CN110110435A - 一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法包括以下步骤：S1：引入广义流度，建立广义管流‑渗流耦合的流体运动方程；S2：将所建立的流体运动方程带入质量守恒方程，根据储集体的具体形状建立相应的储集体控制方程；S3：根据不同结构储集体的组合关系、不同井和不同储集体组合关系形成的管流和渗流耦合系统建立不同的流动模拟及瞬变井分析模型；S4：利用建立的不同流动模拟及瞬变井分析模型形成相应的应用软件。本发明对于解决复杂油、气、水藏的流动模拟、不稳定试井分析、生产数据分析、产能试井分析、多井干扰试井分析、井的连续或者永久压力流量监测数据分析问题具有重要作用。

Description

一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法

技术领域

本发明涉及地下油气水开采工程领域，具体属于一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法。

背景技术

达西定律是法国工程师达西于1856年通过实验而提出的，因其形式上为简单的正比例线性函数、物理概念清晰、求解方便等优点而成为渗流力学的基本定律。广泛应用于地下水力学和地下油气渗流力学。目前油气水藏试井中的连续介质理论模型绝大多数都是建立在达西定律的基础上。然而，一些具有大尺度流动通道和储集体的油气藏，例如：疏松砂岩油藏注水开发中形成的无效注采循环水流通道、裂缝性低渗透油藏注水开发中形成的快速突进流动通道、非常规多段压裂水平井的大型压裂带流道、碳酸盐岩缝洞型油气藏储集体以及裂缝性火山岩储集体等等，在生产过程中存在管流或者空腔流等自由流效应，流体的流动已经不完全属于渗流范畴，流体的流动规律应该采用Navier-Stokes 方程进行描述。

上述管流或者空腔流或者大尺度孔洞流或者大尺度裂缝系统流与渗流耦合的流动在自然界非常普遍。对于“管流(自由流)-渗流耦合模型”的流动模拟，已经提出了五类方法，但实现瞬变井分析方法(主要是试井分析求解方法)只限于下面前四类。第一类是基于达西定律建立的双重、三重及多重孔隙介质模型，该类模型主要用于分布相对均匀、尺度相对较小的多孔介质储集体。代表性的技术成果：Warren(1963)建立双重孔隙介质拟稳态窜流模型。吴玉树等人(1983)建立三重孔隙介质模型。冯文光(1985)建立多重孔隙介质模型，。常学军等人(2004)建立裂缝和洞与井筒连通的三重介质油藏试井解释方法。第二类是将符合渗流特征的流动区域和管流(自由流)区域均视为符合达西渗流的复合区域(块)建立连续—离散介质复合模型。其核心思想是将管流(自由流)区域处理为具有较高渗透率和较大孔隙度的渗流区域。代表性的技术成果：万义钊等人(2015)利用高渗透率、高孔隙度的不规则区域(块)来描述大尺度的不同形状的裂缝或溶洞，流体在裂缝或溶洞中的流动仍然属于渗流的范畴。陈方方等人(2015)结合钻完井、地震和地质资料，建立了井打在洞外的数值试井分析新模型，溶洞和地层其他区域的流动均为渗流，且都满足达西定律。赵刚(2013)和Kuchuk等人(2015)研究了均质储层中存在离散(或连续)的规则(或不规则)裂缝模型，储层考虑为达西渗流，而裂缝采用“源函数”的思想将其构建成边界条件。这类模型构建相对简单，能够较好地反映裂缝和溶洞的地质动态状况，并与实际生产状况具有较好的一致性。第三类是基于物质平衡建立管流(自由流)的等势体模型，基于达西渗流建立连接等势体的渗流通道模型，然后建立不同缝洞组合关系的离散缝洞模型，代表性的的技术成果：张利军等人(2010)，常宝华等人(2011)，段宝江等人(2012)针对大尺度的缝洞型油藏，认为压力变化传播很快，缝洞的形状对压力变化没有影响，建立了溶洞与溶洞之间通过裂缝发生拟稳态窜流的缝洞模型。熊钰等人(2018)在前人的基础上将流体在裂缝中的流动考虑为非稳态流，并构建了相应的井打在大尺度裂缝上的缝洞模型。这类模型构建和求解方便，模型计算速度快，可以计算出缝洞的体积等参数。第四类是基于达西渗流和自由流建立渗流-管流(自由流)的Darcy-Navier-Stokes耦合模型。代表性的的技术成果：针对碳酸盐岩缝洞型油藏，Layton等人(2003)，Mu等人(2007)，刘学利等人(2007)，Xiaolong Peng等人(2007)，Popov等人(2007)，姚军等人(2010)，李亚军等人(2011)，张娜等人(2015)，Akanni等人(2017)将流体在大尺度的裂缝和溶洞中的流动视为自由流，基于Beavers-Joseph边界条件，采用Navier-Stokes方程进行描述，将流体在裂缝和基质中的流动视为渗流，采用达西定律进行描述构建了相应的 Darcy-Navier-Stokes耦合数学模型。这类模型是目前描述管流(自由流)-渗流耦合最精确的模型，能够用于各种复杂流体流动规律的模拟计算。另外，黄朝琴等人(2010)基于Brinkam 方程(1974年，Brinkman在Darcy方程的基础上考虑了Navier-Stokes方程中流体粘性剪切应力项而提出的经验方程)建立了离散缝洞网络宏观流动数学模型，该模型属于 Darcy-Navier-Stokes耦合模型的简化形式。

第五种类是基于Darcy-Weisbach(1845)公式，通过将该公式变化成“达西定律”的形式来定义相应的等效渗透率或者等效渗透系数或者折算渗透系数来实现渗流、层流管流和紊流管流的统一，进而实现管流-渗流的耦合流动模拟。Collins等人(1991)和吴淑红等人(1999)基于等效渗透率建立了水平段井筒管流的简化模型。在水力地质工程领域陈崇希(1993)基于等效渗透系数建立了“渗流-管流耦合模型”，将井管内的水流与井周围的地下水流一起作为模拟对象,把模型的边界从滤管井壁移至井口解决了滤管井壁条件难以给定的问题。陈崇希(1995)在“渗流-管流耦合模型”的基础上，开发出岩溶管道-裂隙-孔隙三重空隙介质地下水流模型。赵延林等人(2014)基于折算渗透系数建立承压溶洞突水的非线性渗流–管道流耦合模型。陈崇希(1995，2008)和赵延林等人(2014)的成果是目前为止唯一应用于储集体的管流-渗流耦合模型。值得注意的是，上述“等效渗透率”的概念是相对于压力梯度而言，主要用于油气开采工程领域。“等效渗透系数”和“折算渗透系数”具有完全相同的物理意义，仅仅是名称不同，这两个概念是相对于水力坡度而言，主要用于水力地质工程领域。这类模型可以将渗流、层流和紊流区的不同分区流态采用一个统一的流动规律来表示，使模型方程的构建及求解变得相对简单。

