特低渗透油藏非线性渗流数值模拟

提出了一个非线性渗流新模型,并建立了非线性渗流数学模型,构造了相应的有限差分离散化格式,确定了考虑非线性渗流的井 网格流动方程,编制了三维三相非线性渗流数值模拟软件。该模型同样具备模拟达西渗流模型和拟启动压力梯度模型的能力,为低渗透油藏数值模拟软件的工程化应用奠定了基础。利用该数值模拟软件分析了低渗透油藏非线性渗流区域以及非线性渗流对生产规律的影响,认为低渗透油藏流动区域绝大部分处于非线性渗流范围,利用拟启动压力梯度模型及达西模型进行计算均会产生较大误差,同时水相非线性渗流同样不可忽略。     

垂直裂缝井开发低渗油藏非线性渗流压力分析

根据低渗透介质非线性渗流运动规律三参数连续函数模型，运用椭圆渗流的概念，建立了垂直裂缝井开发低渗油藏定常和非定常非线性渗流数学模型。运用平均质量守恒的方法，对垂直裂缝井开发低渗油藏非定常非线性渗流压力分布和压力扰动影响半径进行了数学推导。结果表明：垂直裂缝井开发低渗透油藏时，按非线性流规律与按线性渗流规律计算的结果差别明显，线性与非线性定常渗流压力分布在椭圆坐标系中分别为直线和曲线，线性定常渗流压力梯度不随椭圆坐标变化，非线性定常渗流压力梯度随椭圆坐标增大而减小；非线性渗流的影响半径发展速度比线性渗流慢；在同一无量纲时间下，非线性非定常渗流的井底压力比线性渗流的大；在对垂直裂缝井开发低渗透油气藏进行油气藏工程计算时，应考虑非线性渗流的影响。     

低渗透介质有启动压力梯度的不稳态压力分析

在低渗透油藏中,考虑启动压力梯度的流体不定常渗流存在动边界,其传播规律直接反映了储层的动用范围,并对压力动态影响明显。运用数理方法求解了包含启动压力梯度、有动边界存在的非线性不定常渗流数学模型,得到了新的压力分布和动边界传播规律解析解。计算分析表明,启动压力梯度越大,动边界传播越慢,压力损失越大。井壁压力在中后期不会表现出平面径向渗流特征,并运用Duhamel褶积建立了相应的现代试井分析典型曲线图版。     

低渗透油藏非线性流数值模拟与极限井距研究

达西渗流已经无法准确描述低渗透油藏中流体的流动.研究了低渗透油藏启动压力梯度数学表征方法,建立了考虑启动压力梯度非线性渗流模型及其油气水三相数模模拟的数学模型,并形成了相应的数值模型.在现有数值模拟软件的基础上编制了非线性渗流数值模拟插件,并将其应用到油田模型中,模拟了不同渗透率下低渗透油藏注水驱油过程.初步模拟结果与现场实际数据基本吻合,验证了方法的正确性,获得了启动压力梯度与极限注采井距的关系图版,为低渗透油藏开发提供了依据.     

低渗透油藏流体渗流再认识

为了正确认识低渗透储集层渗流规律,针对目前低渗透油藏流体渗流理论中具有代表性的低渗透油藏流体非线性渗流模型,从模型建立所采用的假设条件、推导过程及使用实验数据的合理性等方面进行深入研究与分析,厘清低渗透油藏开发中长期存在的一些模糊认识。该模型建立过程中存在3方面问题:一是假设条件本身不能被科学所证实,所得结果不能被测量;二是公式推导过程中基本方程及导出过程均存在错误,导致其最终表达式错误;三是低渗透储集层岩石渗流实验中得到的压力梯度实验数值过高,不具有合理性。首次指出,不是所有低渗致密储集层流体渗流都具有启动压力梯度,只有当储集层压力系数低于1,渗流才需要启动压力梯度;低渗透油田开发中,储集层已建立了较高的驱动压力体系,低渗透油藏数值模拟、产能预测和试井都不应再考虑启动压力梯度。揭示低渗透储集层流体渗流规律、创建中国低渗透油田开发理论,需要发展数字岩心技术、创新现代油层物理实验技术等。     

压裂井组非线性渗流模型求解

精细描述低渗透油藏中流体流速与与压力梯度的非线性关系,是准确计算低渗透油藏压裂井组产量的基础。为此,在描述低渗透油藏非线性渗流特征的基础上,建立了低渗透油藏和压裂裂缝耦合的非线性数学模型,该模型根据渗流特征将渗流过程分为非线性渗流阶段和拟线性渗流阶段进行计算。利用Taylor展开对非线性数学模型进行线性化处理,建立了有限差分方程组,并编制了计算机求解程序。算例分析表明:采用非线性数学模型计算出的地层中压力和饱和度的分布符合地层实际情况;五点法井网压裂井组注水井的裂缝导流能力会随着裂缝闭合而降低,注水效果变差,导致油井产量降低。研究结果表明,低渗透油藏和压裂裂缝耦合的非线性数学模型可以较准确地描述低渗透油藏中流体流速与压力梯度的非线性关系,为准确计算低渗透油藏压裂井组产量奠定基础,为低渗透油藏注水开发提供指导。      

