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1、渗流力学及其在油气工程中的应用,刘曰武 中国科学院力学研究所,渗流力学及其在油气工程中的应用,主要内容第一部分 渗流力学的基本理论 第二部分 石油天然气工程中的应用 第三部分 总结与体会,第一部分 渗流力学基本理论,一、渗流力学的基本概念 二、渗流力学的研究内容 三、研究方法和手段 四、研究成果的表现方式,1、渗流力学的基本概念,1、渗流力学与流体力学 2、多孔介质及其分类 3、多孔介质的特征描述 4、流动模式及其特征,1-1、渗流力学与流体力学,1、渗流力学是流体力学的一个分支 2、渗流力学又是一个交叉学科 3、渗流力学的分类 4、如何将流体力学应用于渗流力学,1-1、渗流力学与流体力学,1
2、、渗流力学是流体力学的一个分支 （1）基本理论 （2）研究方法 2、渗流力学又是一个交叉学科 （1）岩石力学、土力学、水力学 （2）多孔介质理论、表面物理 （3）热力学 （4）物理化学,1-1、渗流力学与流体力学,3、渗流力学的分类 （1）地下渗流力学 （2）工程渗流力学 （3）生物渗流力学,1-1、渗流力学与流体力学,4、如何将流体力学应用于渗流力学 （1）连续介质假设 （2）基本规律应用 质量守恒、动量守恒、能量守恒,1-2、 渗流力学的研究内容,渗流力学是研究流体在连通多孔介质中流动的科学。其研究核心要素有三个方面：多孔介质、流体和流体的流动方式。 1、多孔介质特征对流动的影响 2、流体
3、性质对流动的影响 3、流动方式对流动的影响,1-2-1、多孔介质特征对流动的影响,1、多孔介质,1-2-1、多孔介质特征对流动的影响,2、多孔介质的特征： （1）微观特征：孔喉大小、迂曲度、孔隙分布、比表面、 润湿性 （2）唯象属性特征：孔隙度、渗透率（绝对渗透率、相对渗透率、相渗透率） （3）空间特征：厚度、边界形状、边界性质,1-2-1、多孔介质特征对流动的影响,3、多孔介质特征描述（唯象）,1-2-1、多孔介质特征对流动的影响,4、不同多孔介质的渗流控制方程,1、单一介质地层渗流控制方程：,2、双重介质地层渗流控制方程：,3、三重介质地层渗流控制方程：,1-2-1、多孔介质特征对流动的影
4、响,1、多孔介质的特征： （1）微观特征：孔喉大小、迂曲度、孔隙分布、比表面 （2）唯象属性特征：孔隙度、渗透率（绝对渗透率、相对渗透率、相渗透率） （3）空间特征：厚度、边界形状、边界性质,1-2-2、流体性质对流动的影响,1、流体分类 牛顿流体 非牛顿流体单相流体 多相流体渗流通常的流体： 油、气、水、注入剂,1-2-2、流体性质对流动的影响,2、流体方程 牛顿流体 Darcy公式：流动控制方程： 非牛顿流体 Blake-Gozeny公式：流动控制方程：,1-2-3、流动方式对流动的影响,1、流动方式,（1）线性流方式,（2）双线性流方式,（3）径向流方式,（4）球形流方式,1-2-3、流
5、动方式对流动的影响,2、不同流动方式的渗流方程,1、线性流方式,2、径向流方式,3、球形流方式,1-3 、研究方法和手段,1、微观渗流力学的研究方法 2、实验渗流力学的研究方法 3、渗流力学的理论分析方法 4、渗流力学的数值计算方法,1-3-1 、微观渗流力学的研究方法,1、微观渗流实验,1-3-1 、微观渗流力学的研究方法,2、微观渗流计算（网络模型、LB模型）,（1）真实岩心磨片,（2）数值化岩心,（3）低渗启动压力,（4）气体滑脱效应模拟,1-3-2 、实验渗流力学的研究方法,1、小直径岩样驱替实验 2、宏观全岩心驱替实验 3、核磁共振渗流实验 4、现场原位实验,1-3-3 、渗流力学的
6、理论分析方法,主要方法： 1、分离变量法 2、富氏变换方法 3、拉氏变换方法 4、梅林变换方法 5、汉克尔变换方法 6、格林函数法等等,一、通过数理统计方法进行数据分析 二、对简单规则模型利用数理方程方法进行分析计算,1-3-4 、渗流力学的数值计算方法,常用的数值计算方法 1、差分方法 2、有限元方法 3、边界元方法 4、流线法 5、无网格方法等,数值方法的必要性： （1）渗流方程的复杂性 （2）实际问题边界条件的复杂性,1-4 、研究成果的表现方式,1、简单曲线表示方法 2、渗流场的描述方法,1-4-1 、简单曲线表示方法,对于参数敏感性分析、简单变量对应关系一般采用简单曲线进行描述,1-
