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本论文针对弱固结砂岩油藏的基本特征,采用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机理、出砂规律及主要影响控制因素进行了系统的研究,形成了一套较成熟的出砂预测方法。主要内容包括:
1、从弱固结砂岩油藏基本特征入手,利用弱固结砂岩破坏理论,从应力作用产生力学破坏,液流作用使可动砂运移,以及出砂破坏区扩展等方面定性分析了弱固结砂岩油藏的出砂机理,指出了弱固结砂岩油藏的出砂必须满足应力破坏及流体水动力运移两个必要条件。
2、根据岩石强度实验结合测井资料分析,给出了判断地层出砂可能性的岩石力学方法,建立了地层出砂可能性的BP神经网络综合方法,对多个弱固结砂岩油藏的出砂可能性进行了定性综合判断,分析表明,弱固结砂岩油藏多属于出砂和可能出砂油藏,合理的生产压差是防止和减轻这些油藏出砂可能性的关键。
3、以井眼周围地层岩石受力变形破坏分析为基础,给出了井眼周围地层弹性区和塑性区应力、应变和位移解析解,采用不同的破坏准则,研究油井开采过程中井眼和砂拱稳定与破坏的条件,建立了以力学分析为基础的出砂临界压差预测模型。从微粒微观受力分析入手,确定了地层破坏后可动砂在流体水动力作用下的启动临界流速。
4、根据多孔介质中固体颗粒渗滤理论,以及多孔弹塑性介质变形破坏规律,建立了弱固结砂岩受力破坏后在渗流力作用下的微粒流化本构方程。以孔隙度作为耦合基本参数,从岩石的变形和强度特征以及物质的运动两个方面对出砂的冲蚀现象进行研究,建立了弱固结砂岩油藏含砂流体流固耦合出砂量预测模型。对耦合出砂冲蚀模型进行了数值求解,从不同方面分析了弱固结砂岩储层的出砂规律。
5、建立了针对弱固结砂岩出砂的物模实验装置,通过室内模拟实验,系统分析了弱固结砂岩的出砂规律和出砂特征,以及不同驱替压力下流量和出砂量的动态变化规律,对理论模型进行了验证。