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多孔介質非線性滲流及試井分析 版權信息
- ISBN：9787030696779
- 條形碼：9787030696779 ; 978-7-03-069677-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
多孔介質非線性滲流及試井分析 內容簡介
本書基于多孔介質中流體滲流的影響因素分析，系統歸納總結多孔介質中低速非線性流和高速非線性流的滲流特征及表達式，并給出一套判斷方法；并基于指數式、啟動壓力梯度式以及二項式運動方程，針對穩定流和不穩定流，詳細對比分析了非線性流與達西線性流時的產量、壓力以及無因次井底壓力等指標的不同及相關規律，并繪制了相應的試井曲線圖版；在啟動壓力梯度式運動方程的基礎上，建立了單重介質、雙重介質以及三重介質非線性滲流數學模型，并給出解析解，同時繪制相應試井曲線圖版。
多孔介質非線性滲流及試井分析 目錄
目錄
前言
**章 非線性滲流機理及特征分析 1
**節 多孔介質中流體滲流影響因素分析 1
第二節 低滲透油藏非線性滲流機理 3
一、低滲透油藏非線性滲流特征 4
二、低滲透油藏非線性滲流模型 5
第三節 低滲透油藏應力敏感機理 8
一、低滲透油藏應力敏感特征 8
二、低滲透油藏應力敏感模型 10
第四節 高速非線性滲流機理 13
一、高速非線性滲流簡介 13
二、高速非線性滲流特征 15
三、高速非線性滲流判定方法 16
四、高速非線性滲流描述方程 19
第二章 單重介質低速非線性滲流模型 26
**節 啟動壓力梯度式低速非線性滲流模型 26
一、穩定滲流模型 26
二、不穩定滲流模型 27
三、不穩定滲流無因次化試井模型 30
第二節 指數式低速非線性滲流模型 37
一、穩定滲流模型 37
二、不穩定滲流模型 40
三、不穩定滲流無因次化試井模型 44
第三章 多重介質低速非線性滲流試井理論 50
**節 雙重介質低速非線性滲流數學模型 51
一、運動方程 51
二、竄流方程 51
三、狀態方程 52
四、連續性方程 53
五、基巖滲透率和裂縫孔隙度簡化模型 53
六、基巖滲透率簡化模型 55
第二節 雙重介質低速非線性滲流試井理論 56
一、雙重介質試井數學模型及求解 56
二、考慮井筒存儲和表皮效應的數學模型 59
三、雙重介質低速非線性滲流試井曲線特征 59
四、雙重介質低速非線性滲流試井曲線影響因素分析 62
第三節 三重介質低速非線性滲流數學模型 70
一、三重介質的理想模型 71
二、三重介質試井數學模型及求解 73
三、三重介質低速非線性滲流試井曲線特征 78
四、三重介質低速非線性滲流試井曲線影響因素分析 81
第四章 低滲透油藏考慮應力敏感的非線性滲流試井分析 93
**節 應力敏感影響因素及數學表征 93
一、應力敏感規律 93
二、應力敏感影響因素 95
三、應力敏感數學表征 98
第二節 考慮應力敏感的非線性穩定及擬穩定滲流模型 101
一、考慮應力敏感的非線性穩定滲流產能及壓力分布模型 101
二、考慮應力敏感的擬穩定滲流產能及壓力分布模型 101
第三節 考慮應力敏感的非線性不穩定試井分析 103
一、模型假設及建立 103
二、低滲透油藏考慮應力敏感的試井模型求解及典型圖版 106
第四節 裂縫-孔隙型雙重介質考慮應力敏感的試井分析 114
一、裂縫滲透率敏感性分析 115
二、考慮應力敏感的雙重介質試井模型及典型曲線 117
第五章 高速非線性穩定滲流模型分析 127
**節 達西線性滲流 127
第二節 二項式非線性滲流 128
第三節 指數式非線性滲流 130
第四節 達西線性滲流與高速非線性滲流計算結果對比 132
一、定產量生產 132
二、定井底壓力生產 138
第六章 高速非線性不穩定滲流試井分析 146
**節 指數式高速非線性滲流模型 146
一、指數式高速非線性滲流模型的建立 146
二、指數式高速非線性滲流模型的解析解 148
