油气储层多孔介质的变形理论及应用研究
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摘要
本文以油气储层岩石这种特殊的多孔介质作为研究对象，利用实验研究和理论研究相结合，岩石力学、流体力学、渗流力学和油气田开发理论等多学科相结合，理论研究与实际应用相结合等方法，建立了一套完整的油气储层多孔介质的变形理论。
在油气田开发过程中，储层多孔介质的变形为弹塑性变形，其变形又可包括本体变形和结构变形。影响储层多孔介质变形的主要因素有压力(包括侧限压力、上覆岩层压力、孔隙压力、井筒液柱压力等)、温度、流体的类型及特征等外部因素，还要受储层岩石的物质组成、单元体类型、颗粒的接触关系和排列方式以及胶结方式等内部因素的影响。在Terzaghi有效应力原理和其它修正的有效应力的基础上，提出了用有效应力来研究多孔介质的骨架应力，并结合储层多孔介质的变形机理，分析了多孔介质的本体有效应力和结构有效应力，以及多重孔隙介质的有效应力定律。
利用先进的实验手段和方法，研究多孔介质变形对储层岩石孔隙特性、渗透特性以及流体饱和特性等的影响。研究表明，油气储层多孔介质的孔隙度、渗透率等物性参数是随着岩石受到的有效应力的增加而呈降低的趋势，并用数学方法描述了孔、渗、饱等特征与有效应力之间的拟合关系，其中还提出了考虑油气储层在实际地层条件时所受到的初始有效应力的影响。针对裂缝性储层所特有的变形特征，对裂缝性储层的应力敏感性及裂缝的闭合机理和规律进行了详细的研究。
根据储层岩石渗透率与有效压力之间的变化关系，提出了用常用的指数关系来描述渗透率与生产压差之间的变化关系，以及描述多孔介质变形对储层岩石渗透率影响的渗透率变形系数；在此基础上研究储层多孔介质变形对油气渗流的影响，建立变形介质油气藏的渗流数学模型，研究了变形介质油气藏的试井分析方法。重点研究了低渗透变形介质油田考虑启动压力梯度的产能分析方法，并分析低渗透储层岩石的变形因生产压差的增加而增大对生产所造成的影响，得到了低渗透变形介质油藏的合理生产压差。
In this thesis, as a special porous medium, oil and gas reservoir's rock is a study object. By integrate experiment study with theory study; integrate rock mechanics, fluid mechanics, flow mechanics with exploitation theory of oil and gas field; and integrate theory with practice, a full deformation theory of oil and gas reservoir porous medium has been founded.In the exploitation of oil and gas field, the reservoir porous medium's deformation is elastic-plastic deformation; the Primary Deformation and the Structural Deformation are included. Pressure (Such as confining pressure, incumbency rock pressure, porosity pressure, well bore fluid column pressure, and so on), temperature and fluid's types are the mostly external factors for deformation of reservoir porous medium, and mass constitutes, unit's types, contact and arrangement relation of granula, cement mode are the interior factors for the deformation. Based on the Terzaghi effective stress theory and other modified effective stress, skeleton stress of porous medium has been studied by effective stress, and integrate reservoir porous medium's deformed mechanism, primary effective stress and structural effective pressure have been studied, and effective stress of multi-porous media also has been studied.Advanced experimental devices and methods, the reservoir rocks' porous characteristic have studied permeability and saturation characteristic of fluids about porous medium's deformation. The studies indicated that the porosity and permeability of oil and gas reservoir porous medium are decrease with increase of effective stress (or effective pressure), the relation between effective stress and porosity, permeability, saturation can been fitted by mathematical method, and primary effective stress about oil and gas reservoirs in the actual subterranean formation was been considered. Contrapose the fracture reservoirs' peculiar deformation characteristics, fracture's stress sensitivity, closure mechanism and closure law have been detail studied.Based on the relation between permeability of reservoir and effective stress, relation between permeability and drawdown pressure also could been fitted by index relation, and permeability deformed coefficient about porous medium's deformation was defined. Then
the affect about oil and gas flow by deformation of reservoirs porous medium has been studied, flow mathematical models of deformed medium have been founded, and well test methods about deformed medium have been studied. For the peculiar characteristics of low-permeability deformed medium reservoirs, such as starting pressure gradient, productivity analysis method has been studied, and the affects about produce by reservoir deformed for increase of drawdown pressure have been analyzed, the reasonable drawdown pressure of the low-permeability deformed medium oil reservoir has been founded.
