2015參考-開題報告

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告題 目：油藏水力壓裂井不穩(wěn)定試井模模型研究學(xué)生姓名學(xué)號教學(xué)院系*學(xué)院專業(yè)年級石油工程 級指導(dǎo)教師職稱單位*大學(xué)1.設(shè)計(jì)（論文）選題的目的、意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1設(shè)計(jì)（論文）選題的目的、意義油井生產(chǎn)中大部分壓力降都產(chǎn)生在近井地帶，為了提高油井產(chǎn)量，有必要改善井筒表皮效應(yīng)，提高近井地帶地層滲透率。實(shí)踐表明，人工水力壓裂對此最為有效。水力壓裂過程是通過對目的儲層泵注高粘度前置液，以高壓形成裂縫并延伸，而后泵注混有支撐劑的攜砂液，攜砂液可以繼續(xù)延展裂縫，同時攜帶支撐劑深入裂縫，最后使壓裂液破膠降解為低粘度流體流向井底反排而出，在地層中留下一條高導(dǎo)流能力的通道，以利于油氣

2、從遠(yuǎn)井地層流向井底。壓裂在油氣田勘探開發(fā)中成為有效的技術(shù)措施,是因?yàn)樗鼜囊韵聨追矫嫣岣吡擞蜌鈱拥纳a(chǎn)能力: 改變近井筒地帶油氣的滲流方式，溝通油氣儲集區(qū)，解除近井地帶的污染，最終影響油氣單井產(chǎn)量和采收率。試井是油氣藏動態(tài)描述、動態(tài)監(jiān)測的重要手段之一，已成為油氣勘探開發(fā)工作中的一個重要組成部分。它是一種以油氣滲流力學(xué)理論為基礎(chǔ)，以各種測試儀表為手段，通過對油井、氣井或水井生產(chǎn)動態(tài)的測試來研究測試井的各種特性參數(shù)和油層、氣層、水層的生產(chǎn)能力，以及油層、氣層、水層之間，井與井之間聯(lián)通關(guān)系的方法。通過試井分析，一方面可以提供如油氣井產(chǎn)能、油氣藏的原始地層壓力、地層滲透率、儲層類型、測試井的完井效果、井

3、底污染情況、油氣層改造措施的效果、單井的控制儲量、測試井附近的油氣層邊界和井間聯(lián)通情況等參數(shù)及動態(tài)特性；另一方面，可以監(jiān)測油氣藏壓力、產(chǎn)量等動態(tài)參數(shù)的變化，為調(diào)整方案提供科學(xué)依據(jù)。試井分析作為了解和控制油藏信息的一種手段，在壓裂井的優(yōu)化和評價中起到了重要的作用。現(xiàn)代試井技術(shù)相對于常規(guī)試井技術(shù)來說具有更好的實(shí)用性，通過對壓裂井進(jìn)行現(xiàn)代試井分析可以了解地層流體的流態(tài)，確定裂縫半長、儲層滲透率以及井筒存儲系數(shù)、表皮系數(shù)等參數(shù),這些參數(shù)對于評價壓裂成功與否以及壓裂后的增產(chǎn)效果非常重要。裂縫一般垂直于最小應(yīng)力方向展開，有水平裂縫和垂直裂縫之分，也有無限導(dǎo)流、有限導(dǎo)流和均勻流之區(qū)別。雖然水力壓裂可能產(chǎn)生各

4、種各樣的裂縫，但是研究表明：在深度超過700m的地層中，壓裂產(chǎn)生的裂縫基本上都是垂直裂縫。因此，建立垂直裂縫井不穩(wěn)定試井模型并求出模型的解，最終根據(jù)求解結(jié)果計(jì)算出典型曲線，并從滲流機(jī)理上分析油藏、油井參數(shù)對曲線特征的影響具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，本文即將對這一過程進(jìn)行分析和研究。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外對垂直裂縫井都有不少研究,有關(guān)垂直裂縫井的研究始于二十世紀(jì)五十年代，但國內(nèi)的研究相對國外來說起步較晚。本文在閱讀文獻(xiàn)、資料調(diào)研的基礎(chǔ)上對具有代表性的垂直裂縫井試井的研究工作進(jìn)行了簡要的回顧。1958年，Dyes等人1應(yīng)用電模擬實(shí)驗(yàn)來研究人工垂直裂縫對油井產(chǎn)能和壓力恢復(fù)分析的影響，他們認(rèn)為在確

