井筒问题的耦合渗流及应力分析
多分支井渗流和不稳定压力特征分析
多分 支井压 力不稳 定动 态曲线 ， 并分析 了其 不稳 定压 力动 态特征 ． 通过 对 多分支 井压 力不稳 定动 态
曲线特征分析划分出了不 同多分 支井的渗流特征段 ， 这对于多分 支井试 井解释和油藏评价具有重
要 的意义 ．
关键 词 ： 多分 支井 ； 非稳 态 ； 力特征 ； 井解释 压 试 中图分类 号 Ｅ ４ Ｔ ２３ 文献标 识码 ： Ａ 统 在指定 流量 条件下 生产 ．
１ ２ 多分 支压 力分 布 ．
２ １ 两 支水 平井 ．
考虑在无 限大油藏内的双支水平井 ， 分支井长 度为 ３ ０ｒ， 层厚度 ２ ， 圆周方 式 布井 ， 图 ０ 油 ｎ ０ｒ 以 ｎ 如 ２ 所示 ， 井筒位于油层中部 ， 垂直水平渗透率比 忌 为 ０３ 分别计算 出分支夹角为 ３ 。 ９。 ．， ０ 和 ０ 的定产压 降双对数典型 曲线（ ３ ． 图 ）
２ 井 不 稳 定 压 力 动 态特 征
Ｌ： ． 争
其中，ｌ（ Ｄ 为沿无因次井筒长度的流率分布 ， ｌ 童 ） Ｄ ＝ ｓ Ｌ ｐ ｃ 空间变量 ， 为 ａｌ ｅ ａ 如果用双重介质窜流函数 ｓ（ ） ｆ ｓ 替换 ， 可表示双重介质条件 下 的压力分 则 布． 如果流率分布均匀 ， ｑＤ￣ ） ＿ ． 则 ｈ（ Ｄ ＝ ＝ １ －
段永刚， 伟， 陈 黄天虎， 严小勇
（ 西南石油大学 石油工程学院 ， 四川 成都 ６ ００ ） １５ ０
摘要： 根据 多分支井的非稳态渗流特点， 建立了多分 支井的非稳 态渗流模型， 利用单支水平井的压
力分布 叠加得到 了多分 支井 的压 力分 布 ． 用 井筒 流动与 油藏流入 相 互作 用的耦合模 型 ， 采 得到 各种
井筒问题的耦合渗流及应力分析
１引言
多 孔 弹 性 理 论 １ 用 于 处 理 饱 含 枯 性 液 体 的 多 孔 介 质 弹 性 是 ㈤ 变形 和孔 隙 流 体 渗 流耦 合 问题 。 可 以 认 为是 多孔 介 质 经典 弹 性 它 理论 的 推 广 ， 也可 以 认 为 多孔 介 质经 典 渗流 理 论 的推 广 。 隙 中流 孔 其 中 ：和 Ｉ分 别 表 示 基 岩 孔 隙 系 统 和 裂 缝 系 统 ； Ｉ １ Ｇ是 剪 切 模 体 的 存 在 改 变 了岩 石 的 力学 反 应 ， 隙流 体 扩 散 会 导 致 岩 石 的体 孔 量； Ｋ是体 积模 量 ； 是 有效 应 力系数 ； ｔ ｉｔ 口 Ｍ￣ Ｂ 。 模量 ； １ １＝ １ ； 积变化或岩石应力状态的变化 ； 反之 岩 石 的应 力作 用也 会 制 约 或 促 进 孔 隙 中流 体 扩 散 。 种 扩 散 一变 形 的 耦 合 作 用 使岩 石 的 反应 这 具有 了时 间效 应 。 目前 它 不 仅用 于 土 力 学 中 ， 而且 广泛 用 于 采 矿 工 Ｋ Ｋ ｆ Ｋ“ 达 西 定 律 和 质 量 守恒 方 程 为 ： 程、 境工程及石油工程 。 环
．
等 一 筹 等 等
㈤
Ｇ ＋ 等ｐ 等ｐ Ｇ ） ’ ， ｆ 十
Ｏ ＝ ｔ
（ ７ ）
、 （ ８ ， ）
ｃ２ 詈ｓ【￣＋ ｎ） ｒ Ｇ 一 ） （ ｐ ｕ （ Ｇ ＋ ，ａ ＝ Ｋ ｐ Ｋ ａ
一
型 ＭＯ 』ｔＫ 等 ｒ － ＋Ｍ 一 “ （ ｐ ｔ 』 、 ￣ ， ｐ ） ｌ Ｉ Ｏ ＇
１ Ｏ ｐ＇
＋ 一
＋
等 ＋
／
Ｍ ａＭＯ Ｋ 等。 ｒ＿）） ｆｔ ｕｐ 、 ｐ （ ， ｎ ｌ （ ｌ９ Ｈ Ｖ ＿ｌ ’ ｔ ｐ
