检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：刘昊中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

我国页岩油气资源分布广、储量大,但页岩储层渗透率低,需人工压裂后方可商业开采。作为我国重要的页岩气生产主力区,四川盆地断裂带发育,在压裂过程中,压裂液和储层流体可进入断层,导致其流体压力增加、断层附近地应力变化,甚至诱发断... 详细信息

我国页岩油气资源分布广、储量大,但页岩储层渗透率低,需人工压裂后方可商业开采。作为我国重要的页岩气生产主力区,四川盆地断裂带发育,在压裂过程中,压裂液和储层流体可进入断层,导致其流体压力增加、断层附近地应力变化,甚至诱发断层滑移。一方面,断层滑移可对井筒造成挤压变形,严重影响井产能;另一方面,断层滑移导致地应力重分布,致使断裂带周边裂缝的连通性和流动能力变化,进而影响页岩储层油气流动。对此,本文结合物理实验和流固耦合数值模拟,对页岩储层断层滑移过程及其对产能的影响开展了研究,主要创新工作和结论如下。首先,通过X射线衍射实验测试了某油田页岩的矿物成分,测试结果显示其矿物以石英和黏土矿物为主,脆性矿物含量高;三轴压缩实验结果表明,岩石的杨氏模量随围压增加而增大;压力脉冲实验结果表明页岩的气测渗透率随有效应力增加略有下降;上述实验为流固耦合数值模拟提供了关键基础参数。其次,以页岩气藏为研究对象,结合岩石力学方程,考虑页岩气吸附解吸、努森扩散等微观流动机理,应用Mohr-Coulomb准则对断层是否滑移进行判断,建立了气水两相流固耦合数学模型;其中,微裂缝采用离散裂缝模型,对裂缝进行降维处理;水力裂缝采用嵌入式离散裂缝模型,降低了复杂裂缝网格的剖分难度;应用有限体积法对流动方程进行隐式求解,采用有限元法求解应力方程,通过定应力方法实现两场的顺序迭代耦合求解,通过与解析解和文献结果的对比验证了本方法和程序的正确性。最后,基于上述数值模拟器,对断层滑移后产能评价及其影响因素进行了研究。研究结果表明,在本文模型中,水平和垂直应力比增加一定程度时断层发生滑移,滑移产生剪胀导致裂缝开度增加,提高了页岩气藏的产能;水力裂缝长度对页岩产能的影响较大,缝长的增加有利于页岩气的开采,而基质杨氏模量的变化对产能影响较小。

关键词：裂缝性介质断层滑移流固耦合离散裂缝模型数值模拟

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求解裂缝性多孔介质中流动问题的自适应有限元方法研究

求解裂缝性多孔介质中流动问题的自适应有限元方法研究

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作者：胡宇厦门大学

学位级别：硕士

本学位论文主要研究裂缝多孔介质中流动问题的自适应有限元方法,全文共分八章。第一章概述本文所研究专题的相关背景及国内外的研究现状,根据已有的结果提出拟研究的相关问题,然后阐述本文的主要结果,最后给出本文所用到的预备知识。第... 详细信息

本学位论文主要研究裂缝多孔介质中流动问题的自适应有限元方法,全文共分八章。第一章概述本文所研究专题的相关背景及国内外的研究现状,根据已有的结果提出拟研究的相关问题,然后阐述本文的主要结果,最后给出本文所用到的预备知识。第二章考虑裂缝多孔介质中的Darcy流动模型。裂缝作为界面将其分割成两部分,使得可以被建模。在二维多孔介质区域中,将一条可以渗透液体的细小裂缝看成一个一维的多边形线条,裂缝中的渗透性和它周围介质区域中的渗透性的差异决定了流体的流向,在此基础上,由Darcy定律和质量守恒,我们推导了裂缝中的流动方程和其周围介质区域中的流动方程,从而构成我们的简化模型。第三章介绍Continuous Galerkin(CG)有限元方法来求解模型问题的压力离散解。首先给出基于CG元的流动方程的变分公式,在CG元的情况下,我们考虑使用连续分片线性元来离散,此时在模型方程中压力在裂缝边上的跳量变为0,在裂缝边上的平均量等于自身,再通过分部积分得到双线性形式,然后证明离散解是存在唯一的。第四章推导CG有限元方法的后验误差估计子,它和CG元的双线性形式,压力离散解和模型右端源项紧密相连,并证明了 CG估计子和压力误差的能量范数之间的关系,即估计子是可靠且有效的。第五章介绍Enriched Galerkin(EG)有限元方法来求解模型问题。它是在CG有限元空间的基础上,加上了分片常数空间,这使得压力穿过裂缝是不连续的,由此推导出的变分公式和CG也有所差异,最后同样证明了 EG离散解的存在唯一性。第六章推导EG有限元方法的后验误差估计子,它和EG的双线性形式,压力离散解和模型右端源项相联系,并证明了 EG估计子和误差的能量范数之间的关系。第七章给出了应用自适应CG有限元方法的一些数值算例,实验表明后验误差估计子的最优收敛速率为O(N-0.5)。第八章给出本文的主要结论以及展望。