上述第一类方法模型构建及求解都比较简单，但其主要问题是当储集体中存在大尺度的空腔以及储集体中介质分布不均匀时模型不适用。第二类方法建模过程复杂、成本高，不利于在油田大范围内普遍使用。第三类模型无法确定缝洞的几何尺寸，对长条状或条带型流动系统的适应性差，无法获得的大尺度缝洞的流动能力。第四类模型由于求解过程复杂，计算量大，主要用于数值上的正演模拟。目前这类模型的研究成果绝大多数都是假定流体为不可压缩的稳定流，而实际油、气、水藏中的流体却是可压缩或微可压缩的不稳定流居多。另外，缝洞型油气藏非均质性严重，既存在渗流也存在管流，而且管渗边界也无法准确获取，因此构建模型也较为困难。第五类方法长期以来很少用于地下流体管流(自由流)-渗流耦合流动模拟，特别是试井分析(包括产能试井分析和多井干扰试井分析)，生产数据分析和井的连续或者永久压力流量监测数据分析领域未见任何成果发表。另外，该方法目前也仅局限在牛顿流体的渗流、层流管流以及紊流管流的统一，而没有考虑流体的非牛顿特性、没有考虑储集体的低速非达西流特性等等。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，为克服地下储集体各种复杂的管流与渗流耦合问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，包括以下步骤:

S1：引入广义流度，建立广义管流-渗流耦合的流体运动方程；

S2：将所建立的流体运动方程带入质量守恒方程，根据储集体的具体形状建立相应的储集体控制方程；

S3：根据不同结构储集体的组合关系、不同井和不同储集体组合关系形成的管流和渗流耦合系统建立不同的流动模拟及瞬变井分析模型；

S4：利用建立的不同流动模拟及瞬变井分析模型形成相应的应用软件。

进一步地，步骤S1具体为：

引入广义流度：其中λ(λ≥0)为广义流度，“-”表示流体的流动方向与压力梯度的方向相反，v表示流体流速，p表示压力，l表示距离；

进一步地，步骤S1中流体的流动规律符合线性特征时，引入广义流度得到的流体运动方程满足：

其中λ为广义流度，v表示流体流速，p表示压力，l表示距离；其中广义流度λ为常数。

进一步地，步骤S1中流体的流动规律不符合线性特征时，引入广义流度得到流体运动方程满足：

其中λ为广义流度，v表示流体流速，p表示压力，l表示距离；其中广义流度λ一般为流体流速、压力梯度等变量的函数；

进一步地，在一些情况还可以直接引入广义渗透率或广义渗透系数代替广义流度；广义流度包括等效流度或者拟流度或者折算流度，广义渗透率包括等效渗透率或等效渗透系数或者折算渗透系数。

进一步地，步骤S2中：

质量守恒方程为：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，v_x，v_y，v_z分别表示流体在x，y，z轴三个方向的流速分量；

考虑流体的可压缩性或微可压缩性、考虑岩石的微可压缩性以及瞬变流即不稳定流，具体表现在控制方程中流体密度不为常数、岩石孔隙度不为常数、流体密度与岩石孔隙度的乘积关于时间的偏导数不为零；

储集体的具体形状及相应的储集体控制方程为：

一维管道：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_x表示流体沿一维管道的广义流度；

三维圆柱体：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_r、λ_z分别表示流体流体沿三维圆柱体径向和垂向的广义流度；

三维球体以：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_r表示流体流体沿三维球体径向的广义流度；

其它的三维空间体：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_x，λ_y，λ_z分别表示流体流体沿x，y，z轴三个方向的的广义流度分量；

储集体控制方程选用的坐标系包括：一维笛卡尔坐标、二维笛卡尔坐标、三维笛卡尔坐标、柱坐标、球坐标、仿射坐标等。

进一步地，步骤S3中：

不同结构储集体包含不同类型流体或者相同类型流体，可以同时包含管流和渗流或者其中之一，管流可包含各种尺度的管子、管道、河道、裂隙、裂缝、空腔、洞穴、溶孔、溶洞等自由流，渗流可以包含各种孔隙或者裂缝系统的渗流；

不同的储集体组合关系包括：一维管道形储集体可以单独使用，也可以用于连接单个或多个一维管道、三维圆柱体、三维球体以及其它的三维空间体储集体；三维圆柱体、三维球体及其它的三维空间体储集体可以单独使用，也可以通过单个或多个一维管道形储集体进行连接组合使用；一维管道形储集体、三维圆柱体、三维球体及其它的三维空间体储集体之间可以进行嵌套或重叠使用；

相连的两个储集体之间通过压力及流量连续条件进行耦合，即在相连的两个储集体连接处满足压力相等和流量相等；

储集体可以与任意完井方式的井型组合，井型包括直井、压裂直井、水平井、多级压裂水平井、分支井、大斜度井；

储集体的边界可以是封闭、定压、混合、半渗透等；

流体类型可以是油、气、水的单相及其多相组合，其中流体可以是牛顿流体和非牛顿流体。

进一步地，步骤S4具体为：

S41：形成数值模拟软件、试井分析软件、生产数据分析软件及井的连续或者永久压力流量监测数据分析软件，其中试井分析软件包括产能试井分析和多井干扰试井分析。

S42：对建立的管流-渗流耦合的流动模拟模型及瞬变井分析模型进行数值求解或解析求解获得地层压力分布，将整个数值或解析求解的过程通过计算机进行算法编程实现可形成相应的单井或储集体规模的数值模拟软件；特别地，由井底的压力变化曲线可以生成理论的Gringarten-Bourdet1983组合图版或其它类型的图版，再将实测的井底压力数据转化为实测的Gringarten-Bourdet组合曲线图，将实测的Gringarten-Bourdet组合曲线图与理论的Gringarten-Bourdet组合图版进行拟合匹配可实现地层参数的求取；该拟合匹配过程可以采用非线性的回归算法实现自动化，并形成相应的试井分析软件；生产数据分析主要基于一些简单的封闭储集体，在假定定产量生产的情况下能够获得Laplace空间井底压力的解析解，并借助渐近分析法获得相应的归一化参数；再通过定义物质平衡(拟) 时间、规整化产量、规整化产量积分、规整化产量积分导数、规整化(拟)压力、规整化(拟) 压力积分、规整化(拟)压力积分导数这些等变量来绘制不同的生产数据分析图版；最后将实际生产数据形成的曲线图与理论图版进行拟合匹配来实现地层参数的求取；该拟合匹配过程可以采用非线性的回归算法实现自动化，并形成相应的生产数据分析软件。

S43：借助于形成的软件可以用于复杂油、气、水藏的流动模拟、不稳定试井分析、生产数据分析、产能试井分析、多井干扰试井分析、井的连续或者永久压力流量监测数据分析等问题的研究。

