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。     

流固耦合渗流数学模型及物性参数模型研究

在变形多孔介质油藏中,油气开采导致地层压力下降,从而引起多孔介质储层变形和储层物性参数变化,直接影响储层流体的渗流.应用渗流力学及岩土力学原理,在前人工作的基础上,引入储层岩石骨架变形和流体渗流的启动压力,建立了多相流体渗流的流固耦合渗流数学模型,理论上推导出了储层岩石变形数学模型、储层物性参数数学模型,实现了真正意义上的流固全耦合,为流固耦合数值模拟奠定了基础.     

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。     

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。     

井眼周围可变形储层流-固耦合数学模型

基于该储层模型假设,运用岩石力学和渗流力学的有关理论和方法,建立了流-固耦合变形的本构方程、几何方程、平衡方程和渗流方程,导出了可变形储层的流-固耦合渗流与变形基本模型.该模型不仅考虑了介质变形对流体质量守恒和孔隙流动压力对介质变形平衡的影响,也考虑了变形对流体流动的影响以及岩石力学性质的动态变化特征.该模型可用于研究井眼周围储层的变形及渗流规律.     

低渗透气藏流固耦合综合数学模型

气藏的开发过程是一个流体渗流与地层岩石变形动态耦合的过程,尤其低渗透气田中,由于受到启动压力梯度、滑脱效应和储层应力敏感等因素的影响,气体渗流规律不再符合经典达西定律,耦合效应也较中-高渗透率气藏强.基于渗流力学、固体力学及Blot孔隙弹性理论,将岩石骨架变形引入固体连续性方程中,并综合考虑储层应力敏感、启动压力梯度及滑脱效应的影响对气体的渗流速度进行修正,建立了低渗透气藏流固耦合渗流数学模型.     

蒸汽热采中考虑温度场影响的流体渗流动力学模型

蒸汽热采是一个典型的非等温过程,正确模拟地层温度场是很有必要的,以前都没有考虑温度场对达西渗流的影响.根据多孔介质渗流力学和热力学理论,分析了地层流体的运移与温度变化之间相互作用的机理,建立了温度场和渗流场的双场耦合连续介质数学模型,并探讨了各场的边界条件及求解方法,为更准确模拟蒸汽热采各流体的空间分布规律提供了理论依...     

低渗透变形介质油气藏渗流流-固耦合研究

低渗透变形介质油气藏流体渗流和岩石物性对应力场的变化比较敏感,采用耦合应力场和流体渗流场能较好地反应实际情况。对流体渗流和岩石应变耦合数学模拟理论和岩石力学实验方法进行了综合分析,以某个多相流油藏、气藏、存在水力压裂裂缝等情况为例进行研究。研究表明,可用本文方法预测岩石渗储物性动态交化、应力应变、及其对生产的影响。这里介绍的方法在石油工程方面具有广阔的应用前景。     

油气藏热—流—固耦合理论的研究进展

油气藏开发中地层压力和地层温度的改变导致储层岩石力学性质变化,造成岩石变形,进而影响到流体渗流,温度变化、岩石变形和流体渗流同时发生且三者间存在着耦合关系,因此研究热—流—固耦合作用对于油气藏开发至关重要.从油气藏热—流—固耦合的数学模型、数值模拟及工程应用等方面进行阐述,系统总结了热—流—固耦合理论及其在油气藏领域的...     

天然气流固耦合渗流计算的有限元方法

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑天然气和岩土骨架之间的相互作用,建立天然气流固耦合渗流数学模型,并给出其数值解。对天然气渗流方程和岩土体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程。根据有限元法原理推出其计算方法,并给出耦合求解方法,这对于真实模拟气藏的开发,指导气田生产具有重要的意义。     

油,水二相流固耦合渗流的数学模型

为了正确模拟油藏中流体流动的动态过程，必须考虑由于注水和开采而引起的多相流体的流动、应力状态的变化和储集层变形之间复杂的相互作用。但由于这种问题的控制方程是三维非线性耦合方程，因此，很难模拟这种耦合作用。利用广义的Ｂｉｏｔ理论建立了一个完全耦合的数学模型，它描述可变形油藏中岩石变形和油水流动的这种相互作用。模型中假设岩石骨架具有弹塑性特性，流体是可压缩的。以岩石骨架位移和油水压力为未知变量所建立的控制方程，包括岩石骨架的平衡方程和流体（油、水）的连续性方程。所建立的流固耦合模型在石油工程，特别是在油藏数值模拟中有广泛的应用。参８（陈志宏摘     

