• / 6
  • 下载费用:1 下载币  

稠油出砂冷采颗粒离散元数学模型95292824

关 键 词:
稠油出砂冷采 颗粒 离散 数学模型 95292824
资源描述:
2011年8月1石油勘探与开发8 469文章编号:1 000—0747(2011)04—0469一05稠油出砂冷采颗粒离散元数学模型王伯军1,一,张霞1,一,马德胜1,一,范建平3,王凤刚4,梁金中1,2(1.提高石油采收率国家重点实验室;2.中国石油勘探开发研究院;3.中国石油天然气股份有限公司海外勘探开发分公司;4.中国石油吉林油田公司英台采油厂)基金项目:国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(200832)摘要:疏松砂岩油藏渗流出砂问题的实质是砂岩地层微粒的剥蚀与运移,鉴于传统物理模拟方法的复杂性以及现有数值模拟方法在描述非连续介质方面的不足,建立了考虑流固耦合的颗粒离散元稠油出砂冷采数学模型,优选了微观角度定量描述出砂机理。数学模型模拟产砂速率,产油速率及井底压力结果与一维物理模型实验实测值均吻合较好,验证了模型的正确性和可靠性,在此基础上,定量描述了稠油出砂冷采的临界条件及蚓洞扩展规律。把所建立数学模型拓展到现场,计算结果表明,颗粒离散元数学模型能够正确描述稠油出砂冷采出砂规律,为研究稠油出砂冷采提供了一种新手段.图8参17关键词:颗粒流;离散元法;出砂冷采;蚯蚓洞;数学模型中图分类号:献标识码:f ,Q..细,PⅣ肌却,D,口肌P{,.心f,.d(白,即(7,吵上碰,肋,力l 38000,he by of ∞t0 ∞t s 髓vy 嘲by 1锄∞t p∞me he 00lD in of 船is of y me r∞te in to 【ey t g l】,稠油资源的开发和利用变得越来越重要。近年来,稠油热力开采技术飞猛进,但其采油成本过高;而出砂冷采则可以降低开采成本,提高资源利用率。尽管稠油出砂冷采技术已经得到广泛认可,且矿场配套工艺也日益成熟,但对出砂冷采机理的研究仍处于探索和完善之中。就出砂冷采机理研究方法而言,大致可以分为物理模拟和数值模拟:物理模拟比较常用,但受到实验条件和经济性的限制;数值模拟包括解析模型和数值模型模拟。 E【3】结合土体力学方法建立了出砂冷采流体流动和出砂模型;此后】建立了表征单个蚯蚓孔动力学特征的简化解析模型。这些解析模型可以预测产油量、采收率、压力以及压力瞬变,但是无法准确预测出砂位置。随后,】又在机行人模型)的基础上,借助于分形几何,建立了蚯蚓孔网络预测模型;B, S K,w等【这些模型只能判断地层出砂位置,万方数据470 石油勘探与开发·油气出开发 8 未给出对出砂过程中产砂速率的数学描述以及出砂对产量等的影响,只能粗略地进行估计。因此,有必要建立一个既能够预测出砂f{)=置,义能够预测指导实际生产,1稠油出砂冷采机理及特点稠油…。罔外室内实验及现场实施结果表明:油层大量罔1a);蚯蚓洞形成后,继续滑储集层内相对脆弱带向外延伸.形成蚯蚓洞删络(见图蚯蚓洞网络形成后,储集层孔隙度从30%提高到50%以上,渗透率提高几十倍,极大地提高稠油的流动能力。在蚯蚓洞形成和延伸过程巾,产油量相对较低,产出液含砂量达60%;在蚯蚓洞稳定过程中,产油量提高,而产出液含砂量降至5%以下,并呈逐渐下降趋势。·一___·亏b)蚓洞州络目;意削图1 蚯蚓洞扩展及其网络示意图2颗粒流离散元(型的建市2.1模型简介颗粒流离散元(型最早南出,是一种可用于糟土体稳定性分析的数值力法,该方法把离散体看作有限个离散颗粒单元(每个颗粒为一个单元)的集合‘”‘1 6l,将材料理想化为相互独立、相互接触和相互作用的颗粒群体。与有限无适』散元更适用于¨!连续介质。