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本论文针对弱固结砂岩油藏出砂机理,提出了适度出砂开采的概念,建立了适度出砂提高产能的模式。通过室内模拟实验和理论分析相结合的研究方法,对弱固结砂岩的出砂规律、出砂增产机理以及出砂提高产能的主要影响控制因素进行了系统的研究。利用研制的防砂管评价实验装置对油田常用的防砂管进行了泥浆返排和防砂管的过滤效果评价。主要内容包括:
1.阐述了适度出砂的概念,适度出砂的优势及其适用范围,总结了适度出砂与冷采和防砂的区别。从力学和渗流两个方面入手,分析了弱固结砂岩油藏开采过程中井眼周围力学变化规律,以及含砂流体产出与产能的关系,论述了出砂对地层孔渗结构的影响过程,解释了出砂油藏的增产现象及其影响因素,提出了油田适度出砂管理模式。
2.在国内首次研制出了大型的出砂模拟实验装置,并进行了有围压情况下的径向流动出砂规律评价试验,改变了以往流体介质在小尺寸岩心中轴向流动研究地层出砂规律的方法,使地层的出砂特征更符合地层的条件。通过实验,研究了疏松砂岩的出砂规律和出砂特征,分析了不同应力下的流量、出砂量和渗透率的动态变化规律、产出砂粒粒度分布和蚯蚓洞形成情况。针对油田生产过程中综合含水上升趋势,通过简易防砂室内模拟实验,系统分析了疏松砂岩油水两相同时流动情况下的出砂规律和出砂特征,不同油水比例下流量和出砂量的动态变化规律、产出砂粒粒度分布和蚯蚓洞形成情况。
3.制定了合理的防砂管室内评价方法。该实验装置既可用于评价泥浆返排防砂管的防堵塞效果,又可用于评价防砂管对储层砂粒的过滤精度,能直观了解不同防砂管的压力.流量.出砂量的流动特征及其规律。对目前常用的割缝筛管、金属网筛管和金属纤维筛管进行了评价实验,为适度出砂开采中微粒运移和不产生筛管堵塞伤害找到一个平衡点,并使这种堵塞伤害降低到最小程度提供了依据。
4.通过岩石力学和储层流体渗流力学耦合分析,从岩石的变形和强度特征及物质的运动两个方面对出砂的冲蚀现象进行了研究,建立了地层出砂冲蚀模型,研究出砂量和出砂速度,模拟出砂油藏的增产现象。模拟采用了Mohr-Coulomb准则,该准则的一个最大优点是其不复杂,而且,其参数都有物理意义。同时将该模型与应变硬化/软化相结合,体现岩样复杂的变形破坏特性和其破坏分离过程。模型包含流体流动和介质力学变形的相互作用,抓住了所有可能的破坏机理,提供了表征出砂连续过程的方法,随着砂被产出,边界层的孔隙度增加到临界值。临界孔隙度标志着基质坍塌的开始。当坍塌在边界层的一部分发生时,相应的材料就以砂的形式全部产出。该模型可用于分析岩石在生产过程中与时间有关的由于压力衰竭、压差变化等所经历的破坏分离过程。通过建立出砂量与油田开采过程中产量的关系,可用于辅助进行油井完井设计和生产作业。