优选地，步骤S42中：

数值求解包括：有限差分、有限体积、边界元、有限体积、有限元等；

解析求解包括：直接求解、Laplace变换、Fourier变换、正交变换等；

试井分析图版包括：Gringarten-Bourdet压力及其压力导数组合图版、积分压力与其导数组合图版、二阶压力导数图版、流量规整压力图版、卷积图版或其它类型的图版，图版坐标可以是双对数、半对数和笛卡尔坐标；

生产数据分析图版包括：Blasingame分析图版、Agarwal—Gardner图版、NPI图版、Transient图版或者其它类型图版。

本发明具有以下有益效果：

本发明可以实现不同井型与各种组合储集体(一维管道、三维圆柱体、三维球体以及其它的三维空间体)的管流或空腔流等自由流与渗流耦合的数值模拟、试井分析(包括产能试井分析和多井干扰试井分析)、生产数据分析、及井的连续或者永久压力流量监测数据分析等模型。流体可以是油、气、水的单相及其多相组合，可以是牛顿流体和非牛顿流体。考虑流体和岩石的(微)可压缩性以及瞬变流特性即不稳定流特性。本发明避免了在各种复杂储集体与各类井筒的耦合过程中使用繁琐的流体力学公式，降低耦合问题的复杂性，使问题的求解变得简单统一。同时，本发明不仅能用于用于纯孔洞系统和大尺度裂缝系统的数值模拟、试井分析(包括产能试井分析和多井干扰试井分析)、生产数据分析及井的连续或者永久压力流量监测数据分析等模型构建，而且也能用于存在优势水流通道的注水开发油藏的试井模型构建。本发明对于解决复杂油、气、水藏的流动模拟、不稳定试井分析、生产数据分析、产能试井分析、多井干扰试井分析、井的连续或者永久压力流量监测数据分析问题具有重要作用。

附图说明

图1是本发明提供的一种储集体组合、重叠、嵌套关系模型示意图。

图2是本发明实施例1提供的一种管道形储集体模型示意图。

图3是本发明实施例1提供的一种管道形储集体模型的典型压力降落图版，典型特征表现为前期压力导数曲线与压力差曲线相互平行且呈1/2斜率线(线性流)和后期压力导数曲线呈1斜率线(拟稳定流)。

图4是与图3相对应的压力恢复图版。

图5是与图3相对应的考虑表皮及井筒储集效应的典型压力降落图版，考虑表皮和井筒储集效应后压力导数曲线与压力差曲线最前端重合，并呈1斜率线，之后由于(正) 表皮作用，压力导数曲线会向上凸起。

图6是本发明实施例2提供的一种圆柱形储集体模型示意图。

图7是本发明实施例2提供的一种圆柱形储集体模型的典型压力降落图版。典型特征表现为前期压力导数导曲线具有-1/2斜率线(球形流)，中期压力导数曲线呈1/2斜率线(线性流)和后期压力导数曲线呈1斜率线(拟稳定流)。

图8是与图7相对应的压力恢复图版。

图9是与图7相对应的考虑表皮及井筒储集效应的典型压力降落图版，考虑表皮和井筒储集效应后压力导数曲线与压力差曲线最前端重合，并呈1斜率线，之后由于(正) 表皮作用，压力导数曲线会向上凸起。

图10是本发明实施例2提供的一种圆柱形储集体模型的典型压力降落图版。典型特征表现为前期压力导数导曲线具有-1/2斜率线(球形流)，中期压力导数曲线呈0斜率线(径向流流)和后期压力导数曲线呈1斜率线(拟稳定流)。

图11是与图10相对应的压力恢复图版。

图12是与图10相对应的考虑表皮及井筒储集效应的典型压力降落图版，考虑表皮和井筒储集效应后压力导数曲线与压力差曲线最前端重合，并呈1斜率线，之后由于(正)表皮作用，压力导数曲线会向上凸起。

图13是本发明实施例3提供的一种球形储集体模型示意图。

图14是本发明实施例3提供的一种球形储集体模型的典型压力降落图版，典型特征表现为前期压导曲线具有-1/2斜率线(球形流)和后期压力导数曲线呈1斜率线(拟稳定流)。

图15是与图14相对应的压力恢复图版。

图16是与图14相对应的考虑表皮及井筒储集效应的典型压力降落图版。考虑表皮和井筒储集效应后压力导数曲线与压力差曲线最前端重合，并呈1斜率线，之后由于(正)表皮作用，压力导数曲线会向上凸起。

图17是本发明实施例4提供的一种空心圆柱和圆柱形储集体的复合模型示意图。

图18是本发明实施例4提供的一种空心圆柱和圆柱形储集体的复合模型的典型压力降落图版，典型特征表现为压力导数曲线依次呈-1/2斜率线(球形流)、0斜率线(圆柱形储集体的径向流)、圆柱形储集体与空心圆柱形储集体交接处上翘(过渡段)、0斜率线(空心圆柱形储集体的径向流)、1斜率线(拟稳定流)。

图19是与图18相对应的压力恢复图版。

图20是与图18相对应的考虑表皮及井筒储集效应的典型压力降落图版，考虑表皮和井筒储集效应后压力导数曲线与压力差曲线最前端重合，并呈1斜率线，之后由于(正)表皮作用，压力导数曲线会向上凸起。

图21是本发明实施例4提供的一种空心圆柱和圆柱形储集体的复合模型的典型压力降落图版，典型特征表现为压力导数曲线依次呈-1/2斜率线(球形流)、0斜率线(圆柱形储集体的径向流)、圆柱形储集体与空心圆柱形储集体交接处下掉可出现-1/2斜率线(过渡段)、0斜率线(空心圆柱形储集体的径向流)、1斜率线(拟稳定流)。图22是与图21相对应的压力恢复图版。

图23是与图21相对应的考虑表皮及井筒储集效应的典型压力降落图版，考虑表皮和井筒储集效应后压力导数曲线与压力差曲线最前端重合，并呈1斜率线，之后由于(正)表皮作用，压力导数曲线会向上凸起。

图24是本发明实施例5提供的一种管道和球形储集体的复合模型示意图。

图25是本发明实施例5提供的一种管道和球形储集体的复合模型的典型压力降落图版，典型特征表现为前期压力导数导曲线与压力差曲线相互平行且呈1/2斜率线(线性流)，中期压力导数曲线下掉和后期压力导数曲线呈1斜率线(拟稳定流)。

图26是与图25相对应的压力恢复图版。

图27是与图25相对应的考虑表皮及井筒储集效应的典型压力降落图版，考虑表皮和井筒储集效应后压力导数曲线与压力差曲线最前端重合，并呈1斜率线，之后由于(正)表皮作用，压力导数曲线会向上凸起。

