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疏松砂岩稠油油藏出砂冷采机理研究

作　者: 孙建平
导　师: 李允
学　校: 西南石油大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 疏松砂岩稠油油藏岩石力学蚯蚓洞泡沫油携砂机理
分类号: TE358.1
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

我国稠油资源分布很广，储量丰富，陆上稠油、沥青资源约占石油总资源量的20％以上。目前主要采用热采技术开发，但是热采技术成本高，对储量品位和采油工艺要求也高，因此，尚有大量稠油资源未得到开发利用；出砂冷采技术限制条件少，成本低，可以极大地提高稠油资源的动用程度。近几年来，随着出砂冷采技术的引进，低品位稠油资源展示了良好的开发前景，必将成为我国石油产量的一个新增长点：出砂冷采技术也必将成为我国稠油资源开发利用的新一代接替技术。稠油出砂冷采技术主要做法是不注蒸汽也不采用防砂措施，射孔后直接应用螺杆泵进行开采；该项技术的矿场试验和实际应用，已取得了很大成功；但是，在其开采机理研究上仍然存在一些问题需要深入研究，除了应针对不同机理开展相应的实验研究外，还必须综合考虑不同机理之间的相互作用，及其对产量和采收率的贡献等，只有这样才能形成一套完整的出砂冷采机理。本文针对上述问题，根据疏松砂岩稠油油藏的复杂地质特征和力学特征，在前人研究基础上，开展了岩石力学、渗流力学、流体力学和油气田开发理论等多学科综合研究，并将实验研究和理论研究相结合，理论研究与实际应用相结合，建立了一套完整的疏松砂岩稠油油藏出砂冷采机理。在疏松砂岩稠油油藏力学特征、储层破坏和出砂临界条件研究基础上，在开展了蚯蚓洞机理形成实验、泡沫油气驱提高采率实验和垂直井筒中砂和砂团沉降规律实验，并以此为基础建立了蚯蚓洞网络分布模型、储层性质变化评价模型、表皮系数和产量预测模型，建立了泡沫油溶解气驱机理及采收率预测的经验模型，建立了泡沫油渗流动和泡沫油携砂流动的渗流方程，建立了砂粒在井筒中沉降速度预测模型及携砂生产的安全产量预测方法，制定了出砂冷采筛选标准，为出砂冷采技术在国内的推广应用提供了重要理论和指导依据。通过深入细致的研究，取得的主要成果有： 1、通过对大量疏松砂岩稠油油藏地质资料及冷采资料综合分析、对比，从而对此类油藏的地质特征、原油性质、渗流规律及出砂冷采动态特征有了深入认识。 2、在借鉴国内外公开发表的文献资料基础上，从岩石受力分析入手，建立了出砂冷采的力学基础，研究了疏松砂岩稠油油藏的力学特征、应力-应变特征和破坏特征，认为疏松砂岩与土壤相似，是一种内聚力极低的摩擦材料；研究了疏松砂岩的内聚力与油藏深度之间的关系，建立了内聚力随油藏深度增加而增大的经验关系式，可用于估算不同深度疏松砂岩的内聚力。岩石发生塑性变形后，孔隙度增大，渗透率提高；同时，内聚力不会完全丧失，而是由一个较小的残余内聚力使之保持一定的完整性，因此，在分析塑性区力