水平井井筒与气藏流动耦合数值模拟研究
院助 理 工 程 师 。 研 究 方 向 ： 藏 工 程 ， － ｉ ｋ ａｇｉ＠ ｐｔ ｃ ｉ 油 Ｅｍａ ： ｕｎ ｔ ｌ ｅ ｅ ｏｈ— ｒ
ｎ ａ ． ｔｏ ｍ ． ｃ ｎ 。
图 １ 沿水平井井筒压力和 流量分布
４ １ ５６
科
学
技
术
与
工
程
１ ２卷
２ 水平井流动特征 研究
在 历史 拟合 的基 础 上 ， 水 平 井 的渗 流 特征 进 对
井研 究的不 断深入 ， 有大量 学者认 为， 水平井井筒流 动 与直 井有着 明显 区别 。水平 井水平段 的流 动是 变质 量流动 ， 井筒 与储 层之 间存在流 动耦合 。在 水平 井产能设计 中不能 忽略井筒 损失 的影响。近年 来数值 模拟技 术不 断完善 ， 主流模 拟软件 已经 推 出模拟结果 的三维 显示功能。利 用数值模拟软件 ， 研究水平井井筒 与储层 的流动耦合 ， 使理论公 式计算 与研 究成果展 示结 合起来 ， 能够更直观地认识渗流规律 。主要 应用 Ｅ ｌ ｓ ｃｐｅ软件 中的多段井模拟 技术 ， ｉ 以实 际区块 的水平 井数据 为基础 ， 究井 研 筒损失对水平 井的影 响 以及井筒与气藏 的流动耦合规律 ， 认为水平井 井筒 的紊 流是影响 水平井产 能的主要 因素 ， 投产初期 控 制产气量 ， 维持较低 的生产压差 ， 以延长无水采 气期 ， 可 提高开采效果 。
原始 地层 压力 ３ ．５ ＭＰ ， 层温 度 １ １ｏ １３ ａ 地 ２ Ｃ。
变 质量 流 动 ， 筒 内存 在 能 量损 失 。现 场 资料 也表 井
明 ， 平井 产 能并不 是 随水 平 井 长 度 的增 加成 正 比 水
利用 压 降表 描 述 井 筒 内 的压 力 损 失 。并 对 研 究 区 内水 平井 进行 压力 拟 合 ， 拟合 误 差在 ５ 以 内 。 ％ 拟合 效果 较好 ¨ 。 通过 对水 平 井 每 个 射 孔 网 格 流 压 与 流 量 的统
渗流-应力耦合作用下边坡支护稳定性分析
渗流-应力耦合作用下边坡支护稳定性分析渗流-应力耦合作用下边坡支护稳定性分析在岩土工程领域中，边坡稳定性一直是一个重要的研究方向。
边坡工程中的稳定性问题往往涉及到多种因素，如地下水渗流、土体的力学性质等。
其中，渗流-应力耦合作用是边坡稳定性分析中的重要考虑因素之一。
本文将重点分析渗流-应力耦合作用对边坡支护稳定性的影响并进行详细讨论。
首先，我们需要了解渗流-应力耦合作用的基本概念。
渗流-应力耦合作用是指地下水渗流与土体应力状态相互影响的过程。
在边坡工程中，当地下水渗流进入土体中时，水力压力会改变土体的力学性质，从而对边坡的稳定性产生影响。
同时，土体的应力状态也会影响地下水的渗流路径和速度。
因此，边坡稳定性的分析必须考虑渗流-应力耦合作用。
接下来，我们将详细分析渗流-应力耦合作用对边坡支护稳定性的影响。
首先，渗流-应力耦合作用会导致边坡内的水力压力变化。
当地下水渗流进入边坡内部时，水位的上升会增加土体中的水力压力，从而增加边坡的自重。
这会使边坡受到更大的重力作用，从而增加了边坡的倾覆风险。
此外，水力压力的增加还可能导致边坡土体的饱和度增加，从而引起土体的液化现象，使边坡更容易失稳。
其次，渗流-应力耦合作用还会改变边坡的有效应力分布。
当地下水渗流进入边坡内部时，水力压力的增加会降低土体的有效应力，在边坡支护结构处产生更大的水平承载力和竖向支撑力。
