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水动力学研究与进展（A辑） 2005年第5期20卷 571-576页

作者：吕秀凤刘振宇赵秋丽张瞳阳大庆石油学校石油工程系黑龙江大庆163255 大庆石油学院石油工程系黑龙江大庆163318 山东省东营市现河采油厂地质所开发二室山东东营257068 大庆油田采油三厂一矿地质工艺队黑龙江大庆163256

建立了单相流体在非均质油藏中、在不稳定渗流条件下的有限元方程,同时考虑了井筒储存效应和表皮效应的影响。将井壁视为内边界,在空间上用任意四边形单元对求解区域进行剖分,在时间上用向后差分法进行离散。用二区非均质油藏的解析解... 详细信息

建立了单相流体在非均质油藏中、在不稳定渗流条件下的有限元方程,同时考虑了井筒储存效应和表皮效应的影响。将井壁视为内边界,在空间上用任意四边形单元对求解区域进行剖分,在时间上用向后差分法进行离散。用二区非均质油藏的解析解对方法进行了验证,而后对三区非均质油藏和四区非均质油藏进行了模拟分析,说明用有限元法模拟分析多区非均质油藏是准确、方便的。实际上,本模拟器可以适用于任意非均质油藏。

关键词：有限元法渗流非均质油藏油藏模拟数值模拟器

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有限元法在油藏渗流中的理论和应用

有限元法在油藏渗流中的理论和应用

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作者：刘振宇大庆石油学院

学位级别：博士

目前用于研究油藏渗流问题的数值解法主要是有限差分法，而有限元法作为一种有效的数值解法与有限差分法相比具有诸多的优点，但是，在油藏渗流问题方面的研究目前还不深入。本文对有限元法求解油藏渗流问题的一些基础性和关键性的问题... 详细信息

目前用于研究油藏渗流问题的数值解法主要是有限差分法，而有限元法作为一种有效的数值解法与有限差分法相比具有诸多的优点，但是，在油藏渗流问题方面的研究目前还不深入。本文对有限元法求解油藏渗流问题的一些基础性和关键性的问题进行了深入研究，为有限元法用于研究复杂的油藏渗流问题打下基础。具体开展了以下方面的研究： 1．在理论上系统地建立了油藏渗流问题的有限元方程，包括：单相液体渗流、油—水两相液体渗流、油—气—水三相流体渗流问题，有限单元类型包括3结点三角形、4结点任意四边形、8结点任意六面体，采用等参元对渗流方程在空间上离散，采用向后差分在时间上离散，线性方程组的求解采用变带宽高斯消去法，该方法充分利用刚度矩阵呈条带状和其对称性，将刚度矩阵中的非零元素用一维数组存储，大大减少了所需存储空间； 2．对单相液体的不稳定流问题，将有限元解与解析解进行了认真的对比分析，包括：平面单向流、平面径向流以及三维条件下的渗流，对比了地层中不同位置处的压力情况，对比采用有因次量和无因次量两种形式，结果表明：有限元法的解与解析解相比足够地精确，这一方面说明本文所建立的方法和计算程序是正确的，同时亦说明有限元法求解油藏渗流问题是准确、可靠的： 3．对有限元分析中的重要影响因素，如时间步长、网格尺寸及网格比例进行了深入的研究和分析，结果表明：在应用有限元法求解渗流问题时，它们是相互关联的，本文在对比分析的基础上得到了它们的关系式，为有效地进行有限元分析提供了理论依据； 4．对油井井底处的压力梯度进行了合理的计算，给出了井底压力梯度的校正公式，由此可以准确地计算油井的产量，这是油藏模拟计算中十分重要的一点： 5．对三个实际问题进行了模拟计算，第一，模拟计算了人工压裂井的生产动态，对人工裂缝进行了深入细致的刻划，用于描述人工裂缝的网格宽度最小达到0.5m，假设裂缝的几何形状为矩形或楔形，裂缝导流能力随距离和时间是变化的，或只随距离变化(分三种规律)，或只随时间变化(也分三种规律)，或同时随距离和时间变化(以上两种情况的迭加)，裂缝的方位可以任意变化，在以上条件下模拟计算了油井的生产动态，分析对比了不同假设条件对油井生产动态的影响，结果表明：对裂缝几何形状以及裂缝内部渗流规律作不同的假设，油井的生产动态有所不同，另外，还研究了裂缝长度、裂缝宽度以及地层各向异性对油井产量的影响，给出了综合以上因素对油井动态特性的影响情况，本文认为，对人工压裂井的动态模拟在以下假设条件下进行，条件更加接近实际，结果更为合理：①人工裂缝的几何形状为楔形；②裂缝导流能力同时随距离和时间变化；③地层为各向异性；④人工裂缝有一定方位角；第二，研究了5点法井网中一个井组的生产动态，结果表明：本文的模拟计算方法不仅可以正确地模拟单井的动态情况，而且可以有效地模拟井组的动态情况，进一步可模拟区块的生产动态情况；第三，研究了混合油藏边界渗流场的压力分布，结果表明：有限元法处理复杂的混合油藏边界问题是十分方便和有效的，这为研究复杂油藏的渗流问题提供了有力的手段； 6．利用Fortran 90编制了一个数值模拟器，该模拟器采用高度结构化和模块化的设计思想和方法，结构严谨，计算效率高，便于维护和扩充。

