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出版者:Gulf Professional Publishing

作者:Tarek H. Ahmed

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-12-14

价格:USD 175.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780884157700

丛书系列:

图书标签:

• Reservoir Engineering
• Oil and Gas
• Petroleum Engineering
• Fluid Flow
• Reservoir Simulation
• Well Testing
• Production Optimization
• Enhanced Oil Recovery
• Geostatistics
• Energy Resources

深度钻探与地下流体动力学：理论、实践与前沿探索 本书旨在深入探讨油气工程领域的核心分支——储层工程（Reservoir Engineering）的精髓。它不仅仅是一本提供基础知识的入门指南，更是一部集理论推导、数值模拟、实际案例分析与前沿技术展望于一体的综合性学术著作。本书致力于为石油工程专业的研究生、高年级本科生、以及在油气行业工作的工程师和科研人员提供一个系统、全面且深入的学习平台。 第一部分：储层基础理论与岩石物理性质 本部分将从最根本的层面出发，建立读者对储层概念的清晰认知。我们首先会详细阐述储层的定义、分类及其在地质结构中的形成机制，涵盖构造圈闭、地层圈闭以及岩性圈闭等多种类型。在此基础上，我们将深入分析构成储层的关键介质——岩石的物理性质。这包括但不限于： 孔隙度（Porosity）: 详细介绍有效孔隙度、总孔隙度、原生孔隙度、次生孔隙度等概念，并讨论影响孔隙度发育的地质因素，如沉积环境、成岩作用（压实、胶结、溶解、交代）等。我们将通过具体的岩石学实例，讲解如何通过显微镜观察、薄片分析以及岩心测试等方法来测定和评估孔隙度。 渗透率（Permeability）: 深入解析达西定律（Darcy's Law）的推导过程及其适用条件，并探讨岩石渗透率的影响因素，如孔喉结构、流体性质、岩石骨架的完整性、以及是否存在裂缝等。我们将区分单相渗透率、多相渗透率、绝对渗透率、相对渗透率，并介绍不同实验方法（如柱塞流动法、三明治法、瞬态法）在测量中的应用及其优缺点。 饱和度（Saturation）: 详细阐述水、油、气在储层孔隙中的分布状态，重点讲解有效饱和度、残余饱和度、起始产出饱和度等关键参数的意义。我们将分析影响流体饱和度的多相流体性质（如润湿性、毛管压力）和地质因素（如重力、毛管力）。 毛管压力（Capillary Pressure）: 深入理解毛管压力在多相流体在多孔介质中分布中的作用。本书将详细推导并分析不同喉道半径对毛管压力的贡献，并介绍通过毛管压力曲线（Pc曲线）如何预测储层内的流体分布、判断油水界面、以及估算残余油饱和度。 岩石力学性质（Rock Mechanical Properties）: 探讨储层在开发过程中承受应力变化的影响，包括弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度等。我们将分析应力路径（加载、卸载、循环加载）对岩石骨架变形及渗透率的影响，并引入“有效应力定律”（Effective Stress Law）的重要性。 第二部分：地下流体的流动与多相流理论 在掌握了储层岩石的物理特性后，本部分将聚焦于流体在这些多孔介质中的流动行为。这是储层工程的核心动力学研究。 单相流体流动（Single-Phase Flow）: 稳态流（Steady-State Flow）: 详细推导一维、二维、三维情况下的稳态流动方程，重点讲解在无限大、有限大以及带有边界条件下的解法，如均匀压力场、径向流等。 非稳态流（Unsteady-State Flow）: 引入扩散方程（Diffusion Equation）作为非稳态流动的基本模型，并深入分析瞬态流动的概念。