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《大庆石油学院》 2004年
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有限元法在油藏渗流中的理论和应用

刘振宇  
【摘要】: 目前用于研究油藏渗流问题的数值解法主要是有限差分法,而有限元法作为一种有效的数值解法与有限差分法相比具有诸多的优点,但是,在油藏渗流问题方面的研究目前还不深入。本文对有限元法求解油藏渗流问题的一些基础性和关键性的问题进行了深入研究,为有限元法用于研究复杂的油藏渗流问题打下基础。具体开展了以下方面的研究: 1.在理论上系统地建立了油藏渗流问题的有限元方程,包括:单相液体渗流、油—水两相液体渗流、油—气—水三相流体渗流问题,有限单元类型包括3结点三角形、4结点任意四边形、8结点任意六面体,采用等参元对渗流方程在空间上离散,采用向后差分在时间上离散,线性方程组的求解采用变带宽高斯消去法,该方法充分利用刚度矩阵呈条带状和其对称性,将刚度矩阵中的非零元素用一维数组存储,大大减少了所需存储空间; 2.对单相液体的不稳定流问题,将有限元解与解析解进行了认真的对比分析,包括:平面单向流、平面径向流以及三维条件下的渗流,对比了地层中不同位置处的压力情况,对比采用有因次量和无因次量两种形式,结果表明:有限元法的解与解析解相比足够地精确,这一方面说明本文所建立的方法和计算程序是正确的,同时亦说明有限元法求解油藏渗流问题是准确、可靠的: 3.对有限元分析中的重要影响因素,如时间步长、网格尺寸及网格比例进行了深入的研究和分析,结果表明:在应用有限元法求解渗流问题时,它们是相互关联的,本文在对比分析的基础上得到了它们的关系式,为有效地进行有限元分析提供了理论依据; 4.对油井井底处的压力梯度进行了合理的计算,给出了井底压力梯度的校正公式,由此可以准确地计算油井的产量,这是油藏模拟计算中十分重要的一点: 5.对三个实际问题进行了模拟计算,第一,模拟计算了人工压裂井的生产动态,对人工裂缝进行了深入细致的刻划,用于描述人工裂缝的网格宽度最小达到0.5m,假设裂缝的几何形状为矩形或楔形,裂缝导流能力随距离和时间是变化的,或只随距离变化(分三种规律),或只随时间变化(也分三种规律),或同时随距离和时间变化(以上两种情况的迭加),裂缝的方位可以任意变化,在以上条件下模拟计算了油井的生产动态,分析对比了不同假设条件对油井生产动态的影响,结果表明:对裂缝几何形状以及裂缝内部渗流规律作不同的假设,油井的生产动态有所不同,另外,还研究了裂缝长度、裂缝宽度以及地层各向异性对油井产量的影响,给出了综合以上因素对油井动态特性的影响情况,本文认为,对人工压裂井的动态模拟在以下假设条件下进行,条件更加接近实际,结果更为合理:①人工裂缝的几何形状为楔形;②裂缝导流能力同时随距离和时间变化;③地层为各向异性;④人工裂缝有一定方位角; 第二,研究了5点法井网中一个井组的生产动态,结果表明:本文的模拟计算方法不仅可以正确地模拟单井的动态情况,而且可以有效地模拟井组的动态情况,进一步可模拟区块的生产动态情况; 第三,研究了混合油藏边界渗流场的压力分布,结果表明:有限元法处理复杂的混合油藏边界问题是十分方便和有效的,这为研究复杂油藏的渗流问题提供了有力的手段; 6.利用Fortran 90编制了一个数值模拟器,该模拟器采用高度结构化和模块化的设计思想和方法,结构严谨,计算效率高,便于维护和扩充。
【学位授予单位】:大庆石油学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TE311

【引证文献】
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1 夏国朝;枣园复杂断块低流度油藏特征及稳产措施研究[D];中国地质大学(北京);2010年
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1 叶萃翠;基于有限元理论的三维两相油藏数值模拟方法[D];东北石油大学;2011年
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4 李鹏;基于有限元方法的压裂水平井数值模拟研究[D];大庆石油学院;2010年
5 刘飞;高密度电阻率法正反演数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2012年
6 李岩;低渗透油藏水平井压裂开发数值模拟研究[D];东北石油大学;2012年
7 张儒;水驱与聚驱渗流规律变化特征分析[D];东北石油大学;2013年
【参考文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 孙树立;陈璞;;求解多右端向量方程组的块共轭梯度法及其相关研究进展[A];计算爆炸力学进展[C];2006年
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10 杨耀忠;戴涛;;黑油模型集群并行效率优化技术研究[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
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1 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨宝宽;正畸三维测力装置的设计与牙周应力分析系统的建立[D];南京医科大学;2009年
2 李义贤;考虑温度作用下煤层气—水两相流运移规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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10 陆小芳;多频段小型化内置天线的研究[D];东华大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 刘振宇;翟云芳;方亮;;油藏数值模拟的有限元模型[A];第十六届全国水动力学研讨会文集[C];2002年
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1 叶萃翠;基于有限元理论的三维两相油藏数值模拟方法[D];东北石油大学;2011年
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8 郑宪宝;人工裂缝井生产动态模拟研究[D];大庆石油学院;2006年
9 覃生高;微生物驱油数值模拟研究与应用[D];大庆石油学院;2006年
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【二级引证文献】
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2 叶萃翠;基于有限元理论的三维两相油藏数值模拟方法[D];东北石油大学;2011年
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【二级参考文献】
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5 黄小兰;刘建军;杨春和;何翔;;考虑泥岩软化特性的油藏渗流场与地应力场耦合分析[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(一)[C];2007年
6 刘性全;徐海;毕传萍;刘绍轩;;应用流固耦合理论研究套损机理[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(一)[C];2007年
7 李顺初;郑鹏社;;油藏低速非达西渗流的启动压力梯度的新解释法[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
8 熊伟;苗盛;胡志明;高树生;刘莉;;长庆低渗透油藏微观孔隙结构[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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6 冯异勇;石蜡沉积及清除数值模拟研究[D];西南石油学院;2002年
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1 郭希秀;水平井变质量流与油藏渗流耦合研究[D];中国石油大学;2008年
2 简洁;生物化学处理改善油藏渗流特性研究[D];长江大学;2012年
3 曹飞;复杂流动条件下油井流入动态特性研究[D];中国石油大学;2009年
4 赵燕;复杂多分支水平井产能预测[D];中国石油大学;2009年
5 张玉哲;射孔水平井产能模型及分段射孔优化设计[D];中国石油大学;2007年
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7 梁冠民;水平井筒段长度优化设计[D];中国石油大学;2008年
8 张晓黎;低渗透油藏水平井开发渗流规律研究[D];中国石油大学;2009年
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10 刘艳霞;低渗油藏渗流模型求解方法研究及其应用[D];中国石油大学;2009年
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