关键词：有限元法渗流数值模拟器油藏模拟人工裂缝油井动态混合边界

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人工裂缝井生产动态模拟研究

人工裂缝井生产动态模拟研究

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作者：郑宪宝大庆石油学院

学位级别：硕士

目前对人工裂缝特别是复杂裂缝的生产动态及其相关参数对生产动态的影响的研究还不深入,由于受到研究方法的限制,并没有对裂缝进行更符合实际的合理描述。因此,在这方面有必要进行深入的研究。用于研究油藏渗流问题的数值解法主要是有... 详细信息

目前对人工裂缝特别是复杂裂缝的生产动态及其相关参数对生产动态的影响的研究还不深入,由于受到研究方法的限制,并没有对裂缝进行更符合实际的合理描述。因此,在这方面有必要进行深入的研究。用于研究油藏渗流问题的数值解法主要是有限差分法,而有限元法作为一种有效的数值解法与有限差分法相比具有诸多的优点,但是,在油藏渗流问题方面的研究目前还不深入。本文在有限元法基本原理基础上,结合低渗透油气藏的渗流特点,比较系统地研究了有限元法在低渗透油藏上应用的原理和方法,对有限元分析中的一些重要影响因素进行了深入的探讨,重点对人工裂缝的生产动态及其参数对生产动态的影响进行深入研究,得到更符合实际的合理描述。应用有限元的基本理论从渗流基本微分方程出发推导了单相流体渗流、油—水两相渗流的有限元方程。首次将锚杆模型引入渗流问题当中来计算模拟裂缝;并采用反力算法计算流量。在此基础上利用Fortran语言编制了有限元方法的油藏模拟器,采用等参元对渗流方程在空间上离散,采用向后差分在时间上离散,线性方程组的求解采用变带宽高斯消去法,该方法充分利用刚度矩阵呈条带状和其对称性的特点,大大减少了所需存储空间。编程过程中采用元件化的程序设计思想,使整个的程序结构清楚,优化紧凑,便于维护,且运算效率高。对影响有限元分析的有关重要参数(如,网格尺寸、网格比例、时间步长等)进行了深入的研究和讨论,为正确地进行有限元计算提供了重要依据;在模型验证的基础上,分别利用模拟器对裂缝半长、导流能力对产能的影响进行了模拟研究,得出了有意义的结论。在此基础上对复杂裂缝井和不规则裂缝井进行了探讨性的研究,初步计算结果表明,计算结果是合理的。同时还选取某油田的一个区块进行了区块模拟研究,结果表明本模拟器不仅可以对单井进行模拟,还可以对区块的生产动态进行模拟研究。对油水两相流的模拟的结果及存在的问题进行了深入的讨论,为进一步的研究工作打下了坚实的基础。