全文目录

1 绪论  12-20
  1.1 本文研究的目的和意义  12-13
  1.2 国内外研究和应用现状  13-17
    1.2.1 稠油出砂冷采研究现状  13-16
    1.2.2 稠油出砂冷采中存在的问题  16-17
  1.3 本文的研究目标和技术路线  17-18
    1.3.1 研究目标  17
    1.3.2 技术路线  17-18
  1.4 本文研究的技术难度  18
  1.5 本文的主要内容构成  18-20
2 疏松砂岩稠油油藏基本特征及出砂冷采动态特征  20-31
  2.1 疏松砂岩稠油油藏地质特征  20-23
    2.1.1 疏松砂岩稠油油藏的分布  20-21
    2.1.2 疏松砂岩稠油油藏沉积特征  21-22
    2.1.3 疏松砂岩稠油油藏的成岩特征  22-23
  2.2 疏松砂岩稠油油藏的物性特征  23
  2.3 疏松砂岩稠油油藏的流体性质和基本渗流特征  23-26
    2.3.1 主要流体性质  23-25
    2.3.2 稠油的基本渗流特征  25-26
  2.4 稠油出砂冷采动态特征  26-31
3 疏松砂岩稠油油藏出砂冷采的力学基础  31-53
  3.1 油藏岩石的应力和应变分析  31-35
    3.1.1 应力张量及其不变量  31-32
    3.1.2 应力偏量及其不变量  32-33
    3.1.3 应变张量及其不变量  33-34
    3.1.4 体积应变  34-35
  3.2 有效应力原理  35-38
    3.2.1 储层多孔介质的受力分析及有效应力  35-36
    3.2.2 Terzaghi有效应力原理  36-37
    3.2.3 修正的有效应力  37-38
  3.3 广义虎克定律  38-41
  3.4 油藏岩石屈服准则  41-46
    3.4.1 Mohr-Coulomb屈服准则  41-43
    3.4.2 Drucker-Prager屈服准则  43
    3.4.3 加载条件  43-45
    3.4.4 流动法则  45-46
  3.5 疏松砂岩稠油油藏的基本力学特征  46-53
    3.5.1 疏松砂岩的强度特征  46-47
    3.5.2 应力应变特征  47-53
4 疏松砂岩稠油油藏出砂的影响因素及临界条件  53-82
  4.1 出砂地层分类  53-56
  4.2 疏松砂岩稠油油藏出砂的影响因素  56-58
    4.2.1 钻井对出砂的影响  56
    4.2.2 完井对出砂的影响  56-57
    4.2.3 生产过程对出砂的影响  57-58
    4.2.4 修井过程对出砂的影响  58
  4.3 储层破坏机理  58-61
    4.3.1 剪切破坏机理  59-60
    4.3.2 拉伸破坏机理  60
    4.3.4 滑移次生破坏机理  60-61
  4.4 疏松砂岩储层出砂的临界条件分析  61-82
    4.4.1 充填砂启动速度的确定  61-66
    4.4.2 骨架砂破坏的临界速度确定  66-76
    4.4.3 出砂的临界条件  76-80
    4.4.4 疏松砂岩稠油油藏出砂机制推断  80-82
5 疏松砂岩稠油油藏出砂冷采机理  82-136
  5.1 蚯蚓洞机理  82-115
    5.1.1 研究现状  82-83
    5.1.2 蚯蚓洞形成机理实验  83-91
    5.1.3 蚯蚓洞形成的影响因素  91-105
    5.1.5 蚯蚓洞对储层性质和产量的影响  105-115
  5.2 疏松砂岩稠油油藏出砂冷采的泡沫油机理  115-134
    5.2.1 泡沫油的形成  115-123
    5.2.2 泡沫油溶解气驱实验及提高采收率机理  123-134
  5.3 疏松砂岩稠油油藏出砂冷采的其它机理  134-136
    5.3.1 压实驱油机理  135
    5.3.2 边、底水驱油机理  135-136
6 稠油出砂冷采过程中的渗流机理探讨  136-145
  6.1 泡沫油流动  136-141
    6.1.1 常规气相流动与泡沫油中气相流动之比较  136-138
    6.1.2 泡沫油流动模型的建立  138-141
  6.2 油层中的流固耦合流动  141-145
    6.2.1 基本渗流方程  141-143
    6.2.2 全耦合的两相流动  143-145
7 出砂冷采井井筒中的液固两相流动  145-156
  7.1 砂粒在静液中的自由沉降  145-148
    7.1.1 球形颗粒的沉降末速  145-147
    7.1.2 流体携带固体颗粒的临界流速  147-148
  7.2 垂直井筒流体携带砂粒临界流速的确定  148-156
    7.2.1 试验方法  148-149
    7.2.2 试验条件  149-151
    7.2.3 砂粒沉降试验  151-156
8 稠油出砂冷采机理应用研究  156-164
  8.1 稠油出砂冷采筛选标准研究  156-159
  8.2 应用实例  159-164
    8.2.1 河南油田出砂冷采稠油资源筛选  159-160
    8.2.2 河南油田出砂冷采技术应用试验  160-164
9 结论与建议  164-169
  9.1 结论  164-168
  9.2 建议  168-169
致谢  169-170
参考文献  170-179
附录: 博士期间发表的论文、科研工作及获奖情况  179-180

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