水平井井筒—油藏耦合問題的理論與試驗研究.pdf

1、水平井技術是一項高效的油田開發(fā)、挖潛、提高采收率技術，近年來在油氣勘探與開發(fā)中得到了廣泛的應用。水平井注采過程中，井筒與油藏互為邊界條件，相互影響，相互制約，構成了一個復雜的井筒-油藏耦合動力學系統(tǒng)。開展水平井井筒-油藏耦合問題的理論及試驗研究，對于認清井筒、油藏耦合機制，預測注采動態(tài)，優(yōu)化注采方案，提高水平井開發(fā)效果具有十分重要的意義。本文重點開展了以下幾方面工作:
　　1、從井筒、油藏流動特征及耦合機理出發(fā)，基于固體力學、流體

2、力學、滲流力學、傳熱學等相關理論，采用連續(xù)介質力學方法建立了一個綜合的水平井井筒-油藏耦合數(shù)學模型。其中，井筒自由流采用Navier-Stokes(NS)方程描述，油藏多孔介質滲流采用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，還考慮了流場與溫度場以及巖體變形場之間的耦合，為水平井井筒-油藏系統(tǒng)動態(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滲流之間的近井

3、過渡流，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程的準確描述以及耦合機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方程采用標準Galerkin有限元離散，三類方程同時聯(lián)立求解。在前人研究的基礎上，考慮井筒在不同流動形態(tài)下徑向流入/流出對其沿程壓力損失的影響，提出了改進的等效滲流模型及方法，為油田級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、在改進等效滲流法基礎上，針對熱-流-變形耦合條件下的水平井井筒-油藏雙重耦合問題，提出了基于Galerkin有限元空間離散技術和二階向后差分時間離散技術的迭代求解方案。熱對流擴散方程采用穩(wěn)定化人工粘性方法求解，避免了對流占優(yōu)條件下標準Galerkin有限元法的偽數(shù)值震蕩問題。定量分析了水平井注汽和采油過程中井筒-油藏系統(tǒng)的溫度、壓力、應力、孔滲特性時空變化規(guī)律和動態(tài)耦合關系。
　　4、基于源函數(shù)思想和

5、勢的疊加原理，建立了滲流-變形弱耦合條件下均質各向同性油藏水平井井筒-油藏耦合問題的半解析方法，并通過坐標變換和非均質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、各向異性油藏，為水平井注采動態(tài)的快速預測提供了有效的途徑。定量分析了井斜角、滲透率非均質性和各向異性對水平井流入動態(tài)及流量/壓力剖面的影響。
　　5、基于勢的疊加原理，將定量表征孔眼匯聚流及近井地層損害的經驗表皮系數(shù)法與源函數(shù)法相結合，實現(xiàn)了射孔水平井井筒-油藏

6、耦合問題的半解析求解。在此基礎上，提出了通過變孔深、變孔密射孔調整非均質油藏水平井產液剖面的新方法，為水平井射孔方案設計提供了理論依據(jù)。定量分析了套管尺寸和近井非均質性對水平井變參數(shù)射孔的影響。
　　6、基于流動相似理論，開展了射孔水平井井筒-油藏耦合的地面小比例模型試驗。通過不同射孔方案下射孔井段的流量數(shù)據(jù)對比，驗證了水平井變參數(shù)射孔方法的調剖效果，并提出了相關應用建議。在此基礎上，采用Visual Basic編程語言開發(fā)了配套