在用离散元方法计算时.将岩体划分为若十个刚性块体,以牛顿第二运动定律为基础,结合不同奉构关系,分析块体受力状态和块体运动随时问的变化,该方法允许块体间发生平动、转动,甚至脱离母体下落。本文采用颗粒流离散元法时稠油卅砂冷采机理进行数值模拟。2.2模型的建立以往用宏观的连续体理论分析剥离问题,在描述颗粒物性、粒度和形状的分散性等方面遇到不同程度的嗣难,颗粒流离散元法弥补了传统数值方法的这些缺陷。该方法取排列敛密、牲径不等的圆形颗粒体(见图2a)为研究对象,通过分析颗粒间微观受力和变形描述宏观出砂问题。南于在模型t{以把颗粒棚互接触并且形成一个封闭边界的区域定义为一个“域”.似设流体从任意两个扣接触的颗粒之间流人或流出,并日流速和压差成流体的流动可以用相连接的域形成的网状“管”模刑来描述(见图2b)。_粒·流体域a)模型颗粒分巾示意图 (b)流体通道示意吲图2 模型颖粒分布及流体通道示意图两域问的流体流动符合达西定律:g。=以生(趾一舶1) (1)掣出时间内和该域连接的其他颗粒问的总流量为:△r=△f∑ (2)』=型两端压差可以描述为:劬=坼△3)2.2.1颗粒运动基本方程本文采用简化的线弹性接触法向接触力。颗粒的运动南牛顿第二定律和颗粒间接触的力.位移定律来描述m】。颗粒,的线性运动和转动可描述为:型:匿盟,、、 (f:1,2,一,¨ (4)[∑州,……’“’8t2 i。对以表示为万方数据 , f,+堕1/西。扩等)研将(5)式代人(4)式,可得等:稠油!:坐型+鬯丑血西 a 卅,(6)趔:坦+堕盟址al 由f+△r/2时刻的速度可得颗粒叫+掣出。。f。纠∥=硝f)+学出颗粒,产生新的接触力和接触力矩,计算其所受的合力l ’”I,返回(4)式计算。循环此过程,即可L— 2.2固相颗粒与流体的耦合为了捕述颗粒与液体问的相互作用,把个颗粒分解为儿个部分,分别届_部分的压力分别为该域内的流体图3),则每个颗粒所受流体的作用力可以视作小同域流体作用在颗粒上均匀载荷的合力。利用此合力和颗粒间作用力}卜算颗粒的变形和位移,可达到流固耦合的效果。魏’‘ 。‘、一 p“ ,,’’’、、/7图3 模型颗粒与流体相互作用示意图2.2 3破坏准则的选取砂岩产砂的临界条件是模拟渗流出砂的关键,许多研究者曾用岩石的宏观{口仲强度价来评价砂岩孔隙渗流陵方法经常产生难以解释的误差二研究发现.利川达到屈服准则的颗粒从母体剥离,目的,程和采油工程巾的应用较为广泛,本文采模型的验证及应用3.1模型的验证为了研究稠汕小砂冷采机理,建抗·端保持整另一端了验证本文提:l{本构^程的有效性,建立祠半径为5 度为50 值模刑巾主要计箅参数为:颗粒、 5~O.50 粒密度3 100kg/粒接触模量25 牲法向刚度与剪切刚度比值为o.25,颗粒摩擦系数o.7;流体密度920 kg/体黏度3 000s,溶解油气比12m‘/m’,根据实验窀实际操作条件,利用数图4)。从图中可以看出,随着蚯蚓涮的延伸,产砂速率迅速上升,继续生产一段时『日后蚯蚓洞延伸逐渐停砂速率迅速喇坝测的产砂速率、产油速率及井底压力与实测值均吻合较好.说明该模喇J 412一10l 8名著62020 40 60 80 100时间,室内实验仿真应用实验窒内很难实现二:维或‘维物理模拟实验,而数学模型可以直接扩展成二维模型,其本构关系不变,胁、、.、,t.,.,..勘探与气…因此可以利川数学模型进行二维实验仿真分析定压边界丁值模拟中采』H 500 计算参数和卜述一维模拟参数相同。从图5口速从O 53 5计出砂量急剧增加,该阶段被确定为大量出砂阶段,即蚯蚓洞产生井扩展阶段.因此该二维模型的临界流速为O.53~1.75 阶段对应的生产压差O 56~l 2I 弓三:=赫图5流速与累计出砂量的关系3.3模型现场应用以加拿大数学模型本构关系不变,主要油藏参数为:储集层深度l 000m,厚度20m.