缝洞型碳酸盐岩油气藏流固耦合数值模拟研究
我国海相碳酸盐岩油气藏油气资源丰富，以缝洞型为主，其储层非均质性极强，储渗空间类型多样，包含裂缝、溶蚀孔隙以及溶洞，其中的流体流动规律复杂，既存在基质和裂缝中的渗流，又存在溶洞中的自由流。同时，我国缝洞型碳酸盐岩油气藏普遍埋藏深，超过5000m，储层处于高温、高压、高应力“三高”环境，开发过程中裂缝和溶洞变形对流动影响大，流固耦合效应显著。现有的渗流理论和数值模拟方法并不完全适用，亟需建立一套能够有效表征缝洞型碳酸盐岩油气藏复杂多相流动模式和流固耦合效应的数值模拟方法和技术。 对此，本文首先建立了缝洞型油气藏流固耦合数学模型，针对渗流场采用多相多组分渗流模型描述缝洞型油气藏中的复杂相态变化，基质和裂缝中流体流动符合多相达西定律，溶洞中的多相自由流采用瞬时重力分异模型予以合理简化；针对应力场综合考虑基质弹性变形、裂缝非线性闭合、裂缝剪胀效应以及溶洞变形，建立缝洞型油气藏的应力方程。其次，针对复杂缝洞型介质几何形态，开发了基于离散缝洞模型的非结构匹配型网格、基于嵌入式离散缝洞模型的结构化非匹配型网格和基于改进嵌入式离散缝洞模型的角点网格三种网格剖分前处理技术，以适应不同研究问题的需求；采用有限体积法和有限元方法分别离散渗流和应力方程，基于定应力分裂算法构建了高效稳定的流固耦合迭代求解格式，编制了缝洞型碳酸盐岩油气藏流固耦合数值模拟器，并通过一系列算例对比验证了模拟器的正确性。最后，基于缝洞型油气藏流固耦合数值模拟器，进行了三项应用研究：对缝洞型介质流固耦合特性及影响因素进行了分析，揭示了裂缝剪胀效应对天然裂缝网络流固耦合特性的重要影响，以及溶洞对缝洞型介质力学变形和流动的主导作用；分析了不同典型缝洞油藏单元和典型缝洞凝析气藏单元的开发动态，深入认识了缝洞结构对生产特征的影响规律；通过对塔里木和塔河油田实际缝洞型碳酸盐岩油藏模型的模拟分析，表明了编制的数值模拟器对实际油田问题的适用性。 本论文建立了一套适用于缝洞型碳酸盐岩油气藏的流固耦合数学模型和数值模拟方法，形成了相应的数值模拟技术，并应用于塔里木和塔河油田，为缝洞型碳酸盐岩油气藏高效开发提供了理论基础和技术支撑。
碳酸盐岩油气藏;缝洞型介质;渗流-自由流耦合;流固耦合;数值模拟
中国石油大学(华东)
博士
油气田开发工程
姚军
2021
中文
TE357.1
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）