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在天然裂缝性油藏的研究中,地层应力的研究对油藏管理起着非常重要的作用。对于大多数裂缝性油藏,裂缝与基质的渗透率对石油开采有着重要的影响。天然裂缝基本上是岩石应力状态演变的产物。对于应力场的任一扰动,可以影响到已经存在的裂缝和相关的油藏动态。各向异性双重孔隙介质应力与渗流耦合的理论模型研究将为更好的理解和管理天然裂缝性油藏提供科学依据。本文研究内容:
一、从孔隙度及渗透率的基本定义出发,考虑岩石固体骨架变形对孔隙度和渗透率的影响,即考虑有效应力对孔隙度和渗透率的影响,同时考虑岩石固体骨架变形和渗透率的双重各向异性,建立了裂缝性双重孔隙介质孔隙度及渗透率与有效应力的关系,即应力孔隙度模型和应力渗透率模型。
二、考虑骨架变形与基质孔隙流体流动及裂隙流动的耦合效应,在传统渗流模型的基础上,建立了考虑渗透率各向异性的双重孔隙介质的流固耦合渗流理论模型。
三、将岩石固体骨架变形和渗透率的双重各向异性引入裂缝性油藏储层介质变形描述。首次建立了考虑岩石固体骨架力学性质各向异性的双重孔隙介质有效应力原理,并与裂缝性双重孔隙介质渗流模型及应力孔隙度模型、应力渗透率模型结合,从而首次建立了考虑岩石固体骨架变形和渗透率双重各向异性的双重孔隙介质应力与渗流耦合的理论模型。并在此基础上,经适当简化,得到了本文计算所用的横向各向同性双重孔隙介质流体流固耦合理论模型。所建立模型可以简化为单重孔隙流固耦合模型,证明了所建模型与单重孔隙流固耦合模型在概念上的一致性。
四、利用有限差分、点中心网格剖分方法将双重孔隙介质地层应力与渗流耦合的理论模型进行离散,采用数值稳定较好的隐式迭代方法,对流、固两部分迭代求解。算例对比结果显示,数值模型算法合理,程序计算结果准确可靠。
五、对一典型裂缝性油藏开采过程进行了研究。结果表明,无论是孔隙压力还是裂隙压力,在考虑流固耦合的情况下比不考虑流固耦合时压力下降得慢;考虑各向异性比不考虑各向异性时压力下降得也慢。耦合模型的计算产量可能比非耦合模型预测产量低得多,这主要是应变导致的渗透率和孔隙度的变化引起的。而考虑各向异性时的计算产量可能比各向同性时预测产量低,这是因为考虑各向异性时,使得平均渗透率有所降低。这些结果与生产实际中的现象相吻合。这表明各向异性双重孔隙介质地层应力与渗流耦合理论模型能够更合理地解释裂缝性油藏生产过程中的压力和产量的变化特性。因此,对于裂缝性储层,应该考虑骨架力学性质各向异性的影响,应对油藏的流固耦合效应进行分析,以更科学地制定裂缝性油藏开采方案。