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出版者:Gulf Professional Publishing

作者:Tarek H. Ahmed

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2001-12-14

價格:USD 175.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780884157700

叢書系列:

圖書標籤:

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

深度鑽探與地下流體動力學：理論、實踐與前沿探索 本書旨在深入探討油氣工程領域的核心分支——儲層工程（Reservoir Engineering）的精髓。它不僅僅是一本提供基礎知識的入門指南，更是一部集理論推導、數值模擬、實際案例分析與前沿技術展望於一體的綜閤性學術著作。本書緻力於為石油工程專業的研究生、高年級本科生、以及在油氣行業工作的工程師和科研人員提供一個係統、全麵且深入的學習平颱。 第一部分：儲層基礎理論與岩石物理性質 本部分將從最根本的層麵齣發，建立讀者對儲層概念的清晰認知。我們首先會詳細闡述儲層的定義、分類及其在地質結構中的形成機製，涵蓋構造圈閉、地層圈閉以及岩性圈閉等多種類型。在此基礎上，我們將深入分析構成儲層的關鍵介質——岩石的物理性質。這包括但不限於： 孔隙度（Porosity）: 詳細介紹有效孔隙度、總孔隙度、原生孔隙度、次生孔隙度等概念，並討論影響孔隙度發育的地質因素，如沉積環境、成岩作用（壓實、膠結、溶解、交代）等。我們將通過具體的岩石學實例，講解如何通過顯微鏡觀察、薄片分析以及岩心測試等方法來測定和評估孔隙度。 滲透率（Permeability）: 深入解析達西定律（Darcy's Law）的推導過程及其適用條件，並探討岩石滲透率的影響因素，如孔喉結構、流體性質、岩石骨架的完整性、以及是否存在裂縫等。我們將區分單相滲透率、多相滲透率、絕對滲透率、相對滲透率，並介紹不同實驗方法（如柱塞流動法、三明治法、瞬態法）在測量中的應用及其優缺點。 飽和度（Saturation）: 詳細闡述水、油、氣在儲層孔隙中的分布狀態，重點講解有效飽和度、殘餘飽和度、起始産齣飽和度等關鍵參數的意義。我們將分析影響流體飽和度的多相流體性質（如潤濕性、毛管壓力）和地質因素（如重力、毛管力）。 毛管壓力（Capillary Pressure）: 深入理解毛管壓力在多相流體在多孔介質中分布中的作用。本書將詳細推導並分析不同喉道半徑對毛管壓力的貢獻，並介紹通過毛管壓力麯綫（Pc麯綫）如何預測儲層內的流體分布、判斷油水界麵、以及估算殘餘油飽和度。 岩石力學性質（Rock Mechanical Properties）: 探討儲層在開發過程中承受應力變化的影響，包括彈性模量、泊鬆比、抗壓強度、抗拉強度等。我們將分析應力路徑（加載、卸載、循環加載）對岩石骨架變形及滲透率的影響，並引入“有效應力定律”（Effective Stress Law）的重要性。 第二部分：地下流體的流動與多相流理論 在掌握瞭儲層岩石的物理特性後，本部分將聚焦於流體在這些多孔介質中的流動行為。這是儲層工程的核心動力學研究。 單相流體流動（Single-Phase Flow）: 穩態流（Steady-State Flow）: 詳細推導一維、二維、三維情況下的穩態流動方程，重點講解在無限大、有限大以及帶有邊界條件下的解法，如均勻壓力場、徑嚮流等。 非穩態流（Unsteady-State Flow）: 引入擴散方程（Diffusion Equation）作為非穩態流動的基本模型，並深入分析瞬態流動的概念。我們將重點講解： 徑嚮非穩態流（Radial Unsteady-State Flow）: 詳細推導並求解包含儲層參數（如迂麯度、壓縮性）的徑嚮非穩態流動方程，並重點介紹“Theis解”和“P-derivative”在壓力瞬態分析（Pressure Transient Analysis, PTA）中的應用，包括如何從井底壓力和流量數據中求取儲層參數（如導壓係數、儲層體積、錶皮係數）。 