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随着油田开发时间的增长及高压注采等强化措施的实施,套损问题日益严重。油田生产实践表明,注水、采油措施施工引起油藏渗流场发生了较大的变化,同时导致地应力场产生变化,进而引起套管附近应力集中是造成套管损坏的重要因素。因此,从油藏渗流场与地应力场耦合作用的角度,分析油田注采生产中出现的套损问题,具有十分重要的理论意义和应用价值。
本文基于油藏渗流应力的流固耦合理论,通过浸水泥岩的强度和蠕变实验以及各类套损的数值计算试验,比较系统的研究了油田生产中出现的各类套损的力学机理,并将油藏数值模拟与套损问题相结合进行了区块的套损预测分析。主要的工作包括:
1)在对大量现场资料调研的基础上,将注水开发油田生产过程中出现的套损分为挤压、拉伸、剪切3大类型,并归纳了各类套损的特征和影响因素。
2)基于油、水两相渗流的简化黑油模型和有效应力原理,推导出油、水两相渗流-应力耦合模型,并建立渗流场与应力场之间的相互耦合关系。
3)进行了大庆油田泥岩的单轴压缩实验与蠕变特性实验,研究了不同含水量下泥岩力学参数的变化规律及蠕变特性的变化规律,提出了泥岩蠕变的非线性本构模型。
4)基于渗流-应力相互耦合作用关系,分别建立挤压、拉伸、剪切3类套损的概念模型,通过数值试验,研究了非均匀地应力、地层倾角、浸水域大小、泥岩软化程度等各类地质条件和注采参数的变化对套损的影响规律,给出了各种条件下注水压力的界限值,为油田注采生产提供了理论指导,并提出了各类套损的力学机理。
5)基于渗流诱发套损的流固耦合理论,针对大庆油田萨南开发区某区块,进行了流固耦合分析,模拟了开发过程中区块的含水饱和度、储层流体压力、井底压力、油水产量的变化情况,以及注采过程中地层位移、地应力、油水井套管应力变化情况,以套管Mises应力是否达到套管许用应力为判据,预测了区块内的套损情况,并与实际情况进行了对比分析,实现了油藏数值模拟与套损预测的结合。
6)根据实验和模拟计算得到的渗流诱发套损的相关规律,结合油田现场的生产实际情况,对注采生产中套损防控措施提出了具体建议。