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油水两相渗流与变形孔隙介质耦合模型及有限元数值模拟
的开题报告
一、研究背景和意义：
在油气勘探、石油开采、地下水排放等领域中，研究油水两相渗流及地层变形孔隙介质的耦合作用具有非常重要的理论和实际意义。
传统的关于单相流和单相变形的
研究方法和模型对于复杂多相渗流与变形介质的研究并不能满足实际需求，因此有必
要研究耦合情况下的油水两相渗流及地层变形。
二、研究目标和内容：
本文研究的目标是建立油水两相渗流与变形孔隙介质耦合模型，并进行有限元数值模拟，以分析渗透系数、孔隙率、应力强度等因素对油水两相渗流及地层变形的影响。
具体研究内容包括：
1. 油水两相渗流与变形孔隙介质耦合模型的建立：通过分析油水两相渗流与地层变形的关系，建立基于Biot理论的油水两相渗流和变形孔隙介质的耦合模型。
2. 数值模拟方法的选择：根据模型的特点和要求，评估有限元数值模拟的适用性并选择相应的数值模拟方法。
3. 多因素影响因素的分析：分析孔隙介质本身的孔隙率、渗透系数对油水两相的渗流和地层变形的影响，以及应力、时间等外部因素的影响。
4. 有限元数值模拟：以某油田为例，采用建立的耦合模型和选择的数值模拟方法，进行油水两相渗流及地层变形的数值模拟，并对结果进行分析和验证。
三、预期目标和意义：
通过研究油水两相渗流与变形孔隙介质耦合模型及有限元数值模拟，可以深入了解油水两相渗流与变形孔隙介质之间的相互作用机理，为油气勘探、石油开采、地下
水排放等领域提供理论基础和实际指导。
同时，本研究也可为油田开采及勘探设计提
供重要的理论依据。
《低渗-致密油藏分段压裂水平井产能及渗流规律研究》篇一低渗-致密油藏分段压裂水平井产能及渗流规律研究一、引言随着石油资源的日益紧张，低渗/致密油藏的开发已成为国内外石油工业的关注焦点。
这些油藏由于其特殊的物理性质，如低渗透率、高含油饱和度等，使得传统的开采方法难以满足生产需求。
分段压裂水平井技术作为一种有效的开发手段，被广泛应用于低渗/致密油藏的开发中。
本文旨在研究低渗/致密油藏分段压裂水平井的产能及渗流规律，为该类油藏的高效开发提供理论依据。
二、研究背景及意义低渗/致密油藏具有储层渗透率低、孔隙度小、含油饱和度高等特点，导致其开采难度大，传统开采方法效果不佳。
分段压裂水平井技术通过在井筒中分段实施压裂，形成多条裂缝，增加储层的渗透性和接触面积，从而提高采收率。
因此，研究低渗/致密油藏分段压裂水平井的产能及渗流规律，对于提高该类油藏的开发效率和经济效益具有重要意义。
三、研究方法及内容本研究采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法，对低渗/致密油藏分段压裂水平井的产能及渗流规律进行研究。
具体内容包括：1. 理论分析：基于渗流力学原理，分析低渗/致密油藏的储层特性、流体流动规律及影响因素。
2. 数值模拟：利用数值模拟软件，建立低渗/致密油藏分段压裂水平井的数学模型，模拟不同条件下的渗流过程及产能变化。
3. 现场试验：结合实际油藏条件，设计并实施现场试验，验证理论分析和数值模拟结果的准确性。
四、研究结果及分析1. 分段压裂水平井的产能分析：通过理论分析和数值模拟，发现分段压裂水平井在低渗/致密油藏中具有较高的产能。
随着裂缝数量的增加和裂缝长度的延长，水平井的产能逐渐提高。
同时，合理的压裂液配方和施工参数对提高产能也具有重要作用。
2. 渗流规律研究：低渗/致密油藏的渗流过程受多种因素影响，包括储层特性、流体性质、压力变化等。
分段压裂后，裂缝内的流体流动以层流为主，裂缝间的流体主要通过扩散和渗透作用相互影响。
第六章 油水两相渗流理论基础油气运移理论认为储层原为水所饱和，而油是在后来的某一时间才运移来的。
迄今为止，人们还没有发现孔隙空间中绝对不含水的油气藏。
地层固有水饱和度称为原生水或间隙水饱和度。
仅这些水的存在，除了减少储存烃类物质的孔隙空间外，也构成了孔隙空间中的多相（至少两相）流体体系。
另外，诸多大油区成功经验表明，起源于19世纪下叶的注水采油能够显著提高原油最终采收率，这一技术在20世纪40年代之后蓬勃发展，由注水所引起的多相渗流问题一直被国内外研究者重视，并相继取得了一系列成果。
在理论上，Richards （1931）最先开始了未饱和土壤中毛管束气—液两相流动的研究，之后Wyckoff 和Botset （1936）在研究未饱和土壤中气—液两相渗流时，首先提出了相对渗透率的概念。
Muskat 和Merese （1937）运用相对渗透率的概念先将Darcy 定律推广到了多相流体渗流之中。
诚如Scheidegger （1972）所说，Darcy 定律的这种推广只能有条件的成立，即相对渗透率不受渗流系统的压力和速度影响，而只是流体饱和度的单值函数（Muskat 假设）。
Leverett （1939，1941）、Leverett 和Lewis （1941）、Buckley 和Leverett （1942）相继完成了孔隙介质二相驱替机理。
关于二相或者三相流动的细观研究成果几乎都是基于Leverett 等人的理论推广而进行的。
在宏观渗流方面，主要贡献者有Perrine (1956)、Martin(1959) 、Weller(1966)、Raghavan （1976）、Aanonsen （1985）、Chen （1987）、Al-Khalifah （1987）、B φe （1989）、Camacho-V 和Standing （1991）、Thompson （1995）等，主要成果有P-M 近似模型、拟压力模型、拟压力拟时间模型及压力平方模型等。