5、定地層原始壓力和滲透率時必須考慮垂直裂縫的影響。1961年，Prats.等人2研究了均質(zhì)油藏中心一條垂直裂縫的壓力不穩(wěn)定動態(tài)，建立了一個較為理想化的模型，假設(shè)裂縫為無限導(dǎo)流裂縫且支撐縫高等于儲層厚度。1963年，Scott 3利用熱流量分析方法研究了油藏中心一條垂直裂縫的不穩(wěn)定壓力動態(tài)，計(jì)算出無因次壓力與無因次時間的典型曲線，再根據(jù)曲線斜率求出不同的油藏、油井參數(shù)。1964年，Russell和Truitt等4研究了無限導(dǎo)流垂直裂縫井的壓力不穩(wěn)定動態(tài)，并提出試井早期呈線性流，晚期呈徑向流，即裂縫附近的流動為線性流，遠(yuǎn)的地方為徑向流，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了試井模型研究，建立了數(shù)學(xué)模型并求得模型的解析解

6、。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)裂縫長度過長時，計(jì)算得到的kh值將大于真實(shí)值，因此，要想得到正確的kh值,需要對產(chǎn)能測試的結(jié)果進(jìn)行校正,他們當(dāng)時推薦應(yīng)用Muskat方法校正。1972年，Raghavan，Cady和Ramey5發(fā)表了一篇研究垂直裂縫試井方法的文章,文中以壓力恢復(fù)試井方法為基礎(chǔ)，繪制了典型曲線，并討論了曲線的特點(diǎn)，給出了地層解釋的方法。文中應(yīng)用MDH方法,Muskat法校正以及典型曲線擬合法來求取地層參數(shù)。1974年和1975年, Ramey，Raghavan和Gringarten分析了裂縫油藏的壓力動態(tài)，聯(lián)合發(fā)表了兩篇有關(guān)無限導(dǎo)流垂直裂縫井試井的文章6 7。文中繪制了較為實(shí)用的無限導(dǎo)流垂直裂縫的典

7、型曲線，并討論了曲線特征，給出了曲線的應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明一些實(shí)測資料與典型曲線擬合不好，后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)無限導(dǎo)流垂直裂縫模型較為理想，在大型水利壓裂中往往不會出現(xiàn)導(dǎo)流能力無限大的裂縫，而是出現(xiàn)具有一定的滲透率的裂縫，這種裂縫后來被解釋為有限導(dǎo)流垂直裂縫。1977年，Cinco-Ley和Samaniego8研究了井筒儲存和表皮效應(yīng)對垂直裂縫井試井的影響。他們認(rèn)為在早期由于裂縫表皮的影響,使得無因次壓力和無因次時間的雙對數(shù)曲線呈水平狀,不同的裂縫表皮效應(yīng)值使得曲線間差距很大,但隨時間的延長,曲線間的差距變小,曲線逐漸接近于表皮系數(shù)為零的情況。這說明對于長時間的試井來說,裂縫表皮效應(yīng)的影響逐漸消失,

8、甚至可以忽略不計(jì),但對于短時間的試井來說,表皮效應(yīng)的影響不容忽略。對于井筒儲集效應(yīng)的影響研究結(jié)果表明,對低導(dǎo)流能力的垂直裂縫來說,井筒儲集的影響很小,但對于高導(dǎo)流能力垂直裂縫來說,特別是無限導(dǎo)流裂縫，井筒儲集的影響是很嚴(yán)重的。1978年，Cinco-Ley和Samaniego聯(lián)合發(fā)表了有限導(dǎo)流垂直裂縫井瞬態(tài)壓力行為的文章9，文中首次提出了雙線性流的概念。并指出有限導(dǎo)流垂直裂縫井的流動狀態(tài)應(yīng)分為四個階段：即早期不穩(wěn)定裂縫線性流、地層裂縫雙線性流、地層線性流和擬徑向流四個階段，并給出了用于描述每個階段相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和常規(guī)試井方法及現(xiàn)代試井方法。1981年，Cinco-Ley等人10發(fā)表了壓裂井的瞬