低渗透油藏数值模拟中内边界条件的处理

低渗透油藏已经成为油田开发的重要对象,研究考虑非达西效应的数值模拟方法将有助于提高该类油藏数值模拟的准确性和可信度.低渗透油藏的数值模拟对内边界条件的处理应当考虑非达西渗流.由于井底附近压力梯度较大,流态可以认为是拟线性流动,根据拟稳态渗流理论,考虑流体在低渗透油藏流动过程中受到启动压力梯度的影响,基于三维油水两相油藏数值模拟数学方程,推导了定井底流压、定产油量和定产液量等条件下的内边界条件,并通过全隐式差分格式建立了低渗透油藏数值模拟数值模型,采用预处理共轭梯度法进行了求解.结果表明内边界条件中考虑启动压力梯度与否对井底流压影响较大,在定产量条件下,井底流压随启动压力梯度的增大而降低.     

基于三参数非线性渗流的致密气藏数值试井分析

目前在低渗透储层的试井模型中,常采用具有平均启动压力梯度的拟线性渗流方程,然而拟线性渗流方程只能反映低渗透流动的启动压力梯度特征,不能描述流动的非线性特征。三参数非线性渗流方程既反映了启动压力梯度特征,也描述了非线性凹形曲线。为了提高致密气藏试井资料的解释精度,完善低渗透非线性试井理论,建立了一种基于三参数非线性渗流方程的致密气藏数值试井模型。利用有限差分方法求解模型,获得了井底压力响应曲线及储层压力分布。分析了压力响应曲线和压力分布特征,对比了三参数非线性模型与拟线性模型的结果,并研究了最小启动压力梯度和平均启动压力梯度的影响。研究结果表明：系统径向流阶段的压力导数曲线偏离0.5线,压降曲线的上翘幅度取决于平均启动压力梯度,压力恢复曲线的上翘幅度取决于平均启动压力梯度与最小启动压力梯度的差值。外边界响应的早晚和动边界扩展速度取决于最小启动压力梯度。     

注水压力对低渗透储层渗流特征的影响

低渗透油藏中流体的渗流规律是当前渗流力学重要的研究领域。低渗透油藏储层的主要特征是渗透率低,油水流动的孔道微细,渗流阻力大,固-液界面及液-液界面之间相互作用显著。这些特点造成了低渗透油藏渗流规律的复杂性。通过室内岩心流动实验,研究了注入压力对岩石渗透率和流体渗流规律的影响。结果表明,低渗透储集层存在非线性渗流特征,当注入压力较低时,流体在岩心中流动速度随压力梯度的变化很小,也就是在低压下,注入水很难进入地层;当压力梯度较大时,渗流速度与压力梯度的关系呈近似的直线关系;在上覆压力和压力梯度不变的条件下,注入压力越高,岩石渗透率就越高。由此可见,在考虑储层保护的前提下,对低渗透储层采用高压注水,有利于提高注水效果。     

低（特低）渗透油藏极限注采井距确定的新方法探索

国内外许多实验表明,当储层渗透率低到一定程度后,其渗流特征不符合达西定律,即当驱动压力梯度较小时,流体不能流动,只有当驱动压力梯度达到一定值后,流体才开始流动。而低（特低）渗透油藏具有低孔、低渗的特点,因此具有较高的启动压力梯度,即渗流呈“非线性”特征,在低（特低）渗透油藏井网部署中必须考虑该因素。低渗油藏油水渗流时启动压力现象的存在,使注采井距理论上存在一个最大值,结合单井产量公式,可以计算出给定注采压差条件下低渗油藏的最大注采井距,从而为合理注采井网的部署提供依据。为此,本文基于低渗透油藏的渗流机理的分析和研究,推导出了适合低渗透油藏的极限注采井距的新的方法。     

低渗透油藏渗流场与应力场耦合规律研究

基于岩石力学、渗流力学、地质力学、计算力学以及流-固耦合渗流的基本理论,考虑低渗透油藏渗流时的启动压力梯度和低渗透储层的流-固耦合特征,建立了低渗透油藏渗流场和应力场耦合的数学模型和数值模型。采用有限差分与有限元相结合的耦合数值计算方法进行了程序设计,研究了低渗透油藏渗流场和应力场的耦合规律。通过数值模拟方法对单井枯竭式开采过程中应力-应变随时间和空间的变化规律、岩石物性参数动态变化规律及开发指标变化规律进行了研究,并和刚性模型的计算结果进行了分析比较。可以看出,低渗透油藏的流-固耦合效应非常明显。     

低渗透油藏注水开发采收率的正交试验分析研究

针对启动压力梯度在低渗透油藏流体渗流中普遍存在的现象,建立了考虑启动压力梯度的水驱油渗流数学模型,给出了数值求解方法,并开发了相应的注水开发数值模拟软件.以反五点注采井网为例,引入正交试验设计方法,针对地层参数及注水开发参数对采收率的影响进行了直观分析,得到了这两项参数对采收率影响的主次关系,对于指导低渗透油藏注水开发方案的优化设计有一定实用意义.该方法可推广应用于油田开发设计中多参数问题的分析和优选.     