关键词：有限元法低渗透油藏数值模拟器人工裂缝生产动态

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基于有限元法的数值试井分析方法研究

基于有限元法的数值试井分析方法研究

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作者：徐立研东北石油大学

学位级别：硕士

近年来,许多油田进入了开发阶段的中后期,油层中油气水各相分布情况变得十分复杂,建立多相流体试井分析模型显得至关重要。传统的试井分析,通常采用解析方法对试井理论模型进行求解,在这个求解过程中,试井理论模型多为单相均质油藏,对油... 详细信息

近年来,许多油田进入了开发阶段的中后期,油层中油气水各相分布情况变得十分复杂,建立多相流体试井分析模型显得至关重要。传统的试井分析,通常采用解析方法对试井理论模型进行求解,在这个求解过程中,试井理论模型多为单相均质油藏,对油-水两相流试井问题进行分析时,数值解更符合油藏实际情况。本文应用数值方法中的有限元法对油-水两相试井问题进行分析,建立了油-水两相有限元试井模型,并考虑了井筒储集效应和表皮效应的影响,编制了油-水两相数值试井模拟器,为应用有限元法对复杂条件油藏进行试井分析提供了理论指导。本文具体的研究内容如下:1、建立了油-水两相渗流条件下的有限元数学模型,考虑了井筒储集效应和表皮效应的影响;2、编制了油-水两相流条件下的数值试井模拟器;3、将油-水两相流数值试井模拟器中的单相流模型分析得到的数值解,与解析解进行了对比,验证了数值试井模拟器中单相流模型的正确性及可靠性;4、将油-水两相流数值试井模拟器中的两相流模型分析得到的结果,与单相流模型的结果进行了对比,验证了数值试井模拟器中两相流模型的正确性;5、应用油-水两相数值试井模拟器对油-水两相流试井曲线进行了敏感性因素分析,讨论了相渗曲线、初始含油饱和度及原油粘度对油-水两相流条件下试井曲线的影响规律。

关键词：数值试井解析方法有限元法油-水两相流数值模拟器

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S油田高含水期渗流场重构策略研究

S油田高含水期渗流场重构策略研究

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作者：花靖中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

S油田目前处于“高含水率、高采出程度”阶段,剩余油分布规律复杂,总体呈现“整体分散、局部富集”的特征,持续提高油田开发效果的难度较大。因此有必要对目前的渗流场进行描述和评价,并制定相应的重构方案。为了达到明确目标油田各个... 详细信息

S油田目前处于“高含水率、高采出程度”阶段,剩余油分布规律复杂,总体呈现“整体分散、局部富集”的特征,持续提高油田开发效果的难度较大。因此有必要对目前的渗流场进行描述和评价,并制定相应的重构方案。为了达到明确目标油田各个开发阶段波及和驱油特征的目的,从一维、二维、三维三个维度展开物理模拟室内实验。分别考虑平面波及系数和纵向波及系数的渗流特征和静态特征,推导相应的理论计算公式,并对主要影响因素进行敏感性分析。从众多影响渗流场的静态因素和动态因素中筛选出代表性的表征指标—面通量,利用模糊C均值聚类分析法对渗流场强度进行了分级,建立完整的渗流场评价体系。考虑物性时变现象,采用FORTRAN 90语言编制相应的模块。在已明确目标油田开发潜力的基础上,提出了多种渗流场重构措施,包括:井网调整转流线、分层调配均衡驱、潜力层开层生产、提液、单井注聚浓度优化等措施。研究结果表明:室内实验和理论推导相结合确定了目标油田的采收率为55%以上,表明现阶段目标油田具备较大的开发潜力。通过平面波及系数敏感性的研究发现:启动压力梯度越小,压差越大,平面渗透率级差越小,平面波及系数越大。通过纵向波及系数的敏感性发现:渗透率变异系数越大,油水粘度比越大,纵向波及系数越小。渗流场重构方案的结果显示:当物源方向与井排方向一致时,开发效果较好;分层注水、提液、开层等措施也可以有效地改善开发效果;通过两次优化,得到合理的注聚浓度。最终优势渗流场的无效水循环情况得到了有效地缓解,非优势渗流场处的剩余油被有效地动用,注入水利用率变高,注聚效果更加明显,开发效果得到明显改善。

