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《西南石油大学》 2015年
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低渗透油气藏压裂水平井分形渗流理论研究

谭晓华  
【摘要】:低渗透油气资源作为世界油气生产的重要组成部分,在相当长时期内有望充当非常规油气资源开发的“领头羊”。但由于低渗透油气藏特殊的地质特征与渗流机理,相比常规油气藏,其储量丰度小,产量递减快,最终使得开发难度大,技术要求高。因此对低渗透油气藏地质特征、渗流机理以及油气井产能的研究变得至关重要。本文在充分调研多段压裂水平井产能的基础上,结合低渗透油气藏基本地质特征,引入统一毛细管束描述低渗透油气藏基质,考虑基质内多尺度流动与应力敏感效应,并讨论了启动压力梯度现象;引入树状分形裂缝网络模拟水力压裂裂缝网络,建立了树状分形裂缝网络的生成方法与裂缝、节点编号规则,分析了树状分形裂缝网络的流动特征,建立了多段压裂水平井裂缝网络流动模型;运用单裂缝势函数及势的叠加原理建立了多段压裂水平井裂缝网络渗流模型,结合多段压裂水平井裂缝网络流动模型,建立了多段压裂水平井基质、裂缝耦合流动模型及产能预测模型,最后运用实例数据验证了产能模型的准确性,并对影响多段压裂水平井产能的因素进行了分析,得出了各因素对多段压裂水平井产能影响的程度。主要成果和认识如下:(1)针对油气藏储层的复杂性,基于毛细管渗流基本原理,建立了多孔介质统一毛细管束模型,该模型引入了毛细管流量函数,毛细管长度函数,毛细管概率密度分布函数。通过对比传统毛细管束模型,多孔介质统一毛细管束模型能够较好的总结前人研究成果。通过对比实验测量数据,多孔介质统一毛细管束模型的正确性与实用性得到了验证。(2)基于低渗透油气藏基质的实际情况,运用多孔介质统一毛细管束模型,从微观毛细管流动模型出发,分别对低渗透油气藏储层多尺度流动、应力敏感效应进行了解释,并讨论了启动压力梯度现象,该模型能更多地揭示多孔介质内的流体流动机理。(3)基于树状分形裂缝网络物理模型,通过明确树状分形裂缝网络的基本参数与基本参数约束条件,确定了树状分形裂缝网络的生成及编号规则。基于多段压裂水平井裂缝网络由多支树状分形裂缝网络的假设,实例生成了多段压裂水平井裂缝网络。通过单条裂缝流动特征与考虑多尺度流动的单条裂缝流动特征,结合树状分形裂缝网络特殊结构,分析了树状分形裂缝网络流动特征。(4)研究单裂缝的地层势分布,将单裂缝视为三维线汇,推导出了单裂缝在无界地层中稳定生产时的势分布规律。在此基础上,根据镜像反映和叠加原理,推导出了几种常见油气藏中单裂缝生产时的势分布规律,由此得到地层中的压力分布规律。基于多段压裂水平井的树状分形裂缝网络由多支树状分形裂缝网络组成的假设,建立了多段压裂水平井产能计算的半解析模型,通过对多段压裂水平井油气藏渗流势分布的研究,得到了多段压裂水平井裂缝网络单裂缝的势分布函数,结合多段压裂水平井裂缝网络流动特征,考虑到油气藏渗流和裂缝网络的相互影响,将两者耦合联立求解,利用半解析耦合算法,求得了多段压裂水平井产能及裂缝网络压力分布。
【关键词】:低渗透油气藏 多段压裂水平井 分形理论 树状分形网络
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE312
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 第1章 绪论11-23
  • 1.1 研究目的及意义11-12
  • 1.2 国内外研究现状12-18
  • 1.2.1 压裂水平井渗流研究现状12-15
  • 1.2.2 分形多孔介质模型研究现状15-17
  • 1.2.3 树状分形裂缝网络研究现状17-18
  • 1.3 研究目标及技术路线18-20
  • 1.3.1 研究目标18-19
  • 1.3.2 技术路线19-20
  • 1.4 完成的主要工作及创新点20-23
  • 1.4.1 完成的主要工作20-21
  • 1.4.2 主要创新点21-23
  • 第2章 多孔介质统一毛细管束模型23-37
  • 2.1 物理模型23
  • 2.2 数学模型23-25
  • 2.3 模型中各函数说明25-27
  • 2.3.1 毛细管流量函数25-26
  • 2.3.2 毛细管长度函数26
