考虑出砂影响的砾石充填防砂水平井产能预测方法研究
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砾石充填防砂是目前国内外疏松砂岩油藏、稠油油藏水平井开发的主要完井技术之一,认清地层砂在砾石充填层中的运移、堵塞机理,明确油藏应力变化对储层孔渗参数的影响及地层砂运移、堵塞对砾石充填层孔渗等物性参数的影响,对准确预测砾石充填防砂水平井产能及合理优化水平井砾石充填完井设计具有重要意义。本文设计建设了一套砾石充填层堵塞规律模拟实验装置,评价了地层砂运移、堵塞对砾石充填层的损害情况;借用实际油井出砂及完井充填砾石,进行了不同砾石与地层砂粒径比情况下砾石充填层的堵塞机理实验及参数敏感性分析;根据多孔介质中液固两相流理论,考虑流动砂在孔隙中的垂向沉积和水平方向捕集影响,建立了砾石充填层中流动砂捕集浓度分布模型,以此为基础,提出了砾石充填层孔、渗等物性参数动态模型,并借助实验结果对该模型进行了进一步验证与完善;考虑体积应变,建立了储层孔隙度及渗透率物性参数动态模型,研究了不同储层体积应变情况下储层孔隙度和渗透率变化规律。依据多孔介质弹塑性变形和油藏渗流理论,结合储层物性参数动态模型,建立了地层流固耦合变形场方程和渗流场方程;考虑流动砂在砾石充填层中的捕集影响,根据多孔介质中液固两相流理论,建立了砾石充填层渗流模型;根据质量守恒、动量守恒理论及连续性边界条件,建立了水平井筒流动压降模型;考虑固体变形、渗流及井筒变质量流之间的耦合影响,提出了砾石充填防砂水平井产能预测数学模型,借助有限元法分别对模型进行空间和时间的离散,应用解耦求解方法,开发了模型求解系统,以经典单相流固耦合问题和液固两相流固耦合问题求解为实例,对模型求解系统进行验证与完善。计算分析表明,本文模型计算结果与实测数据的吻合程度较高,初始产能计算误差为7.27%左右,产能动态预测误差为6.80%左右。井筒变质量流的影响导致沿井筒流量分布为不对称“U”形,且油井跟端压力明显低于指端压力;地层砂在砾石充填层中的捕集导致砾石充填层内的压降比例随油井生产逐渐增大,油井产量逐渐降低。参数敏感性分析表明:井筒长度、水平渗透率及流体粘度对油井产能影响较大;储层渗透率及流体粘度是决定防砂有效期的长短的重要因素。
摘要 | 第4-5页 |
Abstract | 第5-6页 |
创新点摘要 | 第7-11页 |
第一章 前言 | 第11-19页 |
1.1 研究的目的与意义 | 第11-12页 |
1.2 国内外研究现状 | 第12-17页 |
1.2.1 防砂水平井产能评价研究现状 | 第12-14页 |
1.2.2 出砂预测中的流固耦合研究 | 第14-16页 |
1.2.3 存在的主要问题 | 第16-17页 |
1.3 本文研究思路及内容 | 第17-19页 |
1.3.1 研究目标 | 第17页 |
1.3.2 研究内容 | 第17-19页 |
第二章 砾石充填层堵塞规律实验研究 | 第19-43页 |
2.1 砾石充填层堵塞机理实验 | 第19-24页 |
2.1.1 实验准备 | 第19-21页 |
2.1.2 堵塞机理分析 | 第21-24页 |
2.2 实验参数敏感性分析 | 第24-42页 |
2.2.1 实验准备 | 第24-27页 |
2.2.2 地层砂运移规律实验 | 第27-28页 |
2.2.3 砾石层渗透率变化实验 | 第28-33页 |
2.2.4 储层渗透率变化实验 | 第33-39页 |
2.2.5 参数敏感性分析 | 第39-42页 |
2.3 本章小结 | 第42-43页 |
第三章 砾石充填层物性参数动态模型 | 第43-59页 |
3.1 物性参数动态模型 | 第43-50页 |
3.1.1 物性参数确定方法 | 第43-44页 |
3.1.2 捕集砂浓度分布预测模型 | 第44-46页 |
3.1.3 流动砂垂向捕集系数模型 | 第46-49页 |
3.1.4 流动砂水平捕集系数模型 | 第49-50页 |
3.2 物性参数模型验证 | 第50-58页 |
3.2.1 单砂粒模型验证 | 第50-54页 |
3.2.2 多砂粒模型验证 | 第54-58页 |
3.3 本章小结 | 第58-59页 |
第四章 储层孔渗物性参数动态模型 | 第59-65页 |
4.1 孔隙度动态模型建立 | 第59-61页 |
4.2 渗透率动态模型建立 | 第61-64页 |
4.3 本章小结 | 第64-65页 |
第五章 砾石充填防砂水平井产能预测模型的建立与求解 | 第65-95页 |
5.1 产能数学模型的建立 | 第65-74页 |
5.1.1 储集层骨架变形模型 | 第65-69页 |
5.1.2 油藏渗流场模型 | 第69-70页 |
5.1.3 砾石充填层渗流模型 | 第70-71页 |
5.1.4 物性参数动态模型 | 第71-72页 |
5.1.5 水平井筒压降模型 | 第72-74页 |
5.2 数学模型耦合离散求解 | 第74-87页 |
5.2.1 数学模型有限元空间离散 | 第74-85页 |
5.2.2 数学模型的时间域离散 | 第85-87页 |
5.3 模型求解系统开发与验证 | 第87-93页 |
5.3.1 应力分布模型验证 | 第89-91页 |
5.3.2 出砂量预测模型验证 | 第91-93页 |
5.4 本章小结 | 第93-95页 |
第六章 实例计算与参数敏感性分析 | 第95-110页 |
6.1 模型的验证与完善 | 第95-99页 |
6.2 生产指标与物性参数分析 | 第99-104页 |
6.2.1 生产指标分析 | 第99-103页 |
6.2.2 物性参数分析 | 第103-104页 |
6.3 参数敏感性分析 | 第104-109页 |
6.3.1 产能预测参数敏感性分析 | 第104-107页 |
6.3.2 生产动态参数敏感性分析 | 第107-109页 |
6.4 本章小结 | 第109-110页 |
结论 | 第110-111页 |
参考文献 | 第111-119页 |
附录 | 第119-125页 |
附录 A 有限元矩阵构建 | 第119-124页 |
附表 | 第124-125页 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 | 第125-127页 |
致谢 | 第127-128页 |
作者简介 | 第128页 |
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