图28是在本发明实施例2提供的一种圆柱形储集体模型基础上实现的直井Blasingame分析图版。

图29是在本发明实施例2提供的一种圆柱形储集体模型基础上实现的直井Agarwal —Gardner图版。

图30是在本发明实施例2提供的一种圆柱形储集体模型基础上实现的直井NPI图版。

图31是在本发明实施例2提供的一种圆柱形储集体模型基础上实现的、直井Transient图版。

具体实施方式

本发明名称为一种基于广义管流(含各种自由流)渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其可译英文名称：A Patent Debate for Flow Simulation and TransientWell Analysis Based on Generalized Tube Flow(Cavity Flow)and SeepageCoupling，便于本领域技术人员理解技术方案及相关内容。

瞬变井分析(TransientWell Analysis)包括瞬变压力分析(PressureTransientAnalysis) 和瞬变流量分析(Rate TransientAnalysis)二个方面。瞬变压力分析俗称不稳定压力分析或者不稳定试井分析或者试井分析或者试井解释，具体包括油、气、水井试井分析方法；瞬变流量分析俗称不稳定流量分析或者生产数据分析，具体包括油、气、水井生产数据分析方法，与此技术有关的应用方法还包括产能试井分析方法、多井干扰试井分析方法及井的连续或者永久压力流量监测数据分析方法。产能试井分析是不稳定试井分析的一种特殊应用，多井干扰试井分析也是不稳定试井分析的一种特殊应用，试井分析包括产能试井分析和多井干扰试井分析，井的连续或者永久压力流量监测数据分析是基于试井分析和生产数据分析的技术。

通过对比层流管流的Hagen-Poiseuille(1839,1840)公式以及常规渗流的Darcy公式发现，在数学表现形式上这两个公式没有本质的差别，同属于线性流动规律，即流体的流动速度与压力梯度呈正比，比例系数为常数，详细见李璗等人编写的《油气渗流力学》第12页(2001)，达西渗流本身就可以通过Navier-Stokes方程导出(Hubbert，1956)。同时，利用量纲分析获得了该比例系数的单位为“m2/(Pa.s)”，该单位在油气开采技术领域称为流度。鉴于达西渗流和管流的上述机理，本发明提出将地下流体力学和渗流力学领域的所有流体运动方程统一写为：

其中，λ(λ≥0)称为广义流度，“-”表示流体的流动方向与压力梯度的方向相反。当流体的流动规律符合线性特征时广义流度为常数，而当流体的流动规律不符合线性特征时广义流度一般为流体流速以及压力梯度的函数。常见广义流度λ为常数的情形，如达西渗流模型、泊肃叶层流管流模型等。常见广义流度λ为非常数的情形，如广义达西渗流模型、幂律非牛顿流体模型、低(高)速非达西流模型以及紊流管流模型等。

本发明能够应用的流体种类包括，油、气、水单相流和多相流。流体类型可以是牛顿流体和非牛顿流体。流动规律可以是线性、可以是非线性、也可以是线性与非线性的各种组合情况(完全包含了以Darcy-Weisbach公式为基础的等效渗透率、等效渗透系数以及折算渗透系数等流动模型)。结合具体的井型及完井方式可以考虑表皮及井筒储集效应。

本发明对于一些符合简单流动规律的规则储集体可以构建单个储集体及组合储集体的解析及解析数值模型。对于更一般地模拟模型，应用本发明提出的广义流度，可以将符合不同流动规律的不同类型储集体构成的复杂管流(自由流)-渗流系统的控制方程统一写为：

对上述方程进行离散后，各个网格根据网格所在的空间位置及其符合的流动规律采用不同的广义流度进行表征，而网格与网格之间通过简单的流量相等条件和压力相等条件进行耦合。进而避免了在耦合过程中使用繁琐的流体力学公式,降低耦合问题的复杂性,使问题的求解变得简单统一。另外，在模拟模型中，对于不同类型的井筒类型(包括直井、压裂直井、水平井、多级压裂水平井、分支井、大斜度井等)可以将其视为具有一定尺寸的特殊储集体和油气藏中的其它储集体一样进行类似处理。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。

一种基于广义管流(自由流)-渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，包括：

S1：引入广义流度，建立广义管流(自由流)-渗流耦合的流体运动方程。

S2：将所述流体运动方程带入质量守恒方程并根据储集体的具体形状建立相应的储集体控制方程；

S3：根据不同结构储集体(含不同类型流体)的组合关系、不同井和不同储集体组合关系形成的管流和渗流耦合系统建立不同的流动模拟及瞬变井分析模型。

S4：利用建立的管流(自由流)-渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析模型可形成相应的应用软件。

其中S1：引入广义流度，建立广义管流(自由流)-渗流耦合的流体运动方程，具体包括：

(1)下述主要提供基于广义流度有关数学公式或者方程，对于直接使用广义渗透率或者广义渗透系数的情况(包括等效流度或等效渗透率或者等效渗透系数或者折算渗透系数)，有关数学方程形式上和求解方法是完全类似的。

(2)流体运动方程满足λ(λ≥0)称为广义流度，“-”表示流体的流动方向与压力梯度的方向相反，其中v表示流体流速，p表示压力，l表示距离。

(3)当流体的流动规律符合线性特征时广义流度为常数，而当流体的流动规律不符合线性特征时广义流度，一般为流体流速、压力梯度等变量的函数。

其中S2：将所述流体运动方程带入质量守恒方程并根据储集体的具体形状建立相应的储集体控制方程，具体包括：

(1)储集体的基本形状包括：一维管道、三维圆柱体、三维球体以及其它的三维空间体；

(2)质量守恒方程为其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，v_x，v_y，v_z分别表示流体在x，y，z轴三个方向的流速分量。

(3)一维管道形储集体其控制方程为其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_x表示流体沿一维管道的广义流度。

(4)三维圆柱体形储集体其控制方程为其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_r、λ_z分别表示流体流体沿三维圆柱体径向和垂向的广义流度。

(5)三维球体形储集体其控制方程为其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_r表示流体流体沿三维球体径向的广义流度。

(6)其它三维空间体形储集体其控制方程为其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_x，λ_y，λ_z分别表示流体流体沿x，y，z轴三个方向的的广义流度分量。

储集体控制方程选用的坐标系包括：一维笛卡尔坐标、二维笛卡尔坐标、三维笛卡尔坐标、柱坐标、球坐标、仿射坐标等。

其中S3：根据不同结构储集体(含不同类型流体)的组合关系、不同井和不同储集体组合关系形成的管流(自由流)和渗流耦合系统建立不同的数值模拟模型、不稳定试井分析模型、生产数据分析模型、产能试井分析模型、多井干扰试井分析模型及井的连续或者永久压力流量监测数据分析模型，具体包括：

(1)一维管道形储集体可以单独使用，也可以用于连接单个或多个一维管道、三维圆柱体、三维球体以及其它的三维空间体储集体；三维圆柱体、三维球体及其它的三维空间体储集体可以单独使用，也可以通过单个或多个一维管道形储集体进行连接组合使用；一维管道形储集体、三维圆柱体、三维球体及其它的三维空间体储集体之间可以进行嵌套或重叠使用(见图1)。

