疏松砂巖高壓擠壓礫石充填理論及工程應(yīng)用研究.pdf

1、疏松砂巖油藏在我國分布范圍廣、儲量大，出砂是疏松砂巖油藏開采中經(jīng)常遇到的難題之一。在國內(nèi)外各油田生產(chǎn)中均廣泛存在著出砂問題，而油井出砂已成為目前制約油田穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)的重要因素之一。目前各油田針對油井出砂問題較多采用的工藝方法是高壓擠壓充填技術(shù)。但長期以來疏松砂巖高壓擠壓理論體系未能得到有效建立，理論與實際應(yīng)用的脫節(jié)，導(dǎo)致工藝技術(shù)和施工參數(shù)不甚合理，影響了高壓擠壓防砂技術(shù)的進一步發(fā)展。 文章從疏松砂巖的巖石特性以及施工工藝角度分析了影

2、響高壓擠壓礫石充填效果的各種可能因素。在此基礎(chǔ)上，認為高壓擠壓充填壓實過程為高壓漿液擠壓目標(biāo)巖層使它發(fā)生彈塑性變形，然后攜砂液占領(lǐng)這些空隙，達到近井壓實充填的目的。隨著施工壓力的不斷增大，塑性區(qū)內(nèi)的巖層持續(xù)被壓實，當(dāng)壓實到一定程度，攜砂液無法擠入到巖層的孔隙中去時，攜砂液積聚的能量會快速增加，當(dāng)目標(biāo)巖層附近井底壓力增大到一定程度，巖體就會開始沿一定方向發(fā)生啟裂。 文章在對礫石在攜砂液中運動進行力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，借鑒泥沙運動力學(xué)的

3、成果，研究了高壓擠壓過程中礫石的運移規(guī)律。 針對目前高壓礫石充填后近井地帶形態(tài)認識不清以及現(xiàn)有理論沒有考慮井底巖層壓實的情況，首次根據(jù)摩爾-庫侖準(zhǔn)則和平面應(yīng)變軸對稱問題的基本理論，推導(dǎo)得出了疏松砂巖高壓擠壓時近井地帶的應(yīng)力場、應(yīng)變場和位移場等參數(shù)同壓實區(qū)半徑之間的關(guān)系，并通過算例分析了疏松砂巖巖體的內(nèi)摩擦角、楊氏模量等參數(shù)對高壓擠壓結(jié)果的影響。 以離散元理論為基礎(chǔ)，利用二維顆粒流模擬軟件PFC2D，針對疏松砂巖油藏，進行

4、了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果顯示：當(dāng)施加均勻地應(yīng)力時，井眼產(chǎn)生均勻擴張現(xiàn)象，近井礫石充填體形狀近似為圓形，井眼周圍目標(biāo)層被壓密壓實，巖層孔隙明顯減?。荒Ｐ捅皇┘臃蔷鶆虻貞?yīng)力時，井眼亦產(chǎn)生擴張現(xiàn)象，但其擴張沿最小地應(yīng)力方向幅度較大，沿最大地應(yīng)力方向較小，近井礫石充填體形狀為近似橢圓形，井眼周圍目標(biāo)層被壓密壓實。模擬結(jié)果還顯示，膠結(jié)強度不同的地層在高壓擠壓后，其地層形態(tài)差別較大。膠結(jié)較強的疏松砂巖地層，高壓擠壓后地層的形態(tài)接近于低滲油藏，膠結(jié)弱的疏

5、松砂巖地層，高壓擠壓后井眼周圍巖層被壓散，沿最大主應(yīng)力方向地層會出現(xiàn)數(shù)條裂縫。 為正確確定地層軟硬程度，為高壓擠壓礫石充填技術(shù)提供理論指導(dǎo)，本文首次提出疏松砂巖擠壓模量概念，并在擠壓模量計算公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)上提出疏松砂巖巖層擠壓指數(shù)概念。采用推導(dǎo)的擠壓模量計算公式對勝利油田防砂中心提供的具有完整測井資料的多口施工井進行編程計算，將各施工井?dāng)D壓模量等相關(guān)參數(shù)加權(quán)平均后進行擬合得到兩組擬合公式。研究了施工參數(shù)和地應(yīng)力等因素對單位油層管

6、外填砂量的影響，在此基礎(chǔ)上對前面所擬合的公式進行了修正。 文章最后對高壓擠壓施工過程中，套管最薄弱位置-射孔段的強度利用有限元法進行了分析研究，認為射孔孔密和相位相同時，隨著孔徑的增大，套管抗壓強度降低；孔徑和相位相同時，隨著孔密的增大，套管抗壓強度降低；孔密和孔徑相同時，當(dāng)相位在90度至180度區(qū)間內(nèi)時，套管內(nèi)的應(yīng)力隨著相位的增大而增大；當(dāng)套管內(nèi)施加內(nèi)壓時，套管射孔段的應(yīng)力狀況得到改善。 根據(jù)推導(dǎo)得出的理論模型，開發(fā)了