三、指數式高速非線性滲流模型的數值解 152
四、結果與討論 157
第二節 Forchheimer二項式高速非線性滲流模型 162
一、滲流模型的建立 162
二、模型的求解 163
三、結果與討論 165
第七章 動邊界高速非線性不穩定滲流試井分析 169
**節 模型條件假設 169
第二節 數學模型建立及求解 170
第三節 結果與討論 172
參考文獻 178
符號注釋 183
附錄 虛宗量整數階Bessel函數 191
前言
**章 非線性滲流機理及特征分析 1
**節 多孔介質中流體滲流影響因素分析 1
第二節 低滲透油藏非線性滲流機理 3
一、低滲透油藏非線性滲流特征 4
二、低滲透油藏非線性滲流模型 5
第三節 低滲透油藏應力敏感機理 8
一、低滲透油藏應力敏感特征 8
二、低滲透油藏應力敏感模型 10
第四節 高速非線性滲流機理 13
一、高速非線性滲流簡介 13
二、高速非線性滲流特征 15
三、高速非線性滲流判定方法 16
四、高速非線性滲流描述方程 19
第二章 單重介質低速非線性滲流模型 26
**節 啟動壓力梯度式低速非線性滲流模型 26
一、穩定滲流模型 26
二、不穩定滲流模型 27
三、不穩定滲流無因次化試井模型 30
第二節 指數式低速非線性滲流模型 37
一、穩定滲流模型 37
二、不穩定滲流模型 40
三、不穩定滲流無因次化試井模型 44
第三章 多重介質低速非線性滲流試井理論 50
**節 雙重介質低速非線性滲流數學模型 51
一、運動方程 51
二、竄流方程 51
三、狀態方程 52
四、連續性方程 53
五、基巖滲透率和裂縫孔隙度簡化模型 53
六、基巖滲透率簡化模型 55
第二節 雙重介質低速非線性滲流試井理論 56
一、雙重介質試井數學模型及求解 56
二、考慮井筒存儲和表皮效應的數學模型 59
三、雙重介質低速非線性滲流試井曲線特征 59
四、雙重介質低速非線性滲流試井曲線影響因素分析 62
第三節 三重介質低速非線性滲流數學模型 70
一、三重介質的理想模型 71
二、三重介質試井數學模型及求解 73
三、三重介質低速非線性滲流試井曲線特征 78
四、三重介質低速非線性滲流試井曲線影響因素分析 81
第四章 低滲透油藏考慮應力敏感的非線性滲流試井分析 93
**節 應力敏感影響因素及數學表征 93
一、應力敏感規律 93
二、應力敏感影響因素 95
三、應力敏感數學表征 98
第二節 考慮應力敏感的非線性穩定及擬穩定滲流模型 101
一、考慮應力敏感的非線性穩定滲流產能及壓力分布模型 101
二、考慮應力敏感的擬穩定滲流產能及壓力分布模型 101
第三節 考慮應力敏感的非線性不穩定試井分析 103
一、模型假設及建立 103
二、低滲透油藏考慮應力敏感的試井模型求解及典型圖版 106
第四節 裂縫-孔隙型雙重介質考慮應力敏感的試井分析 114
一、裂縫滲透率敏感性分析 115
二、考慮應力敏感的雙重介質試井模型及典型曲線 117
第五章 高速非線性穩定滲流模型分析 127
**節 達西線性滲流 127
第二節 二項式非線性滲流 128
第三節 指數式非線性滲流 130
第四節 達西線性滲流與高速非線性滲流計算結果對比 132
一、定產量生產 132
二、定井底壓力生產 138
第六章 高速非線性不穩定滲流試井分析 146
**節 指數式高速非線性滲流模型 146
一、指數式高速非線性滲流模型的建立 146
二、指數式高速非線性滲流模型的解析解 148
三、指數式高速非線性滲流模型的數值解 152
四、結果與討論 157
第二節 Forchheimer二項式高速非線性滲流模型 162
一、滲流模型的建立 162
二、模型的求解 163
三、結果與討論 165
第七章 動邊界高速非線性不穩定滲流試井分析 169
**節 模型條件假設 169
第二節 數學模型建立及求解 170
第三節 結果與討論 172
參考文獻 178
符號注釋 183
附錄 虛宗量整數階Bessel函數 191
展開全部
多孔介質非線性滲流及試井分析 節選