(2)相连的两个储集体之间通过压力及流量连续条件进行耦合，即在相连的两个储集体连接处满足压力相等和流量相等。

(3)储集体可以与任意完井方式的井型组合，井型包括直井、压裂直井、水平井、多级压裂水平井、分支井、大斜度井等,组合模型可以考虑井筒储集效应和表皮效应的影响；井筒如果完全和一维管道形储集体连接，则不考虑具体的井型，否则，需要结合具体情况考虑井型。

(4)储集体的边界可以是封闭、定压、混合、半渗透等；

(5)流体类型可以是油、气、水的单相及其多相组合，其中流体可以是牛顿流体和非牛顿流体。

(6)不同结构储集体包含不同类型流体或者相同类型流体，可以同时包含管流和渗流或者其中之一，管流可以包含各种尺度的管子、管道、河道、裂隙、裂缝、空腔、洞穴、溶孔、溶洞等自由流，渗流可以包含各种孔隙或者裂缝系统的渗流；

(7)已有基于渗流力学的各种流动模拟及试井分析模型是本发明的特例。本发明全面拓展了传统的渗透率和流度的概念，全面统一了各种组合的管流(自由流)-渗流耦合系统。

其中S4：利用建立的管流(自由流)-渗流耦合的流动模拟模型、瞬变井分析模型可形成相应的应用软件，具体包括：

(1)形成数值模拟软件、试井分析软件、生产数据分析软件及井的连续或者永久压力流量监测数据分析软件，其中试井分析软件包括产能试井分和多井干扰试井分析，有关模型方法详见表1。

(2)对建立的管流(自由流)-渗流耦合的流动模拟模型和瞬变井分析模型进行数值 (包括，有限差分、有限体积、边界元、有限体积、有限元等方法)或解析(直接求解、Laplace 变换、Fourier变换、正交变换等方法)求解获得地层压力分布，将整个数值或解析求解的过程通过计算机进行算法编程实现可形成相应的单井或储集体规模的数值模拟软件。特别地，由井底的压力变化曲线可以生成理论的Gringarten-Bourdet(1979，1983)组合图版(或其它类型的图版)，再将实测的井底压力数据转化为实测的Gringarten-Bourdet组合曲线图，将实测的Gringarten-Bourdet组合曲线图与理论的Gringarten-Bourdet组合图版进行拟合匹配可实现地层参数的求取。该拟合匹配过程可以采用非线性的回归算法实现自动化，并形成相应的试井分析软件。

(3)生产数据分析主要基于一些简单的封闭储集体，在假定定产量生产的情况下能够获得Laplace空间井底压力的解析解，并借助渐近分析法获得相应的归一化参数。在此基础上，通过定义物质平衡(拟)时间、规整化产量、规整化产量积分、规整化产量积分导数、规整化(拟)压力、规整化(拟)压力积分、规整化(拟)压力积分导数等等变量来绘制不同的生产数据分析图版。如，Blasingame分析图版、Agarwal—Gardner图版、NPI图版以及Transient图版等等。最后将实际生产数据形成的曲线图与理论图版进行拟合匹配来实现地层参数的求取。该拟合匹配过程可以采用非线性的回归算法实现自动化，并形成相应的生产数据分析软件。

表1管流(自由流)-渗流耦合模型方法权力要求情况表

备注1中流体类型与流体运动规律的10种组合情况举例

①牛顿流体+达西渗流

依据Darcy(1856)渗流公式可得

其中，μ表示流体的粘度，K表示渗透率。

对于考虑重力影响情况的形式：

其中，μ表示流体的粘度，K表示渗透率，ρ表示流体密度，g表示重力加速度，p表示压力，l表示距离。

②牛顿流体+层流管流

依据Hagen-poiseuille(1839,1840)公式可得

其中，μ表示流体的粘度，d管道的水力直径。

③牛顿流体+高速非达西渗流

依据Forchheimer(1901)二项式高速非达西公式可得

其中，μ表示流体的粘度，K表示渗透率，β表示高速非达西因子，ρ表示流体密度，v表示流体流速。

④牛顿流体+紊流管流(紊流即湍流)

依据Darcy-Weisbach(1845)公式、Colebrook(1938)沿程阻力公式可得

其中，μ表示流体的粘度，d表示管道的水力直径，ρ表示流体密度，表示相对粗糙度，v表示流体的流速，W(g)表示LambertW函数或乘积对数函数。

⑤牛顿流体+应力敏感渗流

依据渗透率模量公式(应力敏感)可得

其中，μ表示流体的粘度，K_i表示储集体初始渗透率，γ表示渗透率模量，p表示压力， p_i表示初始储集体压力。

⑥非牛顿流体+达西渗流

依据Darcy渗流公式、Qstwald-DeWaele(1923,1925)幂律流体粘度公式以及Hirasaki-Pope(1974)剪切速率公式可得

其中，μ_eff表示流体的有效粘度，K表示渗透率，n表示幂律指数，v表示流体流速，H表示稠度系数，K表示渗透率，φ表示孔隙度。

⑦非牛顿流体+层流管流

依据Hagen-poiseuille(1839,1840)层流管流公式、Qstwald-DeWaele(1923,1925)幂律流体粘度公式以及Hirasaki-Pope(1974)剪切速率公式可得

其中，μ_eff表示流体的有效粘度，d管道的水力直径，n表示幂律指数，v表示流体流速， H表示稠度系数。

⑧非牛顿流体+应力敏感渗流

依据渗透率模量公式(应力敏感)、Qstwald-DeWaele(1923,1925)幂律流体粘度公式以及Hirasaki-Pope(1974)剪切速率公式可得

其中，μ_eff表示流体的有效粘度，K_i表示储集体初始渗透率，γ表示渗透率模量，p表示压力，p_i表示初始储集体压力，v表示流体的流速，n表示幂律指数，H表示稠度系数， K表示渗透率，φ表示孔隙度。

⑨非牛顿流体+紊流管流

依据Darcy-Weisbach(1845)公式、Colebrook(1938)沿程阻力公式、 Qstwald-DeWaele(1923,1925)幂律流体粘度公式、以及Hirasak-Pope(1974)剪切速率公式可得

其中，μ_eff表示流体的有效粘度，d表示管道的水力直径，ρ表示流体密度，表示相对粗糙度，v表示流体的流速，n表示幂律指数，H表示稠度系数，W(g)表示LambertW 函数或乘积对数函数。

