对于疏松砂岩油气藏,水平井砾石充填技术不但具有好的防砂效果,而且还可以最大程度降低对油气井产能的伤害甚至带来增产。目前管外砾石充填技术在垂直井防砂完井上应用广泛,但在疏松砂岩地层水平井中的应用尚处于初步探索阶段。论文在水平井管内砾石充填研究基础上结合管外砾石充填技术提出了水平井管内管外充填一体化技术,并重点针对管外塑性挤压充填部分进行了机理及模拟研究。由于水平井近井岩石力学参数是影响管外挤压充填的重要因素,论文研究并得出了岩石强度参数基于测井资料的多种经验计算模型;然后考虑生产时间及地层出砂对岩石强度的影响,提出并建立了疏松砂岩地层油气井近井岩石强度的时变模型,用于计算不同生产年限下地层岩石力学强度参数的变化规律。根据岩石强度特性及施工条件,疏松砂岩地层岩石破坏模式分为裂缝开裂和塑性挤压破碎两种模式。论文以岩石强度计算的时变模型为基础,以不同施工条件下的地应力分布规律为依据,研究建立了一套疏松砂岩地层水平井近井地层在高压挤压条件下的破坏模式判别模型和方法。论文专门针对疏松砂岩地层水平井岩石塑性挤压破碎的破坏模式,根据摩尔-库伦准则以及平面应变轴对称问题的基本理论,对塑性挤压破坏进行了机理及模拟研究,推导并得出了高压挤压时塑性压实区域尺寸的计算模型。该模型考虑井周应力的非均匀性对管外破坏形态的影响,可以描述挤压充填后地层的破坏形态。通过对水平井一体化充填的机理进行分析,论文将水平井一体化充填分为管外挤压充填和管内逆向充填两个过程,然后从水平井段筛套环空的砾石全悬浮临界流速入手,研究得出了管外挤压充填过程中的最低施工排量计算方法。基于论文的理论研究内容,开发配套的水平井一体化充填模拟软件,用于疏松砂岩水平井一体化充填中管外破坏尺寸计算及破坏形态动态模拟等。论文研究成果对于未来形成一体化砾石充填现场施工技术提供了基础和条件。