sensitivity on the Effective Development of Low-permeability Gas Reservoirs in the Sulige Gas Field

Stress sensitivity plays an important role in the development of a tight low-permeability gas reservoir. With the constant low-permeability reservoir exploitation, formation pressure drop, rock net effective coverage pressure increase, the rock pore is resulted in deformation and the seepage flow of fluid in a low-permeability reservoir no longer followed Darcy flow law. With the further exploitation of reservoirs, reservoir stress sensitivity is enhanced, so evaluation on the stress sensitivity on reservoir development was a burning question. The authors present results of those experiments that simulated the permeability changes via the net confining pressure in the lab and give the influencing factors of stress sensitivity.     

分支井渗流-应力耦合场分析

在多孔介质的渗流过程中,存在着极强的流固耦合作用。针对广泛使用的分支井型,在利用 COMSOL Multiphysics 软件时充分考虑流固耦合作用,分析耦合渗流场和应力场的分布特点,同时通过运 用三维库伦准则计算失效系数fail 值来判断井壁岩石的危险截面,并进一步计算出不同造斜率情况下失 效系数fail 的最小值和失效系数fail≤-2.5 MPa 区域的体积积分值,从而研究采用不同造斜率侧钻分支 井眼对井壁失效区域大小的影响。结果表明,在单渗流场分析中采用定压缩系数方法得到的孔隙度其变化微乎其微,而耦合渗流场中的孔隙度、渗透率在井底附近区域变化明显。因此,考虑流固耦合作用下的 渗流场能更真实地反映地下渗流情况。在耦合应力场分析中,Von Mises 等效应力的最大值和失效系数 fail 最小值均出现在侧钻分支井窗口处,即窗口处井壁岩石为危险截面,进而得出在取造斜率为15°/30 m 进行侧钻分支井眼的情况下井壁岩石失效范围最小的结论,为分支井的设计和施工提供了理论依据。     

低渗透复杂断块油藏套损机理及数值计算

低渗透复杂断块油藏在长期注采开发过程中，套管损坏问题日趋突出，严重制约着这类油藏的高效开发。文中分析认为，这类油藏注采开发中，套管损坏的原因主要有拉伸、挤压和剪切损坏等3种。基于油藏流固耦合理论．建立了流固耦合渗流场、变形场计算模型，并应用于A油田B断块，以模拟低渗透复杂断块注采过程中地层变形及套管应力分布规律。结果表明，模拟与实际套损情况符合3口，误判1口，符合率为75％，验证了本模型的准确性．同时验证了受断层遮挡作用，断层附近地层会出现较大横向位移，极易产生不平衡有效应力场，从而使套管发生损坏的判断。因此，建议在断层附近尽量提高套管的抗挤毁能力，以有效提高套管寿命.     

低渗透储层水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

随着低渗透油气藏的大量开发,迫切需要具有一套适用于现场实际使用的三维水力裂缝几何形态的预测软件。通过力学分析,依据流固耦合效应、岩石材料的非线性效应以及裂缝扩展的动态效应,建立了低渗透油层水力压裂三维裂缝动态扩展力学模型,运用有限元方法进行求解,实现了低渗透油层三维裂缝形成过程的动态描述。对肇38-271井进行了模拟计算。计算的裂缝形态与现场测试的裂缝形态对比表明,模拟计算平均误差率为10.7%,能满足工程精度要求。建立的低渗透储层三维水力裂缝的模拟方法和技术,可对低渗透储层条件下的水力压裂设计提供准确的预测手段,提高了低渗透储层水力压裂措施的成功率。     

异常高压气藏流固耦合的数值模拟

异常高压气藏具有比常规气藏更强的流固耦合效应,因而研究异常高压气藏流固耦合效应对于模拟气藏开采,指导气田生产具有十分重要的现实意义。为此,在气藏储层岩石应力、应变分析的基础上,结合修正的Terzaghi有效应力原理和岩石骨架本构关系,建立了异常高压气藏储层岩石骨架变形的数学模型;将固相平衡方程和流体流动方程组合,建立了异常高压气藏流固耦合模型。采用空间8节点等参元对圆柱形封闭地层进行了网格划分,基于Galerkin有限元法对流固耦合变形场、渗流场方程进行了空间域离散,并利用全隐式数值格式对半离散微分方程进行了时间域上的离散,建立了以位移和流体压力为未知变量的流固耦合有限元数值模型,并采用两场交替迭代的方法得到了控制方程在几何域上的耦合解。实例分析的结果表明,所建立的流固耦合模型比传统非耦合模型更能精确地描述异常高压气藏流体渗流与岩石变形的特征,与工程实际相符合,计算程序的精度高、可靠性强。     

流-固全耦合新模型研究

在油藏开采过程中,储层岩石体变形与流体的流动是相互耦合作用的,并且流体渗流时的压力、饱和度也是不断变化的。假设岩石体变形为弹性小变形,建立其变形方程。由达西定律,考虑油、水两相流体耦合渗流时的饱和度变化,经过推导变换,得到了油、水两相流体的耦合渗流方程,从而得到了以岩石质点位移、流体压力和流体饱和度为未知量的流-固耦合数学模型,并给出了求解数学模型所需的定解条件。新模型拓宽了以前以岩石质点和流体压力为未知量的流-固耦合数学模型,实现了岩石变形和流体渗流的真正意义上的耦合,丰富了流-固耦合理论,为考虑流-固耦合影响下的油藏数值模拟奠定了理论基础。     

低渗透储集层的综合评价方法

1. Introduction With the depletion of normal high-permeability oilfields, it is becoming more and more important to evaluate low-permeability petroleum reservoirs. Comprehensive evaluation can provide important geological evidence for the rational and eff…