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。     

三重介质低渗油藏压力响应特征

建立了考虑裂缝渗流存在启动压力梯度三重介质低渗油藏数学模型,以低渗油藏调查半径为动边界,采用拉普拉斯变换得到拉普拉斯空间数学模型,对模型采用有限差分法离散求解得到井底压力,绘出了三重介质低渗油藏试井图版,并研究了不同启动压力梯度、基质储能比、溶洞储能比对三重介质低渗油藏试井曲线的影响.     

用边界元法分析油藏不稳定渗流问题

油藏几何形状对井底压力动态响应有显的影响。常规的解析方法却只能解决一些简单、规则形状的问题。对于非规则形状的问题,边界元法是有效手段之一。它具有降维、计算速度快、精度高以及求解内点方便等特点。根据边界元理论推导了任意形状油藏不稳定渗流的计算方法,并将其计算结果与常规解析方法求解结果相比较。边界元法在油藏数值模拟和试井领域有广阔的应用前景。     

有限元法油藏模拟器研究

目前国内外油藏模拟器均采用有限差分法作为 数值解法,但有限差分法与有限元相比存在诸多弱 点,如网格部分难以适应复杂的边界条件,而有限 元法在此方面具有独特的优势。本文基于有限元法 研制了一个油藏模拟器,可用于复杂边界条件油藏 的模拟计算,为油藏模拟提供了一种有效的工具。 1．有限元模型的理论推导 假设流动为平面渗流,地层为非均质,流体为     

页岩气压裂水平井开发效果的数值模拟

页岩气藏低孔、特低渗、吸附气含量比例高、人工压裂裂缝网络复杂等诸多不同于常规气藏的特点,使页岩气藏压裂水平井与常规气藏在渗流机制及产能动态分析方法上存在很大差异。数值模拟作为产能动态分析方法之一,可以有效地模拟页岩气藏独特的属性参数及复杂的渗流特征。综合考虑页岩气吸附解吸、扩散及渗流,应用油藏数值模拟方法,建立了页岩气双重介质压裂水平井模型,分析了吸附气、天然裂缝、人工裂缝参数等对页岩气井动用范围、动用形状及生产动态的影响。结果表明,页岩气藏水力压裂裂缝和天然裂缝复杂的裂缝网络系统对页岩气井的动用形状有着重要影响,人工裂缝展布形态、人工裂缝参数(裂缝半长和导流能力)对页岩气藏的开发效果具有较大影响。     

低渗透油藏压裂井生产动态分析

基于低渗透油藏非达西渗流理论,考虑基质拟启动压力梯度、压敏效应和裂缝变导流能力,并认为水力压裂裂缝为有限导流能力裂缝,建立了低渗透油藏压裂井的不稳定渗流模型。通过COMSOL有限元软件模拟压裂井的生产动态分析发现,启动压力梯度和压敏效应存在,会明显降低压力井产能。裂缝的变导流能力在时间越长时,对产能和近井压力分布影响越大。该研究对认识低渗透油藏有限导流垂直压裂井的生产动态有积极意义。     

非结构网格数值方法优化水平井多段压裂

为了克服解析方法和规则网络数值方法中矩形边界和井与边界必须平行的限制,提出了复杂油气储层水平井多段压裂非结构PEBI网络划分方法及有效裂缝半长概念,在此基础上实现了渗流方程的有限体积离散。针对离散后线性方程组具有稀疏性、不规则性、大规模性及非对称性的特点,采用预处理的GMRES进行求解,研发了相应的数值模拟程序。利用该程序对某油田实际井例进行模拟计算。计算表明,水平多段压裂井在井长较长且裂缝较多情况,其流动计算可近似成水平井;当水平井长度一定时,裂缝条数及裂缝半长的增加,累计产量增加,但增加幅度逐渐减少,对渗透率小于2mD储层,裂缝间距80~120m,裂缝有效半长50~80m较为合适,同时水平井与边界(或断层)方位也影响其产量。试采期间,时间对产量影响最大,早期产量较高,之后产量迅速衰减,半年后产量仅为早期的1/5且趋于稳定。因此,水平井多段压裂井实际生产时,早期宜采用高井底压力,保持较小流量,之后逐渐减小井底压力,以保持长时间稳定开采。     

两相流体椭圆渗流数学模拟与开发计算方法

水力压裂是一种有效的增产技术,它能使油井周围地层形成一个对称的垂直裂缝面.垂直裂缝井工作时在地层中诱发平面二维椭圆渗流,即形成以裂缝端点为焦点的共轭等压椭圆和双曲线流线族.基于扰动椭圆的概念和等价的发展矩形的思想,建立了油水两相随圆二维渗流数学模型.它属于具有活动边界的拟线性问题.分别运用特征线法和有限差分法求解,得到了含水饱和度分布和活动边界的变化规律.结果表明,特征线法和有限差分法获得的结果吻合得较好.从而为用数值模拟的方法研究垂直裂缝井注水开发油田提供了理论依据,还为垂直裂缝井注水开发低渗油田的数值模拟研究奠定了基础.此外,研究了非活塞驱替理论,导出了垂直裂缝井注水开发油田时产油量和压差及井排见水时间的计算公式,并进行了实例计算分析,得出了产油量及压差随时间变化的规律.     