关键词：离散裂缝模型自适应有限元方法后验误差估计

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扩展有限元应用于致密储层水力压裂的数值研究

扩展有限元应用于致密储层水力压裂的数值研究

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作者：李雪丽中国科学技术大学

学位级别：硕士

非常规油气藏的储量丰富,但是由于其渗透率极低,开采难度较大,必须通过采用水力压裂技术产生水力裂缝达到增产的目的。另外,地质结构一般异常复杂,存在大量天然裂隙和层理结构,它们与水力压裂裂缝相互连通有利于提高裂缝网络的连通性,... 详细信息

非常规油气藏的储量丰富,但是由于其渗透率极低,开采难度较大,必须通过采用水力压裂技术产生水力裂缝达到增产的目的。另外,地质结构一般异常复杂,存在大量天然裂隙和层理结构,它们与水力压裂裂缝相互连通有利于提高裂缝网络的连通性,从而进一步提高产量。为确保形成有效的裂缝网络,研究水力压裂过程的影响因素至关重要。本文建立了基于离散裂缝模型和扩展有限元法的二维水力压裂模型,该模型考虑了压裂液流动、岩石变形、流固耦合作用及裂缝的相交规律,并且基于扩展有限元法的优势只需采用规则的正交网格。流固耦合体现在基质中压裂液渗流与固体骨架变形的相互影响,压力场影响骨架变形从而改变裂缝宽度,裂缝宽度反过来会改变裂缝的渗透率继而影响压力场。为准确描述地应力的影响,本文将位移场分解为地应力引起的初始位移场和压裂液作用的有效位移场。另一方面,在求解应力强度因子时采用考虑体积力影响的相互作用J积分域形式,避免了裂尖应力奇异造成的误差。为了验证本文模型的可靠性,首先与经典的KGD模型理论解进行对比,运用本文模型模拟得到裂缝扩展过程的裂缝长度与最大缝宽数值解与理论解相吻合,同时还与判断相交裂缝穿透与否的实验结果进行了对比,对比结果相一致。利用本文模型首先模拟了不考虑天然裂缝和层理结构条件下压裂液流量、基质渗透率、流固耦合系数及射孔角对水力压裂过程的影响。结果表明:一定范围内随着压裂液流量的增多,水力裂缝扩展的距离变长张开开度变宽,但是当压裂液流量超过一定值时裂缝长度增加,而裂缝最大宽度几乎保持不变;基质渗透率和流固耦合系数作为流固耦合强弱的影响因素,较大的基质渗透率导致压裂液作用在裂缝面的力较小得到的裂缝长度较短,流固耦合系数越大体积力越大裂缝容易张开扩展距离较长;射孔角影响裂缝的扩展方向,但是不同射孔角下裂缝的扩展均逐渐趋向于最大主应力方向。另外,还研究了水平井多段压裂产生的水力裂缝延伸扩展状态。多条水力裂缝同时压裂时相互之间存在应力干扰,随着射孔间距的增加应力干扰变弱,在一定的射孔间距条件下,射孔数量不同相互之间的应力干扰作用也不同,结果显示两侧水力裂缝在应力干扰下逐渐向两侧扩展,中间部分的水力裂缝不易启裂且扩展距离比两侧短。本文还研究了地层中存在一条天然裂缝时不同射孔方位、逼近角及地层应力差异系数条件下水力裂缝的扩展情况和存在多条天然裂缝时其不同数量、初始分布状态、压裂液粘度及地层应力差异系数下形成的裂缝网络结构。结果表明,射孔角和逼近角较小时,水力裂缝被天然裂缝捕获后仅其中一端发生了扩展,在水力压裂过程相当于仅仅改变了裂缝的扩展方向,未能有效的沟通较多体积的储集层油气增加产量;对于较小的地层应力差异系数,水力裂缝沿天然裂缝两端扩展时更易沟通较远距离的油气藏,增大开采面积,而地层应力差异系数较大时水力裂缝沿天然裂缝发生转向后很快又转至最大主应力方向。研究裂缝网络的形成时结果表明:对于存在较多天然裂缝且其分布无规律时,容易形成有效的裂缝网络;压裂液粘度和地层应力差异系数过大或过小都不利于裂缝网络的形成,在实际工程压裂之前应进行详细的地质探测并合理地调整压裂液的粘度。油气藏受各方面因素的影响形成了层理结构,必然会对水力压裂过程造成影响,所以本文对不同层理间距和粘结强度进行了研究。水力裂缝扩展过程压裂液容易渗入层理使其张开,而较小的层理间距导致层理间岩石的抗张强度较弱,沿着层理扩展的裂缝容易向岩石的弱应力点发生二次转向,在储层中天然裂隙的影响下极易形成裂缝网络;层理粘结强度越大压裂液越不容易进入层理,水力裂缝容易沿着初始射孔方向扩展,此种条件下不易形成裂缝网络。