⑩牛顿流体+低速非达西渗流或者Bingham(1919)非牛顿流体+达西渗流

其中，μ表示流体的粘度，K表示渗透率，G表示低速非达西因子或者拟启动压力梯度， p表示压力，l表示距离。

上述公式中的非达西渗流除Forchheimer(1901)二项式高速非达西公式、渗透率模量公式(应力敏感)外还有Irmay(1968)、Izbash(1971)、Swartzendruber(1962)、黄廷章(1997)、Halex(1979)公式等等；上述公式中的Colebrook(1939)沿程阻力公式可以用其它的如：Blasius(1913)、исаев、Nikuradse(1933)、Miller、Churchill(1977)、Черникин等沿程阻力公式替换；上述公式中的Qstwald-DeWaele(1923,1925)幂律流体粘度公式可以用其它的如：Bingham(1919)、Herschel-Buckley、Cross(1979)、Carreau(1979)、Meter(1964)、Eills、Reiner—Philippoff、Sisko(1958)等粘度公式替换；上述公式中的Hirasaki-Pope(1974) 剪切速率的计算公式可以用其它的如：Gogarty(1967)、W.Littmann(1988)、Camillen(1987)、 Rabinowitsch(1929)、Jennings(1971)等剪切速率替换。

另外，对于低密度气体流动情况，可以使用Klinkenberg(1941)方程校正非达西效应获得广义流度表达式。

实施例1至实施例5可以利用拉普拉斯变换对模型进行求解，并获得拉普拉斯空间井底压力解函数。利用Stehfest数值反演技术对拉普拉斯空间井底压力解函数进行数值反演，获得真实空间井底压力解。利用真实空间井底压力解与实测井底压力数据进行拟合获得储集体参数，其中模型计算与拟合分析软件已通过《Swift试井分析软件平台V4.0》实现，软件中使用的拟合算法包括广泛搜索算法、粒子群算法、迭代算法等。

设函数f(t)在[0,∞)上有定义，f(t)是实变量t的实值函数或复值函数。由拉普拉斯积分所确定的函数称为函数f(t)的拉普拉斯变换。采用上述积分变换可将实施例1至实施例5所建试井模型转化为拉普拉斯空间的齐次方程组，从而求解出拉普拉斯空间井底压力解函数。

设为拉普拉斯空间无因次井底压力解函数，则真实空间无因次井底压力解p_wD(t_D)可由下述Stehfest数值反演技术获取

其中，N为偶数，一般取值在8至16之间。

这里也可以利用其它的数值反演技术实现。

生产数据分析方法实施例子见图28、图29、图30和图31，这些图是在本发明实施例2提供的一种圆柱形储集体模型基础上实现的直井Blasingame分析图版、直井 Agarwal—Gardner图版、直井NPI图版以及直井Transient图版，类似地可以建立其它分析模型的各种分析模型图版。有关图版的绘制基本原理详见孙贺东编著的《油气井现代产量递减分析方法及应用》一书(2013)。

对于一些情况的层状储集体，可以通过定义广义流动系数或者等效流动系数(Kh/μ) 实现问题的进一步简化，方便一些情况的问题分析及求解。

此外，基于上述原理方法，可以类似已有传统的分析模型方法建立相应的产能试井分析、多井干扰试井分析及井的连续或者永久压力流量监测数据分析模型方法。

例如：未饱和层状油藏的稳定流直井单相流产能试分析模方法的建立，其采油或者采液指数计算公式如下：

B—流体体积系数，m³/m³；h储集体厚度，m；p_e—储集体外边界压力(实际应用可以使用油藏平均地层压力)，Pa；p_wf—井底流动压力，Pa；q—流量，m³/s；r_e—储集体的外半径，m；r_w—井筒半径，m；S—表皮因子；λ—储集体流体的广义流度，m²/Pa·s。

实施例1至实施例5是微可压缩流体的例子，对于可压缩流体气体的情况，需要使用拟压力函数或者标准化(重整或者规整)拟压力函数，有关方程、求解方法和分析图版制作方法等与实施例1至实施例5完全类似或者一样。

实施例1:

本实施例提供一种管道形储集体的流动模拟及试井分析方法，其压降试井模型对应的物理模型假设为：

1)储集体由单个封闭管道形储集体构成(见图2)；

2)初始状态下储集体中压力均为原始储集体压力；

3)流体在储集内部流动均符合线性流动规律；

4)储集体中流体及岩石为微可压缩；

5)不考虑井筒储集效应，不考虑表皮效应。

压降试井模型对应的无因次数学模型为

p_D(x_D,t_D＝0) (2)

无因次变量定义为：

q_D＝q/q_sc (9)

基于t_D对式(1)-(4)式作Laplace变换，进行求解可得Laplace空间无因次压力解为：

特别地，取x_D＝0作为井底压力的参考点，即

经Stehfest数值反演可绘制其典型特征图见图3-图5。

实施例1中各标识符号的具体含义如下：

A—管道形储集体的过流面积，m²；B—体积系数，m³/m³；C_t—管道形储集体的综合压缩系数，1/Pa；l—参考长度，m；L—管道形储集体的长度，m；p—管道形储集体的压力，Pa；p_i—初始管道形储集体的压力，Pa；p_w—井底压力，Pa；q—流量，m³/s； q_sc—参考流量，m³/s；t—时间，s；u—无因次时间t_D对应的Laplace变量；x—x轴方向距离，m；λ—管道形储集体的广义流度，m²/Pa·s；φ—管道形储集体的孔隙度，％；—偏微分算子。

实施例2:

本实施例提供一种圆柱形储集体的流动模拟及试井分析方法，其压降试井模型对应的物理模型假设为：

1)储集体为一个圆柱形的封闭系统，点源位于圆柱形储集体的轴线上(见图6)；

2)初始状态下储集体中压力均为原始储集体压力；

3)流体在储集内部流动符合线性流动规律；

4)储集体中流体及岩石为微可压缩；

5)不考虑井筒储集效应，不考虑表皮效应。

压降试井模型对应的无因次数学模型为

p_D(r_D,z_D,t_D＝0) (13)

无因次变量定义如下：

q_D＝q/q_sc (27)

基于t_D对式(12)-(17)作Laplace变换，并利用分离变量法求得Laplace空间无因压力解为：

其中：

I₀(g)、I₁(g)分别为第一类修正的零阶和一阶贝塞尔函数，K₀(g)、K₁(g)分别为第二类修正的零阶和一阶贝塞尔函数。

特别地，取r_D＝1，z_D＝z_wD作为井底压力的参考点，即

经Stehfest数值反演可绘制其典型特征图见图7-图12。

实施例2中各标识符号的具体含义如下：

B—体积系数，m³/m³；C_t—圆柱形储集体的综合压缩系数，1/Pa；h—圆柱形储集体的高度，m；l—参考长度，m；p—圆柱形储集体的压力，Pa；p_i—圆柱形储集体的初始压力，Pa；p_w—井底压力，Pa；q—流量，m³/s；q_sc—参考流量，m³/s；r_e—圆柱形储集体的半径，m；t—时间，s；u—无因次时间t_D对应的Laplace变量；z—z轴方向距离，m；z_w—z轴方向点源的中心点位置，m；ε—点源的高度(趋于零)，m；λ_r—圆柱形储集体的径向广义流度，m²/Pa·s；λ_z—圆柱形储集体的垂向广义流度，m²/Pa·s；φ—圆柱形储集体的孔隙度，％；—偏微分算子。