用边界元法分析油藏不稳定渗流问题

油藏几何形状对井底压力动态响应有显著的影响。常规的解析方法只能解决一些简单、规则形状的问题。对于非规则形状的问题，边界元法是有效手段之一。它具有降维、计算速度快、精度高以及求解内点方便等特点。根据边界元理论推导了任意形状油藏不稳定渗流的计算方法，并将其计算结果与常规解析方法求解结果相比较。边界元法在油藏数值模拟和试井领域有广阔的应用前景。     

裂缝性油藏压裂井产能数值模拟模型究与应用

研究的裂缝性油藏渗流介质包括人工压裂裂缝和天然微裂缝、大裂缝及基质,将大裂缝与基质的物质交换在微裂缝系统中加以描述,建立了含大裂缝的多重介质渗流数学模型,研制了裂缝性油藏压裂后生产动态模拟器,结合塔里木盆地塔河奥陶系裂缝性油藏参数,综合研究了天然裂缝、人工裂缝对压裂后产能的影响.研究表明天然裂缝渗透率是影响压裂后产能的重要因素之一;人工裂缝的导流能力随生产时间递减对压裂后产量有重大影响.压裂可能导致天然裂缝污染,应采用低伤害压裂液体系,最大限度地减小对天然裂缝的伤害;增加人工裂缝长度可以改善流体沿裂缝向井底的流动性能,但随着压裂液滤失量的增大对天然裂缝的污染会加重、加深,应确定合理的压裂施工规模以获得合理的裂缝长度,避免导致裂缝长度增加而产量下降.裂缝系统连通差、渗透率较低的油藏,实施压裂也难以获得理想的增产效果;含有大裂缝的井压后产量明显高于不含大裂缝的井,但易形成水窜,可导致油井压裂后含水上升较快.图3表1参9     

裂缝性底水油藏水平井三维油水两相有限元数值模拟方法

建立了裂缝性底水油藏水平井三维油水二相的数值模型。与以往不同的是，该模型应用有限元方法进行差分离散，并将油水井视为单元的边界进行处理，选用任意形状六面体（曲边）单元和等参元变换以及隐式压力和隐式饱和度交替求解的方法。该模型可用来模拟计算裂缝性油藏（带边水或底水）的直井或水平井以及直井－水平井联合井网的开发问题。本模型对一裂缝性底水油藏水平井开发过程进行模拟计算，获得了一些对实际油藏工程有用的结论。图５表１参４（陈志宏摘     

页岩气藏体积压裂水平井产能有限元数值模拟

考虑到压裂过程中的多重复合作用,将压后页岩储层分为支撑主裂缝、缝网波及区与未压裂区。考虑基岩纳米孔隙中气体吸附与解吸、Knudsen扩散、滑脱流、黏性流,以及水压诱导裂缝应力敏感效应,建立了页岩气藏体积压裂生产动态模拟的物理模型和渗流数学模型。结合Galerkin有限元方法,对基质和裂缝渗流方程进行空间上的离散,推导了三角形单元有限元数值模型,给出了压裂水平井二维渗流场内、外边界条件和水力裂缝处理方法,对时间域采用向后差分,最后顺序求解裂缝和基质压力方程,模拟了页岩气藏体积压裂水平井生产动态和压力场分布。该研究为页岩气储层体积压裂产能评价提供了理论模型,对于有限元法模拟双重介质渗流场和产能预测具有现实意义。     

低渗透油藏压裂井动态预测的有限元方法

以往动态预测研究在任意方位裂缝井的产能预测、裂缝三维支撑形态的模拟、启动压力的影响、裂缝内相对渗透率曲线的影响、不规则油藏边界的刻画、非水平非等厚油藏模型的精确模型计算以及非恒定裂缝导流能力的影响等方面存在一些不足,利用等参有限元方法可加以研究和改进.建立了统一的油藏—裂缝系统渗流模型,在空间上用有限元法进行离散,在时间上用稳定性好的向后差分格式进行离散.用IMPIS方法和预处理共扼梯度法求解离散后的压力方程和含水饱和度方程.在此基础上,用Visual Basic for Windows编程语言进行了数值计算,并与“黑油模型”进行了对比验证.实例研究结果表明,文中的研究方法可行,计算结果稳定可靠,可用于指导实际工作.     

