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《西南石油学院》 2002年
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油藏热流固耦合模型研究及应用初探

王自明  
【摘要】: 多孔介质中流体流动问题存在于包括石油工程在内的许多工程问题中。对这个问题的研究经历了由非耦合研究到耦合研究的历程,非耦合研究即单纯的渗流力学研究没有考虑流体渗流与岩石变形之间的双向相互作用,流固耦合研究考虑了流体渗流与岩石变形间的双向相互作用,所建立的流固耦合模型较之非耦合模型更深入准确地揭示了流体渗流、岩石变形的规律。但是,流固耦合理论中,一般假设温度场是恒定的,或者是没有考虑温度场变化与岩石变形、流体流动间的耦合作用,然而,自然界中实际存在的流固耦合系统的温度场通常是变化的,特别是大量存在着一些温度变化比较剧烈的流固耦合系统,如工程中的地热利用系统、石油工业中的热力采油系统等。对于这类问题,若仍用流固耦合模型来模拟其中的渗流、变形、变温规律显然就不准确了,这是因为在这类问题中,热效应与流体孔隙压力导致岩石变形;岩石变形与流体渗流导致温度场变化;岩石变形与热效应导致储渗特性和孔隙流体压力的改变从而影响流体渗流,以上三种效应是同时发生的,所以应该考虑能体现上述流、固、热三场间耦合关系的热流固耦合理论。为了准确地模拟油藏中渗流、岩石变形、温度场变化的基本规律,并给大量相关问题(如套管的损坏、井壁稳定、产层出砂、水力压裂等)提供准确的流场;岩石力场和温度场的基础参数,应该将渗流力学、岩石力学、热力学结合起来,建立油藏热流固耦合模型。国内油藏热流固耦合理论和应用的研究工作才刚刚起步,尚处于探索阶段。 本文深入系统地分析研究了流、固、热三场间的耦合关系和三场耦合的力学机理和结合点,提出了热流固耦合问题的基本特征和油藏热流固耦合问题的基本耦合关系,建立了一套油藏热流固耦合问题的研究方法,在此基础上,利用流固耦合力学理论、耦合热弹性力学理论及热力学理论,吸取前人研究正反两方面经验,建立了非完全耦合与完全耦合两类热流固耦合数学模型。第一类模型为非完全耦合模型,包括流体耦合渗流方程、 热应变方程和岩石耦合变形方程;第二类模型为完全耦合模型,包括耦合 温度场方程、流体耦合渗流方程和岩石耦合变形方程。两类模型互有优劣 势,均能独立地描述多孔介质中流体渗流、岩石变形、温度场变化三者之 间复杂的耦合过程,从而更准确地模拟变温变形油藏中的流体渗流、岩石 变形、温度场变化规律。 针对第一类模型,建立了有限元法与有限差分法相结合的数值求解方 法。首次运用本文所建的油藏热流固耦合数学模型及其数值求解方法,利 用 ABAQUS有限元软件对热采油藏进行了模拟计算,进行了几项对地层损 害和石油生产有着重要影响的参数、指标的分析,即:水平位移分析、垂 直位移分析、孔隙指数分析、油井生产动态分析。对上述每一项参数、指 标,都同时在热流固耦合与流固耦合两种状态下进行计算,特别注重对比 分析油藏在上述两种状态下进行计算时各参数、指标的异同,在此基础上 得出了相应的结论,从应用的角度证明了油藏热流固耦合理论和模型的重 要意义和价值。
【学位授予单位】:西南石油学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TE311

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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2 张杰;卜祥英;杨通;;基于流固耦合算法多孔介质的有限元建模分析[J];河北理工大学学报(自然科学版);2011年03期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 张保良;;稠油热采定量化研究之一:热-流耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 刘晓旭;三场耦合的数学模型研究及有限元解法[D];西南石油学院;2005年
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1 刘善利;饱和岩体热流固耦合模型研究[D];河海大学;2007年
2 蒋颖;真空联合堆载预压试验与仿真分析研究[D];中南大学;2007年
3 杨文哲;蒸汽在油藏多孔介质中的热质传递机理及数值模拟[D];大庆石油学院;2010年
4 刘峰;多孔介质热流固耦合的有限元分析[D];河北理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 张有天;;岩体渗流与工程设计[A];岩石力学新进展[C];1989年
【共引文献】
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1 张保良;;稠油热采定量化研究之一:热-流耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
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3 何英;熊生春;杨正明;;特低渗透油藏非线性渗流下油井注水见效时间研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 梁冰;陈天宇;孙维吉;;复杂地质条件煤层气藏井间干扰对井网布置的影响[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 方俊伟;康毅力;游利军;李相臣;;致密砂岩气藏多尺度传质行为研究进展[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 邵九姑;许友生;;Forchheimer型非达西渗流系统的数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 陈春春;左宇军;朱德康;;动力扰动下深部巷道围岩分区破裂数值试验[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
8 刘建军;刘先贵;胡雅衽;张盛宗;;低渗透储层流固耦合渗流规律研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
9 陈正汉;;非饱和土的理论与实践[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
10 王晔;杨姝;;塑性力学电子课件制作与课程建设初探[A];2006力学教学与教学改革交流会会议论文集[C];2006年
