低渗透复杂断块油藏套损机理及数值计算

低渗透复杂断块油藏在长期注采开发过程中，套管损坏问题日趋突出，严重制约着这类油藏的高效开发。文中分析认为，这类油藏注采开发中，套管损坏的原因主要有拉伸、挤压和剪切损坏等3种。基于油藏流固耦合理论．建立了流固耦合渗流场、变形场计算模型，并应用于A油田B断块，以模拟低渗透复杂断块注采过程中地层变形及套管应力分布规律。结果表明，模拟与实际套损情况符合3口，误判1口，符合率为75％，验证了本模型的准确性．同时验证了受断层遮挡作用，断层附近地层会出现较大横向位移，极易产生不平衡有效应力场，从而使套管发生损坏的判断。因此，建议在断层附近尽量提高套管的抗挤毁能力，以有效提高套管寿命.     

油田开发中后期调整井储层井壁稳定性研究

目前井壁稳定研究集中在静态阶段,没有考虑油田开发中后期地层孔隙压力变化因素。根据渗流力学理论和油藏工程方法,建立储层区域地层压力动态预测模型,预测地层孔隙压力变化规律,以此为基础建立储层坍塌压力、破裂压力变化模型。研究结果表明,地层压力降低引起地层坍塌压力和地层破裂压力同时下降、油井附近的调整井、加密井储层容易漏失;注水井附近的调整井、加密井储层井壁容易坍塌。     

致密砂岩油藏注采开发流固耦合数值模拟

为揭示致密砂岩油藏在注水与采油过程中孔缝介质的变形规律,研究流固耦合作用对致密砂岩油藏生产动态的影响,基于致密砂岩油藏注采过程中基质与裂缝的变形作用过程,建立了孔缝介质物性参数动态模型,与多相渗流模型及地质力学模型共同组成了致密砂岩油藏流固耦合数学模型,采用迭代方法对耦合模型进行了求解。通过对川中典型致密油区块多井注采过程的数值模拟,研究了储层的流固耦合作用。研究结果表明:致密砂岩油藏注采过程中,注水井附近基质膨胀,裂缝开启,物性显著增加;采油井附近基质收缩,裂缝闭合,物性逐渐减小,说明流固耦合作用对产能指标造成不利影响。该研究为致密砂岩油藏的高效开发提供了借鉴。     

套管损坏过程的计算机模拟研究

根据某油田地质构造图、地质资料、地震资料以及测井资料等，用ABAQUS软件建立了该油田套管损坏区块注水和采油开发过程的计算机仿真有限元力学模型，模型中包含了地层温度梯度、地层岩石密度、初始孔隙压力、注水压力、生产压差和注采时间为5a的复杂力学系统模型，根据弹塑性理论、非线性数学理论建立了数学、力学模型以及地应力与注水开发的耦合力学模型，用非线性数学理论对其进行理论求解。根据该研究成果，模拟了不同参数下地层的滑移对套管的损坏机理与预防措施，反演出了该油田油水井套管剖面注采5a后的位移场和地应力场的分布，为分析套管损坏机理提供了定量的理论数据。     

稠油热采井安全侧钻距离数值模拟研究

蒸汽吞吐是稠油开发的重要手段,然而蒸汽吞吐过程井周岩石变形破坏分析涉及温度、渗流及应力等多个复杂物理场的耦合。为了准确描述注蒸汽开发过程中的流-固-热耦合变化过程,考虑流-固-热耦合效应,将渗流力学、岩石力学及热力学结合起来,建立了稠油热采油藏热-流-固耦合计算模型,定量分析了储层热采井井周孔隙压力场与温度场动态变化规律,进而确定了水平井蒸汽辅助重力泄油(SAGD)双水平井的安全侧钻距离。分析结果表明:储层安全侧钻距离的确定需要综合考虑注汽导致的孔隙压力升高与注采导致的岩石性质劣化2方面因素;侧钻水平井加密一般在高轮次蒸汽吞吐后进行,3轮次蒸汽吞吐后,超过120℃的区域半径为16. 0～17. 5 m,因此建议水平方向侧钻加密井的安全侧钻距离超过17. 5 m。所得结论可为稠油热采井钻井工程设计提供参考。     

高压注水引起的套管及地层应力变化规律研究

高压注水会导致油层温度、地层孔隙压力及套管内压等产生变化,认识这些因素影响下套管、水泥环与地层的应力场、位移场的变化规律,有助于深入理解套管损坏的机理,设计合理的注水压力界限;采用三维有限元方法,建立了高压注水的三维有限元数值模型;对模型进行求解,得到了套管管体强度、射孔段应力强度、水泥环和地层应力强度与注水压力变化的回归方程;分析了套管和应力的变化规律,对于避免和减少注水井生产过程中套管损坏具有重要的指导意义.     