必要时可对点源解(28)式进行积分以获取线源、面源解，如

水平井(线源)：

其中，L_D为水平井的无因次半长。

部分打开水力压裂直井(面源)：

其中，x_fD为水力压裂裂缝的无因次半长，z_aD、z_bD分别为水力压裂裂缝的顶部和底部位置。

实施例3：

本实施例提供一种球形储集体的流动模拟及试井分析方法，其压降试井模型对应的物理模型假设为：

1)储集体为一个球形的封闭系统，点源位于球形储集体内部(见图13)；

2)初始状态下储集体中压力均为原始储集体压力；

3)流体在储集内部流动符合线性流动规律；

4)储集体中流体及岩石为微可压缩；

5)不虑井筒储集效应，不考虑表皮效应。

压降试井模型对应的无因次数学模型为

p_D(r_D,θ,t_D＝0)＝0 (35)

无因次变量定义为：

q_D＝q/q_sc (45)

式(34)-(37)通过Laplace积分变换及边界构造法可求得Laplace空间无因次压力解为：

其中，为第一类修正的阶贝塞尔函数，分别为第二类修正的阶和贝塞尔函数，P_n为第一类n阶勒让德函数。

特别地，取r_aD＝0，r_bD＝1作为井底压力的参考点，即

经Stehfest数值反演可绘制其典型特征图见图14-图16。

实施例3中各标识符号的具体含义如下：

B—体积系数，m³/m³；C_t—球形储集体的综合压缩系数，1/Pa；l—参考长度，m； p—球形储集体的压力，Pa；p_i—球形储集体的初始压力，Pa；p_w—井底压力，Pa；q—流量，m³/s；q_sc—参考流量，m³/s；r—点源距离观察点的距离，m；r_a—偏心距离，m； r_b—球形储集体的球心距离观测点的距离，m；r_e—球形储集体的半径，m；t—时间， s；u—无因次时间t_D对应的Laplace变量；λ—球形储集体的广义流度，m²/Pa·s；φ—球形储集体的孔隙度，％；Φ—r_a与r_b之间的夹角；—偏微分算子。

必要时可对点源解(46)式进行积分以获取线源、面源解，但在积分的过程中应注意 r_bD＞r_aD！

实施例4：

本实施例提供一种空心圆柱和圆柱形储集体的复合流动模拟及试井分析方法，其压降试井模型对应的物理模型假设为：

1)储集体是由一个空心圆柱形和一个圆柱形构成的复合储集体，圆柱形储集体嵌套在空心圆柱形储集体的中间，点源位于圆柱形储集体内部(见图17)；

2)初始状态下储集体中压力均为原始储集体压力；

3)流体在储集内部流动符合线性流动规律；

4)储集体中流体及岩石为微可压缩；

5)不虑井筒储集效应，不考虑表皮效应。

压降试井模型对应的无因次数学模型为

p_1D(r_D,z_D,0)＝p_2D(r_D,z_D,0)＝0

无因次变量定义如下

q_D＝q/q_sc (69)

式(48)-(55)通过Laplace积分变换及Fourier有限余弦变换可求得Laplace空间无因次压力解为：

其中，

ξ₁＝mπ (75)

I₀(g)、I₁(g)分别为第一类修正的零阶和一阶贝塞尔函数，K₀(g)、K₁(g)分别为第二类修正的零阶和一阶贝塞尔函数。

特别地，取r_D＝1，z_D＝z_wD作为井底压力的参考点，即

经Stehfest数值反演可绘制其典型特征图见图18-图23。

实施例4中各标识符号的具体含义如下：

B—体积系数，m³/m³；C_t1,C_t2—分别为圆柱及空心圆柱储集体的综合压缩系数， 1/Pa；h₁,h₂—分别为圆柱及空心圆柱储集体的高度，m；l—参考长度，m；p₁,p₂—分别为圆柱及空心圆柱储集体压力，Pa；p_i—初始储集体压力，Pa；p_w—井底压力，Pa； q—流量，m³/s；q_sc—参考流量，m³/s；r—点源距离圆柱形储集体轴线的径向距离，m； r₁,r₂—分别为圆柱及空心圆柱储集体的半径，m；t—时间，s；u—无因次时间t_D对应的Laplace变量；z—z轴方向距离，m；z_w—z轴方向点源的中心点位置，m；z_j—圆柱形储集体低端垂向位置，m；ε—点源的高度(趋于零)，m；λ_r1,λ_r2—分别为圆柱及空心圆柱储集体的广义流度，m²/Pa·s；φ₁,φ₂—分别为圆柱及空心圆柱储集体的孔隙度，％；—偏微分算子。

必要时可对点源解(70)式进行积分以获取线源、面源解！

实施例5：

本实施例提供一种管道和球形储集体的复合流动模拟及试井分析方法，其压降试井模型对应的物理模型假设为：

1)储集体是由一管道形和一个球形构成的复合储集体(见图24)；

2)初始状态下储集体中压力均为原始储集体压力；

3)流体在储集内部流动符合线性流动规律；

4)储集体中流体及岩石为微可压缩；

5)不虑井筒储集效应，不考虑表皮效应。

压降试井模型对应的无因次数学模型为

p_vD(r_D,θ＝0,t_D＝0)＝0 (79)

p_1D(x_D,t_D＝0)＝0 (83)

无因次变量定义如下

q_vD＝q_v/q_sc (99)

q_D＝q/q_sc (100)

式(78)-(86)通过Laplace积分变换及边界构造法可求得Laplace空间无因次压力解为：

其中

为第一类修正的阶贝塞尔函数，分别为第二类修正的阶和贝塞尔函数。

特别地，可取x_D＝0，作为井底压力的参考点，即

经Stehfest数值反演可绘制其典型特征图见图25-图27。

实施例5中各标识符号的具体含义如下：

A—管道储集体的过流面积，m²；B—体积系数，m³/m³；C_t1,C_tv—分别为管道和球形储集体的综合压缩系数，1/Pa；l—参考长度，m；L—管道储集体的长度，m；p₁,p_v—分别为管道和球形储集体的压力，Pa；p_i—管道和球形储集体的初始压力，Pa；p_w—井底压力，Pa；q—流量，m³/s；q_sc—参考流量，m³/s；q_v—球形储集体向管道形储集体的供给流量流量，m³/s；r—点源距离观察点的距离，m；r_a—偏心距离，m；r_b—球形储集体的球心距离观测点的距离，m；r_e—球形储集体的半径，m；t—时间，s；u—无因次时间t_D对应的Laplace变量；x—x轴方向距离，m；λ₁,λ_v—分别为管道和球形储集体的广义流度，m²/Pa·s；φ₁,φ_v—分别为管道和球形储集体的孔隙度，％；Φ—r_a与r_b之间的夹角；—偏微分算子。