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1 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年
2 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
3 席本强;废弃矿山垃圾填埋场边坡稳定性及加固防渗研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
4 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
5 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
6 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
7 肖知国;煤层注水抑制瓦斯解吸效应实验研究与应用[D];河南理工大学;2010年
8 左远志;熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D];华南理工大学;2010年
9 袁志军;球管焊接数值模拟及焊接残余应力影响因素研究[D];南昌大学;2010年
10 庞世红;夹层玻璃等效厚度研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2009年
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1 王海生;采空区风流分布数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
2 姚春雨;黄陵二号煤矿综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
3 孙锐;泥浆介质非等压条件下煤芯瓦斯解吸规律研究[D];河南理工大学;2010年
4 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
5 汪国华;近距离上保护层开采卸压范围及临界层间距研究[D];河南理工大学;2010年
6 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
7 赵文武;淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察[D];河南理工大学;2010年
8 彭学文;双层钢管瞬变电磁检测技术研究[D];南昌航空大学;2010年
9 胡艳卉;矿井地下水流场数值模拟及其应用研究[D];山东科技大学;2010年
10 陈云娟;类岩石材料蠕变本构试验研究及基于FLAC~(3D)实现[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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1 薛秋芳,畅大为,赵广意;相容次序矩阵AOR迭代的最优参数选取[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李守德;不可逆热力学理论在多孔介质渗流问题中的应用研究[D];浙江大学;2003年
2 周志军;低渗透储层流固耦合渗流理论及应用研究[D];大庆石油学院;2003年
3 贺玉龙;三场耦合作用相关试验及耦合强度量化研究[D];西南交通大学;2003年
4 任冬梅;考虑井眼周围应力变化的油藏—井筒耦合的一体化模拟研究[D];西南石油学院;2004年
5 黄晓明;多孔介质相变传热与流动及其若干应用研究[D];华中科技大学;2004年
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7 殷代印;高含水期砂岩油田周期注水机理及应用研究[D];大庆石油学院;2001年
8 刘晓旭;三场耦合的数学模型研究及有限元解法[D];西南石油学院;2005年
9 王晶;中国石油安全的经济学分析[D];中央民族大学;2006年
10 代平;低渗透应力敏感油藏实验及数值模拟研究[D];西南石油大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨海彤;真空堆载联合预压固结与沉降规律研究[D];河海大学;2001年
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3 胡绍彬;注蒸汽油藏SiO_2影响地层孔隙度和渗透率的研究[D];大庆石油学院;2003年
4 周保中;吉林大情字井地区井壁稳定技术研究[D];大庆石油学院;2003年
5 刘忠恺;基于Windows平台油藏数值模拟前处理的实现技术[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2003年
6 石颖;油井井下温度场的数值模拟[D];大庆石油学院;2004年
7 雷正义;砂泥岩地层井壁力学稳定性研究及软件编制[D];西南石油学院;2004年
8 杨彩红;水对深部工程软岩蠕变规律的影响[D];辽宁工程技术大学;2005年
9 王仲勋;热流固耦合在煤层气渗流过程中的应用[D];安徽理工大学;2006年
10 刘伟;特大断面地下洞室开挖的热流固耦合有限元分析[D];天津大学;2006年
【二级引证文献】
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1 关进安;樊栓狮;梁德青;宁伏龙;;南海琼东南盆地渗漏系统甲烷水合物生长速度[J];地球物理学报;2009年03期
2 杨通;刘峰;;多孔介质热流固耦合有限元分析[J];河北理工大学学报(自然科学版);2011年01期
3 宁伏龙;蒋国盛;吴翔;窦斌;张凌;;海底孔内水合物观测系统与钻井实施[J];海洋石油;2008年04期
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5 郭春华;杨宇;何坤;;气田高压注水过程中井身应力分布特征的流-固耦合分析[J];科学技术与工程;2013年05期
6 薛新华;张我华;;多孔介质岩土材料的Biot固结损伤有限元分析[J];水利学报;2009年02期
7 宁伏龙;张凌;蒋国盛;涂运中;史茂勇;;深水油基钻井液中抑制水合物形成的实验研究[J];石油学报;2009年03期
8 宁伏龙;蒋国盛;张凌;吴翔;窦斌;涂运中;;影响含天然气水合物地层井壁稳定的关键因素分析[J];石油钻探技术;2008年03期