渗透率1 450× 隙度0 27,泊松比o 25.摩擦系数0 7;流体黏度500 解气油比15 m3/用稠油{;『11藏出砂冷采颗料离散元数学模型计算得到产油量和含砂率随时『口】的变化从图6可“看m,随着蛎蚓洞的延伸,含砂率迅速上升,生产1个月先右含砂率达到最大值,之后蚯蚓涧延伸逐渐停止,含砂率迅速下降。模喇预测含砂率和产油量值与实际f|砂量和实际值对比符合较好。预测蚝蚓洞延伸’{,径随时lⅡ 75 m3/d)H,r.蚯蚓i|可迅速形成并扩展,随着蚯蚓洞延伸半径的增大.蚯蚓洞术端的流速及压差逐渐减小,蚯蚓洞卡,展减慢,随着流速和压差的进一步减小,蚯蚓洞停止扩展,蚓洞延伸半径随时间变化关系罔8为生产200 见,井L】附近岩石的渗透率远大于岩石原始渗透牢,说明蛎蚓洞提供|藏流到井底的高渗通道,增大了泄油面积。图8生产200 合力学理论,建立了颗粒流离散元稠油出砂冷采数。7:模型,优选}}{物理模拟和数值模拟相互印证的方式验“了模型的正确性和有效性,实马命仿真也说明本数。¥:模型不受物理模拟实验系统的限制,口的模拟实验研究。结合工程实际,把所建立的数学模型拓展到现场,拓宽了模型研究应爿,}卜算结果符合现场实际情况,为研究稠油出砂冷采提供了一种新手段。万方数据2011年8月 王伯军等:稠油出砂冷采颗粒离散元数学模型 473符号注释: 2;,s;卜_平均颗粒半径,cm;s;舶l,p越,p∞,、3、4的压力,10_弘一总流量,——流体体积模量,N/一模型总的孔隙体积,位移,m;卜力,N;卜质量,——角位移,(o);^仁一力矩,N·m;,——转动惯量,kg·m2;r——时间,s;卜颗粒总数;毋——不同域流体作用在颗粒上的合力,N。参考文献:【l】 李小地,赵占占,温志新,等.世界石油工业上游发展趋势【J】.石油勘探与开发,2010,37(5):623—627.h ct t∞g鹤 】. 010,37(5):62321 曲同慈,李爽.利用水平井提高稠油油藏剩余油采收率技术【油勘探与开发,2009,36(6):743.748.“ of o订 in y by 】.on 009,36(6):743—748.【3】 E.】.5094,1988.[4】 ,,.in 】.孤000,39(4):57—68.【5】 ,,.A in j.4097,1999.【6】 。 B, A.by p∞】.7797一994.【7】 , B, A.】.7343,l 994.【8】 s K, c K.of in 】.of l 996,35(2):47·52.【9】'c C.to in【12】【13】【14】【15】【16】【17】∞nv∞】.3827001.,'.of 】.5387,1997. Z, F’V,抽g J,et 咖】.0885,1998. A.A∞bl∞b c】胛—o∞∞托97 l:2—8. A. 】.【s.I.】:l 980.傅巍,蔡九菊,董辉,等.颗粒流数值模拟的现状【J】.材料与冶金学报,2004,3(3):172.175.Fu ui。et a1.of of 】.004,3(3):172一175.周健,苏燕,池永.颗粒流模拟土的工程特性【J】.岩土工程学报,2006,28(3):390一396.抽,of 】.∞006,28(3):390—396.周健,崔积弘,贾敏才,等.静力触探试验的离散元数值模拟研究岩土工程学报,2007,29(11):1604et by 】.007,29(11):1604—1610.刘连峰.弹塑性颗粒物质准静态变形的细观力学行为【J】.岩土工程学报,2007,29(4):524of 】.007,29(4):524—530.