这会增加了边坡支护结构的稳定性，防止边坡的下滑和滑动。
然而，如果渗流-应力耦合作用导致边坡土体饱和度增加，土体的强度将大大降低，对支护结构的稳定性构成威胁。
最后，我们需要采取合适的工程措施来应对渗流-应力耦合作用对边坡支护稳定性的影响。
一方面，可以通过合理设计排水系统，控制地下水的渗流路径和速度，减小渗流对边坡稳定性的影响。
另一方面，可以选择适当的支护结构，提高边坡的抗滑能力和抗液化能力，确保边坡在渗流-应力耦合作用下的稳定性。
综上所述，渗流-应力耦合作用是影响边坡支护稳定性的重要因素。
水平井井筒流态分析方法
水平井井筒流态分析方法1. 引言1.1 背景介绍水平井是一种在地下水平方向钻探开采资源的钻井方式，在石油、天然气等领域被广泛应用。
相较于传统的垂直井，水平井具有钻采效率高、产量大、开采成本低等优势，因此受到了广泛关注和应用。
在水平井井筒内，流体的运动状态对井下压力、产量等参数产生了重要影响，因此需要对水平井井筒流态进行分析研究。
水平井井筒流态分析是针对水平井内流体运动特点进行的研究，旨在探讨流体在水平井井筒内的流速、压力分布等参数规律。
通过对水平井井筒流态的分析，能够更好地了解井下流体的运动状态，为提高水平井的采油效率、优化井下生产操作提供重要参考依据。
本文将对水平井井筒流态特点、分析方法进行介绍，并结合压力梯度分析、流速分析等方法，探讨水平井井筒流态的规律和特点。
通过案例分析展示水平井井筒流态分析方法在实际生产中的应用与意义。
结合现有研究成果总结观点，展望水平井井筒流态分析方法在未来的发展方向和应用前景。
1.2 研究意义水平井在油田开发中具有重要作用，井筒内的流态分析对于了解地层状态、优化生产操作具有重要意义。
水平井井筒流态研究的意义主要体现在以下几个方面：1. 安全生产：水平井井筒内的流态特点直接影响井下环境，对井筒固液分离效果、防喷溢能力等安全生产因素具有重要影响。
通过深入研究水平井的流态特点，可以有效提升井下作业的安全性。
2. 提高产能：井筒内的流态状态直接影响油气的产能，通过深入研究井筒内流体的运动规律和特性，可以有针对性地优化对应井筒的生产措施，提高产能，提升油田的整体生产水平。
3. 节约成本：对水平井井筒流态的准确分析可以帮助企业更好地控制生产成本，合理规划生产方案，减少不必要的能源浪费和设备损耗，从而降低生产成本，提高经济效益。
水平井井筒流态分析具有重要的研究意义，对于提升油田生产效率、保障安全生产、节约生产成本具有积极的意义和价值。
在未来的研究中，继续深入探究水平井井筒流态特点，不断完善分析方法，将对油田开发和生产管理带来更多的实际效益和发展机遇。
多阶梯水平气井渗流与井筒管流耦合模型
３ ． Ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ｆ ｏ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ ０ ２ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第３ ２卷第 ５期
ＤＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ． １ ０ ０ ０ － ３ ７ ５ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ １ ６
多 阶梯 水 平气 井渗 流 与 井 筒 管 流耦 合模 型
王 丹 胡永 全 任 岚 唐