我们将重点讲解： 径向非稳态流（Radial Unsteady-State Flow）: 详细推导并求解包含储层参数（如迂曲度、压缩性）的径向非稳态流动方程，并重点介绍“Theis解”和“P-derivative”在压力瞬态分析（Pressure Transient Analysis, PTA）中的应用，包括如何从井底压力和流量数据中求取储层参数（如导压系数、储层体积、表皮系数）。 其他非稳态流动: 简要介绍线流、半无限流等其他特殊情况下的非稳态流动特点。 表皮效应（Skin Effect）: 深入分析表皮系数（Skin Factor）的物理意义，包括钻井损坏、堵塞、水力压裂等原因造成的井筒周围渗透率降低或提高，并解释其对产量和采收率的影响。 多相流体流动（Multiphase Flow）: 多相流体的性质: 详细介绍油、水、气在不同温度、压力下的密度、粘度、表面张力、界面张力等关键物性参数，以及如何通过实验和相关图版（如Standing图版、Beggs & Brill图版）进行计算和估算。 相对渗透率（Relative Permeability）: 深入分析相对渗透率的概念，它是描述多相流体在多孔介质中流动能力的重要参数，受流体饱和度、岩石润湿性、流体流动历史（如滞后现象）等因素影响。我们将详细讲解相对渗透率曲线的测定方法（如稳态法、非稳态法、瞬态法）及其在数值模拟中的应用。 毛管压力和相对渗透率的相互关系: 探讨毛管压力和相对渗透率之间的内在联系，以及它们如何共同决定流体的分布和流动行为。 多相流动的流动模型: 介绍不同油水、油气、气水流动的简化模型，如均匀流模型（Homogeneous Flow Model）、分隔流模型（Separated Flow Model）、以及更复杂的两相流或三相流模型。 波的传播（Wave Propagation）: 分析流体在储层中传播时，其饱和度、压力等参数的变化如何以波的形式传播，以及这种波传播的速度和特性。 第三部分：储层数值模拟与定量分析 本部分将聚焦于如何利用数学模型和计算机技术来模拟储层的复杂流动行为，并进行定量的储层参数评估和生产预测。 有限差分法（Finite Difference Method, FDM）: 基本原理: 详细介绍如何将连续的偏微分方程（如多相流动的守恒方程）离散化为代数方程组，包括网格划分、离散格式（向前差分、向后差分、中心差分）的选择与应用。 数值离散: 重点讲解不同离散格式在精度、稳定性和收敛性上的差异，以及如何选择合适的格式来求解渗流方程。 求解线性方程组: 介绍Gauss-Seidel迭代法、共轭梯度法等在求解大型稀疏线性方程组中的应用。 有限元法（Finite Element Method, FEM）: 基本原理: 介绍FEM在处理复杂几何形状储层和边界条件时的优势，包括基函数（Shape Functions）的选取、变分原理的应用以及单元组装。 与FDM的比较: 分析FDM和FEM在理论基础、计算效率、适用范围等方面的异同。 数值模拟器的组成: 介绍一个典型的数值模拟器（如ECLIPSE, CMG, PETREL）通常包含的模块，包括网格生成器、数据输入器、求解器、结果后处理器（可视化、报告生成）等。 敏感性分析（Sensitivity Analysis）: 讲解如何通过改变输入参数（如渗透率、孔隙度、相对渗透率曲线、生产井的位置和产量）来观察其对生产预测结果的影响，从而识别关键的储层参数。 拟合（History Matching）: 详细阐述历史拟合在储层数值模拟中的核心作用。我们将探讨如何通过调整储层模型参数（包括地质参数和流动参数），使得模拟结果（如井底压力、产量、含水率）能够尽可能地与实际观测数据相吻合，从而建立一个可靠的储层模型。 生产预测（Production Forecasting）: 基于拟合好的储层模型，如何进行未来的生产预测，包括产量、压力、含水率等随时间的变化趋势，以及如何评估不同开发方案（如注水、注气、孤立等）的经济效益。 第四部分：储层开发与提高采收率（EOR）技术 在理解了储层的流动规律和数值模拟方法后，本部分将重点探讨如何优化储层开发策略，并介绍各种提高采收率（Enhanced Oil Recovery, EOR）技术。 油藏开发概论: 开发阶段: 详细分析油藏从发现、评价、开发到动用的各个阶段的关键任务和技术要求。 