三维颗粒流数值模型的胶结砂岩力学特性

为了更好地反映砂岩胶结性状对力学特性的影响,以油藏储层砂岩为研究对象,建立基于平行粘结接触的三维颗粒流数值模型(PFC3D)用以模拟剪切试验中砂岩结构的破坏机理。进行PFC3D的二次开发描述平行粘结分布和力学性质,分析剪切过程中砂岩体应力比、体应变、配位数和粘结破坏与应变之间的关系,通过接触网络的演化说明力链的重要作用,验证了数值模型的可行性。对比研究了不同胶结半径比、平行粘结刚度和胶结量变化对胶结砂岩力学特性的影响,阐明了胶结性状对砂岩结构受力的控制作用,为建立特定条件的胶结砂岩破坏机理提供了科学依据。

基于柱坐标系的油井出砂三维数值模型设计与研究

根据实际储层砂岩的物性和射孔试验特征,从岩土力学的角度基于柱坐标系建立三维颗粒流(PFC3D)数值模型。综合考虑流体压力梯度力和拖曳力产生的流固耦合效应,运用几何学方法研究油井出砂过程中的砂岩模型变化。数值计算与理论分析比较可知流体运动效应不可忽略,两者的应力分布曲线相吻合,验证了数值模型的可行性和适用性。另外,外界条件一定时,砂岩模型的应力分布、黏结颗粒性态、颗粒位移和流体对单颗粒作用力结果显示不同的单元划分对数值计算结果的影响不大,说明该数值模型的收敛性和稳定性。由此可见,提出的三维数值模型能较好地反映砂岩出砂过程中的宏细观力学特性,为准确理解砂岩出砂的力学机理提供了重要的研究思路和研究手段。

基于三维流-固耦合模型的油井出砂细观机制研究

油井出砂机制的研究是提高油藏产能和石油开采成本减小的关键课题,而常规的宏观力学理论和方法不能全面反映油藏开采过程中油井出砂的发生和发展。鉴于砂岩储层的物理性质和射孔试验特征,从岩土力学的角度建立基于柱坐标系的三维颗粒流数值模型,与理论分析成果进行比较,以说明该细观数值模型可行性,有效地模拟出砂过程中的渗流及流-固耦合效应。在该基础上,综合考虑流体压力梯度力和拖曳力,基于PFC3D模型模拟流体不同运动时的砂岩性态。数值分析得到的模型宏观应力图形说明流体运动对砂岩力学特性的影响不可忽略,且在相同条件下,流量越大,砂岩的塑性区越大,形成砂岩破坏出砂的几率也越大。同时,不同工况的砂岩黏结分布和颗粒转动图形表明,相同条件下流量越大,颗粒间平行黏结破坏越多,颗粒转动越大,失去黏结约束的颗粒也越多,出砂量就越大,可见两种细观特征图形与宏观应力图形变化规律一致,该模型可用于油井出砂机制的研究,可为出砂量预测及出砂控制提供新的研究思路。

考虑流固耦合效应的储层砂岩力学响应分析

用柱坐标系下的三维颗粒流数值方法研究储层砂岩的力学响应。通过实际颗粒级配的数值模拟与室内三轴试验对比,确定砂岩颗粒的细观力学参数,建立基于流固耦合效应的射孔试验模型。结果表明:砂岩的宏观应力反映了油藏流速对砂岩应力的增幅,但均未超过储层砂岩的峰值强度,最大塑性区约为12.9 mm,显示局部化的砂岩破坏过程;胶结应力的变化表明流速大于3 m/s时,增幅明显的剪应力加速了砂岩的剪切破坏,且颗粒平动和转动加剧,说明砂岩的胶结破坏严重,离散颗粒数呈量级增大,塑性区扩大明显。考虑流固耦合效应的三维数值方法能有效反映油井出砂的力学特性,当油藏流动对砂岩起控制作用时,出砂几率显著提高。

粒度分布对胶结砂岩力学特性的影响

储层出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有密切关系。以胶结砂岩为研究对象,基于三维颗粒流数值模型(PFC3D)建立4种不同粒度分布的数值模型,模拟剪切过程的砂岩力学响应,研究不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和黏结破坏与轴应变之间的关系。结果表明:粒度分布对砂岩力学特性的影响较大,仅基于随机方法产生颗粒建立的数值模型不能完全代表实际砂岩的物理结构。须根据实测的砂岩粒度分布建立三维数值模型,才能准确描述储层砂岩的力学特性。粒径越小,连接的颗粒越少,自由度越大,开采中成为离散颗粒的可能性越大。

射孔围压对储层出砂砂岩力学特性的影响

对特定的砂岩储层,不同深度射孔的围压不同,油藏流动与不同围压的共同作用将对砂岩产生不同的力学效应,进而影响油井出砂.研究建立射孔试验的三维颗粒流数值模型,模拟油藏流速一定时,分析围压改变时的砂岩力学特性.砂岩的宏观应力曲线表明围压越小的砂岩标准化切向应力越大,对应的偏应力越小,说明流体运动对岩体的应力变化起主要作用,而大围压自身对砂岩破坏起着重要的控制作用.另外,平行黏结的应力分布表明油井附近的张拉应力和剪应力较大,流体运动对小围压砂岩的应力影响较大;颗粒的位移和旋转也同样说明围压小的砂岩颗粒运动更激烈,离散的颗粒被携带进入油井的几率越大.上述结果与实际开采中的砂岩力学响应吻合,说明了油藏流速相同时,大围压相较于流体运动对砂岩颗粒的作用力要大,砂岩的破坏由围压决定,而流体运动主要携带砂岩颗粒.该成果为不同赋存环境的砂岩储层出砂预测提供了重要的理论依据.

粒度对砂岩力学性质的作用

砂岩是由砂粒胶结而成的沉积岩,出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有着密切的关系。文章以胶结砂岩为研究对象,依托三维颗粒流数值模型建立四种不同粒度的砂岩岩石力学数值模型,采用室内岩石力学实验开展砂岩不同粒度条件下的岩石力学剪切实验,其结果与试验结果比较验证了该模型的可行性。不同粒径的颗粒连接变化说明砂岩粒径和砂岩颗粒之间连接的颗粒的多少成正比例关系,如果粒径越小,则在开井生产时,颗粒越容易脱落,变为可自由流动的离散颗粒,进而对生产造成影响,文章也研究了不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和粘结破坏与轴应变之间的关系,结果显示不同的粒度分布对砂岩力学特性的影响较大,实际砂岩室内实验岩心力学实验分析应该根据矿场取芯井实际岩心的粒度分布组成建立砂岩岩心,并由此建立数值模型,才能准确描述油气生产过程中砂岩储层油气井出砂的力学特征。