储层流固耦合的数学模型及其有限元方程

利用有限元方法,建立了一个描述可变形饱和储层中流体流动的数值模型。该模型由一组完全耦合的控制方程组成,包括岩石骨架的平衡方程和流体在多孔介质中流动的连续性方程,模型中采用了基于Mohr-Coulomb屈服面的弹塑性本构关系。利用有限元方法得到了控制方程中未知的位移和流体压力在几何域上的耦合解。用全隐式数值格式对上述方程在时间域上进行求解,得到了完全耦合的有限元离散方程,并研究了该数值模型的稳定条件。该模型在石油工程中有广泛的应用,为可变形饱和油藏流固耦合渗流的数值模拟奠定了理论基础。     

A Study on the Heat Penetrating Coupling Unsteady State Model of Heavy Oil During Steam Flooding

An unsteady model of temperature field coupled with seepage field during thermal recovery process was derived and the solution method was given. Considering the effects of pressure and temperature during the derivation, the variation laws, with different types of constraints, of temperature and pressure changing with time and space were summarized in the model. The deduced governing equations are applied to oil fields with practical data and the comparison of the results with the numerical results and empirical formula calculation results is basically the same. Examples show that the heat penetrating coupling method can analyze dynamic variation of the formation temperature and pore fluid pressure data near borehole wall quantitatively during thermal production in heavy oil reservoir.     

介质变形对低渗透油藏压裂产能影响有限元模拟

针对介质变形对低渗透油藏压裂产能影响的定量评价问题,建立了介质变形 渗流耦合模型,并应用有限元数值模拟技术对耦合模型进行求解;采用裂缝单元模型处理水力裂缝与储层区域离散的网格尺度协调问题,即将裂缝单元的质量、刚度矩阵变换叠加到储层整体模型矩阵中模拟压裂后的开发动态。模拟分析结果表明,介质变形造成储层渗透率变化是低渗透油藏压裂产能下降的重要因素,随裂缝长度增加和生产压差增大,其影响效应更加显著。     

�������������������������̡��������ѧģ��

综合应用渗流力学、岩石力学、热力学理论，建立起以气体压力、岩石固相质点位移、绝对温度为基本变量的全新的气-固-热耦合数学模型。该模型假设气藏岩石骨架是可变形的，气藏内热量按热力学定律自由传递，模型包括完全耦合的气体渗流方程、温度场方程和岩石变形方程。章所建立的模型实现了气藏中渗流、变形、变温三间真正意义上的耦合，较之已有的气藏渗流模型更能反映气藏实际，是对气藏传统渗流理论和流固耦合力学理论的发展，能广泛应用于气藏工程许多领域。     

基于位移相关法的重复压裂裂缝尖端应力场研究

重复压裂技术是低渗透油田、非常规油气藏增产增效的重要措施,利用再加压打开储层的油气通道,可获取更高的开采量。新裂缝的起裂及延伸规律对重复压裂效果评价至关重要。从力学角度分析,裂缝的起裂及延伸与裂缝尖端应力强度息息相关。在饱和多孔介质固体骨架的平衡方程、流体力学和地质力学控制方程的基础上,考虑初始流体密度和孔隙度、地应力、初始孔隙压力等因素的影响,建立了适用于目标油井的储层流固耦合数学模型。以单元节点位移和单元节点孔隙压力为未知量,对该模型进行时间域有限元离散,导出了储层流固耦合的非线性有限元增量方程。根据求解的位移值、应力和应变,基于有限元软件平台利用位移相关法求解裂缝尖端应力强度因子,进行实例分析,验证了所建模型的有效性。     

The Heat-flux-solid Coupling Model of Heavy Oil During Steam Flooding

A THM governing equation of temperature field coupled with seepage field, and strain field during thermal recovery process was derived and the solution method was given. Considering the effects exerted by pressure, temperature, and rock frame stress during the derivation, the model is applicable for different types of constraints. The deduced governing equations are applied to analyze examples, and the result is basically the same with that of the numerical simulation, which indicates the heat flow penetrating coupling equation is effective to calculate the temperature field model. Examples show that thermal coupling model can be used to quantitatively analyze the dynamic variation of formation temperature, pore fluid pressure, and rock frame stress data near borehole wall during thermal production in heavy oil reservoir.     

裂缝性砂岩油藏流--固耦合数学模型

本文考虑裂缝对砂岩油藏渗透率和岩土变形参数的影响 ,给出考虑裂缝影响下 ,油藏等效渗透率张量和等效岩土变形场参数的计算方法 ,从而建立油藏渗流和变形的等效连续介质模型。通过理论分析 ,给出渗透率与应变之间的耦合关系 ,建立油藏流固耦合的数学模型 ,并给出其计算的方法。对于认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义     

流固耦合油藏数值模拟中物性参数动态模型研究

根据流固耦合的基本思想，将渗流力学与岩土力学相结合，阐述了流固耦合油藏数值模拟的基本原理及其实现过程；将油藏开采过程中的物性参数视为应力与温度的函数，并根据体积应变的概念，导出了流固耦合藏数值模拟求解所需的孔隙度孔隙压缩系数及涌透率等物性参数动态变化的理论计算模型，为实现流固耦合油藏数值提供了有效的途径。