9、時壓力分析的文章，文中給出了具有井筒存儲和裂縫表皮效應(yīng)情況下有限導(dǎo)流垂直裂縫的導(dǎo)數(shù)圖版及其應(yīng)用。1986年, Lee Sheng-Tai等人11發(fā)表了一篇有關(guān)有限導(dǎo)流垂直裂縫井瞬時動態(tài)的文章,文中提出了一個近似的三線性流動模型，給出了其解析解，該模型考慮了定壓和定產(chǎn)的情形并考慮了表皮系數(shù)、井筒存儲和裂縫存儲的影響。1991年，Azari和Wooden等人12給出了有限導(dǎo)流垂直裂縫井在定壓和定產(chǎn)兩種條件下的解析解。這個解包含了裂縫到地層的水力擴(kuò)散，裂縫上的線性表皮效應(yīng)，井筒儲存和裂縫儲存，壓力的相分離以及裂縫與地層的高度比，并繪制了定壓降情形下的典型曲線，此曲線給出了有限導(dǎo)流垂直裂縫井不穩(wěn)定試井

10、中所有可能的流動階段。流動階段劃分如下：裂縫線性流，地層裂縫雙線性流，裂縫基質(zhì)之間的線性流，擬徑向流和擬穩(wěn)態(tài)流。1993年，Tiab13用無因次壓力、無因次壓力導(dǎo)數(shù)和無因次時間的雙對數(shù)曲線研究了各種油藏條件下不穩(wěn)定試井的典型曲線的直接應(yīng)用，而不進(jìn)行曲線的擬合。在此方法下研究了均勻流量垂直裂縫和無限導(dǎo)流垂直裂縫兩種情況。對于均勻流量垂直裂縫，根據(jù)無因次壓力導(dǎo)數(shù)曲線將滲流分為三個流動階段：直線斜率為0.5的早期線性流，可計(jì)算得裂縫半長；直線斜率為0的無限邊界擬徑向流，可計(jì)算得滲透率和表皮系數(shù)；直線斜率為1的擬穩(wěn)態(tài)流，可計(jì)算得泄油面積和形狀因子。對于無限導(dǎo)流垂直裂縫，根據(jù)無因次壓力導(dǎo)數(shù)曲線得出第四種

11、流動形態(tài)，稱為雙徑向流，這種流動形態(tài)介于早期線性流階段和無限邊界擬徑向流階段之間，其直線斜率為0.36，在沒有線性流動時雙徑向流可用于計(jì)算裂縫半長，在非徑向流情況下還可得到滲透率。2008年，Chavez等人14研究了無限大層狀油藏變有限導(dǎo)流能力和變表皮因子的垂直裂縫井的數(shù)學(xué)模型，并給出了考慮井筒儲存在定壓和定產(chǎn)兩種條件下的解析解，其解適用于微可壓縮流體，得出的曲線可以反映井附近及裂縫末端因?qū)Я髂芰捅砥ひ蜃幼兓a(chǎn)生的影響。2012年，Amin發(fā)表了油氣藏水力壓裂井非常規(guī)行為試井分析一文15，該論文主要采用3-D數(shù)值模擬分析了支撐劑壓裂作業(yè)后的壓裂井非常規(guī)流動特性。二十世紀(jì)八十年代以后，國內(nèi)

12、學(xué)者對壓裂井試井理論及方法研究作了大量工作，發(fā)表過不少討論垂直裂縫井試井分析的文章。1990年，劉慈群16提出了在雙孔介質(zhì)油藏中有限導(dǎo)流垂直裂縫井的非牛頓流體試井分析方法，給出了壓力動態(tài)的近似計(jì)算公式。1993年，劉曰武、劉慈群等1718發(fā)表了無限導(dǎo)流垂直裂縫井的快速試井分析方法和考慮井筒存儲和表皮效應(yīng)的有限導(dǎo)流垂直裂縫井的試井分析方法的文章，利用橢圓流動模型和質(zhì)量守恒方法，快速計(jì)算均質(zhì)及雙重介質(zhì)油藏有限導(dǎo)流垂直裂縫井試井分析的典型曲線。首次給出了橢圓流動模型的數(shù)學(xué)模型及模型的近似解。1995年，劉曰武、劉慈群等1920又發(fā)表了垂直裂縫井試井分析中應(yīng)考慮的諸多因素和垂直裂縫井的各類試井方法綜述

