弹性油藏中多相渗流的流—固—热耦合数学模型.pdfVIP

维普资讯 第 22卷 第 1期 大庆石油地质与开发 P．G．O．D．D． 2003年 2月 ·29 · 文章编号 ：1000—3754 (2003J0l-0029-03 弹性油藏 中多相渗流 的流一固一热耦合数学模型 王 自明，杜志敏 (西南石油学院，四川 南充 637001) 摘要：基于对油藏 中三大物理场 (流体 力场、固体 力场及温度场 )的系统分析，综合运用渗流力学、 岩石力学、热力学理论 ，建立 了一个全新的油藏渗流的流一固一热耦合模型。该模型假设岩石骨架是可 变形的，油藏 内热量按热力学定律 自由传递，孔隙流体压力和热应力会导致岩石骨架的变形；反之， 岩石骨架的变形又会导致储渗特性和孔隙流体压力的改变，还会导致温度场的改变。建立 了安全耦合 的流体渗流方程、岩石变形方程和温度场方程 ，三者之 间互含耦合项，互不独立，只能联立求解。给 出了模型的数值求解思路 。该文所建立的模型实现 了油藏 中渗流、变形、变温三者间真正意义上的耦 合，较之 已有的油藏渗流模型更能反映油藏的实际，是对油藏传统渗流理论和流固耦合力学理论的发 展 ，能广泛运用于石油工程许 多领域 ，该模型 同时也为编制流一固一耦合应用软件提供 了理论依据 。 关 键 词：油藏；弹性介质；温度场；渗流；流一固一热耦合；数学模型 中图分类号 ：TE312 文献标识码 ：A 传统的油藏渗流理论没有考虑流体渗流与岩石变 与变温耦合起来 ；以用有效应力表示的热弹性应力一 形之间的相互作用，也没有考虑油藏 内温度场的变化 应变关系将渗流 、变形 、变温耦合起来 ，建立起反映 与岩石变形之间的相互作用。但事实上岩石骨架是可 油藏实际的流一固一热耦合模型。 变形的，油藏 内温度场是可变化 的，岩石骨架的变 形 、体积变化以及温度场的变化会导致渗透率 、孔隙 1 考虑岩石变形影响时的流体渗流方程 度等储渗特性的变化并影响流体渗流，所 以基于传统 传统的流体渗流方程没有考虑岩石变形与流体渗 的油藏渗流理论来模拟油藏渗流是不够准确的。研究 流的相互影响 ，与传统的渗流方程不同，耦合渗流方 导致岩石骨架变形的因素 ，除了惯性力 、围压造成的 程不但考虑流体在运动，即流体质点有渗流速度 ，而 地应力之外，油藏 内部主要有两个因素 ，一个因素是 且考虑固相岩石骨架也在运动变形 ，即岩石质点也有 由于流体的渗流 、采 出等原因造成的地下孔隙压力、 运动速度，二者相互制约。结合达西定律 、质量守恒 地应力的改变会导致岩石骨架变形 ，这属于流一固耦 定律并考虑源汇项 ，耦合渗流方程为 合领域的研究内容 ，自从 Terzaghill最早研究流一固耦 合问题并提出有效应力概念 以来 ，已有许多研究者 ， V·[ 。 D)】一V 包括石油工程界的研究者在这一领域做了许多研究并 取得 了成果 。但是 ，这些研究没有深入考虑引起 ． (．s )+qI1： (1) 岩石变形的另外一个因素，那就是油藏 内温度场的变 化也会导致岩石骨架变形，不仅如此 ，岩石的变形反 V·[ D)】一V 过来又要导致温度场 的变化 ，这属于固一热耦合领域 ． ( )+qw： (2) 的研究内容。关于单纯 的固一热耦合理论 ，国内外 已 有一些研究者做过研究 I9，但却没有将 固一热耦合 上