在油气田开发过程中，储层多孔介质的变形为弹塑性变形，其变形又可包括本体变形和结构变形。影响储层多孔介质变形的主要因素有压力(包括侧限压力、上覆岩层压力、孔隙压力、井筒液柱压力等)、温度、流体的类型及特征等外部因素，还要受储层岩石的物质组成、单元体类型、颗粒的接触关系和排列方式以及胶结方式等内部因素的影响。在Terzaghi有效应力原理和其它修正的有效应力的基础上，提出了用有效应力来研究多孔介质的骨架应力，并结合储层多孔介质的变形机理，分析了多孔介质的本体有效应力和结构有效应力，以及多重孔隙介质的有效应力定律。
利用先进的实验手段和方法，研究多孔介质变形对储层岩石孔隙特性、渗透特性以及流体饱和特性等的影响。研究表明，油气储层多孔介质的孔隙度、渗透率等物性参数是随着岩石受到的有效应力的增加而呈降低的趋势，并用数学方法描述了孔、渗、饱等特征与有效应力之间的拟合关系，其中还提出了考虑油气储层在实际地层条件时所受到的初始有效应力的影响。针对裂缝性储层所特有的变形特征，对裂缝性储层的应力敏感性及裂缝的闭合机理和规律进行了详细的研究。
根据储层岩石渗透率与有效压力之间的变化关系，提出了用常用的指数关系来描述渗透率与生产压差之间的变化关系，以及描述多孔介质变形对储层岩石渗透率影响的渗透率变形系数；在此基础上研究储层多孔介质变形对油气渗流的影响，建立变形介质油气藏的渗流数学模型，研究了变形介质油气藏的试井分析方法。重点研究了低渗透变形介质油田考虑启动压力梯度的产能分析方法，并分析低渗透储层岩石的变形因生产压差的增加而增大对生产所造成的影响，得到了低渗透变形介质油藏的合理生产压差。
In this thesis, as a special porous medium, oil and gas reservoir's rock is a study object. By integrate experiment study with theory study; integrate rock mechanics, fluid mechanics, flow mechanics with exploitation theory of oil and gas field; and integrate theory with practice, a full deformation theory of oil and gas reservoir porous medium has been founded.In the exploitation of oil and gas field, the reservoir porous medium's deformation is elastic-plastic deformation; the Primary Deformation and the Structural Deformation are included. Pressure (Such as confining pressure, incumbency rock pressure, porosity pressure, well bore fluid column pressure, and so on), temperature and fluid's types are the mostly external factors for deformation of reservoir porous medium, and mass constitutes, unit's types, contact and arrangement relation of granula, cement mode are the interior factors for the deformation. Based on the Terzaghi effective stress theory and other modified effective stress, skeleton stress of porous medium has been studied by effective stress, and integrate reservoir porous medium's deformed mechanism, primary effective stress and structural effective pressure have been studied, and effective stress of multi-porous media also has been studied.Advanced experimental devices and methods, the reservoir rocks' porous characteristic have studied permeability and saturation characteristic of fluids about porous medium's deformation. The studies indicated that the porosity and permeability of oil and gas reservoir porous medium are decrease with increase of effective stress (or effective pressure), the relation between effective stress and porosity, permeability, saturation can been fitted by mathematical method, and primary effective stress about oil and gas reservoirs in the actual subterranean formation was been considered. Contrapose the fracture reservoirs' peculiar deformation characteristics, fracture's stress sensitivity, closure mechanism and closure law have been detail studied.Based on the relation between permeability of reservoir and effective stress, relation between permeability and drawdown pressure also could been fitted by index relation, and permeability deformed coefficient about porous medium's deformation was defined. Then
the affect about oil and gas flow by deformation of reservoirs porous medium has been studied, flow mathematical models of deformed medium have been founded, and well test methods about deformed medium have been studied. For the peculiar characteristics of low-permeability deformed medium reservoirs, such as starting pressure gradient, productivity analysis method has been studied, and the affects about produce by reservoir deformed for increase of drawdown pressure have been analyzed, the reasonable drawdown pressure of the low-permeability deformed medium oil reservoir has been founded.
引文
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[2] 孙广忠．岩石结构力学，北京：科学出版社，1994；
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[4] 何更生编，油层物理，北京：石油工业出版社，1994；
[5] 罗蜇潭、王允诚编著，油气储集层孔隙结构，北京：科学出版社，1986；
[6] 沈平平，油层物理实验技术，北京：石油工业出版社，1996；
[7] 王允诚等编著，致密性油气储集层，地质出版社，1992；
[8] 白矛、刘天泉编著，孔隙裂隙弹性理论及应用导论，北京：石油工业出版社，1999；
[9] A．班恩、B．A．马克西莫夫等，岩石性质对地下液体渗流的影响，北京：石油工业出版社，1981；
[10] 张绍槐，罗平亚等编著，保护储集层技术，北京：石油工业出版社，1993；
[11] 葛家理主编，油气层渗流力学，石油工业出版社，1982；
[12] 孔祥言编著，高等渗流力学，中国科学技术大学出版社，1999；
[13] 葛家理、宁正福、刘月田、姚约东编著，现代渗流力学原理，北京：石油工业出版社，2001；
[14] 重庆建筑工程学院建筑工程系编，岩石力学的进展，重庆大学出版社，1990；
[15] 李通林等编，矿山岩石力学，重庆大学出版社，1991；
[16] 华东水利学院等编，岩石力学，水利电力出版社，1984；
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