砂岩稠油藏的流-固耦合效应研究及应用

作     者：杨飞跃 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：李静

授予年度：2020年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：砂岩储层 稠油藏 应力场 渗流场 流-固耦合效应 数值模拟 

摘      要：砂岩储层稠油藏开发过程中涉及的流-固耦合效应对于砂岩稠油藏的高效开发、产能预测具有重要的意义。本学位论文涉及的新疆某油田砂岩稠油藏存在埋深大、原油初始粘度高、渗流场以及应力场比较复杂等特性,因此,对于研究区稠油藏开展流-固耦合效应研究可以为井位部署提供科学依据,为实际工程提供理论指导。在前人研究的基础上,以新疆某油田砂岩稠油藏储层为例,开展了砂岩储层流-固耦合效应的相关研究。研究得到的主要结论如下:(1)通过开展储层岩石三轴压缩试验,得到研究区储层不同埋深储层砂岩的岩石力学参数,包括峰值抗压强度以及弹性模量,得到低围压下岩心内摩擦角为43.83°,粘聚力为12MPa;通过对对应埋深的砂岩试块进行气测渗透率试验,得到研究区储层的渗透参数随围压的变化规律,为下文数值模型的建立提供基本参数。(2)基于有效应力原理、微元体平衡方程以及固体力学微分方程建立砂岩应力场方程;基于达西定律、运动方程、质量守恒以及微分方程建立砂岩渗流场方程。应力场方程以及渗流场方程的双向耦合,则对砂岩稠油藏开采过程中涉及到的流-固耦合效应进行了机理分析。(3)运用油藏数值分析软件CMG-STARS对砂岩储层稠油藏开采过程中存在的流-固耦合效应进行数值模拟研究,建立了包含地质力学模块和渗流力学模块的流-固耦合数值模型。数值模型的模拟结果表明,流-固耦合效应在砂岩稠油藏的开采过程中,对于原油产量,累计油-汽比以及蒸汽腔运移均具有重要的影响。(4)基于CMG-STARS建立了考虑地层倾角的砂岩储层稠油藏流-固耦合模型。模拟不同倾角下流-固耦合效应对砂岩稠油藏的开采效果的影响。模拟结果表明,倾角越高,对于砂岩稠油藏的流-固耦合效应影响越大,对应的产能也越少。在此基础上,对地层倾角的影响进行了机理分析,并提出相应的工程改进措施。