摘要本文根据拟三维原理，将理论分析方法和一维油水两相渗流理论相结合，求解分支水平井单井和井网三维两相非活塞渗流问题。
采用适当的保角变换，将XY 平面二维两相复杂渗流问题转化为一维两相问题求解，从而确定出水平井在油水两相流条件下XY平面内的渗流阻力和水平井的水驱油前缘推进方程；根据一维渗流条件下见水前后的无因次时间和无因次见水时间，确定出水平井见水前后的无因次时间和无因次见水时间。
根据W平面内水平井见水前及见水后产量和时间的计算公式，确定分支水平井见水前和见水后产量随时间的变化规律。
该理论的建立为水平井注水开发油田的动态分析和预测提供了依据；利用保角变换还建立了含启动压力梯度的水平井两相渗流的数学模型。
关键词：水平井；油水两相；渗流理论AbstractThe article use the pseudo three-dimensional methodology combine the theoretical analysis and the 1-D and 2-phase percolation theory of oil and water, solve a problem of horizontal well and well patterns and the 3-D and 2-phase flow of oil and water in non piston-like transfusion . Adopting a suitable conformal transformation, change the complex 2-D and 2-phase flow in XY plane of horizontal wells into a simple 1-D and 2-phase flow problem determine seepage resistance and water-flooding front equation in this plane. According to the pre-water breakthrough dimensionless time and dimensionless water breakthrough time in 1-D and 2-phase flow, determining the pre-water breakthrough dimensionless time and dimensionless water breakthrough time of horizontal well. According the calculate equation of water breakthrough and after outcome and time in W plan to determine the rule that breakthrough and after outcome change with time of branch horizontal well. This theory can provide valuable basis for dynamic analysis and prediction of water-flooding development field for horizontal well, adopting conformal transformation establish a startup pressure gradient of the horizontal wells two-phase flow mathematical model.Key words：horizontal well; oil-water 2-phase; flow theoretical目录第1章概述 (1)1.1 立论依据及研究的目的意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文主要研究内容 (4)第2章水平井开发渗流理论 (5)2.1 水平井开发渗流理论 (5)2.2 分支水平井产能研究 (9)2.3 产能的影响因素 (13)2.4 小结 (14)第3章水平井水驱两相渗流理论 (15)3.1 水平井油水两相渗流数学模型及模型的解 (15)3.2 水平井油水两相渗流非活塞驱替理论 (19)3.3 水平井油水两相渗流开发指标计算 (19)3.4 小结 (20)第4章水平井井网渗流理论 (21)4.1 井网布井方式（一）—四井底水平井及直井联合开采 (21)4.2 井网布井方式（二）—水平井及水平井联合开采井网 (25)4.3 井网布井方式（三）—两井底水平井及直井联合开采 (27)4.4 三种井网的对比分析 (27)第5章低渗透油藏中水平井两相渗流分析 (31)5.1 两相流体水平井椭球渗流模型 (31)5.2 小结 (35)结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)第1章概述1.1 立论依据及研究的目的意义水平井用于提高油气井的产量和提高采收率的试验开始于二十世纪的二十年代末。