13、的文章。2000年，宋付權(quán)、劉慈群21建立并求解了考慮啟動壓力梯度條件下的無限導(dǎo)流和有限導(dǎo)流垂直裂縫井滲流數(shù)學(xué)模型。對于無限導(dǎo)流情況，將地層中的流動看做橢圓流，在此基礎(chǔ)上根據(jù)質(zhì)量守恒定律研究了動邊界與無因次時間的關(guān)系；對于有限導(dǎo)流情況，滲流由裂縫內(nèi)的線性流和地層中的橢圓流組成。2006年，劉香山22根據(jù)低滲透油藏的非達(dá)西滲流規(guī)律，在考慮啟動壓力梯度的影響下，分析了無限導(dǎo)流和有限導(dǎo)流垂直裂縫井的不定常流，獲得了垂直裂縫井井底壓力公式。2007年，付春權(quán)等23根據(jù)低滲透油藏的非達(dá)西滲流規(guī)律，利用橢圓流動模型和質(zhì)量守恒的方法，建立并求解了考慮啟動壓力梯度條件下的有限導(dǎo)流垂直裂縫井不穩(wěn)定試井的數(shù)學(xué)模型

14、，并給出了井底壓力的數(shù)值解。2011年，王旭東等24發(fā)表了無限導(dǎo)流垂直裂縫井試井分析研究的文章，文中建立了無限導(dǎo)流垂直裂縫井的物理模型并給出了試井曲線，將曲線劃分為四個階段：續(xù)流段、線性流段、過渡流段和擬徑向流段，并依次分析了四個階段的曲線特征。2012年，王超等25發(fā)表了各向異性部分壓開垂直裂縫壓裂井試井模型研究的文章，文中通過對該模型的研究，可以確定在進(jìn)行油藏動態(tài)分析時所需的參數(shù)，如地層滲透率、表皮系數(shù)、裂縫半長等。作者采用源函數(shù)法以及Newman乘積原理,得到了各向異性部分壓開垂直裂縫井在Laplace空間內(nèi)的壓力分布式。再利用Stefest數(shù)值反演法將Laplace空間內(nèi)的壓力分布公式

15、轉(zhuǎn)換到真實(shí)空間，并繪制了考慮井筒儲集和表皮的無因次壓力和無因次壓力導(dǎo)數(shù)與無因次時間的雙對數(shù)曲線，并對曲線流動階段進(jìn)行了分析。研究結(jié)果進(jìn)一步豐富和發(fā)展了試井分析理論。2.主要研究內(nèi)容1) 進(jìn)行均質(zhì)油藏中壓裂井的不穩(wěn)定試井模型研究。根據(jù)壓裂產(chǎn)生的裂縫的導(dǎo)流能力（裂縫寬度與裂縫滲透率的乘積），垂直裂縫可分為：無限導(dǎo)流垂直裂縫和有限導(dǎo)流垂直裂縫。因此均質(zhì)油藏垂直裂縫井試井物理模型可分為兩類：無限導(dǎo)流垂直裂縫井，以及有限導(dǎo)流垂直裂縫井。本文主要研究均質(zhì)油藏在不同的邊界條件（無限大、圓形封閉、圓形定壓）下的無限導(dǎo)流垂直裂縫井的不穩(wěn)定試井模型；2) 了解中外學(xué)者對壓裂直井的研究現(xiàn)狀和研究成果；3) 建立砂巖

16、油藏中垂直裂縫井的不穩(wěn)定試井模型（包括物理模型、數(shù)學(xué)模型），求出模型的解；4) 根據(jù)求解結(jié)果計(jì)算出典型曲線，并進(jìn)行滲流階段的劃分和參數(shù)敏感性分析。3.擬采用的研究思路3.1研究方法1) 閱讀相關(guān)的中外文獻(xiàn)，資料調(diào)研、翻譯外文文獻(xiàn)，了解中外研究現(xiàn)狀；2) 建立均質(zhì)油藏中無限導(dǎo)流垂直裂縫井試井物理模型，并繪制模型示意圖，列出該模型的基本假設(shè)條件；3) 以滲流力學(xué)為基礎(chǔ)，建立均質(zhì)油藏中在不同的邊界條件（無限大、圓形封閉、圓形定壓）下的無限導(dǎo)流垂直裂縫井不穩(wěn)定試井?dāng)?shù)學(xué)模型，并引入無量綱量，將數(shù)學(xué)模型無量綱化；4) 引入Laplace變化及貝塞爾函數(shù)求解出均質(zhì)油藏垂直線匯數(shù)學(xué)模型的解；5) 通過疊加原理