**章 非線性滲流機理及特征分析 本章在分析多孔介質中流體滲流影響因素的基礎上介紹了非線性滲流特征，并系統總結了描述非線性滲流特征的表達式。低速非線性滲流有啟動壓力梯度式和指數式兩大類，而高速非線性滲流有指數式和二項式兩大類。 **節 多孔介質中流體滲流影響因素分析 多孔介質中的滲流流體包括體相流體和邊界流體兩部分：體相流體是指流體性質不受界面現象影響的流體，其主要分布在多孔介質孔道的中軸部位；邊界流體是指流體性質受界面現象影響的流體，其緊靠在孔道壁上形成一個邊界層，如圖1.l所示[1]。滲流流體的性質取決于體相流體和邊界流體的性質、多孔介質的特征及流動條件。邊界流體的性質變化規律為：在多孔介質的孔隙系統中充滿了流體，流體的某些成分可能與孔道表面的分子產生相互作用，從而導致在孔道表面處流體的濃度比遠離孔道表面處流體的濃度要高；流體成分的濃度隨孔道表面距離的大小而變化，將導致流體的物理化學性質發生變化，從而使滲流流體的性質有特殊的變化規律。雖然體相流體的性質 圖1.1 孔隙介質中流體分布[1] 不受界面現象影響，但是從整體來看，滲流流體的性質受界面現象影響。 黏滯性是流體的一種重要的物理性質。在流動過程中，由于流體各質點的運動速度不同，在兩個相互接觸的層面之間，有一對大小相等而方向相反的黏滯力和剪切應力。這對作用力的存在將導致速度大的流層減速，速度小的流層加速，這樣將影響流體的流動。 多孔介質的孔隙大小、孔道幾何結構及其分布都會影響介質中流體的滲流速度。巖層的孔道大小、連通性、滲透性是影響非達西滲流產生的重要因素。閻慶來等[2]利用低濃度鹽水對相同滲透率的天然巖心和人工巖心做單相滲流實驗，發現不同多孔介質中同一液體表現出不同的滲流特征，說明多孔介質孔隙結構特征對滲流規律起著重要作用。 滲透率是介質中各種不同半徑孔道的孔隙系統允許流體通過的平均性能參數。不同滲透率的多孔介質具有不同的孔隙結構，當流體在系統中流動時，就會出現不同程度的界面現象，對滲流流體的流動性質將產生不同程度的影響。 孔道幾何結構也影響著流體通過孔隙介質系統的難易程度。孔道半徑越大，流體越容易通過；孔道迂曲度越小，流體越容易通過。因此，巖石孔道等參數的大小，可以用來表征流體通過孔隙介質系統的難易程度。 比表面積體現了巖石的分散程度，與孔隙孔道半徑的分布及大小有關。而滲透率與平均孔道半徑成正比，因此，比表面積與滲透率的平方根成反比，比表面積越小，滲透率越大，流體與固體表面之間的分子力作用越弱，這將影響孔隙介質系統中流體的分布及滲流特征。由吸附理論可知，比表面積越小，吸附力越弱，流動阻力越小，此時多孔介質中的流體越容易流動。 從以上分析中可知：孔道壁處界面原油的黏度*高，朝著孔道中軸的方向，原油的黏度逐步降低，因為孔道的大小及分布與滲透率有關，所以滲透率的變化對流體的黏度有顯著影響。而黏滯力及剪切應力都與流體的黏度成正比，與滲透率成反比，即滲透率越大，黏滯力及剪切應力越小，越利于流體的流動。當滲透率達到一定值之后，流體的流動將不遵循傳統的滲流理論，而出現偏離達西規律的某種變化。由此可見，多孔介質的性質對滲流規律有實質性的影響。 此外，由于巖石中多含有黏土礦物，不同的黏土礦物表現出不同程度的水敏特性，即遇水膨脹變形，如圖1.2所示。同時黏土礦物還可以在吸水后分裂為碎粒或在流體流動剪切力的影響下把黏附在巖石顆粒上的黏土分解成更為細小的顆粒。無論是體積增大的礦物顆粒，還是分裂的細小黏土礦物碎粒，都會對流體流通孔道產生影響[3，4]。 圖1.2 淡水引起黏土膨脹[1] 界面張力是影響流體界面形狀的關鍵因素，控制著滲流的形變特性。界面張力源于分子間的相互作用力且導致界面兩相性質的差異。由于孔隙系統中孔喉作用明顯，微觀孔隙結構復雜，比表面積大，流體與固體之間的界面張力影響顯著，對孔隙介質中流體的流動有不可忽視的影響。 第二節 低滲透油藏非線性滲流機理 低滲透油藏儲層孔喉狹小，使儲層滲透率很低、油氣水賴以流動的通道很細微、滲流阻力很大、液–固界面及液–液界面的相互作用力顯著；同時，低滲透多孔介質的物性參數受上覆有效應力的影響較大，導致滲流規律產生某種程度的變化而偏離達西定律，呈現低速非線性滲流現象。