“结构-应力-渗流”协同控制的砂岩储层出砂细观机理及三维数值模拟研究

储层出砂是影响石油开采安全、效率及效益的关键问题，随着出砂预控精细化和石油工业发展可持续化的矛盾日益突出，出砂机理研究迅速成为国际岩土力学领域的研究热点和难点。本项目以砂岩储层出砂与砂岩颗粒级配、孔隙率、胶结程度、应力和渗流状态之间的关系为研究核心，从储层砂岩结构性和赋存性出发提出"结构-应力-渗流"协同控制的观点，采用岩土力学、细观力学、渗流力学和室内试验研究储层出砂的细观机理，建立柱坐标系下的出砂三维颗粒流数值模型，探讨基于Voronoi图形技术的模型可控柔性边界和模型尺寸效应，研究不同的砂岩结构、应力与渗流条件组合的出砂细观力学行为，揭示多因素协同控制对出砂速度和出砂量的影响规律，最后基于三维数值模型对典型工程进行多因素多层次多尺度的出砂研究。取得的研究成果能为准确的出砂预测提供新的研究思路，为优化油井防砂以及增强石油开采的防灾减灾能力奠定重要的理论和实践基础。

储层出砂是影响石油开采安全、效率及效益的关键问题，随着出砂预控精细化和石油工业发展可持续化的矛盾日益突出，出砂机理研究迅速成为国际岩土力学领域的研究热点和难点。本项目以岩土力学、细观力学和渗流力学原理为基础，以砂岩储层出砂与砂岩颗粒级配、孔隙率、胶结程度、应力和渗流状态之间的关系为研究核心，从储层砂岩结构性和赋存性提出“结构-应力-渗流”协同控制的观点，结合理论分析、室内试验和数值模拟方法研究储层出砂的细观机理，重点开展不同的砂岩结构、应力与渗流条件组合的出砂细观力学行为，揭示多因素协同控制对出砂速度和出砂量的影响规律。在本项目的资助下，经过三年的努力，全面完成了研究计划内容，实现了预期的研究目标，取得了一系列的创新性研究成果。（1）建立了储层砂岩细观结构模型，基于室内试验的胶结砂岩模拟技术，形成了不同细观结构组成的胶结砂岩模型，提供了精细化描述储层砂岩细观结构及本构建模的技术支持。（2）提出了“结构-应力-渗流”协同控制的储层出砂观点，建立了符合实际储层结构和赋存环境的三维颗粒流(PFC3D)数值模型，基于柱坐标系真实描述了油藏开采过程中的流固耦合效应，运用几何学方法揭示了油井出砂发生发展的实质，为细观尺度揭示油井出砂机理提供了研究手段。（3）提出了多因素协同控制的储层出砂机理分析方法，分析了储层物性、油藏流动及储层围压改变后的砂岩力学特性，更准确地揭示多因素协同控制的储层出砂机理。（4）建立了全面模拟岩土介质物性特征的三维细观数值模型，通过砂土介质压力盒的标定及渗透破坏的测试应用，实现了考虑多场耦合效应的通用细观分析软件，为储层出砂预测、优化油井防砂、增强石油开采及渗流控制提供了技术手段和新的研究视角。在本项目的资助下，共发表学术论文19篇，其中SCI收录2篇，EI收录12篇；申请发明专利3项，其中获权专利1项；获中国岩石力学与工程学会科学技术奖一等奖1项；培养硕士研究生7名。