考虑应力路径影响的裂缝致密储层流固耦合研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhaoxin1987
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裂缝是致密储层主要渗流通道。相对于坚硬的基质,裂缝更容易发生形变而闭合,导致渗透率急剧减小,属于裂缝应力敏感或流固耦合现象。裂缝流固耦合研究可以分为两大部分:裂缝形变或闭合规律研究和应力场重新分布规律研究。目前研究主要集中在前者,将裂缝受到的有效应力简化为孔隙压力,未能考虑应力场变化对裂缝渗透率的影响。为此,本论文开展了裂缝致密储层流固耦合研究,取得了如下成果和认识:致密储层压力波传播较慢,压降区域(油藏)形状因子不符合单轴变形假设(形状因子不等于零)。因此,采用油藏应力路径(油藏总应力变化量与孔隙压力变化量之比)描述地应力随孔隙压力的变化规律。推导了包括矩形、椭圆柱形、椭球体等几种典型油藏形状的应力应变和应力路径表达式,分析表明:油藏形状因子越大、围岩相对于油藏弹性模量越大时,油藏应变越小、总应力减小量越大、应力路径越大。在地应力模型基础上,根据天然裂缝和人工裂缝的不同特征,分别建立了天然裂缝和人工裂缝渗透率模型。分析表明:油藏形状和围岩性质对裂缝渗透率有着重要影响。模型揭示了致密储层裂缝渗透率先急剧减小后小幅增加的变化规律,其原因是人工裂缝、天然裂缝和基质三者压力下降的不一致性。研究发现人工裂缝的渗透率不仅与其自身特征参数有关,而且受基质和流体性质的影响。基质渗透率越小,孔隙度、流体黏度、综合压缩系数、启动压力梯度越大,则裂缝渗透率越小。为探究和论证地应力和裂缝渗透率理论模型,建立了三个相似性宏观物理模拟模型:一个交叉裂缝模型和两个平行裂缝模型。结果发现:三个模型获得的应力-应变规律与地应力模型吻合,交叉裂缝渗透率变化规律与天然裂缝渗透率模型吻合,两个平行裂缝渗透率变化规律与人工裂缝渗透率模型吻合。实验结果证明了地应力和裂缝渗透率模型的正确性。基于新型裂缝渗透率模型,建立了致密储层压裂水平井渗流数学模型,采用有限体积法、牛顿迭代法和自动微分法建立了数值求解方法。通过模拟计算,分析了裂缝应力敏感对生产的影响并总结了油井工作制度的调整优化思路。研究表明,考虑实际油藏应力路径的产量高于单轴变形假设。储层弹性模量高、泊松比低,基质和天然裂缝渗透率高,基质孔隙度低,流体黏度低,综合压缩系数低时,实际应力路径与单轴变形假设之间的差异更大。
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