渗流力学及其在油气工程中的应用

null渗流力学及其在油气工程中的应用 渗流力学及其在油气工程中的应用 刘曰武 中国科学院力学研究所渗流力学及其在油气工程中的应用 渗流力学及其在油气工程中的应用 主要内容 第一部分 渗流力学的基本理论 第二部分 石油天然气工程中的应用 第三部分 与体会 第一部分 渗流力学基本理论第一部分 渗流力学基本理论一、渗流力学的基本概念 二、渗流力学的研究内容 三、研究方法和手段 四、研究成果的表现方式§1、渗流力学的基本概念§1、渗流力学的基本概念1、渗流力学与流体力学 2、多孔介质及其分类 3、多孔介质的特征描述 4、流动模式及其特征§1-1、渗流力学与流体力学§1-1、渗流力学与流体力学1、渗流力学是流体力学的一个分支 2、渗流力学又是一个交叉学科 3、渗流力学的分类 4、如何将流体力学应用于渗流力学§1-1、渗流力学与流体力学§1-1、渗流力学与流体力学1、渗流力学是流体力学的一个分支 （1）基本理论 （2）研究方法 2、渗流力学又是一个交叉学科 （1）岩石力学、土力学、水力学 （2）多孔介质理论、表面物理 （3）热力学 （4）物理化学§1-1、渗流力学与流体力学§1-1、渗流力学与流体力学3、渗流力学的分类 （1）地下渗流力学 （2）工程渗流力学 （3）生物渗流力学§1-1、渗流力学与流体力学§1-1、渗流力学与流体力学4、如何将流体力学应用于渗流力学 （1）连续介质假设 （2）基本规律应用 质量守恒、动量守恒、能量守恒§1-2、 渗流力学的研究内容§1-2、 渗流力学的研究内容渗流力学是研究流体在连通多孔介质中流动的科学。其研究核心要素有三个方面：多孔介质、流体和流体的流动方式。 1、多孔介质特征对流动的影响 2、流体性质对流动的影响 3、流动方式对流动的影响 §1-2-1、多孔介质特征对流动的影响§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响1、多孔介质§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响2、多孔介质的特征： （1）微观特征： 孔喉大小、迂曲度、孔隙分布、比表面、 润湿性 （2）唯象属性特征： 孔隙度、渗透率（绝对渗透率、相对渗透率、相渗透率） （3）空间特征： 厚度、边界形状、边界性质§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响3、多孔介质特征描述（唯象） §1-2-1、多孔介质特征对流动的影响§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响4、不同多孔介质的渗流控制方程1、单一介质地层渗流控制方程：2、双重介质地层渗流控制方程：3、三重介质地层渗流控制方程：§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响1、多孔介质的特征： （1）微观特征： 孔喉大小、迂曲度、孔隙分布、比表面 （2）唯象属性特征： 孔隙度、渗透率（绝对渗透率、相对渗透率、相渗透率） （3）空间特征： 厚度、边界形状、边界性质§1-2-2、流体性质对流动的影响§1-2-2、流体性质对流动的影响1、流体分类 牛顿流体 非牛顿流体 单相流体 多相流体 渗流通常的流体： 油、气、水、注入剂 §1-2-2、流体性质对流动的影响§1-2-2、流体性质对流动的影响2、流体方程 牛顿流体 Darcy公式： 流动控制方程： 非牛顿流体 Blake-Gozeny公式： 流动控制方程：§1-2-3、流动方式对流动的影响§1-2-3、流动方式对流动的影响1、流动方式（1）线性流方式（2）双线性流方式（3）径向流方式（4）球形流方式§1-2-3、流动方式对流动的影响§1-2-3、流动方式对流动的影响2、不同流动方式的渗流方程1、线性流方式 2、径向流方式 3、球形流方式 §1-3 、研究方法和手段§1-3 、研究方法和手段1、微观渗流力学的研究方法 2、实验渗流力学的研究方法 3、渗流力学的理论分析方法 4、渗流力学的数值计算方法§1-3-1 、微观渗流力学的研究方法§1-3-1 、微观渗流力学的研究方法1、微观渗流实验§1-3-1 、微观渗流力学的研究方法§1-3-1 、微观渗流力学的研究方法2、微观渗流计算（网络模型、LB模型）（1）真实岩心磨片（2）数值化岩心（3）低渗启动压力（4）气体滑脱效应模拟 §1-3-2 、实验渗流力学的研究方法§1-3-2 、实验渗流力学的研究方法1、小直径岩样驱替实验 2、宏观全岩心驱替实验 3、核磁共振渗流实验 4、现场原位实验§1-3-3 、渗流力学的理论分析方法§1-3-3 、渗流力学的理论分析方法主要方法： 1、分离变量法 2、富氏变换方法 3、拉氏变换方法 4、梅林变换方法 5、汉克尔变换方法 6、格林函数法等等一、通过数理统计方法进行数据分析 二、对简单规则模型利用数理方程方法进行分析计算§1-3-4 、渗流力学的数值计算方法§1-3-4 、渗流力学的数值计算方法常用的数值计算方法 1、差分方法 2、有限元方法 3、边界元方法 4、流线法 5、无网格方法等数值方法的必要性： （1）渗流方程的复杂性 （2）实际问题边界条件的复杂性§1-4 、研究成果的表现方式§1-4 、研究成果的表现方式1、简单曲线表示方法 2、渗流场的描述方法§1-4-1 、简单曲线表示方法§1-4-1 、简单曲线表示方法对于参数敏感性分析、简单变量对应关系一般采用简单曲线进行描述§1-4-2 、渗流场的描述方法§1-4-2 、渗流场的描述方法§1-4-3 、渗流力学可视化结果§1-4-3 、渗流力学可视化结果第二部分 石油天然气工程中的应用第二部分 石油天然气工程中的应用一、确定油田边界 二、确定地层性质及能量变化 三、确定油田开发工作 四、确定油气田的合理开发方式§2-1、确定油气藏边界及储量§2-1、确定油气藏边界及储量1、单一边界距离及性质的判断 2、单井控制范围及控制储量计算 3、夹角边界距离及性质判定 4、多线性组合边界形状及边界性质判断§2-1-1、单一边界距离及性质的判断§2-1-1、单一边界距离及性质的判断（胜利油田实例）§2-1-2、单井控制范围及控制储量计算§2-1-2、单井控制范围及控制储量计算1、油藏无限/有限的概念 无限是相对的 有限是绝对的 2、容积法计算储量的思想 在一定的空间内，在压力和温度一定的条件下，流体所占的体积是恒定的。