上述实施例1-5中的关井压力恢复图版均由下述公式(104)计算并经Stehfest数值反演绘制

其中，t_pD为无因次关井前生产时间,具体见实施例1的式(11)、实施例2的式(31)、实施例3的式(47)、实施例4的式(77)、实施例5的式(103)。

上述实施例1-5中的井底压力表达式可通过Duhamel原理考虑井筒储集及表皮效应

其中，具体见实施例1的式(11)、实施例2的式(31)、实施例3的式(47)、实施例4的式(77)、实施例5的式(103)。

通过这一方法可以绘制出实施例1至实施例5的考虑表皮及井筒储集效应的典型压力降落图版即图5、图9、图12、图16、图20、图23、图27，同样方法使用公式(104) 可以绘制相应的压力恢复图版。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1：引入广义流度，建立广义管流-渗流耦合的流体运动方程；

S2：将所建立的流体运动方程带入质量守恒方程，根据储集体的具体形状建立相应的储集体控制方程；

S3：根据不同结构储集体的组合关系、不同井和不同储集体组合关系形成的管流和渗流耦合系统建立不同的流动模拟及瞬变井分析模型；

S4：利用建立的不同流动模拟及瞬变井分析模型形成相应的应用软件。

2.根据权利要求1所述的一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

引入广义流度：其中λ(λ≥0)为广义流度，-表示流体的流动方向与压力梯度的方向相反，v表示流体流速，p表示压力，l表示距离。

3.根据权利要求2所述的一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，所述步骤S1中流体的流动规律符合线性特征时，引入广义流度得到的流体运动方程满足：

其中λ为广义流度，v表示流体流速，p表示压力，l表示距离；其中广义流度λ为常数。

4.根据权利要求2所述的一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，所述步骤S1中流体的流动规律不符合线性特征时，引入广义流度得到流体运动方程满足：

其中λ为广义流度，v表示流体流速，p表示压力，l表示距离；其中广义流度λ一般为流体流速、压力梯度等变量的函数。

5.根据权利要求2所述的一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，所述广义流度，在一些情况还可以直接引入广义渗透率或广义渗透系数代替广义流度；广义流度包括等效流度或者拟流度或者折算流度，广义渗透率包括等效渗透率或等效渗透系数或者折算渗透系数。

6.根据权利要求1所述的一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，所述步骤S2中：

质量守恒方程为：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，v_x，v_y，v_z分别表示流体在x，y，z轴三个方向的流速分量；

考虑流体的可压缩性或微可压缩性、考虑岩石的微可压缩性以及瞬变流即不稳定流，具体表现在控制方程中流体密度不为常数、岩石孔隙度不为常数、流体密度与岩石孔隙度的乘积关于时间的偏导数不为零；

储集体的具体形状及相应的储集体控制方程为：

一维管道：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_x表示流体沿一维管道的广义流度；

三维圆柱体：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_r、λ_z分别表示流体流体沿三维圆柱体径向和垂向的广义流度；

三维球体：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_r表示流体流体沿三维球体径向的广义流度；

其它的三维空间体：其中ρ表示流体的密度，φ表示储集体的孔隙度，λ_x，λ_y，λ_z分别表示流体流体沿x，y，z轴三个方向的广义流度分量；

储集体控制方程选用的坐标系包括：一维笛卡尔坐标、二维笛卡尔坐标、三维笛卡尔坐标、柱坐标、球坐标、仿射坐标等。

7.根据权利要求1所述的一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，所述步骤S3中：

不同结构储集体包含不同类型流体或者相同类型流体，可以同时包含管流和渗流或者其中之一，管流可以包含各种尺度的管子、管道、河道、裂隙、裂缝、空腔、洞穴、溶孔、溶洞等自由流，渗流可以包含各种孔隙或者裂缝系统的渗流；

不同的储集体组合关系包括：一维管道形储集体可以单独使用，也可以用于连接单个或多个一维管道、三维圆柱体、三维球体以及其它的三维空间体储集体；三维圆柱体、三维球体及其它的三维空间体储集体可以单独使用，也可以通过单个或多个一维管道形储集体进行连接组合使用；一维管道形储集体、三维圆柱体、三维球体及其它的三维空间体储集体之间可以进行嵌套或重叠使用；

相连的两个储集体之间通过压力及流量连续条件进行耦合，即在相连的两个储集体连接处满足压力相等和流量相等；

储集体可以与任意完井方式的井型组合，井型包括直井、压裂直井、水平井、多级压裂水平井、分支井、大斜度井；

储集体的边界可以是封闭、定压、混合、半渗透；

流体类型可以是油、气、水的单相及其多相组合，其中流体可以是牛顿流体和非牛顿流体。

8.根据权利要求1所述的一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

S41：形成数值模拟软件、试井分析软件、生产数据分析软件及井的连续或者永久压力流量监测数据分析软件，其中试井分析软件包括产能试井分析和多井干扰试井分析；

S42：对建立的管流-渗流耦合的流动模拟模型及瞬变井分析模型进行数值求解或解析求解获得地层压力分布，将整个数值或解析求解的过程通过计算机进行算法编程实现可形成相应的单井或储集体规模的数值模拟软件；特别地，由井底的压力变化曲线可以生成理论的Gringarten-Bourdet组合图版或其它类型的图版，再将实测的井底压力数据转化为实测的Gringarten-Bourdet组合曲线图，将实测的Gringarten-Bourdet组合曲线图与理论的Gringarten-Bourdet组合图版进行拟合匹配可实现地层参数的求取；该拟合匹配过程可以采用非线性的回归算法实现自动化，并形成相应的试井分析软件；生产数据分析主要基于一些简单的封闭储集体，在假定定产量生产的情况下能够获得Laplace空间井底压力的解析解，并借助渐近分析法获得相应的归一化参数；再通过定义物质平衡时间、规整化产量、规整化产量积分、规整化产量积分导数、规整化压力、规整化压力积分、规整化压力积分导数这些等变量来绘制不同的生产数据分析图版；最后将实际生产数据形成的曲线图与理论图版进行拟合匹配来实现地层参数的求取；该拟合匹配过程可以采用非线性的回归算法实现自动化，并形成相应的生产数据分析软件；

S43：借助于形成的软件可以用于复杂油、气、水藏的流动模拟、不稳定试井分析、生产数据分析、产能试井分析、多井干扰试井分析、井的连续或者永久压力流量监测数据分析问题的研究。

9.根据权利要求8所述的一种基于广义管流渗流耦合的流动模拟及瞬变井分析方法，其特征在于，所述步骤S42中：

步骤S42中：

数值求解包括：有限差分、有限体积、边界元、有限体积、有限元等；

解析求解包括：直接求解、Laplace变换、Fourier变换、正交变换等；

试井分析图版包括：Gringarten-Bourdet压力及其压力导数组合图版、积分压力与其导数组合图版、二阶压力导数图版、流量规整压力图版、卷积图版或其它类型的图版，图版坐标可以是双对数、半对数和笛卡尔坐标；

生产数据分析图版包括：Blasingame分析图版、Agarwal—Gardner图版、NPI图版、Transient图版及其它类型图版。