9 宁伏龙;蒋国盛;吴翔;李兵;张凌;关进安;窦斌;;NGH综合模拟实验系统及控制模块设计[J];天然气工业;2008年10期
10 吴世跃;郭勇义;宋建国;范家文;;CO_2地下处置、煤层气开采及环境保护研究分析[J];太原理工大学学报;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 张保良;;稠油热采定量化研究之一:热-流耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 杨文哲;宋永臣;刘瑜;王志国;赵越超;张保良;;稠油热采定量化研究之二:热-流耦合模型应用及数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王文全;薄壁结构流固耦合数值模拟及计算方法研究[D];昆明理工大学;2008年
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7 沈海超;天然气水合物藏降压开采流固耦合数值模拟研究[D];中国石油大学;2009年
8 冯国建;城市生活垃圾填埋场降解及沉降模型研究[D];重庆大学;2010年
9 于洪丹;Boom Clay渗流—应力耦合长期力学特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
10 刘林;下保护层合理保护范围及在卸压瓦斯抽采中的应用[D];中国矿业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐丽娟;深部巷道围岩的导热性试验与温度场分布的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 吴晗;古龙南地区射孔完井参数优选[D];东北石油大学;2011年
3 马文婧;南海天然气水合物开发的风险因素分析[D];中国海洋大学;2011年
4 李传明;倾斜长壁工作面围岩力学特征及对煤层渗透影响规律研究[D];安徽理工大学;2010年
5 王如宾;岩体离散裂隙网络渗流场与温度场耦合分析[D];三峡大学;2007年
6 展嘉佳;不分散低固相聚合物钻井泥浆抗低温试验研究及地表冷却系统设计[D];吉林大学;2009年
7 王海亮;FCS-108型天然气水合物孔底冷冻取样器的研制及试验研究[D];吉林大学;2009年
8 陈秀荣;泥页岩井壁稳定性研究[D];中国地质大学;2009年
9 王中;地应力与井壁稳性关系研究[D];中国地质大学(北京);2010年
10 杨文哲;蒸汽在油藏多孔介质中的热质传递机理及数值模拟[D];大庆石油学院;2010年
【二级参考文献】
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【相似文献】
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5 任宝生;芦凤明;马立军;;羊三木油田精细油藏描述研究与实践[A];2004第三届油气储层研讨会论文摘要集[C];2004年
6 林少华;庞雄奇;周海燕;;深盆油藏与深盆气藏成藏对比及主控因素分析[A];第四届全国青年地质工作者学术讨论会论文集[C];1999年
7 向开理;何国良;;具有应力敏感地层的双重介质分形油藏非线性渗流数学模型的预测-校正法[A];计算流体力学研究进展——第十二届全国计算流体力学会议论文集[C];2004年
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1 ;油藏解决方案(下)[N];中国石油报;2000年
2 记者 王志田;大庆龙虎泡油田深挖主力油藏潜能[N];中国石油报;2008年
3 记者 张可春 王金法;胜利资源接替迈进“黎明”[N];中国石化报;2001年
4 汪卫东 王新;微生物勘探技术[N];中国石化报;2005年
5 袁冰洁 韩丽霞;调整三部曲 奏响效益歌[N];中国石化报;2005年
6 杨雪松;华北采三油藏建模初显威力[N];中国石油报;2004年
7 记者 刘国安;大港油田进行油藏潜力调查[N];中国石油报;2001年
8 周宏;泵上掺水工艺---开发稠油油藏的重要手段[N];中国石油报;2005年
9 刘国安 通讯员 张咏;大港第二轮油藏精细描述又显功效[N];中国石油报;2004年
10 记者 郭影;油藏从管理到经营的嬗变[N];中国石油报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王自明;油藏热流固耦合模型研究及应用初探[D];西南石油学院;2002年
2 姜振海;超音速共形导引头整流罩热流固耦合[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
3 林春阳;基于PEBI网格油藏数值模拟器的研究、开发与应用[D];中国科学技术大学;2010年
4 孙辉;流固—热流固耦合理论研究及其在疏松砂岩油藏防砂中的应用[D];中国石油大学;2008年
5 彭道富;特大断面地下洞室多层耦合施工方法及其可靠度研究[D];天津大学;2006年
6 陈路原;复杂断块油藏精细油藏描述与剩余油分布规律研究[D];西南石油学院;2001年
7 栾海波;松辽盆地永平油田油藏开发地质与开发部署研究[D];成都理工大学;2011年
8 王正茂;油藏含砂流体渗流机理及流固耦合单井数值模拟研究[D];西南石油学院;2004年
9 张光明;开发中后期油藏精细描述与开发调整研究[D];成都理工大学;2002年
10 曾顺鹏;高含水后期油藏改建储气库渗流机理及应用研究[D];西南石油学院;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜涛;基于热流固耦合注水地层及套管损坏分析[D];东北石油大学;2011年
2 刘峰;多孔介质热流固耦合的有限元分析[D];河北理工大学;2010年
3 倪天禄;油藏动态模型数值模拟软件研制与应用[D];成都理工学院;2001年
4 张永成;新杜1块注空气开采可行性研究[D];西安石油大学;2010年
5 姚瑞香;开发中后期油藏描述技术的研究与应用[D];成都理工学院;2001年
6 梁保升;油藏经营管理优化决策方法研究[D];西南石油学院;2003年
7 安艳明;人工压裂油藏任意网格数值模拟研究[D];大庆石油学院;2002年
8 姚研峰;油藏工程信息管理系统[D];天津大学;2004年
9 胡明卫;胡十二块沙三中4-8油藏精细描述及剩余油分布研究[D];西南石油学院;2005年
10 咸国旗;盘2-20块二次细分技术的研究与应用[D];中国石油大学;2011年
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