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裂缝性油藏射孔完井产能有限元模拟及射孔负压研究

吴远纶  
【摘要】:目前负压射孔已成为一种工业标准,成熟的砂岩油藏射孔优化设计理论只适用于无裂缝油藏的情形。裂缝的存在使得射孔完井油井的产能评价变得十分复杂,本文通过裂缝孔隙性油藏特征的三维物理模型描述及流体渗流的连续性方程建立,推导出了描述该问题的有限元数学模型。通过网格剖分、有限元数值求解和二次回归正交设计分析,在国内首次获得了不同的射孔参数和地层参数与裂缝孔隙性油藏油井产能的定量关系,并进行了单因素及多因素结果分析,获得了一些重要结论。并对射孔负压差的合理设计进行了深入研究,通过有限元分析以及流体力学和岩石力学的耦合模型研究,建立合理负压差确定模型。它可用于指导裂缝性及裂缝孔隙性油藏的射孔参数优化和施工操作,有效提高一次完井效率。 本文的主要工作如下: (1)通过裂缝孔隙油藏物理特征的详细分析,建立了一套合理的地层裂缝网络物理模型; (2)总结分析了储层裂缝形态描述方法,建立了储层裂缝宽度预测模型; (3)建立了裂缝孔隙油藏射孔完井三维渗流数学模型,推导出了有限元求解的变分模型; (4)确立了合理的网格剖分思路及有限元求解方法,编制了大型有限元模拟计算程序; (5)全面分析了射孔参数对裂缝孔隙油藏射孔井产能的影响,裂缝网络模型的类型不同,同一射孔参数对油井产能的贡献不同。具有两组垂直裂缝和三组直交裂缝的油藏优于具有一组水平或垂直裂缝的情形; (6)利用正交实验原理,获得了大量的计算结果,编制了二次非线性回归程序,获得了不同裂缝物理模型下射孔参数对油井产能影响的重要度排序; (7)利用有限元技术研究了负压射孔瞬间非稳定高速回流动态,提出了基于临界雷诺数的压实带清洗机理的最小负压设计方法; (8)建立了确定最大射孔负压的岩石弹塑性力学和孔眼非达西渗流力学耦合模型,根据孔眼力学稳定机理,提出了以临界等效塑应变为基准的最大负压设计方法; (9)提出的最大负压和最小负压设计方法,充分考虑了储层流体性质、岩石力学性质以及射孔弹型号和性能的影响,较以前的经验方法有实质性进步,具有广泛的应用价值;


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