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石油非达西渗流新的运动模式理论及应用研究 |
姚约东 |
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STUDY ON NEW NON-DARCY PATTERN OF OIL FLOW IN POROUS MEDIA AND ITS APPLICATION |
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摘要 油气田开发工业已进入特殊阶段,其典型标志是地下渗流规律越来越复杂。本文适应现代石油工业的发展需要,为解决基本渗流理论面临的问题而进行了探索性研究——提出了石油非达西渗流新的运动模式,并对该理论在油田开发中的应用作了详细研究。 本文运用无因次分析法对岩芯渗流实验数据进行了研究与分析,发现石油渗流除了人们熟知的线性达西流和高速紊流外,还有3种新的运动形态(亚高速、低速及超低速流动),在无因次关系曲线上确定了各种流态相互转化的临界判据系数。从物理和力学角度进一步研究了这些特殊运动形态,结果与渗流实验完全一致。通过对5种渗流形态的分析,建立了描述石油渗流规律的统一数学模型——指数式非达西运动方程。建立的新非达西渗流模型不仅适用于常规油藏的开发,而且,可以解决低渗及裂隙等特殊油藏的开发问题。 在以上理论研究的基础上,运用新的非达西渗流方程,分别建立了单相和多相流体以及复杂多孔介质(具有分形特征)中的稳定和不稳定渗流模型,形成了相对完整的新非达西渗流力学研究体系。最后,应用本文研究成果对2个油田4口生产井的矿藏资料进行了计算与分析,结果与实际符合较好。因此,本文提出的新的非达西渗流理论可以用来指导油田开发。 本文通过新的非达西渗流理论及应用研究,取得了如下主要结论和成果: (1) 石油在多孔介质中渗流的基本运动形态有5种:超低速、低速、达西、亚高速及高速流动,本文在无因次关系曲线上划分出各种流态的范围,确定出临界无因次判据系数,推导出了5种流态所对应的运动微分方程,并分析了各种流态的力学特征。 (2) 低速非达西渗流确实存在,并且其是否出现是由无因次临界判据系数决定的。即由流体、多孔介质和外界动力3个方面决定,而并非以渗透率的高低来确定是否出现非达西流。 (3) 根据实验数据的曲线特征,推出计算低速非达西渗流模型中启动压力梯度的数学表达式。附加压力梯度正比于流体粘度的平方,反比于渗透率的3/2次方。 (4) 建立了无限大、封闭及定压边界3种情形下的非达西渗流模型,并利用拉氏变换进行了求解,同时,通过数值反演,绘出了无因次压力和压力导数曲线图版。 (5) 非达西渗流模型的特征为:与达西流相比,无因次压力曲线斜率增大,而对于无穷大地层,压力导数曲线不再是0.5的水平线,而是一条斜线。即试井曲线后期段上翘,径向流特征消失。 (6) 运用活塞式及非活塞式水驱油渗流理论,对单井和面积井网的非达西渗流进行了研究,提出各种开发指标的计算公式。 (7) 非达西渗流水驱油效果受油水相渗曲线、粘度比、密度比、地层参数及重力的影响;对于倾斜地层,低井位注水有利于降低含水率。 (8) 讨论了分形油藏稳定渗流时的压力分布、产量公式及速度分布;利用拉氏变换对分形油藏不稳定渗流模型进行了求解,分析出渗流指数和油藏分形几何特征对渗流曲线的影响。
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关键词 :
非达西,
渗流,
岩芯实验,
流态,
启动压力梯度,
数学模型,
试井分析
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收稿日期: 2003-05-30
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