（ １ ．西南石油 大学研究 生院 ，四川 成都
Ｏｉ ｌ — Ｇａ ｓ Ｒｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ Ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇｙ ＆ Ｅｘ ｐ ｌ ｏ ｉ ｔ ａｔ ｉ ｏ ｎ， Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ Ｃｈ ｉ ｎ ａ；
谦 叶
静
６ １ ０ ５ ０ ０
６ １ ０ ５ ０ ０；２西南石油大学油气藏地质及开发工程 国家重点实验室 ，四川 成都
４ ０ ０ ０ ２ １ ）
３ ．中 国石 油 川 庆 钻 探 工 程 有 限公 司川 东 钻 探 公 司 ，重 庆
摘要 ：考 虑阶梯水平井穿越 ３个独 立气 层 的情况 ，根据质 量守 恒原 理和 动量定 理 ，结合 实际气 体 的状态方 程 ， 利用采气 指数的概念 ，建立 了裸眼完井方式下 多阶梯 水平气 井渗 流与井筒 变质量 管流耦 合的数 学模型并 编制 了 相应 的计算 程序进行求解 。利用该模型 ，可 以求解 阶梯水 平气 井井筒 沿程压力 分布及 产量分 布 ，为 阶梯 水平气 井 的生产 系统 分析提供了理论依据 。模拟计算 表 明，阶梯 水平 井在钻 遇多个气 层时 ，先 钻遇物性 最好 的储层所 得到的径向产量高于先钻遇物性最差 的储层 。
低渗透分形油藏-井筒耦合流动分析
引 言
油藏 的实 际流 动 是 由油 藏 渗 流 和 井 筒 管 流 ２
任 意单 元 体 中油 、 水相 各 自满足 质量 守 恒 ：
一 ・（ｖ＝（ｊ，。 （ 了 －ｒｊ ５ ｊ ， １ １￣ｐ）ｃ ｊ）＝ｗ ） ｒｊ ９ Ｐ
摘 要 ： 对 油 水 生 产 的 实 际过 程 ， 合 考 虑 了启 动 压 力 梯 度 、 层 介 质 的 分 形 及 油 藏 和 井 筒 的 针 综 储 耦 合 流 动 ， 油 藏 渗 流 与 井 筒 管 流 作 为 整 体 来研 究 ， 立 了 分 形低 渗 透 油 藏 一井 筒耦 合 流动 模 将 建
Ｐａ ／ｍ 。
井 筒耦 合 流 动 模 型 。Ｃ ａ ｇ和 Ｙ ｔ ｒ 最 先 将 ｈｎ ｏｓ ｓ ｏ
分 形 理论 引入 渗 流力 学 并 建 立 了分 形 油藏 压 力 不 稳 定试 井模 型 ， ｅｅ 基 于该 法 解 释 了油 田 中用 传 Ｂｉ ｒ 统 方 法无 法 匹配 和解 释 的复杂 油 藏 的试 井 结果 ， 同
登 科 和 陈钦雷 将 有 效半 径 引入 到分 形 油 藏 渗 流
问题 的边 界 中 ， 建立 了分形 油藏 问题 的新模 型 。宁 正 福 等建 立 了分 形 油藏 低 速 非 达 西 渗 流 的数 学 模 型 。但 现有 这些 模 型都 没有 考 虑 分 形 低 渗 透 油 藏 与井 筒 的耦 合流 动 ， 因此 研究 分 形低 渗透 油 藏 一
式 中 ： 为 储层 中某 点 距井 底 距 离 ， ｐ 分 别 为 ｒ ｍ； Ｐ 油和水 的密度 ，ｇ ｍ 、 分 别 为 油 相 和 水 相 径 ｋ／ ； ｕ 。 向流 动 速 度 ， ／ ； 。 Ｓ ｍ ｓ Ｓ 、 分 别 为 油 相 和水 相 饱 和
气田高压注水过程中井身应力分布特征的流-固耦合分析
孔 的应力 集 中分析 ， 弹塑 性 材 料 壳体 上 开 多 孔 的应 力集 中分 析是 十分 复 杂 的 力 学 问题 ， 目前 国 内外 研
