油藏多孔介质热质传递过程“三箱”分析模型及应用研究.doc

文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123046
油藏多孔介质热质传递过程“三箱”
分析模型及应用研究
王志国1,2,张雷1,3,宋永臣2,陈键1,3,杨文哲2
(1. 东北石油大学土木建筑工程学院,黑龙江大庆 163318;2. 大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室,大连 116024; 3. 黑龙江省防灾减灾及防护工程重点实验室,黑龙江大庆 163318)
(Tel:[phone],Email:wangzhiguo99@)
摘要:油藏在热采过程中,由于蒸汽等高温、高压热流体的注入,在多孔介质内存在热—水力—力学等耦合作用,目前的一些分析方法和研究模型存在一定不足。针对油藏热流耦合过程特点,提出油藏热质传递过程的“三箱”分析法,即不涉及REV(表征体积单元, representative elementary volume,简称REV)内部热质传递过程的“黑箱分析法”(粗略分析法)、对REV内部进行适当简化的“灰箱分析法”(简化分析法)和对REV内热质传递进行详细分析的“白箱分析法”(精细分析法) 。基于灰箱分析方法,应用数值模拟计算软件(CMG软件),对油藏热采过程进行了数值模拟计算和分析。依据模拟计算结果,给出了油藏热采注汽过程的蒸汽凝结区域范围和蒸汽凝结前缘边界。本文提出的多孔介质热流耦合过程的“三箱”分析模型,为分析多孔介质热质传递提供了新思路和新方法。
关键词:热采油藏;“三箱”分析法;耦合模型;热质传递
0 引言
稠油资源在我国油气资源中占有很大比重,约占总储量的20%[1]。但目前稠油产量仅占我国油气总产量的10%左右,如何持续、稳定和高效开采这些稠油资源,是目前我国油气开采过程中面临的主要问题之一[1-2]。稠油资源,一般来说具有黏度高、凝固点高和胶质与沥青含量高(三高)等特点,常规开采方法难以采出。热采方法是目前国内外开采稠油资源的有效方法之一。该方法能够有效提升油藏储层温度,降低油藏孔隙中稠油黏度使之易于流动,同时具有增大波及范围和减少驱油阻力等作用。蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD、热水驱、火烧油层、电磁加热等热采方法日益成熟,并在实际开采中得到了一些应用。世界上一些规模较大的提高原油采收率(EOR)项目多属于稠油热采项目[2]。
稠油热采是一个热、流、固等的多场耦合作用过程,国内外一些学者对此进行了一些研究。Lewis[3]等研究了温度变化对油藏渗流过程的影响;Thomas[4]开展了多孔介质非等温渗流数值模拟及应用研究,数值模拟中分析了时间步长及网格数目等变化对非等温渗流的影响;Karsten[5]将非等温渗流引入到多孔介质双重介质研究过程中,分析了
裂缝
基金项目:国家自然科学基金资助项目(),海洋能源利用与节能教育部重点实验室开放基金().
和孔隙共同作用时的非等温渗流特性;Tanuja[6]研究了油藏注水开发中等温渗流和非等温渗流过程的油气饱和度变化问题;H. Class等[7-8]研究了油藏多孔介质多相、非等温渗流数值模拟解法,并给出了应用分析;成庆林等[9-10]对油藏等温渗流及非等温渗流中的多场耦合模型和驱动机制等展开了研究;Thomas等[3,11-12]研究了二氧化碳等气驱油藏中的非等温渗流模型及耦合特性。
借鉴已有研究成果,本文提出了稠油油藏热采过程热质传递的“三箱”分析模型。在此基础上,结合我国油藏热采情况,采用灰箱分析方法,利用油藏热采数值模拟软件(CMG软件),进行了数值模拟计算和分析。根据数值模拟计算结果,分析了多孔介质孔隙度变化对油藏渗流过程的影响,据此研究了油藏蒸汽凝结区域范围、并给出了蒸汽凝结前缘位置的判断和分析方法。
1 基于REV的多孔介质简化模型
表征体积单元(REV)
近代连续介质力学是建立在“表征体积单元”(representative elementary volume,简称REV)或者“控制体积单元”之上的,“表征体积单元”在弹性力学、气体液体力学与渗流力学中具有相当重要的地位。而且随着岩石力学等学科的发展,表征体积单元问题也成了讨论的热门课题。引入孔隙率与表征性体积单元(REV)后,实际的多孔介质就被一种假想的连续介质所代替。在假想的连续介质中我们可以对任一数学点规定任意一种性质(不论是介质的性质还是充满孔隙空间的流体的性质,还是系统的热力学性质)的数值。
表征性体积单元定义为:在孔隙介质区域内,表征性体积单元总是包含固相骨架和孔隙空间,同时,在REV中固体骨架和孔隙空间近似为均匀分布。REV的选择必须符合如下条件:
(1)REV上某一变量的平均值与所选择的REV的大小和形状无关;
(2) REV上某一变量的平均值对于几何空间