关键词：水力压裂离散裂缝模型扩展有限元天然裂缝层理结构

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致密油藏压裂水平井试采设计方法研究

致密油藏压裂水平井试采设计方法研究

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作者：王磊东北石油大学

学位级别：硕士

致密油作为重要的非常规油气资源,由于分布广泛、储量巨大,已成为国内外研究的热点领域。近年来随着水平井压裂改造技术的逐步完善和应用,致密油气已经逐步成为石油工业现实接替领域,并在北美地区实现了规模化和工业化开采。我国致密油... 详细信息

致密油作为重要的非常规油气资源,由于分布广泛、储量巨大,已成为国内外研究的热点领域。近年来随着水平井压裂改造技术的逐步完善和应用,致密油气已经逐步成为石油工业现实接替领域,并在北美地区实现了规模化和工业化开采。我国致密油气勘探开发总体上仍处于起步阶段,研究和认识程度较低,理论技术发展还面临很多挑战。目前通过转变开发理念,发展先进技术,长水平井段大规模体积压裂已成为致密油开发的有效手段,而压后如何进行试采,从而达到评价井区水平井的生产能力,求取在合理工作制度下稳定产量及其变化规律的目的,是开发致密油藏亟待解决的技术问题之一。为此,本文开展了致密油藏压裂水平井试采设计方法方面相关研究,主要做了以下工作:首先,介绍了致密油藏的储层定义、基本特征以及分类标准,说明了致密油藏开发难点,分析了水平井压裂的增产机理,同时对比了致密油藏常规分段压裂和体积压裂之间的区别。其次,基于离散裂缝模型建立了致密油藏常规分段压裂水平井及体积压裂水平井渗流数学模型,其中体积压裂水平井压裂改造区使用双重介质进行描述,并通过有限元进行求解,为致密油藏压裂水平井试采设计提供了理论基础。再次,给出了致密油藏常规压裂水平井和体积压裂水平井的典型渗流阶段,分析了储层渗透率、裂缝长度、裂缝条数、裂缝导流能力对压力场和产能的影响,为试采方案的确定及产能规律研究提供了依据。最后,给出了致密油藏压裂水平井试采设计方法,结合致密油藏实际井资料和试采目的制定了实际压裂水平井的试采方案并实施,对试采后取得的试采资料进行了解释与产能预测,证实了该试采设计方案合理性。本文研究为致密油藏压裂水平井的合理试采提供了科学依据。

关键词：致密油藏压裂水平井离散裂缝模型试采设计产能预测

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基于自动历史拟合的裂缝性油藏裂缝分布反演

基于自动历史拟合的裂缝性油藏裂缝分布反演

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作者：张晓明中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

裂缝性油藏中的裂缝分布状态对流体的渗流行为有主导性的影响,因此,有效地预测储层裂缝的分布状态是裂缝性油藏开发的基础和关键。相比于基于测井或地应力资料推测裂缝分布信息,油田的历史生产数据则包含了受裂缝分布影响的动态流动信息... 详细信息

