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低渗透应力敏感油藏实验及数值模拟研究

代平

  低渗透油藏普遍存在应力敏感现象,当前储层应力敏感性实验一般参照行业标准进行,这种实验过程与地下真实储层应力变化过程不一致。本文改进实验方法,研究了储层岩石在流体压力变化的情况下的应力敏感性。大量的研究证实Terzaghi有效应力应用在低渗透储层时可能存在误差,本次研究引入双重有效应力理论进行储层应力敏感及流固耦合数值模拟研究。本文首先对多孔介质变形机理进行了分析,回顾了有效应力的发展历程,引入了双重有效应力理论。针对多孔介质特殊的孔隙结构特征,建立了一个新的简化孔隙力学模型,并由该模型导出了渗透率与有效应力的二次多项式关系。对大量岩心进行了应力敏感性实验研究,一部分实验参照行业标准进行,一部分实验则采用变流体压力的方式进行。与常规应力敏感实验相比,变流体压力条件下的实验更能反映地下储层真实应力变化情况,并且可以消除有效应力系数的不同所造成的评价指标的差异,该实验还为数值模拟中的动态参数模型提供了可靠的基本数据。从油藏实际应力条件出发,提出了储层应力敏感性的油气藏评价方法。通过对实验数据的拟合分析,认为用二次多项关系式来描述有效应力与渗透率之间的关系是合适的。储层应力敏感存在滞后效应,这是储层岩石塑性变形对孔渗造成了永久性损害的原因,文中提出储层渗透率永久性伤害的概念,并给出其计算公式。低渗透储层存在较为显著的流固耦合现象,本文在前人研究的基础上,利用有效应力方程,推导了岩石骨架的变形场方程和流体的渗流微分方程,不同的有效应力方程在数学模型中体现在有效应力系数的不同。对岩石骨架变形场方程采用有限元方法进行数值求解,对渗流微分方程采用有限差分方法求数值解,并用显式耦合的方法对整体流固耦合方程进行求解。耦合模型中的动态参数模型一般采用理论推导的方程,但是影响地下储层岩石变形的因素较多,理论参数模型不能完全考虑到所有的因素。因此本次数值模拟以实验数据为基础,利用回归方程作为模拟的动态参数模型,不仅能体现该特定地区储层孔渗的变化规律,更节约了计算时间。对应力敏感油藏的压实模拟方法忽略了地层应力在孔隙流体压力变化过程的变化,因此夸大了地层的应力敏感性。本文对此做出改进,考虑地层附加应力,对流体压力与孔隙度渗透率的关系进行修正,从而使得模拟更加符合实际情况。最后,分别采用不同的流固耦合模型和常规应力敏感模型进行了实例计算。结果表明,不同耦合模型的计算结果差别不大,而采用修正后的流体压力~孔渗关系的常规应力敏感模型的模拟结果与耦合模型的结果也只有很少的差别。总的……   
[关键词]:低渗透;多孔介质变形;有效应力;应力敏感;实验研究;流固耦合;数值模拟
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西南石油大学2006年