究较 少 。
１ 地层－ 水泥环－ 套管系统物理模型
对 拟 分析 的 注 水 井 的 套 管 射孑 Ｌ 段建立地层． 水
些油气田， 套 管毁 损 的注 水 井 占总套 管 毁 损 井 的
度， 对模型施加不 同的边界应力 Ｊ 。应力边界条件
为， 模型上部施加垂直地应 力 ， 水平方 向施 加水平
最 大 和最小 地 应 力 ， 井 眼 内 部施 加 注 水 压 力 ， 岩 石 内部 施 ／ Ｊ ｕ ｆ ； Ｌ 隙 压 力 。位 移 边 界 条 件 为 模 型底 部 和
侧面施加法向位移约束 ， 整个模型保证不产生刚性
应力 边界 条件 根 据 原 始 地应 力 资 料 ， 通 过 改 变
模 型的 温度 、 材料密度 、 力学参数 、 边界位移条件 ，
渗流场存在流固耦合作用 ， 是不可忽略的 ． ４ ； ② 套 管可以视为圆柱壳体 ， 但射孔造成很复杂的应力集
中问题 ， 国 内外 大部 分 研 究 都 是 基 于 弹 性 范 围 内单
科
学
技
术
与
工程 Βιβλιοθήκη １ ３卷 件， 联 立上述 方 程 就 可 以 得 到 所 求 应 力 场 ， 以 上 求
解 通 常需要借 助泛 函变 分法得 到近 似解 。 ２ ． ３ 渗流场 数学模 型
为 了研 究 射 孔 段 地层 、 水泥环 、 套 管 作 为 一 个 整体 系统 在 注 水 压 力 变 化 的情 况 下 其 各 部 分 应 力 分 布特 征 ， 假 定 岩 石 为 多 孔介 质 ， 孔 隙 间充 满 单 相 不可压 缩饱 和流 体 ， 整个渗流过程符合 达西定律 ，
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
井筒问题的耦合渗流及应力分析
摘要:如果不考虑岩石变形和流体扩散的耦合作用,孔隙介质油藏的常规渗流模型对流体的扩散解释是合理和准确的。
随着油藏越来越多的开采,流固耦合作用对流体扩散的影响是越来越显著,因此必须用多孔弹性理论来研究井筒问题的耦合渗流及应力。
本文推导了流固耦合作用下的孔隙压力、裂缝压力以及井壁围岩应力在Laplace空间的解析表达式,给出了一个模拟实例。
关键词:孔隙介质裂缝性油藏流固耦合Laplace变换
1 引言
多孔弹性理论[1～2]是用于处理饱含粘性液体的多孔介质弹性变形和孔隙流体渗流耦合问题。
它可以认为是多孔介质经典弹性理论的推广,也可以认为多孔介质经典渗流理论的推广。
孔隙中流体的存在改变了岩石的力学反应,孔隙流体扩散会导致岩石的体积变化或岩石应力状态的变化;反之岩石的应力作用也会制约或促进孔隙中流体扩散。
这种扩散-变形的耦合作用使岩石的反应具有了时间效应。
目前它不仅用于土力学中,而且广泛用于采矿工程、环境工程及石油工程。
2 孔隙-裂隙型双重孔隙介质流固耦合计算的耦合方程
由于裂缝性油藏的复杂性,即使用双重孔隙物理模型来处理,我们
也必须对其作出一些合理但有必要的假设。
对于双重孔隙介质,假设条件为:双重孔隙介质具有特征单元性质;孔隙和裂缝都是相互连通的且充满各自的空隙空间;岩石骨架是线弹性小变形材料;主生孔隙介质和次生孔隙介质中流体流速比较小,基本认为满足达西定律;主生孔隙介质和次生孔隙介质中孔隙和裂缝流体的压力、孔隙度及渗透率均不相同;主生孔隙和次生裂缝之间的流体渗流是拟稳态,用窜流函数描述;孔隙和裂缝中流体是单相;忽略流体重力和惯性力。
除了以上的假设,我们还规定孔隙流体压力和裂缝流体压力受压为正;岩石骨架受拉为正。