关键词：渗流场重构室内实验理论推导面通量数值模拟器

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复杂裂缝条件下的渗流机理研究

复杂裂缝条件下的渗流机理研究

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作者：李文娟大庆石油学院

学位级别：硕士

低渗透油藏压裂改造中产生的裂缝复杂多变,如何更合理的描述裂缝形状以及模拟裂缝井的生产动态对指导低渗透油田开发意义重大。近年来有很多关于裂缝生产动态的研究,但在模拟中大多假设裂缝沿直线延伸,没有反映出裂缝的真实形状,对复杂... 详细信息

低渗透油藏压裂改造中产生的裂缝复杂多变,如何更合理的描述裂缝形状以及模拟裂缝井的生产动态对指导低渗透油田开发意义重大。近年来有很多关于裂缝生产动态的研究,但在模拟中大多假设裂缝沿直线延伸,没有反映出裂缝的真实形状,对复杂裂缝的模拟仍不深入,没有对裂缝得到更符合实际的合理描述,因此,在这方面有必要进行深入的研究。目前研究油藏渗流问题的数值解法主要是有限差分法,而有限元法作为一种有效的数值解法与有限差分法相比具有诸多的优点,但是,在油藏渗流问题方面的研究还很有限。本文在有限元法基本原理基础上,结合低渗透油气藏的渗流特点,比较系统地研究了有限元法在低渗透油藏上应用的原理和方法,重点对复杂裂缝做出更接近实际的描述。应用有限元的基本理论从渗流基本微分方程出发推导了单相流体渗流有限元方程。将锚杆理论引入到渗流问题中来模拟计算裂缝,并采用反力算法计算流量。在此基础上利用Fortran语言编制了有限元方法的油藏模拟器,在空间上采用等参元对渗流方程离散,在时间上采用向后差分离散,采用变带宽高斯消去法求解线性方程组,充分利用刚度矩阵呈条带状和其对称性的特点,大大减少了所需存储空间。编制模拟器过程中采用元件化的程序设计思想,使整个的程序结构清楚,优化紧凑,便于维护,且运算效率高。本文从基本的径向流模型出发,验证了模拟器计算的正确性,为复杂裂缝模拟提供了依据。重点讨论了裂缝数量,长度,角度,形状,导流能力等变化对压裂井的生产动态影响。在模拟直线裂缝时,利用模拟器对裂缝半长模型进行模拟研究,得出了有意义的结论。在此基础上对复杂曲线形态裂缝井和不规则裂缝井进行了探讨性的研究,初步计算结果表明,计算结果是合理的。对复杂形态裂缝分别在各向同性和各向异性两种条件下进行计算,分析对比结果是合理的,这些结果对指导低渗透油田压裂改造具有重要的意义。

关键词：有限元法复杂裂缝低渗透油藏数值模拟器生产动态

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BioFET的模拟和模型研究

BioFET的模拟和模型研究

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作者：宋媛媛北京大学

学位级别：硕士

近年来，血液和食品的安全等问题一直是备受社会关注的热门话题，由此掀起了新一轮生物传感器研究的浪潮。随着集成电路的发展和其性能的不断提高，基于MOSFET结构的BioFET生物传感器具有反应速度快、体积小、高输入阻抗和低输出阻抗等... 详细信息