二十世纪五十年代，在前苏联钻成水平井40余口，这一时期主要就钻井工艺技术进行研究，而忽视了水平井渗流理论的研究，由于水平井渗流理论研究的滞后，导致了油藏工程研究的缓慢发展，因此得出水平井在钻井技术上可行而经济上不可取的结论。
随着科学技术的进步，人们对能源需求的增大，水平井的各项技术也得到较快发展，目前水平井己经成为开发油气田、提高采收率的一项先进的重要技术。
自80年代以来，在世界主要产油国中，形成了用水平井开采油田较大的工业规模，到2000年底，世界上的水平井井数已超过20000口，而其中以美国和加拿大钻水平井数最多。
可以这样说，水平井已成为新油田开发、老油田挖潜以及提高采收率的重要技术。
在“八五”、“九五”及“十五”期间，我国开展了对各项水平井技术的研究和应用，取得了一些成果。
到2000年底，我国已完钻水平井数已经超过300口，这些水平井基本上覆盖了我国所有的油藏类型，绝大部分水平井较直井显示了巨大的优越性，并取得了良好的经济效益。
从油藏工程和采油工程的观点来看，水平井有比直井更加显著的特点主要表现在油井泄油面积增大，渗流阻力减小，从而大幅度地提高了单井产量以及油藏的采收率，增加可采储量，研究表明，用水平井开发油田，采收率可达到60%~80%；有效减缓气顶、底水油藏的气、水锥进，提高了临界产量和见气、见水时间，延长无水开采期；提高二次采油和三次采油的注入能力和驱油效率；改善注水油藏的注水开发效果；改善低渗透油藏的开发效果并提高产量；减少海上油藏平台的数量。
由于这些特点使其在开采裂缝性油藏、低渗透油藏、活跃气顶或底水油藏、稠油油藏、薄层油藏、海上边际油藏、地域空间受限制的油藏及老油田的挖潜改造等特殊油气藏的开采方面，显示出比直井更好的优越性，这些优越性从我国水平井开采油藏的实践中已经得到证实，用水平井开采这类特殊油藏的经济效益远高于直井。
虽然水平井己经在世界和我国得到应用，但水平井开采油藏的问题属于复杂的系统工程，涉及地质、渗流力学、油藏工程及采油等许多方面，而其中水平井的渗流力学问题是开采油藏的基本理论问题，目前这方面的研究不是完全的透彻，因此全面系统地研究水平井的渗流力学理论及在油藏工程中的应用，就可以为水平井开发油藏提供重要的理论基础，对于高效开采油藏具有重要的理论和实际意义。
1.2 国内外研究现状关于水平井的稳定渗流理论及应用研究方面，在解析方法研究方面，前苏联学者首次发表了计算水平井产量的解析公式；另一位前苏联学者在他的专著中，系统地总结了水平井的发展历程和生产原理，提出了水平井稳态产量计算方程，这些工作标志着水平井产能分析理论和分析方法由此开始。
Giger利用水电相似原理推导出均质各向同性油藏水平井与直井的产能比方程，同时将视为非均质性影响的各向异性引入到所推导的产能比方程中，获得了渗透率各向异性影响下，水平井与直井产能比的方程，由此比较了水平井与直井的产能；利用相同的方法Giger还研究了低渗透油藏中压裂水平井的产能，获得了水平井的渗流场及压降分布规律。
Joshi是将水平井的三维渗流问题简化为垂直及水平面内的二维渗流问题，利用势能理论首先推导了均质各向同性油藏中水平井稳态的产能方程，利用平均透率的概念，引入渗透率的各向异性，将各向同性情形下的产能方程修正为各向异性影响的产能方程，该方程考虑了水平井偏离油层中部对产能的影响，同时提出水平井有效井筒半径的概念，研究了影响水平井产能的因素，指出了水平井开采油藏的优越性，该文提出的产能方程目前得到了广泛应用。
Karcher论述了具有网状裂缝的油藏中水平井及压裂井拟稳定流动时的产能分析方法，并与直井的产能进行了比较；Giger论述了利用水平井开采低渗透油藏的可能性，假设油藏均质各向同性，将水平井的三维渗流问题简化为垂直及水平面内的二维渗流问题，采用水电相似原理研究低渗透油藏的产量方程和生产压差，给出了水平井的渗流场分布；Joshi从钻井完井及油藏工程的角度，对水平井技术进行了全面系统地综述；Josh考虑地层单相流动、溶解气驱、天然裂缝等情况，比较了水平井与未压裂直井及压裂直井的产能，目的在于为水平井措施的评价提供依据。
Babu针对任意盒型封闭油藏，建立了水平井三维不稳定渗流的数学模型，在获得解的基础上，结合物质平衡原理，推导出拟稳定流动情形下的产能方程，该方程形式比较复杂，考虑的影响因素较多，在实际应用中的效果不是很好。
Kuchuk及Goode在水平井不稳定渗流解研究的基础上，推导出定压及不渗透顶底边界条件下水平井的流入动态方程，简要分析了水平井长度和水平井在油藏中的位置对水平井流入动态的影响。
Mukherjee利用Joshi的产能方程，运用等效井筒半径的概念，将无因次井筒半径和无因次裂缝导流能力、裂缝半长联系起来，研究了水平井与压裂直井产能的关系，获得了裂缝半长与等效井筒半径的关系。
Goode研究了顶底为恒压或不渗透边界情形的矩形油藏中部分打开水平井的流入动态。
Renard利用势能理论研究了地层损害情形下水平井的产能方程，在定义与直井相似的流动效率后，提出了水平井的流动效率公式，比较了直井与水平井的流动效率，结果表明，当水平与垂直渗透率比值增大到一定数值后，地层损害对直井的影响比对水平井的影响更严重，而水平井的严重损害会降低水平井的流动效率。
Thomas提出了裸眼、割缝衬管或套管完井情况下，水平井附近的表皮系数、非达西流动系数影响下水平井产能的计算公式。
郎兆新应用拟三维方法获得水平井在平面和剖面上的解析解后，再运用等值渗流阻力法得到三维空间的解和二维空间中流场变化，提出了多井底水平井渗流问题产能的计算公式。