高压注水对油田套管的损坏及防治分析

根据注水开发油田套管的损坏特征 ,分析认为高压注入水窜入泥岩层诱发地应力挤压套管 ,是影响套管变形的主要因素 ;另外 ,当注水压力高于地层破裂压力和上覆岩层压力时 ,会产生单向侧应力剪切破坏套管。为了防止高压注水引起的套管损坏 ,应采取如下预防措施 :注水井适时解堵防膨 ,合理调整注采井网 ,控制压裂垂直裂缝不要延伸至泥岩层 ,提高固井质量及套管强度等。从分析当前套损井治理现状出发 ,提出防治套管损坏总体方针是预防为主 ,防治结合     

低渗透气藏流固耦合综合数学模型

气藏的开发过程是一个流体渗流与地层岩石变形动态耦合的过程,尤其低渗透气田中,由于受到启动压力梯度、滑脱效应和储层应力敏感等因素的影响,气体渗流规律不再符合经典达西定律,耦合效应也较中-高渗透率气藏强.基于渗流力学、固体力学及Blot孔隙弹性理论,将岩石骨架变形引入固体连续性方程中,并综合考虑储层应力敏感、启动压力梯度及滑脱效应的影响对气体的渗流速度进行修正,建立了低渗透气藏流固耦合渗流数学模型.     

近井地应力场及其对渗透率的伤害

近井油藏流体压力和有效地应力变化较大,导致油藏岩石结构和渗流能力发生动态变化,进而影响生产。为研究这一变化,在试验研究岩心渗透率随地应力变化的基础上,耦合流体渗流场和地应力场,采用迭代方法得到了近井应力场和渗流场解,并分析了井壁附近油藏岩石弹塑性变形、地应力分布以及对储层渗流能力的伤害情况。     

王场油田低渗透高压难注储层特征与机理研究

以王场油田潜4^3储层王广区、西区为研究对象，围绕其注水难的问题，从储层孔隙结构、敏感性、水锁效应、流体渗流特征、注水水质对地层的伤害等方面开展试验研究。揭示了王场油田低渗透油层的内部结构与流体渗流规律之间的关系以及高压难注的形成机理。认清了此类油藏的注水开发特征与规律，对缓解注水开发中的突出矛盾和有效地开发此类油藏具有重要的指导作用。     

A Simulation of Casing Damage Considering THM Coupling

Abstract

The fluid mechanics, solid mechanics, and heat transfer theories are used to establish a thermal-hydro-mechanical (THM) coupling model of thermal recovery. The numerical solution of the model is obtained according to the finite element method using COMSOL, where the seepage and stress field near the well are simulated and the effectiveness of the numerical model is examined by comparing the simulation results with the field test data. In addition, the influence of injection-production parameters on the pressure on a casing pipe is simulated with the model. The results indicate that both the decline of well bottom-hole pressure and the increase of steam injection rate may cause casing damage. Proposed measures for preventing casing damage include controlling the change scope of well bottom-hole pressure and restricting the steam or water injection rate.     

煤层气流固耦合渗流模型求解过程中的参数处理

在对煤层气的流固耦合渗流模型的求解过程中，总体上采用显式交替耦合求解的方法进行，其实现过程为：煤岩变形场方程的求解滞后于煤层气渗流力学模型求解一个时间步。具体来说，首先对有限差分后的流体渗流场方程进行求解，然后将求得的孔隙流体压力增量传递给煤岩变形场方程，煤岩变形场方程将计算所得的体积应变和应力变化再传给渗流模型，据此对物性参数（孔隙度、渗透率、孔隙压缩系数）进行修改，继而进行下一时间步长的计算，如此反复进行，直至结束。流固耦合渗流数学模型采用IMPES方法进行求解中，对于计算过程的非线性问题表现在时间取值问题和空间取值问题两个方面，对此应采用显式方法进行线性化处理。     

流-固全耦合新模型研究

在油藏开采过程中,储层岩石体变形与流体的流动是相互耦合作用的,并且流体渗流时的压力、饱和度也是不断变化的。假设岩石体变形为弹性小变形,建立其变形方程。由达西定律,考虑油、水两相流体耦合渗流时的饱和度变化,经过推导变换,得到了油、水两相流体的耦合渗流方程,从而得到了以岩石质点位移、流体压力和流体饱和度为未知量的流-固耦合数学模型,并给出了求解数学模型所需的定解条件。新模型拓宽了以前以岩石质点和流体压力为未知量的流-固耦合数学模型,实现了岩石变形和流体渗流的真正意义上的耦合,丰富了流-固耦合理论,为考虑流-固耦合影响下的油藏数值模拟奠定了理论基础。     

The Heat-flux-solid Coupling Model of Heavy Oil During Steam Flooding

A THM governing equation of temperature field coupled with seepage field, and strain field during thermal recovery process was derived and the solution method was given. Considering the effects exerted by pressure, temperature, and rock frame stress during the derivation, the model is applicable for different types of constraints. The deduced governing equations are applied to analyze examples, and the result is basically the same with that of the numerical simulation, which indicates the heat flow penetrating coupling equation is effective to calculate the temperature field model. Examples show that thermal coupling model can be used to quantitatively analyze the dynamic variation of formation temperature, pore fluid pressure, and rock frame stress data near borehole wall during thermal production in heavy oil reservoir.     