低滲透油藏原油邊界層不可忽略，當流體流動時，除了要克服黏滯阻力外，還必須要克服邊界層內液–固界面的相互作用力。所以只有當驅替壓力梯度大于一定值時，流體才能流動。此時的驅替壓力梯度稱為啟動壓力梯度。低滲透儲層由于巖性致密、脆性強，在成巖過程和后期構造運動中，在非構造作用力和構造作用力影響下可產生各種微斷裂和裂隙，形成低滲透裂縫型儲層。同時，天然微裂縫的存在使低滲透油藏更容易發生介質變形，應力敏感性更加嚴重。低滲透油田開發過程中出現了一系列有別于中高滲透油田開發的特殊問題：①油井單井日產量小，甚至不經壓裂就無自然產能，穩產狀況差，產量下降快，見水后含水急劇上升，產液指數和產油指數下降快。②水井注入壓力較高，油藏能量難以及時補充，油井見效不明顯，*終導致油藏難以建立有效的驅替壓力系統，采油速度和采收率都比較低。③低滲透油藏中的裂縫分布及發育規律復雜，定量識別裂縫及預測裂縫頻率、裂縫發育規模和空間分布的難度極大，需要多學科結合，發展新的裂縫識別及描述技術。④低滲透裂縫型油藏存在兩種不同的介質系統，即高孔低滲基巖系統和低孔高滲裂縫系統，整個油藏呈現出嚴重的各向異性和非均質性。⑤對裂縫發育的低滲透油田采用常規(連續)注水開發，注入水沿裂縫水竄和暴性水淹嚴重，穩產時間短，波及效率低，采出程度低，開發效果差。 一、低滲透油藏非線性滲流特征 在低滲透油藏中，達西定律的作用受到限制。黃延章[5]在前人研究的基礎上，總結了低滲透油藏非線性滲流的基本特征，如圖1.3所示：①當壓力梯度小于Ga(a點對應的壓力梯度)，流體不發生流動；②當壓力梯度介于Ga和Gc(c點對應的壓力梯度)之間時，滲流曲線呈上凹形曲線；③當壓力梯度大于Gc時，流體滲流速度隨驅替壓力梯度呈直線增加，并且其反向延長線不經過原點，而交于圖中的b點，該點的壓力梯度為Gb，稱作擬啟動壓力梯度，或平均啟動壓力梯度。 圖1.3 低滲透油藏非線性滲流特征曲線-壓力梯度 在這個基礎上，黃延章[5]總結了三種模型來描述低滲透油藏單相流體非線性滲流的特征。經過比較分析，黃延章認為第三種方案，即擬啟動壓力梯度模型，能反映低滲透油藏非線性滲流的基本特征，而且簡單實用。 (1.1) 式中，為黏度。 但是，擬啟動壓力梯度模型忽略了小壓力梯度時的彎曲段，認為壓力梯度小于擬啟動壓力梯度時油藏沒有動用，縮小了流動范圍，無法體現低滲透油藏非線性滲流的真正流態。因此，后人提出了多個復雜模型，試圖采用分段函數或者特殊的數學公式，考慮滲流特征曲線中凹形過渡段的影響，并研究了相關的判據，建立了更加完整的低滲透油藏非線性滲流模型[6-9]。 楊清立等[10]分析了大量的低滲透巖心滲流特征曲線，得到了一個反映低滲透油藏非線性滲流規律的連續模型。姜瑞忠等[11]基于邊界層理論和毛細管模型，對兩參數模型進行了理論推導，論證其合理性，其模型如下： (1.2) 式(1.2)中，右端括號外的部分與括號內第1項的乘積反映了黏滯阻力的作用，與流體滲流速度成正比；括號外部分與括號內第2項的乘積為非線性部分，反映了巖石與流體的相互作用。該模型不僅可以反映出流體在低滲透介質中滲流時的啟動壓力梯度的現象，而且能很好地描述曲線的非線性凹形過渡段[9]。 二、低滲透油藏非線性滲流模型 對于低滲透油藏，根據邊界層理論和毛細管模型作如下假設：①流體在毛細管中做層流運動；②流體流動需克服屈服應力τ0；③將具有屈服應力的流體在不同半徑的毛細管中的流動看作穩定滲流。 當流體在毛細管中穩定滲流時，黏滯阻力與驅動力等效，即 (1.3) 由于流體具有屈服應力，其本構方程為 (1.4) 將式(1.4)代入式(1.3)，得 (1.5) 對式(1.5)積分得 (1.6) 整理式(1.6)得 (1.7) 因此，單根毛細管的流量q為 (1.8) 假設單位面積的地層巖石上有根孔道半徑為ro的毛細管，則垂直通過滲流截面積為的巖石的流體的流量為 (1.9) 由于 (1.10) (1.11) 則有
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