其他非穩態流動: 簡要介紹綫流、半無限流等其他特殊情況下的非穩態流動特點。 錶皮效應（Skin Effect）: 深入分析錶皮係數（Skin Factor）的物理意義，包括鑽井損壞、堵塞、水力壓裂等原因造成的井筒周圍滲透率降低或提高，並解釋其對産量和采收率的影響。 多相流體流動（Multiphase Flow）: 多相流體的性質: 詳細介紹油、水、氣在不同溫度、壓力下的密度、粘度、錶麵張力、界麵張力等關鍵物性參數，以及如何通過實驗和相關圖版（如Standing圖版、Beggs & Brill圖版）進行計算和估算。 相對滲透率（Relative Permeability）: 深入分析相對滲透率的概念，它是描述多相流體在多孔介質中流動能力的重要參數，受流體飽和度、岩石潤濕性、流體流動曆史（如滯後現象）等因素影響。我們將詳細講解相對滲透率麯綫的測定方法（如穩態法、非穩態法、瞬態法）及其在數值模擬中的應用。 毛管壓力和相對滲透率的相互關係: 探討毛管壓力和相對滲透率之間的內在聯係，以及它們如何共同決定流體的分布和流動行為。 多相流動的流動模型: 介紹不同油水、油氣、氣水流動的簡化模型，如均勻流模型（Homogeneous Flow Model）、分隔流模型（Separated Flow Model）、以及更復雜的兩相流或三相流模型。 波的傳播（Wave Propagation）: 分析流體在儲層中傳播時，其飽和度、壓力等參數的變化如何以波的形式傳播，以及這種波傳播的速度和特性。 第三部分：儲層數值模擬與定量分析 本部分將聚焦於如何利用數學模型和計算機技術來模擬儲層的復雜流動行為，並進行定量的儲層參數評估和生産預測。 有限差分法（Finite Difference Method, FDM）: 基本原理: 詳細介紹如何將連續的偏微分方程（如多相流動的守恒方程）離散化為代數方程組，包括網格劃分、離散格式（嚮前差分、嚮後差分、中心差分）的選擇與應用。 數值離散: 重點講解不同離散格式在精度、穩定性和收斂性上的差異，以及如何選擇閤適的格式來求解滲流方程。 求解綫性方程組: 介紹Gauss-Seidel迭代法、共軛梯度法等在求解大型稀疏綫性方程組中的應用。 有限元法（Finite Element Method, FEM）: 基本原理: 介紹FEM在處理復雜幾何形狀儲層和邊界條件時的優勢，包括基函數（Shape Functions）的選取、變分原理的應用以及單元組裝。 與FDM的比較: 分析FDM和FEM在理論基礎、計算效率、適用範圍等方麵的異同。 數值模擬器的組成: 介紹一個典型的數值模擬器（如ECLIPSE, CMG, PETREL）通常包含的模塊，包括網格生成器、數據輸入器、求解器、結果後處理器（可視化、報告生成）等。 敏感性分析（Sensitivity Analysis）: 講解如何通過改變輸入參數（如滲透率、孔隙度、相對滲透率麯綫、生産井的位置和産量）來觀察其對生産預測結果的影響，從而識彆關鍵的儲層參數。 擬閤（History Matching）: 詳細闡述曆史擬閤在儲層數值模擬中的核心作用。我們將探討如何通過調整儲層模型參數（包括地質參數和流動參數），使得模擬結果（如井底壓力、産量、含水率）能夠盡可能地與實際觀測數據相吻閤，從而建立一個可靠的儲層模型。 生産預測（Production Forecasting）: 基於擬閤好的儲層模型，如何進行未來的生産預測，包括産量、壓力、含水率等隨時間的變化趨勢，以及如何評估不同開發方案（如注水、注氣、孤立等）的經濟效益。 第四部分：儲層開發與提高采收率（EOR）技術 在理解瞭儲層的流動規律和數值模擬方法後，本部分將重點探討如何優化儲層開發策略，並介紹各種提高采收率（Enhanced Oil Recovery, EOR）技術。 油藏開發概論: 開發階段: 詳細分析油藏從發現、評價、開發到動用的各個階段的關鍵任務和技術要求。 采收率: 介紹不同類型油藏（如水驅、氣頂、火山岩、碳酸鹽岩）的自然采收率，並分析影響采收率的關鍵因素。 開發方式: 討論注水開發、氣頂油開發、溶解氣驅動開發等不同開發方式的原理、優缺點及適用條件。 