井筒与油藏耦合数值模拟技术现状与发展趋势

从井流量方程、井筒内热多相管流计算、多段井模型和近井区域加密的扩展井模型等4个方面总结了井筒与油藏耦合数值模拟技术的研究进展,指出目前存在的主要问题包括:复杂结构井流量方程中参数取值误差很大,不能提供准确的源汇项;高含水阶段井筒内多相管流非常复杂,常用的计算流体力学模型误差很大;非等温井筒内流固耦合模拟机理认识不清楚,数值计算时间长;模拟多层合采时未考虑纵向非均质性,薄差油层的动用情况与实际不符。提出了基于多相管流计算的多段井模型与油藏耦合的数值模拟技术、扩展井模型与油藏耦合的数值模拟技术、考虑井筒出砂和结蜡等复杂现象的流固耦合数值模拟技术是未来的发展趋势。     

热采井井筒热应力耦合的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS建立了热采井井筒热应力耦合的瞬态分析模型。分析结果表明,注汽初始阶段套管内会产生较大的热应力;由于套管材料的膨胀系数大于水泥环的膨胀系数,在注汽过程中水泥环限制了套管的热膨胀,从而在套管外壁产生较大的热应力;经过几轮蒸汽吞吐,套管上会积累较高的残余应力。该分析为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供可靠的依据。     

TOUGH-FLAC3D热流固耦合模拟煤储层水力压裂过程

以沁水盆地南部安泽区块煤层气储层为例,将TOUGH与FLAC^3D搭接耦合来设计模拟,以实现对煤储层水力压裂热-流-固耦合的分析,进而获得在多场控制下的裂缝扩展与穿层规律。研究结果表明：水力裂缝沿着先存裂缝方向扩展更容易发生于二者以较小逼近角相交时。当逼近角较大时,水力裂缝会沿着最大主应力方向扩展。在垂向平面上,由于煤岩与顶底板岩石力学性质差异显著且煤层微裂隙发育,压力在煤层当中传播速度快于在顶底板中,导致在煤层中靠近顶底板的交界面处,形成两个相对高压区域。同时埋深较深的煤层由于原地应力较大,相比于浅层煤层,更易发生塑性变形。深部煤层由于压裂液滤失系数较小且垂向应力较大造成的流压积累,是顶底板被压穿的主要原因。煤样物理实验和压裂曲线分析的结果验证了此次模拟结论的准确性。     

变形双重介质油藏井筒耦合模型及数值模拟研究

针对双重介质地质特征和油气实际流动过程,同时考虑了双重介质的应力敏感特性以及油藏-井筒耦合流动的影响,将变形双重介质油藏渗流与井筒管流作为整体进行研究,建立了变形双重介质径向油藏与井筒耦合单相流动模型;针对模型方程的强非线性,采用无条件稳定的全隐式方法对模型进行离散,应用Newton迭代方法求解,得到模型数值解;并探讨了依赖产量和形状因子的裂缝压力动态变化规律,给出了压力图版。     

储层随机建模和随机模拟原理

油气储层的机模拟技术是今油藏表征技术的一个重要组成部分。由于它能有效地刻化储层非均质性，定量研究储层评价中的不确定性，从而有力地推动着油藏描述技术向定量化方向发展。本文讨论了随机建模的思想和作用，随机模拟的方法和优点，以及多个变量的联合模拟技术、序贯模拟技术、误差模拟技术等随机模拟技术的基本原理。     

储层缝洞耦合下的井筒压力及气侵模拟研究

岩溶缝洞性储层井筒压力预测难度大,导致在钻井过程中井漏和溢流同存,产生严重的井控风险,影响安全高效钻进。针对大牛地气田下古生界奥陶系马家沟组岩溶缝洞性储层因重力置换导致的溢漏同层问题,本文通过建立和求解井筒与缝洞性储层耦合的气液两相流数学模型,分析了裂缝发育参数(缝宽0.4～2.8 mm,缝高260～370 mm,缝长300～600 mm)对井底气侵和压力的影响。结果表明：气侵速率、溢流量和井底压力与缝高和缝宽正相关,对缝高最敏感、缝宽次之;三者与缝长负相关且受其影响最弱。本研究得到的模型和规律对预测和预防大牛地钻井溢漏和储层伤害问题具有重要参考价值。     