第一作者简介:王伯军(1978-),男,山东菏泽人,博士,中国石油勘探开发研究院热力采油研究所,主要从事稠油开采研究工作.地址:北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院热力采油研究所,邮政编码:.∞收稿日期:20回日期:201辑高朝阳 绘图 刘方方)喈喈喈喈喈喈喈喈喈咤电喈咤喈喈咤喈喈喈喈喈喈喈喈喈喈喈喈喈吲喈喈喈喈喈喈喈电喈喈喈喈喈喈喈喈喈《石油勘探与开发》2011年第5期部分文章预告水溶气脱溶成藏——四川盆地须家河组天然气大面积成藏的重要机理之一………………………~李伟,秦胜飞,胡国艺,等济阳坳陷古近系深层成烃与成藏……………………………………………………………………”张林哗,徐兴友,刘庆,等川西坳陷复合.联合构造及其对油气的控制………………………………………………………·李智武,刘树根,陈洪德,等威信凹陷页岩气成藏条件分析与有利区优选………………………………………………………………一梁兴,叶熙,张介辉塔中奥陶系优质储集层特征及断裂控制作用………………………………………………………罗春树,杨海军,李江海,等东濮凹陷深层储层孔隙度演化的定量模型——以文东油田沙三段储层为例……………………………………·王瑞飞,赵良金深部液流转向剂与油藏适应性研究——以大庆喇嘛甸油田为例…………………………………·卢祥国,王树霞,王荣健,等陕北中生界特低渗透高含水油藏特征及成因…………………………………………………………王建民,刘生福,李军,等吉林油田低渗油藏水平井开发技术……………………………………………………………………………………………赵静海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算…………………………………………………………张浦阳,于晓洋,丁红岩海底管道…………………………………………………………………………·白宁,赵冬岩万方数据稠油出砂冷采颗粒离散元数学模型作者: 王伯军, 张霞, 马德胜, 范建平, 王凤刚, 梁金中, 王伯军,张霞,马德胜,梁金中,a 高石油采收率国家重点实验室;中国石油勘探开发研究院), 范建平,国石油天然气股份有限公司海外勘探开发分公司), 王凤刚,国石油吉林油田公司英台采油厂)刊名: 石油勘探与开发英文刊名: (期): 2011,38(4)被引用次数: 1次参考文献(17条)喆;温志新 世界石油工业上游发展趋势[期刊论文]010(05)爽 利用水平井提高稠油油藏剩余油采收率技术[期刊论文]009(06) E in 5094] Y;; in 文期刊] 2000(04) Y;; A of in 4097] B; B; A by 7797 B; B; A as a 7343] S K; C K of in 文期刊] 1996(02); C to in 3827;; of in Z; F; of 0885] A A in A 九菊;董辉 颗粒流数值模拟的现状[期刊论文]004(03)燕;池永 颗粒流模拟土的工程特性[期刊论文]006(03)积弘;贾敏才 静力触探试验的离散元数值模拟研究[期刊论文]007(11)塑性颗粒物质准静态变形的细观力学行为[期刊论文]007(04)引证文献(1条)油出砂冷采模型研究现状[期刊论文]012(13)本文链接:
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:稠油出砂冷采颗粒离散元数学模型95292824
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-52871.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开