近年来，血液和食品的安全等问题一直是备受社会关注的热门话题，由此掀起了新一轮生物传感器研究的浪潮。随着集成电路的发展和其性能的不断提高，基于MOSFET结构的BioFET生物传感器具有反应速度快、体积小、高输入阻抗和低输出阻抗等优势，正在成为未来高性价比且便携的传感器。\n 将传统MOSFET结构中的栅电极由生物溶液和一个参考电极取代，就构成了可以检测化学溶液及相关生物量的BioFET。本文从溶液中的电荷传输机理、电解液-绝缘层交界面的基本化学反应、BioFET等效电路等方面讨论了其工作原理。\n 在MOSFET理论的基础上，结合电解液和氧化层交界面处电化学原理和化学反应的理论，开发出了一套计算BioFET电势分布及漏电流的数值模拟器，得到了器件内部的物理图像，并利用该数值模拟器讨论了衬底掺杂浓度、参考电极电压、溶液浓度及pH值等参数对BioFET输出特性的影响。\n 本文最重要的工作是在完整的表面势方程和电荷表达式的基础上开发出BioFET的解析模型。开发出经数值计算及物理推导验证后的合理电荷近似，在此基础上求解由电解液调制后FET结构的基本方程，得到溶液表面势和半导体表面势的完整解析表达式。通过和数值结果的对比，证明了该解析模型的可靠性。\n 作为生物技术和微电子的交叉点，在未来BioFET代表着场效应器件和生物技术的结合其理论及应用的研究一定受到更多关注。本文开发的数值模型和解析模型对于更好的理解BioFET的工作原理有重要的意义，并且对于制造基于CMOS的生物传感器有重要的指导意义。

关键词：表面势方程电荷表达式 BioFET解析模型电解液调制漏电流数值模拟器

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高含水油田聚合物驱油规律研究

高含水油田聚合物驱油规律研究

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作者：李振泉石油大学

学位级别：硕士

聚合物驱油是目前中国开展最广泛的三次采油方法之一.该文主要以数值模拟器为工具,同时结合物理模拟结果、现场实施动态分析,着重研究了高含水期油层的渗流介质非均质性、注聚合物参数、不同开发条件、注聚合物以后注水方式等对聚合物... 详细信息

聚合物驱油是目前中国开展最广泛的三次采油方法之一.该文主要以数值模拟器为工具,同时结合物理模拟结果、现场实施动态分析,着重研究了高含水期油层的渗流介质非均质性、注聚合物参数、不同开发条件、注聚合物以后注水方式等对聚合物驱的影响.提出了一套非均质性概率模型的建立方法,进一步认识了在高含水、高渗透、高度非均质条件下,介质非均质性对聚合物驱效果的影响以及注聚参数对聚的驱效果影响.从技术角度优化了注聚合物方式和注聚参数.同时,提出了注聚以后与之相适应的注水方式,这将有利于提高聚合物驱的整体开发效果.

关键词：聚合物驱油聚合物驱油区参数优化概率模型数值模拟器物理模拟渗流介质

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压裂水平井生产动态数值模拟研究

压裂水平井生产动态数值模拟研究

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作者：张矿生西南石油学院

学位级别：硕士

水平井压裂现已成为低滲透油气藏开发的一项重要技术。水平井压裂施工前要求进行压后生产动态预测以指导压裂设计及优选评价设计方案，随着压裂水平井数量的逐年增加，如何成功地预测压裂水平井生产动态就成了一个有待研究的课题。目前... 详细信息