The model and algorithm of a new numerical simulation software for low permeability reservoirs

Low permeability reserves occupy a large proportion in the remaining reserves all over the world. So it is urgent to research intensively the law of the seepage in the low permeability reservoirs. Fluid flow in the low permeability reservoirs deviates from the classic Darcy's law and instead conforms to the one of nonlinear seepage. According to this characteristic, a nonlinear seepage numerical simulation software has been developed. Unlike most mature commercial numerical simulation softwares at the present stage, the influence caused by the nonlinear seepage is specially considered. In this paper, a nonlinear seepage mathematical model is proposed. In addition, on the basis of practical field and laboratory experiment data, an ideal model of diamond inverted nine spot well pattern is also established. Under the same reservoir condition, the nonlinear simulation, conventional Darcy simulation and the simulation of threshold pressure gradient are also conducted. The simulation result shows that: in the low permeability reservoirs, nonlinear seepage dominates in a large scale of formation and the nonlinear simulation result shows excellent agreement with the production data. Therefore taking the nonlinear seepage into account is more suitable to reflect the percolation mechanism and development performance of low permeability reservoirs.     

低渗透油藏不稳定渗流注水见效时间与井距的关系

用常规的压力传播的公式计算低渗透油田注水见效时间,通常与实际情况相差很大。低渗透油藏存在启动压力梯度.并且在不稳定渗流时,流体流动边界不断变化。针对低渗透油藏存在启动压力梯度的特点.以具有启动压力梯度的渗流公式为基础,利用油藏压力分布近似表达式,研究了低渗透油田不稳定渗流压力分布特征;根据物质平衡原理,求出了低渗透油田注水见效时间与注采井距的关系。低渗透油田压力传播时间与压力梯度密切相关,注水见效时间与启动压力梯度成直线关系。该方法推出的注水见效时间的公式,为油田预测注水见效时间和确定合理井距提供了一种重要的手段。     

低渗气藏考虑启动压力梯度的单井数值模拟

在已发现的天然气储集层中，低渗透、特低渗透储集层占相当大的比例，且这类储集层中流体渗流较为复杂，具有独特的渗流特征（即存在启动压力现象），流体在多孔介质中的流动不再符合达西定律，因此重视并研究启动压力现象对低渗气藏的开发有着十分重要的意义。而目前的大型油气藏数值模拟商业化软件中都没有考虑启动压力梯度的影响。为此，在渗流力学基础上建立了考虑启动压力梯度的三维气、水两相流数值模型，并编写了相应的数值模拟软件。通过与商业化软件CMG的计算结果对比分析认为本软件是合理、可靠的。然后通过本软件对气井在不同启动压力梯度情况下的模拟计算结果表明，启动压力梯度对低渗透气藏气井的生产动态的影响非常显著，如果不考虑启动压力梯度将导致预测的产量等开发指标明显偏高。因此，在进行生产动态的方案预测时应充分考虑启动压力梯度的影响，以使编制的开发方案能更加准确地指导低渗气藏的开发。     

有限差分法在低渗油藏数值模拟中的应用

在低渗透油藏中存在着启动压力梯度,其渗流不再符合达西定律。本文考虑启动压力梯度及毛管力的影响,建立径向水驱油两相渗流微分方程,并利有限差分法进行数值模拟。对于低渗油藏由于启动压力梯度及毛管力的作用,不仅增大了原油的开采难度,而且降低了原油的最终采收率。因此,低渗透油藏强化注水以扩大生产压差,从而改善开发效果。     

低渗透油藏非线性渗流新模型及试井分析

基于毛细管模型,结合边界层理论,通过引入描述低渗透储层渗流的特征参数c₁ 和 c₂,建立了低渗透油藏渗流新模型,解释了启动压力梯度和非线性渗流产生的根本原因。根据新模型给出了考虑动边界影响的试井模型,并采用数值方法求解,分析了无因次特征参数c_1D和c_2D 对试井曲线的影响。结果表明：新模型的压力和压力导数曲线上翘,上翘幅度比拟启动压力梯度模型要小。考虑动边界影响的试井曲线上翘幅度比不考虑时要小。c_1D 和 c_2D 是决定曲线形态的特征参数。当c_1D 与 c_2D 之和不为常数时,随着 c_1D 或 c_2D 增大,上翘幅度增大;当 c_1D 与 c_2D 之和为常数时,随着 c_1D 增大,c_2D 减小,上翘幅度增大。对于封闭边界和定压边界在试井曲线上的压力响应,新模型与达西模型一致。