提高采收率（EOR）技術: 熱力開采（Thermal Recovery）: 蒸汽驅（Steam Drive）: 介紹蒸汽注入的原理、傳熱機理、與原油的相互作用（如降粘、稀釋），以及不同蒸汽注入方式（如單井注汽、多井注汽、蒸汽吞沒、循環蒸汽）。 火燒油層（In-Situ Combustion）: 講解火燒油層中燃燒反應的機理、燃燒波的傳播、熱效應以及燃燒産物對原油性質的影響。 熱采的應用範圍: 分析熱力開采適用於何種類型的原油（如高粘度、重質原油）和儲層條件。 化學驅（Chemical Flooding）: 堿驅（Alkaline Flooding）: 介紹堿性化學劑（如NaOH, Na2CO3）與酸性原油組分（如脂肪酸）反應生成地層錶麵活性劑，降低油水界麵張力，並改變岩石潤濕性。 聚閤物驅（Polymer Flooding）: 講解高分子聚閤物（如PAM）通過提高注入水的粘度來改善波長的波長（Sweep Efficiency）和體積波長（Volumetric Sweep Efficiency），實現更有效的波及。 錶麵活性劑驅（Surfactant Flooding）: 介紹錶麵活性劑降低油水界麵張力，形成微乳液，從而極大地降低油水相對粘度，實現高效驅油。 聯閤化學驅（SP, ASP）: 分析堿-聚閤物（SP）驅和堿-聚閤物-錶麵活性劑（ASP）驅的協同增效機理。 氣體驅（Gas Injection）: 氮氣驅、二氧化碳驅（CO2 Flooding）: 介紹氣體注入提高原油采收率的原理，包括氣體稀釋、膨脹、溶解等作用，並重點分析CO2在地層中與原油的相互作用（如溶脹、降粘），以及CO2驅的經濟性和環境效益。 富氣驅（Rich Gas Flooding）: 講解富含重組分的天然氣注入，通過輕組分的溶解和重組分的析齣，實現有效的驅油。 其他EOR技術: 簡要介紹微生物驅（MEOR）、電磁波輔助驅、超臨界流體驅等新興和特殊EOR技術。 EOR技術的選擇與評價: 探討如何根據儲層特性、原油性質、經濟成本、環境影響等因素，科學地選擇和評估最適閤的EOR技術。 第五部分：儲層工程前沿與發展趨勢 本部分將展望儲層工程領域的最新研究進展和未來發展方嚮，以期激發讀者的創新思維。 非常規油氣儲層工程: 頁岩油氣儲層: 深入分析頁岩油氣儲層的獨特性質，如極低的滲透率、復雜的微觀孔喉結構、以及頁岩岩石力學特性。重點討論緻密儲層的壓裂技術（水平井分段壓裂、復雜縫網）、支撐劑設計、以及儲層改造的數值模擬。 緻密油儲層: 探討緻密油儲層的流動機理，以及通過水力壓裂等手段提高其産量和采收率的技術挑戰。 煤層氣儲層: 分析煤層氣儲層的吸附-解吸機理、排水降壓機理、以及多孔-裂縫耦閤流動模型。 智能油田與大數據應用: 傳感器技術與實時監測: 介紹物聯網、無綫傳感器網絡在油田生産過程中的應用，實現對井口參數、管綫壓力、儲層動態的實時監測。 大數據分析與人工智能: 探討如何利用機器學習、深度學習等人工智能技術，處理海量油田數據，實現儲層參數的快速評估、生産故障的預警與診斷、以及優化開發方案。 數字油藏（Digital Oilfield）: 闡述數字油藏的概念，即構建儲層的數字孿生，實現從地質建模、模擬優化到生産決策的智能化閉環。 非常規油氣開發的環境影響與可持續性: 水資源管理: 探討非常規油氣開發中對水資源的消耗、廢水處理與迴用技術。 溫室氣體減排: 分析二氧化碳封存（CCS）技術在非常規油氣開發中的應用前景，以及如何實現低碳開發。 地質沉降與地震風險: 評估大規模注水和抽采可能帶來的地質沉降和誘發地震的風險，並介紹相應的監測與管理技術。 新材料與新工藝在儲層工程中的應用: 探討納米技術、智能材料、新型壓裂液等在改善儲層評價、增産措施和提高采收率方麵的潛在作用。 本書的編寫力求詳實，理論推導嚴謹，並通過大量圖錶、公式和實例來輔助理解。我們希望通過本書，能夠幫助讀者建立起對儲層工程學科的係統認識，掌握解決實際問題的關鍵技術，並為未來在油氣勘探開發領域的創新實踐奠定堅實的基礎。

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