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孔隙—裂缝性致密砂岩液相侵入过程流固耦合作用研究

任文希  
【摘要】:致密砂岩气是一种重要的非常规天然气资源。然而,致密砂岩气藏整体储集物性较差,钻完井作业过程中易遭受储层损害。其中,液相侵入损害是主要损害之一,液相侵入损害会阻碍气层的及时发现和真实评价,降低最终采收率,增加勘探开发的成本和周期。因此,开展液相侵入机理研究,揭示基质和裂缝变形行为及其对液相侵入过程的影响,量化液相侵入范围,对进一步认识液相侵入行为有重要的意义。本文针对孔隙-裂缝性致密砂岩储层特点,综合应用理论研究、实验研究、数值模拟等手段对流固耦合作用下的液相侵入过程进行了研究,主要研究工作如下: (1)以川中HC区块须家河组为研究对象,分析孔隙-裂缝性致密砂岩气藏的储层特征,为后续的研究提供地层物性参数。 (2)开展了孔隙-裂缝性致密砂岩液相侵入可视化实验,明确了液相在孔隙-裂缝性致密砂岩中的侵入规律和分布特征。 (3)建立了表征双重介质液相侵入行为的模型,开发了相应的有限元求解程序,采用经典算例对其进行了验证,为建立流固耦合作用下的液相侵入模型提供基础。 (4)开展了孔隙-裂缝性致密砂岩变形机理实验与仿真研究。采用人工裂缝岩心,研究围压和渗流压力对裂缝开度的影响,发现渗流压力的升高会打破裂缝面原始的法向应力平衡,使得裂缝开度增加,渗透率增大;进行了随机离散裂缝网络流固耦合仿真,明确了法向变形和剪胀变形对流固耦合行为的影响;基于线弹性模型,分析了体积变化对基质物性参数的影响。 (5)开展了流固耦合作用下的液相侵入研究。根据前述研究内容,结合双重介质模型和对流-扩散方程,建立了流固耦合作用下的液相侵入模型,基于COMSOL软件弱形式开发了相应的有限元求解程序,程序预测结果与文献实验结果吻合较好。 (6)开展了孔隙-裂缝性致密砂岩液相侵入过程瞬态数值模拟研究,揭示了液相侵入过程中的瞬态力学响应,发现裂缝和基质间压力差存在峰值效应;量化了液相侵入范围,获得了不同时刻井周含水饱和度剖面。


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