17、，對垂直線匯模型的解沿裂縫長度段進(jìn)行積分，得到均質(zhì)油藏垂直裂縫模型的解；6) 利用VB編程，通過Everdingen和Hurst給出的考慮表皮效應(yīng)和井筒存儲效應(yīng)的公式對所求得的壓力分布公式進(jìn)行修正，再采用Stehfest數(shù)值反演將Laplace空間內(nèi)的壓力分布公式轉(zhuǎn)換到真實(shí)空間，計(jì)算出無限導(dǎo)流垂直裂縫油藏在真實(shí)空間內(nèi)的無因次井底壓力和壓力導(dǎo)數(shù)值；7) 根據(jù)求解結(jié)果編程繪制出典型曲線，即無因次壓力和無因次壓力導(dǎo)數(shù)與無因次時間的雙對數(shù)曲線，并從滲流機(jī)理上分析油藏、油井參數(shù)對曲線特征的影響。3.2技術(shù)路線閱讀文獻(xiàn)，資料調(diào)研建立均質(zhì)油藏?zé)o限導(dǎo)流垂直裂縫井物理模型模型求解，得到Laplace空間內(nèi)的壓力

18、分布公式從滲流機(jī)理上分析油藏、油井參數(shù)對曲線特征的影響建立無限大邊界條件下的試井?dāng)?shù)學(xué)模型建立圓形封閉邊界條件下的試井?dāng)?shù)學(xué)模型建立圓形定壓邊界條件下的試井?dāng)?shù)學(xué)模型對所求得的壓力分布式進(jìn)行考慮井筒存儲和表皮的修正采用Stehfest數(shù)值反演計(jì)算得到典型曲線圖3-1 技術(shù)路線圖3.3可行性分析論證3.3.1研究條件1) 國內(nèi)外與水力壓裂井不穩(wěn)定試井方面的相關(guān)文獻(xiàn)資料較為豐富，為此項(xiàng)研究提供了充足的資料來源；2) 指導(dǎo)老師長期從事滲流理論、試井分析、油藏工程方面的研究，可以為本文的研究內(nèi)容提供必要的指導(dǎo)；3) 本人對此項(xiàng)研究中涉及到的數(shù)學(xué)及試井等方面的基礎(chǔ)知識進(jìn)行過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，有一定的理論基礎(chǔ)。3.3

19、.2可能存在的問題1) 由于本科知識水平有限，研究的模型較為理想，可能與實(shí)際生產(chǎn)中的情況存在較大的差距；2) 模型求解需要運(yùn)用復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識，可能會在求解過程中遇到較大的阻礙，造成求解工作不能按時按質(zhì)的完成；3) 由于計(jì)算機(jī)水平有限，可能造成計(jì)算出的典型曲線與理論曲線出現(xiàn)較大偏差。4.設(shè)計(jì)（論文）的預(yù)期結(jié)果（成果）1) 建立起砂巖油藏中無限導(dǎo)流垂直裂縫壓裂井的不穩(wěn)定試井模型；2) 求出不穩(wěn)定試井模型的解；3) 計(jì)算出典型曲線，得出油藏、油井各參數(shù)對曲線形態(tài)的影響。5.設(shè)計(jì)（論文）的工作進(jìn)度安排序號設(shè)計(jì)（論文）各階段內(nèi)容起止日期1文獻(xiàn)調(diào)研，資料收集編寫開題論證報告2013/3/264/82開題答

20、辯2013/4/94/153建立起砂巖油藏中壓裂井的滲流模型2013/4/165/64模型求解（5月中旬中期檢查）2013/5/75/155計(jì)算典型曲線并分析油藏、油井參數(shù)對曲線形態(tài)的影響2013/5/165/276撰寫論文2013/5/286/37整理并提交論文2013/6/46/78準(zhǔn)備答辯2013/6/86/109論文答辯和成績評定2013/6/116/15參考文獻(xiàn)1 Dyes, A.B., Kemp, C.E. and B.H. Candle. Effect of Fractures on Sweep Out Pattern TransJ. Petroleum Transactions

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