采收率: 介绍不同类型油藏（如水驱、气顶、火山岩、碳酸盐岩）的自然采收率，并分析影响采收率的关键因素。 开发方式: 讨论注水开发、气顶油开发、溶解气驱动开发等不同开发方式的原理、优缺点及适用条件。 提高采收率（EOR）技术: 热力开采（Thermal Recovery）: 蒸汽驱（Steam Drive）: 介绍蒸汽注入的原理、传热机理、与原油的相互作用（如降粘、稀释），以及不同蒸汽注入方式（如单井注汽、多井注汽、蒸汽吞没、循环蒸汽）。 火烧油层（In-Situ Combustion）: 讲解火烧油层中燃烧反应的机理、燃烧波的传播、热效应以及燃烧产物对原油性质的影响。 热采的应用范围: 分析热力开采适用于何种类型的原油（如高粘度、重质原油）和储层条件。 化学驱（Chemical Flooding）: 碱驱（Alkaline Flooding）: 介绍碱性化学剂（如NaOH, Na2CO3）与酸性原油组分（如脂肪酸）反应生成地层表面活性剂，降低油水界面张力，并改变岩石润湿性。 聚合物驱（Polymer Flooding）: 讲解高分子聚合物（如PAM）通过提高注入水的粘度来改善波长的波长（Sweep Efficiency）和体积波长（Volumetric Sweep Efficiency），实现更有效的波及。 表面活性剂驱（Surfactant Flooding）: 介绍表面活性剂降低油水界面张力，形成微乳液，从而极大地降低油水相对粘度，实现高效驱油。 联合化学驱（SP, ASP）: 分析碱-聚合物（SP）驱和碱-聚合物-表面活性剂（ASP）驱的协同增效机理。 气体驱（Gas Injection）: 氮气驱、二氧化碳驱（CO2 Flooding）: 介绍气体注入提高原油采收率的原理，包括气体稀释、膨胀、溶解等作用，并重点分析CO2在地层中与原油的相互作用（如溶胀、降粘），以及CO2驱的经济性和环境效益。 富气驱（Rich Gas Flooding）: 讲解富含重组分的天然气注入，通过轻组分的溶解和重组分的析出，实现有效的驱油。 其他EOR技术: 简要介绍微生物驱（MEOR）、电磁波辅助驱、超临界流体驱等新兴和特殊EOR技术。 EOR技术的选择与评价: 探讨如何根据储层特性、原油性质、经济成本、环境影响等因素，科学地选择和评估最适合的EOR技术。 第五部分：储层工程前沿与发展趋势 本部分将展望储层工程领域的最新研究进展和未来发展方向，以期激发读者的创新思维。 非常规油气储层工程: 页岩油气储层: 深入分析页岩油气储层的独特性质，如极低的渗透率、复杂的微观孔喉结构、以及页岩岩石力学特性。重点讨论致密储层的压裂技术（水平井分段压裂、复杂缝网）、支撑剂设计、以及储层改造的数值模拟。 致密油储层: 探讨致密油储层的流动机理，以及通过水力压裂等手段提高其产量和采收率的技术挑战。 煤层气储层: 分析煤层气储层的吸附-解吸机理、排水降压机理、以及多孔-裂缝耦合流动模型。 智能油田与大数据应用: 传感器技术与实时监测: 介绍物联网、无线传感器网络在油田生产过程中的应用，实现对井口参数、管线压力、储层动态的实时监测。 大数据分析与人工智能: 探讨如何利用机器学习、深度学习等人工智能技术，处理海量油田数据，实现储层参数的快速评估、生产故障的预警与诊断、以及优化开发方案。 数字油藏（Digital Oilfield）: 阐述数字油藏的概念，即构建储层的数字孪生，实现从地质建模、模拟优化到生产决策的智能化闭环。 非常规油气开发的环境影响与可持续性: 水资源管理: 探讨非常规油气开发中对水资源的消耗、废水处理与回用技术。 温室气体减排: 分析二氧化碳封存（CCS）技术在非常规油气开发中的应用前景，以及如何实现低碳开发。 地质沉降与地震风险: 评估大规模注水和抽采可能带来的地质沉降和诱发地震的风险，并介绍相应的监测与管理技术。 新材料与新工艺在储层工程中的应用: 探讨纳米技术、智能材料、新型压裂液等在改善储层评价、增产措施和提高采收率方面的潜在作用。 本书的编写力求详实，理论推导严谨，并通过大量图表、公式和实例来辅助理解。我们希望通过本书，能够帮助读者建立起对储层工程学科的系统认识，掌握解决实际问题的关键技术，并为未来在油气勘探开发领域的创新实践奠定坚实的基础。

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