塔河油田油-气-水三相Darcy-stokes流动模型与应用研究

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塔河缝洞型油藏是类特殊油藏,以裂缝和溶洞为主要的储渗空间,储层具有极强的非均质性和离散性;储层空间的尺度跨度大,从微米到数百米不等;流体的运动规律复杂,基质孔、微裂缝以及填充溶洞中的流体服从渗流规律,而溶洞和大裂缝中的流体服从空腔流规律。油藏开发经历了衰竭式开发和注水开发阶段,当前已进入了注气开发阶段。目前研究仅对缝洞型油藏的油-水两相渗流-空腔流耦合流动进行了深入研究,对缝洞型油藏三相流体的渗流-空腔流动规律尚没有明确的认识。为了探索缝洞型油藏中三相流体的流动规律,研究注气开发的优化方法,提高注气开发效果并降低注气成本,本文开展了对缝洞型油藏中油-水的渗流-空腔流耦合运移机理的研究。研究将裂缝、基质孔隙、微小以作为连续介质,用DARCY公式描述其中的流体运动规律;将大尺度裂缝和溶洞作为离散介质,其中充填溶洞用DARCY公式而未充填溶洞用STOKES公式研究流体在其空腔中的流动,建立了油气水三相DACY-STOKES模型。包括四部分内容:(1)在渗流区建立油气水三相重组型缝洞双重介质模型。将溶洞分为两类:Ⅰ类与裂缝存在唯一小开口;Ⅱ类与裂缝有多个开口或者开口宽。前者与裂缝联合构成裂-Ⅰ型溶洞混合介质;Ⅱ类溶洞独立构成一类介质。模型的运动方程用双重介质油气水三相Darcy公式描述。(2)在离散介质区域,大尺度裂缝与溶洞未充填的空腔,流体流动服从Navier-Stokes方程。(3)联立双重介质模型和离散基质模型,在得到的DARCY-STOKES流动模型中,将渗流区和空腔流区分界面的切向连接条件扩展到三相,得到三相流体的 BJS(Beaver-Joseph-Softman)条件。(4)在 DARCY-STOKES 流动模型中,将渗流区和空腔流区分界面的法向连接条件修正为突面界面的连接条件模型(JPVCM),并扩展为三相流模型。在COMSOL软件辅助下,本文求解了基于三相流体JPVCM和BJS条件的Darcy-Stokes模型,并研究了塔河油田典型井组的注气机理,结果表明缝洞内流体分布主要受重力影响,最上面为气,中间为油,底部为水。空腔体内的压力梯度远远小于渗流区的值,空腔可近似于无限导流区。计算过程中,由于渗流区和空腔流区的导流能力相差数个量级,模型求解收敛性差,计算速度较为缓慢。为了提高建立模型的计算效率,实现在塔河油田数值模拟研究中的快速应用,本文根据空腔内流体的分布特征以及其超高导流特征,将空腔内的流动简化三相流体等势体模型,模型考虑了空腔形态对油气水分布的影响,故称为原形空腔等势体模型(EPC)模型。计算过程中,研究将三相DARCY-STOKES流动模型等效简化为三相DARCY-EPC流动模型。该模型保留了 DARCY-STOKES模型的所揭示的流体分布规律,还可以回避空腔体内的压力梯度计算,从而解决了 DARCY-STOKES模型的计算效率和收敛性问题。与DARCY-STOKES模型需要高度精细网格模拟空腔流不同,新模型只需一个网格单元描述一个空腔体,在精度相近的条件下,显著提高了模型的计算效率和实用性。研究建立了油气水三相DARCY-STOKES模型,扩展了渗流区与空腔流动区的切向边界条件(BJS条件),修正了法向边界条件(JPVCM条件),并提出了一种可以快速高效计算渗流-空腔流耦合模型的方法(DARCY-EPC模型)。
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