塔里木油田在库车山前缘隆起带存在一大批超深高压气井。固相产出问题在高压气井测试开采过程中比较突出,严重降低采油时率和经济效益。同时,高压气井往往经过水力压裂改造,使得高压气流动机理更加复杂。急需构建含有有限导流垂直裂缝高压气井的渗流理论和固相产出模型。基于此,主要完成以下工作:(1)高压气一维渗流模型可将高压气在裂缝内的流动简化为一维流动,基于连续性方程、运动方程、状态方程和绝热方程,经无因次化处理后得到了高压气一维流动的数学模型,进而获得了压力分布和质量流量的解析表达式,揭示了高压气在一维裂缝内的流动特征。提出了一种有关气体加速效应的有效评价手段,为合理评价气体加速效应的重要性提供了新的方法。尽管Forchheimer惯性阻力并不是产生扼流的原因,但Forchheimer惯性阻力和气体加速效应一样都会影响扼流时的临界出口压力;当表征气体加速效应的参数?(27)0.5或?(29)14时,Forchheimer惯性阻力的影响可以忽略不计,这些都是Forchheimer惯性阻力在高压气流动中所特有的作用。(2)高压气平面径向渗流模型可将高压气在含有垂直井筒的地层中的流动简化为平面径向流动,基于连续性方程、运动方程、状态方程和绝热方程,经无因次化处理后得到了高压气平面径向流动的数学模型,为描述高压气平面径向流动提供了理论依据。探讨了Darcy-Forchheimer流和加速流的联系与区别。当气体的流动变为扼流时,Darcy-Forchheimer流不能够描述高压气的流动特征。然而,当气体的流动远未达到扼流时,Darcy-Forchheimer流足够描述高压气的平面径向稳态流动特征。另外指出了前人基于高压气流动试验数据拟合而出的Forchheimer惯性阻力系数偏大,为Forchheimer惯性阻力系数的求解提供了一种新的计算方法。探讨了高压气平面径向流过程中理想弹塑性模型的塑性区半径大小,指出基于加速方程模型解释的高压气井塑性区半径是基于传统渗流模型解释的高压气井塑性区半径的1.5倍,为高压气井塑性区的破坏提供了理论基础。(3)含有有限导流垂直裂缝高压气井稳态渗流模型将高压气的流动分为两部分,裂缝内流动为加速流而基岩内流动为Darcy流,求解了裂缝内气体压力分布的表达式,为多孔垂直裂缝的固相产出提供了理论基础。相同测试压差下,传统渗流理论对有限导流垂直裂缝高压气井测试开采过程中裂缝内气体压力梯度的解释偏小。同时提出了一种简易的有限导流垂直裂缝高压气井的产能计算方法。(4)含有有限导流垂直裂缝高压气井非稳态渗流模型同样将高压气的流动分为两部分,裂缝内流动为加速流而基岩内流动为Darcy流,求解了裂缝内气体瞬时压力分布的表达式,为多孔垂直裂缝的固相产出提供了理论基础。随着时间的推移,近井地带孔隙压力梯度进一步加大。(5)超深裂缝性砂岩储层高压气井固相产出机理研究利用半逆解法求解了有限大厚壁筒模型在非均匀地应力作用下的井壁围岩应力表达式。借助该井壁围岩应力表达式,分析了未经水力压裂改造的高压气井的拉应力的发展。该拉应力包含岩体饱和状态时孔隙弹性引起的拉应力和流体摩擦拖曳引起的拉应力。有限导流垂直裂缝高压气井测试期间人工裂缝多孔介质同样受到不可忽略的拉应力,并随时间增加而增大。这些拉应力是引起超深高压气井固相产出的重要原因。