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榆树林油田开发动态对套损的影响研究

作　者: 夏元博
导　师: 程远方
学　校: 中国石油大学
专　业: 油气井工程
关键词: 低渗各向异性储层非均质流固耦合套损
分类号: P618.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在油田生产过程中,储层孔隙压力的变化会导致地层变形,而地层的变形使套管产生附加作用力。如果地层变形较大,则套管可能承受过高的附加作用力而发生套损。事实证明,孔隙压力变化导致地层变形的流固耦合作用是导致套损现象发生的一个重要因素。为此,本文从榆树林油田低渗透、渗透率各向异性、油藏非均质严重的特点出发,综合考虑地层流固耦合作用及其他导致套损发生的因素,深入分析榆树林油田套损特征,定量研究其套损机理。首先,本文根据流固耦合渗流理论,基于广义达西定律和固体小变形假设,推导了低渗透油藏渗透率各向异性储层流固耦合基本控制方程。利用FEPG有限元程序自动生成系统,开发流固耦合有限元计算程序。其次,根据弹性力学理论,推导了在孔隙压力、液柱压力、地应力、重力等因素作用下套管应力状态的理论解,并编制程序。综合考虑流固耦合作用及上述因素对套管的影响,开发了适用于大庆榆树林油田的套损预测软件,并给出了软件的求解流程及设计框图、界面图。再次,利用开发的有限元程序,分析了在流固耦合作用下渗透率、生产压差、井间影响、断层等因素对套管的损坏的影响。研究表明,流固耦合作用是导致套管损坏的一个重要因素;渗透率的大小及各向异性性质对套管的应力状态有明显影响;流固耦合作用下的断层活动是导致套损的重要因素。最后,本文开发了复杂地质条件下有限计算几何模型自动生成程序,根据大庆榆树林油田的地质资料,建立三个区块的几何模型,充分反应了榆树林油田地区油层薄、纵向分布连续性差、平面内非均质严重的特点。根据油水井历史生产记录,完善了有限元计算对4维3场问题的模拟功能。利用开发的套损软件,计算了榆树林油田三个区块的套损情况,分析三个区块套损机理的相同点及不同点。并根据三个区块的原始套损数据成功验证了套损软件的正确性。通过本文的研究,初步确定了大庆榆树林油田流固耦合及其他因素作用下套管的应力水平变化规律,这对延长榆树林油田套管的使用年限,保证榆树林油田高效生产,提供有力的技术支撑。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章前言  10-16
  1.1 研究的目的及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 油藏数值模拟技术发展现状  11-13
    1.2.2 地下流固耦合的研究现状  13-14
    1.2.3 套损问题的研究现状  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第二章微可压缩流体流固耦合数学模型  16-26
  2.1 流固耦合两相渗流方程  16-22
    2.1.1 储层骨架连续性方程  16-17
    2.1.2 饱和油水两相渗流方程  17-19
    2.1.3 流固耦合饱和两相渗流方程的简化  19-22
  2.2 流固耦合单相渗流方程  22
  2.3 流固耦合低渗单相渗流方程  22
  2.4 流固耦合模型变形场方程的建立  22-26
    2.4.1 储层骨架平衡方程  23-24
    2.4.2 储层骨架几何方程  24
    2.4.3 储层骨架线弹性本构方程  24-26
第三章流固耦合有限元程序开发及验证  26-40
  3.1 FEPG有限元程序开发系统  26-27
  3.2 用于程序开发的数学模型简化验证  27-31
    3.2.1 验证用数学模型推导  27-28
    3.2.2 几何模型建立  28-29
    3.2.3 计算结果对比  29-31
    3.2.4 用于程序开发的数学模型  31
  3.3 流固耦合有限元程序开发  31-33
    3.3.1 流固耦合总程序结构  31
    3.3.2 流固耦合程序具体流程  31-33
  3.4 流固耦合程序低渗各向异性特征验证  33-36
    3.4.1 程序各向异性的验证及分析  33-35
    3.4.2 程序启动压力特性的验证及分析  35-36
  3.5 流固耦合有限元程序准确性验证  36-40
第四章套损数值模拟软件开发  40-52
  4.1 套管实体应力状态的还原  40-41
    4.1.1 套管弯曲变形的还原  40-41
    4.1.2 套管挤压变形的还原  41
  4.2 套损其他影响因素的解析解  41-48
    4.2.1 地层孔隙压力的影响计算  41-43
    4.2.2 管内液柱压力的计算  43-45
    4.2.3 地应力影响下的套管应力分布  45-47
    4.2.4 重力影响下的套管应力分布  47-48
  4.3 套损数值模拟软件的开发  48-52
第五章单考虑流固耦合作用下的套损分析  52-63
  5.1 单井流固耦合作用分析  52-56
    5.1.1 不同渗透率的影响规律  52-53
    5.1.2 不同生产压差的影响规律  53-54
    5.1.3 渗透率各向异性的影响规律  54-56
  5.2 井间相互影响分析  56-58
    5.2.1 注水井对临近井影响  56-57
    5.2.2 采油井对临近井影响  57-58
  5.3 地质因素影响  58-61
    5.3.1 平面非均质  58-59
    5.3.2 断层作用  59-61
  5.4 小结  61-63
第六章榆树林油田套损综合分析  63-89
  6.1 东区分析  63-83
    6.1.1 东区的地质模型  63-66
    6.1.2 生产参数的简化  66-68
    6.1.3 材料参数的选取  68-69
    6.1.4 东区计算结果  69-83
  6.2 东16 区块及南区计算结果  83-85
  6.3 小结  85-89
结论  89-91
参考文献  91-94
致谢  94

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