依据双重孔隙介质的有效应力定律、达西定律、流体-固体的质量守恒定律、本构方程、平衡方恒以及几何方程,经过数学运算可得到最终的双重孔隙介质流固耦合的微分方程,则相应的本构方程分别如下[3～5]:
由第2本分求得耦合渗流下的孔隙压力,和耦合应力的解析或半解析解,借助Stehfest 拉普拉斯数值逆求解方法在VC++语言下编制了计算程序,模拟了各种模式下的压力和应力分布,分别如图1、图2所示。
从图1和图2中我们可以发现:孔隙压力在考虑流固耦合的情况下比不考虑流固耦合时压力下降得慢;渗透率的越大孔隙压力下降的越快,因此建立动态的渗透率模型更能接近于真实的开采。
3 结语
论文以多孔弹性理论为基础,研究了多孔介质油藏和裂缝性介质油藏下的耦合渗流问题。
本文首先建立双重孔隙介质油藏耦合渗流的
简化模型,结合油井生产分别得到了两种地层不同渗流模型孔隙或裂缝压力的半解析解或拉氏空间的解析解;其次针对耦合渗流模型进一步得到了井筒围岩应力的分布,以便更科学地制定裂缝性油藏开采方案和更好的管理油藏。
从模拟的结果可以得出以下的结论:随着泊松比的增大,孔隙压力下降越快,相应的流速越大;考虑流固耦合作用之后井筒破坏不一定发生在井壁上,并且井壁破坏具有了时间效应。
孔隙压力在考虑流固耦合的情况下比不考虑流固耦合时压力下降得慢;渗透率和泊松比越大,孔隙压力下降越快;考虑流固耦合作用坍塌破坏不一定发生在井壁。
参考文献
[1] Biot M.A.,General Theory of Three-Dimensional Consolidation.J.Appl.Phys.,1941,12:155-164.
[2] Detournay E.and Cheng A.H-D.,Fundamental of poroelasticity.Ch.5 in comprehensive rock engineering,V ol.2,Editor.Fairhurst C.,Pergamon Press,1993.
[3] Aifantis E.C.,Introducing a multi-porous medium.Developments in mechanics,1977,8:209-211.
[4] Wilson R.K.and Aifantis E.C.On the Theory of Consolidation With Double Porosity.Int.J.Eng.ci.,1982,20(9):1009-1035.
[5] Bai M.,Roegiers J.C.and Elsworth D.,Poromechanical reponse of fractured-porous rock masses.J.petroleum Science and Engineering,1995,13:155-168.
[6] Detournay E.and Cheng A.H.-D.,Poroelastic response of a borehole in a nonhydrostatic stress field. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr,1988,25:171-182．
[7] Stehfesh H.,Numerical Inversion of Laplace Transforms. Commun.ACM.,1970,13:47-49.。