裂缝性油藏中的裂缝分布状态对流体的渗流行为有主导性的影响,因此,有效地预测储层裂缝的分布状态是裂缝性油藏开发的基础和关键。相比于基于测井或地应力资料推测裂缝分布信息,油田的历史生产数据则包含了受裂缝分布影响的动态流动信息,而这些信息正是基于自动历史拟合反演裂缝的基础。裂缝预测的不准确会导致模拟值与历史生产值不相符,因此,自动历史拟合的过程是最小化模拟值与历史生产值之间的差异,从而预测出符合实际情况的裂缝分布。首先,为了保证裂缝分布状态与模拟值之间存在紧密联系,本文将裂缝性油藏的等效连续介质模型以及离散裂缝模型分别作为反演过程中的模拟模型:等效连续介质模型的模拟过程是先通过等效渗透率张量将裂缝性介质等效转换为异性的多孔介质,然后运行ECLIPSE模拟器得到模拟值;离散裂缝模型的模拟过程是通过运行MATLAB油藏模拟工具箱(MRST)中的DFM模块实现的。其次,研究描述裂缝分布状态的不同表征参数,将这些参数作为反演参数。然后,基于Bayesian理论构建反映反演模拟值与生产值差距的自动历史拟合目标函数,将反演裂缝的过程转化为最小化目标函数的过程。最后,改进的随机扰动梯度算法(SPSA)被用于最小化目标函数,从而得到最优的裂缝分布。但是反演问题的多解性会降低裂缝预测的准确度,甚至会造成结果无效。因此,在反演裂缝的开始阶段需要基于测井数据、地应力分布等资料估计裂缝的可能分布范围,这些范围是目标函数的重要约束条件。为了验证反演裂缝的可行性,对不同的流动模型以及不同的反演参数都分别进行了理论例子的测试。这些例子证明了通过反演预测裂缝的有效性,也显示出了不同的预测准确度。

关键词：裂缝反演等效连续介质模型离散裂缝模型 MRST SPSA

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基于复杂渗流机理的页岩气藏压后数值模拟研究

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油气藏评价与开发 2020年第1期10卷 22-29页

作者：王伟李阳陈祖华姚军梅俊伟任建华马波中国石化华东油气分公司勘探开发研究院江苏南京210011 中国石油化工股份有限公司北京100728 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

对于天然裂缝发育的页岩气藏,压后人工裂缝与天然裂缝相互沟通,传统的双重介质模型不能准确的反映天然裂缝对产量的影响。针对气体在纳米孔隙中运移的微尺度效应,建立了气体在基岩中黏性流动、Knudsen扩散、表面扩散、吸附层以及气体解... 详细信息

对于天然裂缝发育的页岩气藏,压后人工裂缝与天然裂缝相互沟通,传统的双重介质模型不能准确的反映天然裂缝对产量的影响。针对气体在纳米孔隙中运移的微尺度效应,建立了气体在基岩中黏性流动、Knudsen扩散、表面扩散、吸附层以及气体解吸附等复杂流动机理作用下的多段压裂水平井数学模型。通过离散裂缝模型对天然裂缝和压裂裂缝进行简化并采用有限元方法对模型进行求解,再运用数值模拟研究平桥区块页岩气多段压裂水平井产能的影响因素,结果表明,页岩气井早期产量主要来自裂缝系统游离气,吸附气采出程度平均只有10.1%;储层未改造区域的存在使得基岩渗透率对累计产量的影响变大,裂缝密度和裂缝网络的连通性对气井产量和递减率影响也很大。

关键词：平桥页岩气藏离散裂缝模型渗流机理产量递减压后模拟

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混凝土断裂力学理论的国外进展

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人民长江 1986年第10期 55-60页

作者：王同生水电部太湖流域管理局

随着断裂力学理论和试验研究的发展以及计算机技术的进步,二十多年来混凝土断裂力学理论也有了长足的进展.六十年代,美国在诺福克坝最早的有限元分析中已开始用数值模型研究裂缝的影响.八十年代初期,利用断裂力学和有限元分析的新技术,... 详细信息

随着断裂力学理论和试验研究的发展以及计算机技术的进步,二十多年来混凝土断裂力学理论也有了长足的进展.六十年代,美国在诺福克坝最早的有限元分析中已开始用数值模型研究裂缝的影响.八十年代初期,利用断裂力学和有限元分析的新技术,又对方坦那坝后期裂缝发生的原因和形成的过程进行了研究.