相国寺裂隙气田数值模拟研究

本文根据现代数值模拟技术的发展,提出用数值模拟方法,采用双重孔隙介质模型来研究裂缝性气田,并考虑气体的流动特征,气体的真实性和井壁附近的非达西流动效应等。采取拟合的办法来修改地层参数,进行动态预测,为裂缝性气田提供了实用的设计计算方法。本文以相国寺气田石炭系气藏为例,阐明方法的适用性及可靠性。此外,文中还对提供的方法所得解的收敛性及稳定性作了必要的理论探讨及说明。     

层理性页岩气储层复杂网络裂缝数值模拟研究

在考虑天然裂缝的条件下,为了更好地对层理性页岩气储层的复杂网络裂缝进行数值模拟,采用模拟非连续介质的通用离散元程序（UDEC）,基于渗流-应力耦合数值算法,建立了人工水力裂缝与天然裂缝相互作用的网络裂缝数值计算模型,并利用该模型分析了水力裂缝长度、天然裂缝倾角、内摩擦角及施工净压力对缝网扩展的影响。结果表明:水力裂缝从近井筒处裂缝尖端起裂扩展,并沿着天然裂缝的走向发生剪切破坏,且随水力裂缝长度增长,天然裂缝网络连通面积增大;天然裂缝倾角较大,形成复杂缝或网络缝的概率也相对较大;天然裂缝内摩擦角越小,天然裂缝连通面积越大,越易形成复杂网络裂缝;水平地应力差在一定范围内,净压力系数越大,裂缝的扩展形态越复杂,相邻裂缝的尖端越易连通形成网络裂缝。数值模拟研究结果可为进一步认识远井地带页岩气压裂裂缝扩展机理提供指导。      

裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用

深层高温致密裂缝性碳酸盐岩储层中，酸液在天然裂缝中的动态滤失减弱了酸液对水力裂缝的刻蚀，影响了酸压改造效果。为了提高此类储层酸压设计的准确性及有效性，建立了耦合裂缝扩展与天然裂缝动态滤失的"流场-温度场-化学场"三场耦合前置液酸压模型。以磨溪气田龙王庙组X井为例，采用所建立的酸压模型，基于酸压施工压力数据拟合获取了储层天然裂缝特征参数，分析了天然裂缝动态滤失特征及其对酸压裂缝参数的影响；基于无因次产能指数综合评价了不同施工参数下的酸压改造效果。研究结果表明：①酸液在天然裂缝的动态滤失对缝内流动、温度均存在较大影响，天然裂缝滤失的精确计算是准确模拟预测酸压效果的关键；②裂缝性储层中的酸液滤失量并不随注酸时间的增加而降低，而是随着沟通天然裂缝数量的增加呈现出锯齿状的动态平衡；③在裂缝性致密碳酸盐岩储层中，最优注酸排量随注酸量的增加而提高，天然裂缝滤失是施工参数优化最重要的影响因素；④综合考虑施工条件及经济因素，X井的最优注酸参数中注酸量为500~600 m³、注酸排量为6 m³/min，优化后计算得到的无因次产能指数为拟合所得的2.5倍。     

非均匀应力场作用下水力裂缝扩展特征数值模拟研究

由于各种影响因素的存在,储层中的局部应力场会发生变化,这些变化会使储层中的应力分布不均匀.水力裂缝在延伸过程中极有可能会穿过这些应力分布不均匀的区域,而水力裂缝的扩展形态与其所处的应力状态密不可分.本文以天然裂缝周围应力场分布为例,基于有限元软件ABAQUS建立了非均匀应力场下水力裂缝扩展模型,分析了水力裂缝穿越不同应...     