基于有限体积方法的页岩气多段压裂水平井数值模拟

为了实现页岩气在多尺度介质中的流动模拟,考虑页岩气在基质—天然微裂缝和人工大尺度压裂缝中的流动特征,建立页岩气多段压裂水平井不稳定渗流数学模型,针对模拟区域采用非结构四面体网格进行网格剖分,基于有限体积方法离散建立页岩气三维渗流数值模型,然后通过顺序求解的方法进行求解,进而模拟页岩气多段压裂水平井的生产动态和储层压力分布变化,并对模拟结果进行分析。研究结果表明:(1)采用所建立的数值模拟计算方法与商业数值模拟软件Eclipse计算的多段压裂水平井产气量基本一致,证实该模型正确、可行;(2)分别采用顺序求解方法和全隐式求解方法计算得到的页岩气水平井产气量虽然在生产初期存在着差异,但随着计算的推进,二者迅速趋于一致,进一步验证了该模型的正确性;(3)尽管解吸气对地层压力具有补充作用,但作用有限,对产气量的影响不大,随着生产时间的延长,解吸气量在产气量中所占比例逐渐上升;(4)确定合理的压裂段数且获得较长的压裂缝长,是页岩气水平井增产改造的核心。结论认为,该研究成果有助于页岩气储层体积压裂的设计以及多段压裂水平井生产动态的预测。     

Factors Affecting the Productivity of a Multifractured Horizontal Well

Horizontal well technology has been widely used in developing oil fields. Very commonly, these wells are hydraulically fractured to improve productivity in low permeability reservoirs. The productivity of a multifractured horizontal well is mainly affected by reservoir properties and fracture parameters. A simple and accurate method for evaluating and optimizing productivity of this type of wells is not available and is highly desirable to reservoir engineers. The authors analyzed the equipressure contour, velocity vector distributions, and the influence of factors such as ratio of vertical permeability to horizontal permeability, anisotropy of plane permeability, hydraulic fracturing angle, fracture distribution, and morphology on horizontal well's productivity by finite element numerical simulation method. The results show that optimizing the well trajectory and direction can reduce the degree of reservoir permeability anisotropy influencing on the productivity of well. Hydraulic fracture tilt or angles among multifractures due to natural fractures or ground stress can lower the productivity. Asymmetric distribution of fractures about wellbore can improve production and distribution with staggered interval can generate greater production. When the space between hydraulic fractures is small, fractures bend at a small angle and display a separated trend due to interference among fractures. In this case production has a little increase. Finite element numerical simulation method is accurate and intuitive when simulating percolation field of fractured horizontal wells. The results have certain reference significance for in situ fracturing operations.     

基于离散裂缝模型的裂缝井渗流压力场分析

人工压裂技术是低渗透油藏开采的重要技术手段,为深入了解垂直裂缝井生产过程中地层压力分布规律,基于离散裂缝模型,对人工裂缝进行降维处理,实现对裂缝的合理简化,在保证计算精度的同时有效提高计算效率.以此为基础建立裂缝井渗流压力计算模型,利用有限元方法进行离散求解,得到不同时间地层中压力的剖面图.通过对定压边界下单裂缝井和多裂缝井的计算可以看出,对于定产量生产的油井,在相同的生产时间内,裂缝内压力下降幅度明显高于地层,压力也比周围区域偏低.对于同一地层中的不同裂缝,裂缝导流能力越强,流体在裂缝内流动时消耗压力越少,井底压力等值线越稀疏.井底附近等压线为一组近似椭圆,其长轴长度与裂缝长度有关.     

基于改造模式的致密油藏体积压裂水平井动态分析

针对致密油藏水平井体积压裂存在不同缝网改造模式的特点,考虑具有基质-天然裂缝双重孔隙和基于离散裂缝模型的缝网改造系统流动特征,建立了致密油藏体积压裂水平井不稳定渗流数学模型,利用Galerkin加权余量有限元方法对模型进行了数值求解,并与Zerzar解析模型对比验证了该算法的正确性,指出了双孔双渗与双孔单渗模型流动形态的差异,揭示了致密油藏体积压裂水平井不稳定压力及产能特征。研究结果表明:双孔双渗情况下水平井井底压降明显变缓,地层线性流不再出现,且压力较快传播至油藏边界;体积压裂水平井初期产量较高,但递减较快,不同改造模式下水平井中期渗流阶段压力及产量的差异明显,各压裂段无间隙无重叠的缝网改造模式对提高单井产量较为有利。     

裂缝性油藏射孔完井产能的有限元分析

负压射孔已成为一种工业标准,成熟的砂岩油藏射孔优化设计理论只适用于无裂缝油藏的情形。裂缝的存在使得射孔完井油井的产能评价变得十分复杂,本文通过裂缝孔隙性油藏特征的三维物理模型描述及流体渗流的连续性方程建立,推导出了描述该问题的有限元数学模型。通过网格剖分、有限元数值求解和二次回归正交设计分析,首次获得了不同的射孔参数和地层参数与裂缝孔隙性油藏油井产能的定量关系,并进行了单因素及多因素结果分析,获得了一些重要结论。它可用于指导裂缝性及裂缝孔隙性油藏的射孔参数优化,提高一次完井效率。     

不规则多边形有限差分网格方法及其在油藏数值模拟中的应用

本文提出了一种新的任意多边形的网格划分差分方法。这种方法在某些方面和有限元法相似,但它能够进行油气藏多相流动模拟。它和一般矩形网格相比具有可能更好地逼近任意形状油藏、便于局部加密等优点。本文推导了不规则网格的差分方程,介绍了网格自动形成的方法,并将这种方法应用于双重介质底水油田的油水两相模拟程序中,取得了良好的效果。