水平井压裂现已成为低滲透油气藏开发的一项重要技术。水平井压裂施工前要求进行压后生产动态预测以指导压裂设计及优选评价设计方案，随着压裂水平井数量的逐年增加，如何成功地预测压裂水平井生产动态就成了一个有待研究的课题。目前的压裂水平井产能预测方法基本上是以解析公式为主，利用数值模拟方法进行预测的较少，考虑因素也不全面，基于水平井压裂改造的技术需求，本文在三维两相压裂水平井生产动态数值模拟预测方面进行了研究，主要取得了以下成果： (1)结合油藏-裂缝网格系统划分及IMPES差分方法，建立了压裂水平井三维两相生产动态数值模拟模型，模型中将油藏和裂缝当作一个渗流系统处理，针对裂缝划分了不等距油藏-裂缝系统网格，差分后形成大型七对角线形方程组，采用逐次线松弛方法迭代求解，并首次在压裂水平井生产动态数值模型中考虑了裂缝导流能力随时间变化的因素以及裂缝中流体高速流动引起的紊流效应。 (2)根据建立的模型，利用VisualBasic 6.0语言研制了压裂水平井生产动态数值模拟软件。 (3)根据研制的压裂水平井生产动态数值模拟软件，计算了不同裂缝导流能力、不同裂缝长度、不同裂缝间距、不同裂缝条数、不同地层渗透率、不同地层渗透率下裂缝长度及导流能力、不同含水饱和度、不同井底流压及裂缝长度非均匀情况下的压裂水平井产液量及产油量，较全面地进行了各种影响压裂水平井生产动态因素的敏感性分析，首次分析了不同边界条件及不同相对渗透率曲线对压裂水平井生产动态的影响。结果表明：以上参数及边界条件对压裂水平井生产动态有重要影响。 (4)通过对压裂水平井和压裂垂直井的生产动态进行对比，证明考虑射孔生产的水平井压后多裂缝生产动态预测模型更符合现场实践，计算还表明，射孔产量在后期对水平井的总产量有一定影响。 (5)利用净现值法(NPV法)建立了裂缝条数优化模型，结合压裂水平井多条裂缝生产动态数值模拟结果计算了不同裂缝条数下的净现值，分析得出了针对具体油藏的最优裂缝条数。本文对以上几个方面进行了细致的研究，考虑因素比较全面，计算工作量及编程难度比较大。通过研究，本文初步建立了一套压裂后水平井生产动态计算的基础理论模型，研制了比较合理可靠的压裂水平井生产动态数值模拟软件，并通过计算分析，得到了一些能指导油田水平井压裂设计的原则及结论。

关键词：水平井水力压裂生产动态数值模拟器裂缝条数优化

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疏松砂岩油藏大孔道发育特征研究

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科学技术与工程 2014年第23期22卷 32-36页

作者：顾文欢杨宝泉苑志旺尚凡杰张昕中海油研究总院北京100027

疏松砂岩油藏在长期注水开发过程中,往往伴随着油藏大孔道的出现,导致油水井间注入水无效循环,影响油藏开发效果。针对油藏大孔道的演化机理进行分析,将其演化过程看作局部渗透率增加的过程,同时考虑储层渗透率改变造成的相对渗透率变化... 详细信息

疏松砂岩油藏在长期注水开发过程中,往往伴随着油藏大孔道的出现,导致油水井间注入水无效循环,影响油藏开发效果。针对油藏大孔道的演化机理进行分析,将其演化过程看作局部渗透率增加的过程,同时考虑储层渗透率改变造成的相对渗透率变化,编制三维两相油藏数值模拟器,分析不同情况下大孔道的演化过程及发育特征;分析结果表明:1均质各向同性油藏生产井相同采液强度条件下,大孔道发育方向为油水井连线方向;2均质各向异性油藏生产井相同采液强度条件下,大孔道的发育方向偏离油水井连线,各向异性程度越大,偏离程度越高;3非均质各向同性油藏生产井不同采液强度条件下,储层初始条件下的相对高渗带最终形成油藏大孔道。

关键词：大孔道储层参数演变数值模拟器发育特征

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