关键词：裂缝长度有限元分析片状数值分析张开度断裂力学理论微裂缝离散裂缝模型单元尺寸离散模型数学模型裂缝带混凝土断裂力学应变软化曲线

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致密油藏分段压裂水平井产能模型研究

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渗流力学进展 2015年第3期5卷 31-37页

作者：赵二猛尹洪军东北石油大学提高采收率教育部重点实验室黑龙江大庆东北石油大学非常规油气成藏与开发省部共建国家重点实验室培育基地黑龙江大庆

致密油藏渗透率低、储层物性差,因此需要采取水平井分段压裂技术进行开采。为此本文建立了致密油藏分段压裂水平井产能模型,人工裂缝基于离散裂缝模型进行降维处理,使用伽辽金有限元方法对数学模型进行求解,最后,通过某油田实例研究验... 详细信息

致密油藏渗透率低、储层物性差,因此需要采取水平井分段压裂技术进行开采。为此本文建立了致密油藏分段压裂水平井产能模型,人工裂缝基于离散裂缝模型进行降维处理,使用伽辽金有限元方法对数学模型进行求解,最后,通过某油田实例研究验证了本模型的可靠性与实用性。研究结果表明:生产压差越大,产量和累积产量也越大,但压差过大会导致原油脱气,因此在实际生产过程中,应合理控制生产压差;基质渗透率越大,产量和累积产量也越大;裂缝导流能力越大,产量及累积产量越大,但随着压裂缝导流能力的增加,产量增幅逐渐变小。研究结果可为致密油藏产能分析提供理论支持。

关键词：致密油藏分段压裂水平井产能模型有限元离散裂缝模型

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非常规油气藏体积压裂数值模拟新进展

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石油地质与工程 2017年第3期31卷 108-113页

作者：唐子春王朝张子珂胡蝶雷征东中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油大学(北京)

页岩气藏的高效开发与体积压裂的合理设计密切相关,在调研大量相关文献的基础上,综述了近年来国外非常规油气藏水平井体积压裂数值模拟技术。从天然裂缝与人工缝的相互作用、应力影以及支撑剂模拟等方面叙述了压裂力学模型的发展历程,... 详细信息

页岩气藏的高效开发与体积压裂的合理设计密切相关,在调研大量相关文献的基础上,综述了近年来国外非常规油气藏水平井体积压裂数值模拟技术。从天然裂缝与人工缝的相互作用、应力影以及支撑剂模拟等方面叙述了压裂力学模型的发展历程,介绍了非常规压裂模型的原理,为该技术的深入研究提供参考;阐述了连续介质模型和离散裂缝模型在非常规油气藏体积压裂数值模拟中的应用,分析了其原理、数模思路以及适用性;总结了国外研究的主要方向,提出了针对长庆油田致密储层体积压裂数值模拟的发展方向。

关键词：长庆油田非常规油气藏数值模拟体积压裂离散裂缝模型

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页岩气藏渗流机理研究进展与展望

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非常规油气 2021年第3期8卷 1-9页

作者：杜殿发张耀祖张莉娜刘欣徐梦冉非常规油气开发教育部重点实验室山东青岛266580 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中石化华东油气分公司南京210019

页岩气的储渗空间与渗流机理极为复杂,其在孔渗空间的流动属于多尺度性的多场耦合流动,因此研究页岩气的渗流机理对页岩气藏开发格外重要。针对目前页岩气微观以及宏观的渗流机理研究尚未明确,缺少系统且高效的页岩气渗流机理研究方法... 详细信息

页岩气的储渗空间与渗流机理极为复杂,其在孔渗空间的流动属于多尺度性的多场耦合流动,因此研究页岩气的渗流机理对页岩气藏开发格外重要。针对目前页岩气微观以及宏观的渗流机理研究尚未明确,缺少系统且高效的页岩气渗流机理研究方法的问题,从页岩气微观运移机理、页岩气宏观运移机理、页岩气藏中气水两相运移机理、压裂作用对页岩气运移规律的影响等多个尺度和方面来阐述页岩气宏观渗流机理研究现状。指出提高测试仪器精密度和测试条件,将LBM和MD等多个方法综合运用于页岩气藏中气水微观流动规律研究,建立考虑多重影响因素的多孔介质模型,探析压裂液进入对页岩气藏中气水两相渗流机理的影响,是未来探究页岩气藏中气水两相渗流机理的发展方向。

关键词：页岩气渗流机理连续介质模型离散裂缝模型压裂作用

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