水平井井筒—油藏耦合問(wèn)題的理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、水平井技術(shù)是一項(xiàng)高效的油田開(kāi)發(fā)、挖潛、提高采收率技術(shù)，近年來(lái)在油氣勘探與開(kāi)發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。水平井注采過(guò)程中，井筒與油藏互為邊界條件，相互影響，相互制約，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的井筒-油藏耦合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。開(kāi)展水平井井筒-油藏耦合問(wèn)題的理論及試驗(yàn)研究，對(duì)于認(rèn)清井筒、油藏耦合機(jī)制，預(yù)測(cè)注采動(dòng)態(tài)，優(yōu)化注采方案，提高水平井開(kāi)發(fā)效果具有十分重要的意義。本文重點(diǎn)開(kāi)展了以下幾方面工作:
　　1、從井筒、油藏流動(dòng)特征及耦合機(jī)理出發(fā)，基于固體力學(xué)、流體

2、力學(xué)、滲流力學(xué)、傳熱學(xué)等相關(guān)理論，采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法建立了一個(gè)綜合的水平井井筒-油藏耦合數(shù)學(xué)模型。其中，井筒自由流采用Navier-Stokes(NS)方程描述，油藏多孔介質(zhì)滲流采用Darcy定律(DL)描述。該模型在考慮井筒管流與油藏滲流耦合的同時(shí)，還考慮了流場(chǎng)與溫度場(chǎng)以及巖體變形場(chǎng)之間的耦合，為水平井井筒-油藏系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究提供了理論依據(jù)。
　　2、利用Brinkman(BR)方程描述井筒自由流與油藏多孔介質(zhì)滲流之間的近井

3、過(guò)渡流，建立了基于NS-BR-DL耦合的井筒管流與油藏滲流耦合方法，為井筒管流與油藏滲流耦合過(guò)程的準(zhǔn)確描述以及耦合機(jī)制的深入研究提供了新的途徑。其中，NS方程和BR方程采用穩(wěn)定化Galerkin最小二乘有限元離散，DL方程采用標(biāo)準(zhǔn)Galerkin有限元離散，三類(lèi)方程同時(shí)聯(lián)立求解。在前人研究的基礎(chǔ)上，考慮井筒在不同流動(dòng)形態(tài)下徑向流入/流出對(duì)其沿程壓力損失的影響，提出了改進(jìn)的等效滲流模型及方法，為油田級(jí)大尺度井筒管流與油藏滲流耦合數(shù)值模擬提

4、供了有效途徑。
　　3、在改進(jìn)等效滲流法基礎(chǔ)上，針對(duì)熱-流-變形耦合條件下的水平井井筒-油藏雙重耦合問(wèn)題，提出了基于Galerkin有限元空間離散技術(shù)和二階向后差分時(shí)間離散技術(shù)的迭代求解方案。熱對(duì)流擴(kuò)散方程采用穩(wěn)定化人工粘性方法求解，避免了對(duì)流占優(yōu)條件下標(biāo)準(zhǔn)Galerkin有限元法的偽數(shù)值震蕩問(wèn)題。定量分析了水平井注汽和采油過(guò)程中井筒-油藏系統(tǒng)的溫度、壓力、應(yīng)力、孔滲特性時(shí)空變化規(guī)律和動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系。
　　4、基于源函數(shù)思想和

5、勢(shì)的疊加原理，建立了滲流-變形弱耦合條件下均質(zhì)各向同性油藏水平井井筒-油藏耦合問(wèn)題的半解析方法，并通過(guò)坐標(biāo)變換和非均質(zhì)性定量表征等一系列手段將該方法推廣到大斜度井和非均質(zhì)、各向異性油藏，為水平井注采動(dòng)態(tài)的快速預(yù)測(cè)提供了有效的途徑。定量分析了井斜角、滲透率非均質(zhì)性和各向異性對(duì)水平井流入動(dòng)態(tài)及流量/壓力剖面的影響。
　　5、基于勢(shì)的疊加原理，將定量表征孔眼匯聚流及近井地層損害的經(jīng)驗(yàn)表皮系數(shù)法與源函數(shù)法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了射孔水平井井筒-油藏

6、耦合問(wèn)題的半解析求解。在此基礎(chǔ)上，提出了通過(guò)變孔深、變孔密射孔調(diào)整非均質(zhì)油藏水平井產(chǎn)液剖面的新方法，為水平井射孔方案設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。定量分析了套管尺寸和近井非均質(zhì)性對(duì)水平井變參數(shù)射孔的影響。
　　6、基于流動(dòng)相似理論，開(kāi)展了射孔水平井井筒-油藏耦合的地面小比例模型試驗(yàn)。通過(guò)不同射孔方案下射孔井段的流量數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了水平井變參數(shù)射孔方法的調(diào)剖效果，并提出了相關(guān)應(yīng)用建議。在此基礎(chǔ)上，采用Visual Basic編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了配套