孔隙度是可以测量的。地层的边界或探测范围是确定的。（新疆油田实例，碳酸盐岩地层）§2-1-3、夹角边界距离及性质判定§2-1-3、夹角边界距离及性质判定（华北油田实例）1、夹角边界油藏的形成 2、夹角边界的特征曲线§2-1-4、多线性组合边界形状及边界性质§2-1-4、多线性组合边界形状及边界性质1、多条边界成因 2、一般划分的限制 3、混合性质边界的曲线特征§2-2、确定地层性质及能量变化§2-2、确定地层性质及能量变化1、确定地层的渗透率 2、确定地层压力变化 3、确定油田开发过程中地层性质的变化 4、确定酸化压裂措施对地层性质的改造 程度§2-2-1、确定地层的渗透率§2-2-1、确定地层的渗透率实验渗透率、测井渗透率、动态渗透率 相渗透率、绝对渗透率、相对渗透率§2-2-2、确定地层压力变化§2-2-2、确定地层压力变化原始地层压力、平均地层压力§2-2-3、确定开发过程中地层性质的变化§2-2-3、确定开发过程中地层性质的变化1、确定地层的渗透率的变化 2、确定地层孔隙度的变化 3、确定开发过程中高渗条带的形成§2-2-4、确定措施对地层性质的影响§2-2-4、确定措施对地层性质的影响1、酸化措施的影响 2、压裂对地层性质的影响 §2-3、确定油田开发工作制度§2-3、确定油田开发工作制度1、凝析气藏开发压力 2、底水油藏生产压差 §2-3-1、凝析气藏开发压力§2-3-1、凝析气藏开发压力1、凝析气藏开发的主要问题凝析油的产生1、地层温度、压力 2、生产井的井底温度、 井底压力 3、凝析气的组分 4、凝析气的相图 5、凝析气藏的开发历程§2-3-1、凝析气藏开发压力§2-3-1、凝析气藏开发压力2、判断凝析气藏中凝析油的产生的方法§2-3-2、底水油藏生产压差§2-3-2、底水油藏生产压差1、底水油藏开发存在的问题及解决方法§2-3-2、底水油藏生产压差§2-3-2、底水油藏生产压差2、底水油藏开发时水锥的控制问题研究§2-4、确定油气田的合理开发方式§2-4、确定油气田的合理开发方式1、凝析气藏的注气开发 2、三次采油的聚合物开采 3、底水油藏的梯级筛管水平井开发 4、含水气井生产压差确定 §2-4-1、凝析气藏的注气开发§2-4-1、凝析气藏的注气开发1、凝析气藏开发存在的问题 2、解决方法：注气开发 3、判断：有无凝析油产生§2-4-2、三次采油的聚合物开采§2-4-2、三次采油的聚合物开采三次采油的聚合物开采的优势？ 注入井 、生产井存在差别§2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发§2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发底水油藏水平井开发存在的问题§2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发§2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发1、梯级筛管的基本思想§2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发§2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发2、梯级筛管水平井的流动计算§2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发§2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发3、梯级筛管水平井的实际应用效果§2-4-4、含水气井生产压差确定§2-4-4、含水气井生产压差确定1、凝析气藏的注气开发 2、三次采油的聚合物开采 3、底水油藏的梯级筛管水平井开发 4、含水气井生产压差确定 第三部分 总结与体会第三部分 总结与体会一、渗流力学发展趋势 二、油气工程发展需求 三、如何将理论与实践相结合§3-1、渗流力学发展趋势§3-1、渗流力学发展趋势1、微观渗流理论的发展 基础理论研究，尤其生物、微机械、物理化学渗流等 2、非线性渗流理论的发展 各种因素影响导致的： 介质：低渗透介质、变形介质、非均匀介质等 流体：多相流体、多组分流体、非牛顿流体、流体相变等 流动方式: 水平井、分支井、压裂水平井等 3、热流耦合渗流理论 4、流固耦合渗流理论 5、传质与渗流耦合 深层冶金矿物开采、核污染、土壤盐渍等§3-2、油气工程发展需求§3-2、油气工程发展需求1、复杂油气藏开发 特低渗透、超低渗透地层，凝析气藏，底水油藏，压敏地层 煤层气藏，孔缝洞类碳酸盐岩地层等 2、复杂井深结构 水平井、定向井、丛式井、分支井等 3、先进的三次采油技术 聚合物驱、复合驱、蒸气驱、微生物驱等 4、合理优化开采油气藏 低成本高时效开发油气田各项渗流关键技术§3-3、如何将理论与实践相结合§3-3、如何将理论与实践相结合1、掌握渗流力学基本理论 2、了解油气田开发的地质特征和开发技术 3、将实际工程问题合理的抽象概化，并建立理论模型 4、与实际工程相结合，检验渗流理论的正确性，并在工程应用中进一步深化研究。null谢谢光临！ 欢迎提出宝贵意见！