近年來，隨著石油工業(yè)的發(fā)展以及解決復(fù)雜石油工程問題的需要，流固耦合研究在石油鉆井、開采、開發(fā)領(lǐng)域顯得越來越重要，并已受到人們的高度重視。為了正確預(yù)測油氣田開采過程，準確模擬油藏中的流體流動過程，揭示流體的分布規(guī)律，必須考慮由于注水和開采所引起的多相流體的滲流、應(yīng)力狀態(tài)的變化和儲層變形之間的耦合作用。 本文在前人大量的實驗和理論研究成果的基礎(chǔ)上，在低滲透儲層流固耦合理論方面完成了以下研究工作： 1、根據(jù)流固耦合滲流理論的基本思想，建立流固耦合滲流運動方程。在此基礎(chǔ)上，將地質(zhì)力學(xué)、滲流力學(xué)、巖土力學(xué)相結(jié)合，根據(jù)質(zhì)量守恒原理，考慮低滲透油藏滲流時啟動壓力梯度和滲流特征，建立可變形低滲透多孔介質(zhì)中流固耦合多相多組份滲流的數(shù)學(xué)模型，它包括流固耦合滲流的基本微分方程及其求解所需要的輔助方程。對流固耦合多相多組分滲流數(shù)學(xué)模型進行簡化，即可得到低滲透儲層流固耦合黑油模型和油水兩相滲流的數(shù)學(xué)模型。 2、在油藏巖土應(yīng)力和應(yīng)變分析基礎(chǔ)上，結(jié)合有效應(yīng)力原理和巖石骨架本構(gòu)關(guān)系，建立了低滲透儲層巖層骨架的數(shù)學(xué)模型，包括孔隙度方程、平衡方程、幾何方程、巖石骨架本構(gòu)關(guān)系等。固相平衡方程和流體黑油模型組成了多相(油、氣、水)液體滲流的流固耦合模型，它們之間互含耦合項，互不獨立，是一組完全耦合的偏微分方程，必須進行耦合求解。 3、針對低滲透儲層在變應(yīng)力下的彈塑性變形特征，建立了彈性儲層和彈塑性儲層的本構(gòu)模型，并給出了相應(yīng)的矩陣描述和矩陣表達式。 4、結(jié)合低滲透油藏的具體特征，給出了毛管壓力和相對滲透率的計算模型�？偨Y(jié)物性參數(shù)動態(tài)模型已有的研究成果，研究了低滲透儲層滲流場和應(yīng)力場之間的耦合關(guān)系，給出低滲透油藏流固耦合數(shù)值模擬求解所需的孔隙度、滲透率等物性參數(shù)動態(tài)變化的理論計算模型。并給出了計算啟動壓力梯度的動態(tài)模型。 5、系統(tǒng)的研究了低滲透儲層流固耦合數(shù)學(xué)模型的迭代耦合、解耦耦合和全耦合數(shù)值求解技術(shù)。 迭代耦合的數(shù)值求解方法是：采用顯式交替求解方式，即巖土變形數(shù)學(xué)模型滯后于滲流數(shù)學(xué)模型一個時間步。流體滲流數(shù)學(xué)模型采用塊中心有限差分方法求解，其中油水兩相流體滲流方程采用IMPES方法處理，即隱式求解油藏壓力顯式求解流體飽和度，油氣水三相滲流方程采用SEQ順序求解方法處理，并對流體和井參數(shù)處理進行了分析，采用正交極小化方法求解方程組；而巖土變形數(shù)學(xué)模型則采用有限元法求解，根據(jù)有限元基本原理，在建立位移函數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合有效應(yīng)力原理、虛位移原理和虛功等效原理，建立了單元平衡方程。并給出單元剛度矩陣以及自重載荷、孔隙流體壓力載荷、面力載荷和初應(yīng)力載荷的等效結(jié)點力的計算方法，在此基礎(chǔ)上，建立總體平衡方程，采用增量初應(yīng)力法求解單元平衡方程。由物性參數(shù)動態(tài)模型進行滲流場和變形場之間參數(shù)的相互修正。 根據(jù)GALERKIN有限元法基本原理，建立了巖層骨架控制方程、壓力方程、飽和度方程的GALERKIN有限元空間離散方程，利用全隱式格式對上述方程進行時間域的差分離散，建立了解耦耦合的數(shù)值求解模型。采用順序求解方法，即先由固相方程求得固體變形，然后由壓力方程求得壓力分布，再順次求得飽和度分布。 以孔隙流體壓力和巖石的結(jié)點位移作為基本未知量，推導(dǎo)出了可變形低滲透儲層多相流體滲流和巖石變形之間耦合的有限元數(shù)值模型，利用GALERKIN有限元法得到了三相流體滲流的控制方程在 摘要 幾何域上的離散方程，利用差分法得到了時間域上的離散方程，建立了全藕合數(shù)值求解模型。 6、將有限差分法和有限元法結(jié)合起來，根據(jù)迭代禍合數(shù)值求解方法，進行了計算機程序設(shè)計。 7、利用所編制的程序，對低滲透儲層流固禍合滲流理論進行了應(yīng)用示例模擬研究。 本文建立的流固禍合模型、理論研究方法以及開發(fā)的數(shù)值模擬軟件，可用于分析低滲透油藏地應(yīng) 力、巖石應(yīng)變、孔隙度、滲透率、油藏壓力等隨時間和空間的變化規(guī)律，以及對油藏的滲流和開采動 態(tài)的影響，對于真實模擬低滲透油藏的開發(fā)，指導(dǎo)低滲透油藏生產(chǎn)具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2003
【中圖分類】：TE311

【引證文獻】

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本文編號：2814921