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缝洞储层物理模拟试验装置研究

作　者: 张智亮
导　师: 侯勇俊
学　校: 西南石油大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 缝洞储层物理模拟装置
分类号: P618.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着能源需求的增大和油气勘探开发的不断深入发展,非常规油气藏的勘探开发显得愈来愈重要,缝洞储层就属于这类非常规的油气藏类型。尽管缝洞储层在世界上已有多年的开发历史,但由于缝洞储层的裂缝孔洞系统强烈的不均匀性,开采具有很大难度,目前油气开采量自然递减率在25%以上。面对复杂的裂缝和孔洞系统,我们无法用一个数学公式把在三维空间中分布和形状非常随机的裂缝和孔洞描述出来,因此,为了改善缝洞储层的开发效果,提高油田采收率,发展和建立一套适用于缝洞储层物理的模拟试验装置,是有一定研究价值的。本文首先对缝洞储层进行了深入的研究,阐明了缝洞单元的概念,形成了缝洞单元的划分方法;同时,较为深入地研究了缝洞储层流体流动规律,并且建立了“溶洞—裂缝—基质”三重孔隙介质耦合数学模型、含裂缝-溶洞的多重介质渗流数学模型及“裂缝—溶洞—油井”流动的粘弹性模型。其次,完成了缝洞储层物理模拟试验装置方案的选择及设计,绘制了流程图和基本构造图;并且对椭球罐、小球罐、各法兰进行了详细设计,利用板壳理论和压力容器设计理论校核其强度。同时,通过对裂缝的三大基本特征,即裂缝密度,裂缝方位,裂缝的张开度,进行研究,设计了试验用的裂缝模型。最后,利用有限元法对椭球罐和小球罐进行了应力分析,并对关键部件进行了优化设计;同时,对缝洞储层物理模拟试验装置增加测试系统,运用C++Builder5.0编制软件,采用软件、数据采集卡、传感器进行数据采集和分析处理,通过试验,软件运行完全成功。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-12
  1.1 概述  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 本文的研究内容  10-12
第2章缝洞储层的基本构造  12-22
  2.1 缝洞单元的概念  12-13
  2.2 缝洞储层储集空间类型划分  13-14
    2.2.1 孔隙  13
    2.2.2 裂缝  13-14
    2.2.3 孔洞  14
  2.3 缝洞储层储集类型及特征研究  14-15
    2.3.1 裂缝型储层  14
    2.3.2 裂缝-孔洞型储层  14-15
    2.3.3 裂缝-溶洞型储层  15
  2.4 缝洞储层流体流动规律  15-18
    2.4.1 流体力学的发展及应用  16-17
    2.4.2 管流流动特征  17
    2.4.3 渗流流动特征  17-18
  2.5 缝洞型油藏流体流动机理  18-22
    2.5.1 流动特征  18-19
    2.5.2 “溶洞—裂缝—基质”三重孔隙介质耦合数学模型  19-20
    2.5.3 含裂缝—溶洞的多重介质渗流数学模型  20-21
    2.5.4 “裂缝—溶洞—油井”流动的粘弹性模型  21-22
第3章缝洞储层物理模拟试验装置设计  22-52
  3.1 缝洞储层物理模拟试验装置基本构造  22-24
  3.2 板壳理论  24-32
    3.2.1 轴对称  24
    3.2.2 无力矩理论与有力矩理论  24-25
    3.2.3 回转体的几何特征  25
    3.2.4 无力矩理论的基本方程  25-29
    3.2.5 受均匀气体内压作用的容器  29-32
  3.3 试验装置主要部件设计  32-48
    3.3.1 小球罐设计  32-36
    3.3.2 大球罐(椭球罐)设计  36-38
    3.3.3 球罐上法兰校核  38-41
    3.3.4 球罐下法兰校核  41-43
    3.3.5 椭球罐遮挡板(观察孔)校核  43-46
    3.3.6 裂缝单元  46-48
  3.4 缝洞储层水锥现象  48-52
    3.4.1 底水水锥机理  48-50
    3.4.2 水锥稳定条件  50-51
    3.4.3 水锥动态的数值模拟特性  51
    3.4.4 代入数据计算试验装置的水锥现象  51-52
第4章试验装置关键部位有限元分析  52-70
  4.1 有限元法概述  52
  4.2 有限元法的计算原理  52-53
  4.3 计算分析过程  53
  4.4 Ansys软件简介  53-54
  4.5 基于Ansys的优化设计  54-56
    4.5.1 参数化建模  54
    4 5.2 ANSYS优化设计  54-55
    4.5.3 优化方法  55-56
  4.6 小球罐有限元分析  56-62
    4.6.1 立体模型  56
    4.6.2 网络划分  56-57
    4.6.3 载荷和约束  57
    4.6.4 有限元计算软件  57-58
    4.6.5 有限元分析结果  58
    4.6.6 优化设计  58-61
    4.6.7 强度校核  61-62
  4.7 椭球罐有限元分析  62-70
    4.7.1 立体模型  62
    4.7.2 网络划分  62-63
    4.7.3 载荷和约束  63
    4.7.4 有限元计算软件  63-64
    4.7.5 有限元分析结果  64
    4.7.6 优化设计  64-69
    4.7.7 强度校核  69-70
第5章测试系统设计  70-79
  5.1 系统简介  70-71
  5.2 数据采集  71-74
    5.2.1 数据采集卡  72-73
    5.2.2 传感器  73-74
  5.3 信号调理  74
    5.3.1 放大  74
    5.3.2 滤波与平滑  74
    5.3.3 隔高  74
  5.4 软件编程  74-76
  5.5 小结  76-79
第6章结论和建议  79-80
  6.1 结论  79
  6.2 建议  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
攻读硕士学位期间发表的论文  85-86
附录一: 软件说明书  86-91
附录二  91-94

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