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内源微生物驱油数值模拟研究

作　者: 修建龙
导　师: 罗治斌
学　校: 中国科学院研究生院（渗流流体力学研究所）
专　业: 流体力学
关键词: 内源微生物驱油数学模型求解方法软件设计方案优化
分类号: TE357.9
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在分析国内外典型数学模型的基础上,针对其优缺点及应用情况,根据微生物反应动力学特征和内源微生物驱油机理,从好氧、厌氧两步激活理论出发,建立了一个全新的能够综合反应流体流动造成物质分布变化规律和微生物群落间的级联代谢过程的数学模型。实现了从侧重于描述单一渗流场到多场耦合模型的发展历程,更全面和准确地描述了生物场和渗流场,该模型为内源微生物驱油数值模拟软件的研发提供了理论依据。通过将建立的内源微生物驱油数学模型进行时间和空间上的离散,把偏微分方程转化成有限差分方程组,利用隐压显饱法求出压力和饱和度的大小,然后将水相饱和度、渗流速度、孔隙度等耦合参数代入微生物场,隐式得到微生物、营养液及代谢产物的浓度分布。根据上述方法编制了内源微生物驱油数值模拟软件,该软件基本实现了内源微生物驱油过程的数值模拟计算,为微生物采油提供了一种有效的模拟方法,对微生物驱油数学模型的发展具有里程碑意义。通过开展内源微生物驱油数值模拟研究可以为油田开发建立一套合理的开发方案,降低微生物采油现场实施的风险,确定科学合理的工作制度。以一维两相内源微生物两步激活过程为例,运用编制的微生物驱油数值模拟软件对该区块实施内源微生物驱油方案进行了设计。利用正交试验方法对影响微生物驱油效果的主要因素进行了方案设计与优化,最终得到的优化方案是营养液浓度为1.5%(m/v),注入段塞为0.1PV,营养物与氧气浓度比为2：1(m/m)；在该方案下数值模拟软件的预测结果表明,内源微生物驱油可增加采油量2029.69 t,提高采收率8.46%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-36
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 微生物采油技术研究现状  11-33
    1.2.1 室内实验研究  11-14
    1.2.2 矿场应用情况  14-28
    1.2.3 数值模拟发展状况  28-33
  1.3 存在的问题及发展趋势  33-34
    1.3.1 存在问题  33-34
    1.3.2 发展趋势  34
  1.4 论文研究内容及创新点  34-36
    1.4.1 主要内容  34-35
    1.4.2 创新点  35-36
第二章内源微生物驱油机理研究  36-60
  2.1 内源微生物驱油两步激活理论  36-37
  2.2 内源微生物提高采收率原理  37-39
  2.3 内源微生物吸附及分布规律研究  39-51
    2.3.1 内源微生物场模型组分研究  39-40
    2.3.2 油藏中微生物分布的影响因素  40-46
    2.3.3 内源微生物吸附规律  46-50
    2.3.4 建立内源微生物场  50-51
  2.4 内源微生物反应动力学研究  51-55
    2.4.1 微生物生长动力学  52-53
    2.4.2 产物生成动力学  53-54
    2.4.3 营养物消耗动力学  54-55
  2.5 内源微生物场组分迁移机制  55-58
    2.5.1 对流迁移  55-56
    2.5.2 分子扩散  56
    2.5.3 机械弥散  56-58
    2.5.4 化学趋向性  58
  2.6 小结  58-60
第三章内源微生物驱油数学模型  60-70
  3.1 假设条件  60-62
    3.1.1 渗流场模型假设  60-61
    3.1.2 生物场模型假设  61
    3.1.3 主要的物理化学模型  61-62
  3.2 考虑微生物场影响的流体渗流方程  62-64
    3.2.1 运动方程  62
    3.2.2 连续性方程  62-63
    3.2.3 辅助方程  63
    3.2.4 物性参数变化方程  63-64
  3.3 考虑渗流场影响的生物场模型方程  64-67
    3.3.1 模型组分  64-65
    3.3.2 组分运移方程  65-67
  3.4 模型初始条件和边界条件  67-69
    3.4.1 初始条件  67-68
    3.4.2 边界条件  68-69
  3.5 渗流场与生物场的耦合关系  69
  3.6 小结  69-70
第四章耦合数学模型的有限差分方程  70-91
  4.1 耦合数学模型差分方程组  70-84
    4.1.1 差分方程离散方法研究  70-73
    4.1.2 黑油模型差分方程组  73-76
    4.1.3 营养物、代谢产物运移方程差分方程组的建立  76-82
    4.1.4 微生物运移差分方程组的建立  82-84
  4.2 井的处理  84-87
    4.2.1 定产油量  85-86
    4.2.2 定产液量  86
    4.2.3 定注水量和定注气量  86
    4.2.4 定生产井井底流压  86-87
    4.2.5 定注入井井底流压  87
  4.3 有限差分方程的线性化处理  87-88
    4.3.1 压力方程的线性化处理  87-88
    4.3.2 营养物和代谢产物运移方程的线性化处理  88
    4.3.3 微生物运移方程的线性化处理  88
  4.4 差分方程组的数值解法  88-89
  4.5 微生物驱油数学模型的求解过程  89-90
  4.6 小结  90-91
第五章内源微生物驱油数值模拟软件研制  91-103
  5.1 软件简介  91-93
    5.1.1 程序设计思路  91-92
    5.1.2 软件主要功能及特点  92-93
  5.2 输入数据  93-95
    5.2.1 数据文件的构成  93-94
    5.2.2 数据文件输入规则  94-95
  5.3 输出数据  95-97
    5.3.1 常规输出报告  95-97
    5.3.2 生物场模型报告  97
    5.3.3 产量总结报告  97
  5.4 程序流程图  97-101
  5.5 主要的类名称和功能  101
  5.6 软件及硬件要求  101-102
  5.7 小结  102-103
第六章内源微生物驱油数值模拟软件应用  103-112
  6.1 地质模型建立  103
  6.2 地质模型参数获取  103-105
    6.2.1 渗流场数据  103-104
    6.2.2 生物场数据  104-105
  6.3 水驱效果预测  105-107
  6.4 内源微生物驱效果预测  107-111
    6.4.1 方案设计  107-108
    6.4.2 方案预测  108-111
  6.5 小结  111-112
第七章结论及建议  112-113
  7.1 结论  112
  7.2 建议  112-113
参考文献  113-122
发表文章  122-123
致谢  123

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