论文题目: 疏松砂岩常规稠油油藏适度出砂提高产能基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 油气田开发工程
作者: 何冠军
导师: 杜志敏
关键词: 疏松砂岩,稠油油藏,适度出砂,双重有效应力,流固耦合,出砂预测
文献来源: 西南石油学院
发表年度: 2005
论文摘要: 油井出砂会造成井壁失稳、套管损坏、地层破坏、井下及地面设备的损害、管线的磨蚀及堵塞、油层被砂埋、修井作业及对采出砂的处理等问题,影响开发效果,增加开采成本,防砂一直是开采的关注点;而疏松砂岩稠油油藏中进行适度出砂生产,却能够大幅度提高油井的产能及一次采油的采收率,创造较好的经济效益和社会效益。本文针对油井出砂与防砂这一矛盾体,分析了油井出砂机理及其影响因素、出砂提高产能的机理、适度出砂适用条件,建立了油层开始出砂预测模型、出砂量与产量定量预测模型,奠定了适度出砂研究的理论基础。根据疏松砂岩稠油油藏的地质特征和开发特点,分析出砂生产的利弊,提出在疏松砂岩常规稠油油藏中进行适度出砂开采的观点,即在生产过程中根据需要对出砂量或其它出砂参数加以控制,进行携砂生产,达到既提高油井产能,又减少防砂费用的目的。 本文研究旨在充分发挥油井适度出砂生产的优点,把握适度出砂生产的特点和提高产能的机理;对开始出砂的临界条件、出砂量以及出砂量与产能两者之间的关系进行定量预测。 在研究过程中发现,本论文之前进行的出砂临界条件、出砂量预测等方面研究大多是采用Terzaghi有效应力理论,而且所得到的预测结果与实际情况有较大偏差,本文将双重有效应力应用于出砂临界条件预测和出砂量预测两个方面,取得了较好的结果,并解释了以前预测结果出现较大偏差的原因。 本文取得的主要成果: 在全面分析疏松砂岩稠油油藏生产过程中出砂与防砂生产特点的基础上,根据两者的优缺点,提出在疏松砂岩常规稠油油藏的开发过程中,进行适度出砂开发的方法; 详尽研究了疏松砂岩稠油油藏生产过程中出砂机理及出砂影响因素,出砂生产的特点,出砂提高油井产能的机理,适度出砂适用条件等; 对多孔介质有效应力进行系统分析和推证,证明双重有效应力的合理性,并推导了储层物性参数的动态模型。 将双重有效应力理论用于地层开始出砂临界条件的预测,并推导了地应力各向同性及各向异性条件下裸眼(或射孔孔道)发生剪切(或拉伸)破坏、射孔端部发生剪切(或拉伸)破坏时的预测模型; 应用双重有效应力理论推导了出砂量及出砂量与产能两者之间定量关系的解析模型,可用于出砂量及其适度出砂对产能影响的预测; 将双重有效应力原理应用到流固耦合理论中,对非混溶饱和两相渗流
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 问题的提出
1.2 研究的目的和意义
1.3 国内外研究、应用现状及趋势
1.3.1 稠油携砂开采在国内外的应用现状
1.3.2 出砂采油研究现状
1.3.3 出砂采油发展和趋势
1.4 主要研究内容、研究思路及技术路线
1.5 本文主要工作和研究成果
2 疏松砂岩稠油油藏出砂及其提高产能机理
2.1 携砂生产特点
2.2 出砂机理
2.2.1 油层出砂原因
2.2.2 油层出砂机理
2.2.3 不同阶段出砂机理分析
2.3 油层出砂影响因素
2.3.1 岩石物性的影响
2.3.2 油藏能量的影响
2.3.3 含水率的影响
2.3.4 压力波动的影响
2.3.5 射孔的影响
2.3.6 井斜角的影响
2.3.7 流量的影响
2.4 出砂提高油井产能因素分析
2.4.1 砂的流动提高流体流动速度
2.4.2 高渗透率区域的扩展
2.4.3 泡沫油的形成
2.4.4 降低油井的表皮系数
2.4.5 地层压实增加驱动力
2.4.6 远距离边底水的作用
2.4.7 产能提高的主要机理随时间变化
2.5 适度出砂采油的提出
2.5.1 适度出砂开发思路
2.5.2 适度出砂适用的油藏条件
2.5.3 适度出砂适用的开发阶段
2.5.4 适度出砂开发效果影响因素分析
3 多孔介质有效应力理论
3.1 油藏岩石应力及应变分析
3.1.1 应力张量及其不变量
3.1.2 应力偏量及其不变量
3.1.3 Lode应力参数与Lode应力角
3.1.4 应变张量及其不变量
3.1.5 体积应变
3.2 多孔介质的有效应力研究
3.2.1 多孔介质及其主要物理力学性质
3.2.2 多孔介质的有效应力
3.2.3 Terzaghi有效应力
3.2.4 其它有效应力
3.3 基于多孔介质的双重有效应力原理
3.3.1 多孔介质的变形机制
3.3.2 本体有效应力
3.3.3 结构有效应力
3.4 基于多孔介质的本体有效应力原理与Biot公式的比较
3.5 地层岩石破坏分析
3.5.1 井筒周围应力分布
3.5.2 井眼或射孔孔道周围塑性区的形成
4 地层开始出砂条件预测
4.1 出砂预测研究的方法和内容
4.2 岩石的破坏准则
4.2.1 拉伸破坏准则
4.2.2 库仑—纳维尔准则
4.2.3 得鲁克—普拉格准则
4.2.4 等效塑性应变准则
4.2.5 结构有效应力分析岩石出砂
4.3 解析法预测岩石开始出砂的临界条件
4.3.1 应力场各向同性条件下井壁／射孔孔道破坏导致出砂模型
4.3.2 应力场各向异性条件下井壁／射孔孔道破坏导致出砂模型
4.3.3 射孔孔道端部破坏导致出砂的模型
4.4 数值法预测开始出砂的临界条件
4.5 其它预测方法
4.5.1 现场预测法
4.5.2 地层出砂判断的经验公式及方法
4.6 应用实例
5 出砂量及其对产能影响解析模型建立和应用
5.1 适度出砂模型描述
5.2 适度出砂生产时塑性区域动态变化
5.3 出砂模型的研究
5.3.1 砂的产出速度
5.3.2 砂的产出对提高产能的影响
5.4 出砂量预测解析模型应用
6 饱和油水两相渗流与多孔介质耦合模型
6.1 饱和油水两相多孔介质流固耦合渗流数学模型的改进
6.1.1 模型研究的意义
6.1.2 饱和多孔介质等温流固耦合渗流数学模型
6.2 两相流固耦合模型数值分析方法及有限元公式
6.2.1 两相流固耦合模型方程的Galerkin有限元空间离散
6.2.2 时间域的差分离散及线性化处理
6.3 边界条件和源汇项处理
6.3.1 固相岩层介质变形计算的边界条件处理
6.3.2 两相渗流边界和源汇项处理
6.4 时间步长和网格尺寸
7 出砂量预测数值模型的建立及应用
7.1 产层出砂定量预测理论模型
7.2 剥蚀系数的确定
7.3 产层出砂预测模型的有限元数值公式
7.3.1 基本模型方程
7.3.2 产层出砂模型的有限元公式
7.3.3 出砂模型的有限元数值分析
7.4 应用实例
7.4.1 本体有效应力与Terzaghi有效应力计算结果对比
7.4.2 解析模型与数值模型计算结果对比
结论与建议
致谢
参考文献
附录A
附录B
博士期间发表论文
发布时间: 2006-01-11
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