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《中国地质大学》 2014年
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缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟研究与应用

康志江  
【摘要】:随着计算机软硬件技术的飞速发展,近十年来油藏数值模拟技术已变成了油气田开发不可缺少的油藏工程研究与油藏评价手段,通过此项技术可以更好地模拟油藏中复杂的流体流动机理、剩余油的分布特征、开发方案预测,这项技术已在油气田开发发挥了重要作用。缝洞型碳酸盐岩油藏储层空间由大型溶洞(0.5m-5m)、裂缝、溶孔组成,类型多样性、尺度差异大、流动形式复杂。在流动计算中,大型溶洞为洞穴流、溶蚀孔洞流动为达西渗流、裂缝流动为二维非达西高速渗流,这种“复杂介质”的数值模拟计算问题,国内外没有报道。面临主要问题:(1)现有油藏数值模拟技术均以多孔连续介质理论为基础,以达西方程、连续性方程为核心,针对缝洞复杂介质油藏需要建立新的流体流动数学模型;(2)渗流是在固体骨架内的流动,洞穴流是在空腔内的流动,两种流动的界面耦合方程建立及求解难度大(3)油藏模拟为多相流计算,洞穴内与渗流区的油水之问作用与影响差异大,模拟难度大;(4)洞穴流速度与压力非显式关系,需要同时解压力以及3个方向的速度,数值求解难度陡增。研究思路:在缝洞型油藏介质描述与数学抽象的基础上,建立适合缝洞型油藏的流体流动数学模型,基于洞穴流与渗流力学耦合方法,形成大型溶洞中的洞穴流、孔洞中的渗流以及界面流等复杂流动方程组。同时,考虑计算机速度与资源的限制,基于多重介质渗流理论,建立油藏尺度下的数值模拟方法:大型洞穴和裂缝单独处理,孔洞、网状缝的达西渗流或高速非达西渗流计算,这样减小了计算量,保证了计算精度。最后,编写数值模拟器程序,塔河油田目标区应用。取得主要研究成果: (1)建立了缝洞型碳酸盐岩油藏耦合数值模拟方法,分析了缝洞储集体表征单元体特征,提出了离散介质与连续介质耦合模拟的方案,建立了耦合型数学模型的,解决了洞穴流与渗流界面耦合、洞穴内两相流界面追踪等关键问题。通过边界解耦与联立求解的算法,形成了耦合型缝洞数值模拟方法。(2)发展了多重介质数值模拟理论,建立了洞穴流与多重介质复杂流的数值计算方法,有效解决了大规模油藏尺度的数值模拟问题,采用全隐式牛顿迭代法或自适应隐式方法(Adaptive Implicit Method,简称AIM)求解离散后的非线性代数方程。形成了基于多重介质的缝洞油藏等效数值模拟方法。(3)形成了等效多重介质油藏数值模拟模拟器(KarstSim计算机软件),可进行三维复杂介质多相流动问题的数值模拟,实现了多重介质多相流动达西流的数值计算方法、多重介质多相流体非达西高速流动的数值计算方法、洞穴多相流等效计算方法。能够模拟复杂介质包括:大型洞穴、可作为连续介质等效处理的孔洞、溶孔、基质、大型裂缝、网状裂缝、微裂缝;复杂流动类型包括:达西流、低速非达西流(稠油)、高速非达西流、管流、裂缝流。(4)结合油田生产实际,提出了多井缝洞单元注水开发模式。采用复杂介质数值模拟技术,研究了油藏注水开发规律,提出了油藏不同时间不同层位注水开发方式:①早期注水土要是补充地层能量和注水驱油,在注水达到原始地层压力时,根据受效油井的含水率上升规律,确定增大波及面积、防止注入水窜进的注水方式。②针对不同层位及缝洞组合模式,确定在裂缝处注在溶洞处采,在溶洞的高部注水在溶洞低部采油;③在注水开发中,根据示踪剂测试结果,了解井间连通程度,掌握水流大小及方向,确定注采参数值在注水开发中,根据示踪剂测试结果,了解井间连通程度,掌握水流大小及方向,确定注采参数值,达到增加注水波及面积的目的。塔河S48缝洞单元注水调整后,累积增油量为31.8× 104t。开发模式已在塔河油田大规模推广应用,有效地指导了塔河油田注水开发。主要创新点:(1)针对缝洞型油藏储集体类型多样、流动形式复杂的特征,建立了复杂介质渗流(达西流、高速非达西流)与洞穴流的多相流体流动耦合数学模型。(2)形成了耦合型数值模拟技术。建立了洞穴内两相流界面数值计算方法和洞孔介质间耦合数值计算方法,编写了计算机程序。(3)形成了等效多重介质油藏数值模拟技术。在多重介质理论基础之上,形成了具有洞穴流的多重介质数值计算方法,编写了计算机程序。(4)提出了多井缝洞单元“时空差异性”注水开发模式,已在塔河油田大规模推广应用。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TE34

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【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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