  • 2.3.3 毛细管概率密度分布函数26-27
  • 2.4 传统模型对比27-29
  • 2.5 模型验证29-36
  • 2.6 本章小结36-37
  • 第3章 低渗透油气藏基质模型37-73
  • 3.1 考虑多尺度流动的修正37-45
  • 3.1.1 原油多尺度流动37-38
  • 3.1.2 气体多尺度流动38-45
  • 3.2 考虑应力敏感效应的修正45-57
  • 3.2.1 应力敏感研究背景45-48
  • 3.2.2 物理模型48-50
  • 3.2.3 数学模型50-52
  • 3.2.4 实验数据验证52-56
  • 3.2.5 小结56-57
  • 3.3 对启动压力梯度现象的讨论57-71
  • 3.3.1 启动压力梯度现象57-58
  • 3.3.2 物理模型58-59
  • 3.3.3 数学模型59-63
  • 3.3.4 数学模型的求解63-65
  • 3.3.5 压力动态特征65-67
  • 3.3.6 启动压力梯度特征67-71
  • 3.3.7 小结71
  • 3.4 本章小结71-73
  • 第4章 多段压裂水平井裂缝网络生成方法与流动特征73-84
  • 4.1 多段压裂水平井裂缝网络生成方法73-81
  • 4.1.1 树状分形裂缝网络物理模型73-74
  • 4.1.2 树状分形裂缝网络生成及编号规则74-80
  • 4.1.3 多段压裂水平井裂缝网络生成实例80-81
  • 4.2 多段压裂水平井裂缝网络流动特征81-83
  • 4.2.1 原油在单条裂缝内的流动特征81-82
  • 4.2.2 气体在单条裂缝内的流动特征82
  • 4.2.3 多段压裂水平井裂缝网络流动特征82-83
  • 4.3 本章小结83-84
  • 第5章 多段压裂水平井渗流规律研究84-102
  • 5.1 油气在单条裂缝内的渗流规律84-99
  • 5.1.1 无界油气藏中单条裂缝渗流规律84-87
  • 5.1.2 底水油藏中单条裂缝渗流规律87-88
  • 5.1.3 气顶油藏中单条裂缝渗流规律88-90
  • 5.1.4 气顶底水油藏中单条裂缝渗流规律90-91
  • 5.1.5 边水油气藏中单条裂缝渗流规律91-93
  • 5.1.6 上下封闭油藏中单条裂缝渗流规律93-95
  • 5.1.7 底水气藏中单条裂缝渗流规律95-97
  • 5.1.8 上下封闭气藏中单条裂缝渗流规律97-98
  • 5.1.9 单条裂缝的势分布和压力分布98-99
  • 5.2 多段压裂水平井裂缝网络渗流规律99
  • 5.3 基质、裂缝流动耦合数学模型及求解99-101
  • 5.4 本章小结101-102
  • 第6章 多段压裂水平井渗流实例分析102-129
  • 6.1 油井实例计算与敏感参数分析102-115
  • 6.1.0 实例计算102-106
  • 6.1.1 裂缝级数106-107
  • 6.1.2 裂缝段数107
  • 6.1.3 裂缝间距107-108
  • 6.1.4 裂缝初始条数108-110
  • 6.1.5 裂缝初始长度110
  • 6.1.6 裂缝分叉角度110-111
  • 6.1.7 裂缝长度比111-113
  • 6.1.8 油藏渗透率113-114
  • 6.1.9 油藏厚度114-115
  • 6.2 气井实例计算与敏感参数分析115-128
  • 6.2.0 实例计算115-119
  • 6.2.1 裂缝级数119-120
  • 6.2.2 裂缝段数120
  • 6.2.3 裂缝间距120-121
  • 6.2.4 裂缝初始条数121-123
  • 6.2.5 裂缝初始长度123
  • 6.2.6 裂缝分叉角度123-124
  • 6.2.7 裂缝长度比124-126
  • 6.2.8 气藏渗透率126-127
  • 6.2.9 气藏厚度127-128
  • 6.3 本章小结128-129
  • 第7章 结论及建议129-131
  • 7.1 结论129-130
  • 7.2 建议130-131
  • 致谢131-132
  • 参考文献132-147
  • 攻读博士学位期间学术成果及参与项目147-148

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