7、4-2 、渗流场的描述方法,1-4-3 、渗流力学可视化结果,第二部分 石油天然气工程中的应用,一、确定油田边界 二、确定地层性质及能量变化 三、确定油田开发工作制度 四、确定油气田的合理开发方式,2-1、确定油气藏边界及储量,1、单一边界距离及性质的判断 2、单井控制范围及控制储量计算 3、夹角边界距离及性质判定 4、多线性组合边界形状及边界性质判断,2-1-1、单一边界距离及性质的判断,（胜利油田实例）,2-1-2、单井控制范围及控制储量计算,1、油藏无限/有限的概念无限是相对的有限是绝对的 2、容积法计算储量的思想在一定的空间内，在压力和温度一定的条件下，流体所占的体积是恒定的。孔隙度是
8、可以测量的。地层的边界或探测范围是确定的。,（新疆油田实例，碳酸盐岩地层）,2-1-3、夹角边界距离及性质判定,（华北油田实例）,1、夹角边界油藏的形成 2、夹角边界的特征曲线,2-1-4、多线性组合边界形状及边界性质,1、多条边界成因 2、一般划分的限制 3、混合性质边界的曲线特征,2-2、确定地层性质及能量变化,1、确定地层的渗透率 2、确定地层压力变化 3、确定油田开发过程中地层性质的变化 4、确定酸化压裂措施对地层性质的改造程度,2-2-1、确定地层的渗透率,实验渗透率、测井渗透率、动态渗透率 相渗透率、绝对渗透率、相对渗透率,2-2-2、确定地层压力变化,原始地层压力、平均地层压力,
9、2-2-3、确定开发过程中地层性质的变化,1、确定地层的渗透率的变化 2、确定地层孔隙度的变化 3、确定开发过程中高渗条带的形成,2-2-4、确定措施对地层性质的影响,1、酸化措施的影响 2、压裂对地层性质的影响,2-3、确定油田开发工作制度,1、凝析气藏开发压力 2、底水油藏生产压差,2-3-1、凝析气藏开发压力,1、凝析气藏开发的主要问题凝析油的产生,1、地层温度、压力 2、生产井的井底温度、井底压力 3、凝析气的组分 4、凝析气的相图 5、凝析气藏的开发历程,2-3-1、凝析气藏开发压力,2、判断凝析气藏中凝析油的产生的方法,2-3-2、底水油藏生产压差,1、底水油藏开发存在的问题及解决
10、方法,2-3-2、底水油藏生产压差,2、底水油藏开发时水锥的控制问题研究,2-4、确定油气田的合理开发方式,1、凝析气藏的注气开发 2、三次采油的聚合物开采 3、底水油藏的梯级筛管水平井开发 4、含水气井生产压差确定,2-4-1、凝析气藏的注气开发,1、凝析气藏开发存在的问题 2、解决方法：注气开发 3、判断：有无凝析油产生,2-4-2、三次采油的聚合物开采,三次采油的聚合物开采的优势？,注入井 、生产井存在差别,2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发,底水油藏水平井开发存在的问题,2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发,1、梯级筛管的基本思想,2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发,2
11、、梯级筛管水平井的流动计算,2-4-3、底水油藏的梯级筛管水平井开发,3、梯级筛管水平井的实际应用效果,2-4-4、含水气井生产压差确定,1、凝析气藏的注气开发 2、三次采油的聚合物开采 3、底水油藏的梯级筛管水平井开发 4、含水气井生产压差确定,第三部分 总结与体会,一、渗流力学发展趋势 二、油气工程发展需求 三、如何将理论与实践相结合,3-1、渗流力学发展趋势,1、微观渗流理论的发展 基础理论研究，尤其生物、微机械、物理化学渗流等 2、非线性渗流理论的发展 各种因素影响导致的： 介质：低渗透介质、变形介质、非均匀介质等 流体：多相流体、多组分流体、非牛顿流体、流体相变等 流动方式: 水平井
12、、分支井、压裂水平井等 3、热流耦合渗流理论 4、流固耦合渗流理论 5、传质与渗流耦合 深层冶金矿物开采、核污染、土壤盐渍等,3-2、油气工程发展需求,1、复杂油气藏开发 特低渗透、超低渗透地层，凝析气藏，底水油藏，压敏地层 煤层气藏，孔缝洞类碳酸盐岩地层等 2、复杂井深结构 水平井、定向井、丛式井、分支井等 3、先进的三次采油技术 聚合物驱、复合驱、蒸气驱、微生物驱等 4、合理优化开采油气藏 低成本高时效开发油气田各项渗流关键技术,3-3、如何将理论与实践相结合,1、掌握渗流力学基本理论 2、了解油气田开发的地质特征和开发技术 3、将实际工程问题合理的抽象概化，并建立理论模型 4、与实际工程相结合，检验渗流理论的正确性，并在工程应用中进一步深化研究。,谢谢光临！ 欢迎提出宝贵意见！,