地下盐穴储气库盐岩热损伤机理

基于变质量热力学原理，建立盐穴储气库注采过程中的工程热力学分析数学模型，给出了单个注气和采气过程中温度和压力随时间变化的解析解，作为数值模拟的边界条件。根据金坛储气库的基本数据和盐岩实验研究参数，利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立单腔盐穴注采过程的温度-应力耦合模型，模拟恒定注采速率下盐腔围岩的拉伸损伤、剪切损伤和膨胀损伤分布情况，研究夹层和热应力对围岩损伤的影响。基于热应力理论，结合模拟结果分析盐穴储气库注、采气过程中围岩的热损伤机理。模拟结果表明：在热应力存在的情况下，夹层的存在促进了围岩损伤的产生，无夹层时围岩无损伤发生，有夹层时围岩存在损伤；注气过程和采气过程的损伤发生位置存在差别：注气过程损伤多发生在夹层附近的盐岩中，采气过程损伤多发生在夹层中；膨胀损伤的范围最广，且损伤范围覆盖了前2种损伤，因此实际生产过程中推荐使用膨胀损伤判据，损伤评价结果更为保守。     

高压注水引起套损的机理研究

高压注水开采，在多孔介质中形成渗流场，使钻井后储层的固体骨架应力重新分布，通过有效应力改变储层岩体的渗流参数，影响渗流场与岩体应力场两者的平衡。高围压下的井眼附近容易产生应力集中和塑性屈服，储层经过上述流固耦合作用后，由于储层多为砂岩、泥岩等不同岩性、不同厚度岩层相互分层夹杂，各层间力学参数对注水干扰和应力重新分布的敏感性都有较大差异，井眼作为唯一较大的储层应力和位移释放的空间，周围储层产生的应力重新分布结果会直接对套管、固井水泥环和周围储层岩体这一组合体系产生弹塑性应力作用，产生新的应力集中，并伴随各部位应变的差异，从而导致套管破坏。     

岩层滑动是扶余油田套管变形的一种可能机制

套管变形是指油水井套管的变形或错断现象,它是一种与注水有关的诱发事件,与注水诱发地腿有许多类似之处. 观测资料表明,套管变形与注水特别是注水压力有一很密切的关系,不注水不发生套变,注水压力提高时,套管变形速率随之增高,并且套管变形主要集中发生在青山口一段泥岩(b₁)的底部,该段泥岩的特点是,不仅层理发育,而且近直立的宏观裂隙的线密度也最高.进人泥岩中的高压注人水,以及它的浸水软化效应,使之成为强度上的软弱带.变形套管除其涝截面变形之外,抽线也发生了不同程度的相对位移,表明套管变形主要是受剪切作用的结果.本文提出了岩体沿上述泥岩中的层理面的滑动可能是扶余油田套管变形的一种机制,并用以对主要观测结果作了初步解释.上述层理面上的外加剪应力与正应力的比值远比摩擦系数小,所以,如果不注水甚至不高压注水岩体是不会发生滑动的,因而也就不会有套管变形问题.本文得出的使岩体开始滑动,也即大盘发生套管变形的临界孔压为66~76巴.     

低渗透油藏渗流场与应力场耦合规律研究

基于岩石力学、渗流力学、地质力学、计算力学以及流-固耦合渗流的基本理论,考虑低渗透油藏渗流时的启动压力梯度和低渗透储层的流-固耦合特征,建立了低渗透油藏渗流场和应力场耦合的数学模型和数值模型。采用有限差分与有限元相结合的耦合数值计算方法进行了程序设计,研究了低渗透油藏渗流场和应力场的耦合规律。通过数值模拟方法对单井枯竭式开采过程中应力-应变随时间和空间的变化规律、岩石物性参数动态变化规律及开发指标变化规律进行了研究,并和刚性模型的计算结果进行了分析比较。可以看出,低渗透油藏的流-固耦合效应非常明显。     

盐穴储气库注采运行时温效应对腔体稳定性的影响

地下盐穴储气库注采周期的变化会导致腔内气体的温度、压力发生周期性变化,从而导致围岩中产生热应力,进而危及储气库注采过程中的安全运行。基于变质量热力学理论,推导出了注采过程中变注采速率的条件下腔内气体温度、压力随时间变化的微分方程,并结合已有的研究实例进行验证。基于单个腔体热固耦合模型,分别研究了注采气过程中,热效应、注采速率以及盐岩导热系数对腔体稳定性的影响。对于注气过程,热效应的存在、注气速率的增加以及盐岩导热系数的增大有助于避免围岩中发生拉伸损伤,维持腔体的稳定性;而对于采气过程,热效应的存在、采气速率的增加以及盐岩导热系数的增大会加剧围岩中的拉伸损伤,不利于腔体的稳定性。