评价页岩水力压裂效果的一种新方法及其应用

提出了评价页岩水力压力效果的一种新方法——修正的带宽投影连通率计算方法,对带宽投影法计算连通率的方法进行了修正,根据修正后的带宽投影法的原理编写计算机软件,计算页岩压裂效果面缝网体系各方向的连通率,并做出连通率玫瑰花图,计算玫瑰花图占半圆的比例,将此比例作为指标评价压裂效果面的缝网体系。将这一方法应用到重庆焦石坝采集的龙马溪组页岩的室内水力压裂效果评价上,取得了良好的效果。     

裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用

深层高温致密裂缝性碳酸盐岩储层中，酸液在天然裂缝中的动态滤失减弱了酸液对水力裂缝的刻蚀，影响了酸压改造效果。为了提高此类储层酸压设计的准确性及有效性，建立了耦合裂缝扩展与天然裂缝动态滤失的"流场-温度场-化学场"三场耦合前置液酸压模型。以磨溪气田龙王庙组X井为例，采用所建立的酸压模型，基于酸压施工压力数据拟合获取了储层天然裂缝特征参数，分析了天然裂缝动态滤失特征及其对酸压裂缝参数的影响；基于无因次产能指数综合评价了不同施工参数下的酸压改造效果。研究结果表明：①酸液在天然裂缝的动态滤失对缝内流动、温度均存在较大影响，天然裂缝滤失的精确计算是准确模拟预测酸压效果的关键；②裂缝性储层中的酸液滤失量并不随注酸时间的增加而降低，而是随着沟通天然裂缝数量的增加呈现出锯齿状的动态平衡；③在裂缝性致密碳酸盐岩储层中，最优注酸排量随注酸量的增加而提高，天然裂缝滤失是施工参数优化最重要的影响因素；④综合考虑施工条件及经济因素，X井的最优注酸参数中注酸量为500~600 m³、注酸排量为6 m³/min，优化后计算得到的无因次产能指数为拟合所得的2.5倍。     

温度作用影响套管抗挤强度的定量评价方法——以页岩气水平井大型压裂施工为例

目前通常采用大规模水力压裂的方法对页岩气储层进行改造,由于施工排量大、施工时间长,造成井筒温度下降速度快且幅度大,由温度作用而产生的拉应力会降低套管抗挤强度,不利于安全生产。针对页岩气水平井压裂施工工艺及工况条件,建立了水力压裂时的热传导控制方程,并利用有限差分法对其进行求解,分别探讨了不同井口温度下常规水力压裂和大规模水力压裂时井底温度的变化情况;然后再根据API套管挤毁压力计算公式求得了不同钢级套管在不同温度变化时套管抗挤强度的变化值。结果表明:①较之于常规水力压裂,大型水力压裂时,井底温度变化对套管抗挤强度影响较大且对不同钢级的套管抗挤强度的影响程度也有所不同,其中高钢级套管的抗挤强度受影响较小,而低钢级套管抗挤强度受影响则较大;②当在冬季进行施工及水平井垂深更深时,这种由于温度作用造成套管抗挤强度的降低更为明显。结论认为,在对页岩气水平井大规模水力压裂时,必须考虑因为井底温度变化所造成的套管强度降低的问题,并进行合理的套管设计。     

深层页岩气水平井“增净压、促缝网、保充填”压裂改造模式——以四川盆地东南部丁山地区为例

由于埋藏深、地质特征复杂,致使针对中浅层页岩气藏的压裂工艺不能完全满足四川盆地东南部丁山地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组深层页岩气储层改造的需要。为此,将地质与工程研究紧密结合,优选页岩气"地质与工程双甜点"区,开展深层页岩气水平井压裂技术攻关研究,对以往仅适用于中浅层页岩气储层的压裂模式进行改进,并将改进后的压裂模式与工艺应用于丁山地区3口深层页岩气井。研究结果表明:①该区西北部深层页岩气储层具备地质、工程"双甜点"特性,天然裂缝、层理缝发育为压裂后复杂缝网的形成创造了有利条件;②基于"双甜点"区域,研究形成了"前置酸+胶液+滑溜水+胶液"混合压裂模式,采用高黏滑溜水以提高液体携砂能力及造缝效果、"控近扩远"压裂工艺以提高远井地带有效改造体积、超高压装置以提高施工排量和缝内净压力;③3口深层页岩气井经过储层改造后,增产效果显著,测试页岩气产量介于10.50×10~4～20.56×10~4 m~3/d。结论认为,改进后的压裂模式与工艺可以为该区深层页岩气储层改造提供技术途径,为深层页岩气勘探开发取得突破提供支持。