超深层孔隙-裂缝型致密砂岩地层的井壁失稳热流固耦合机理研究

基本信息
批准号:51804269
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:高佳佳
学科分类:
依托单位:西南石油大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:司孟菡,唐志强,吴旭宁,陈昀
关键词:
孔隙裂缝型致密砂岩热流固耦合井壁失稳超深层解析解
结项摘要

The existing model regards the fractures as weak plane and thus the thermo-hydro-mechanical coupling theory of single-porosity porous medium is adopt to study the mechanism of wellbore instability of fractured tight sand in ultra-deep formation. However, the coupling effect between the matrix block and fracture system is ignored. Under the framework of the daul-poroelastic theory, it is conceptualized as two separate and overlapping continua: matrix block and fractures, and each has its own mechanical deformation characteristics and physical parameters (dual-porosity and dual-permeability) in this study. Combining the phenomenological method (micromechanical approach associated with experimental analysis) with the system macroscopic approach (utilizing the conservation equations including mass, momentum and energy and entropy production theory to establish different forms (including local thermal equilibrium(LTE) and local thermal non-equilibrium (LTNE) theory) of Clausius-Duhem inequality for fractured porous medium) to establish the governing equation for the behavior of fractured porous medium considering the thermo-hydro-mechanical coupling. When the plane strain assumption holds, one derive the three-dimensional numerical and analytical solutions about the field variables around arbitrary deviated borehole under non-hydrostatic stress field in the fractured porous formation. Through the comparison between the new model and the existing model, it clarifies the mechanism of wellbore instability considering thermo-hydro-mechanical coupling for fractured tight sand in ultra-deep formation and proposes the engineering solutions.

针对超深层孔隙-裂缝型致密地层的井壁失稳机理,现有模型将孔隙-裂缝型致密砂岩中的裂缝视为弱面,采用单重孔隙介质的热流固耦合理论进行研究,忽略了基岩块体与裂缝系统间的相互耦合作用。本项目以双重孔隙弹性理论为基础,将孔隙-裂缝型致密砂岩概念化为独立但重叠的两个连续性介质(基岩块体和裂缝系统具有各自的力学变形特征和物性参数(即双孔隙度双渗透率型))。采用唯象方法(实验微观力学分析)和系统宏观方法(应用质量、动量和能量守恒方程及熵增原理,建立不同形式(局部热平衡(LTE)和局部热非平衡(LTNE)理论)的克劳修斯-杜亨不等式)相结合,用以构建孔隙-裂缝介质热流固耦合行为的控制方程。基于该控制方程,推导出平面应变条件下,孔隙-裂缝型地层内钻任意斜井眼井周围岩场变量的三维数值解和解析解。通过新模型与已有模型对比分析,阐述超深层孔隙-裂缝型致密砂岩地层的井壁失稳热流固耦合机理,提出工程解决对策。

项目摘要

以双重孔隙弹性理论为基础,将孔隙-裂缝型致密砂岩概念化为独立但重叠的两个连续性介质(基质系统和裂缝系统具有各自的力学变形特征和物性参数(即双孔隙度双渗透率型))。采宏观热动力学方法(应用质量守恒、动量守恒和能量守恒方程及熵增原理),建立不同形式(局部热平衡(LTE) 和局部热非平衡(LTNE)理论)的克劳修斯-杜亨不等式,进而确定孔隙-裂缝介质热流固耦合行为的控制方程的基本框架。结合唯象方法确定出双重孔隙热弹性耦合模型本构方程的孔隙热弹性参数。基于平面应变条件,推导出孔隙-裂缝型地层钻任意斜井眼的井周围岩场变量的三维解析解。研究表明,超深层孔隙-裂缝型致密砂岩地层的井壁失稳机理为热流固耦合作用导致安全钻进密度窗口具有时间相关性。随井眼钻开后间隔时间增加,破裂压力减小而坍塌压力增加致使安全密度窗口逐渐变窄。裂缝发育程度与安全密度窗口大小呈正相关性。该项研究量化了裂缝尺寸的封堵比例与安全密度窗口的关系,对钻前合理设计“含时间相关性的安全密度窗口”提供了理论依据,为改善超深层孔隙-裂缝型致密砂岩地层井眼稳定问题提供了新方法和新思路。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

农超对接模式中利益分配问题研究

农超对接模式中利益分配问题研究

DOI:10.16517/j.cnki.cn12-1034/f.2015.03.030
发表时间:2015
2

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
3

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020
4

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021
5

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.03.004
发表时间:2019

相似国自然基金

1

考虑热流固耦合的深层页岩气藏水力裂缝扩展实验与数值模拟研究

批准号:51904321
批准年份:2019
负责人:曾青冬
学科分类:E0402
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

多尺度多场应力耦合致密砂岩体积改造裂缝评价模型研究

批准号:51504042
批准年份:2015
负责人:肖阳
学科分类:E0402
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于流-固-化耦合理论的欠平衡钻水平井井壁失稳机理研究

批准号:51474186
批准年份:2014
负责人:何世明
学科分类:E0401
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
4

裂缝性地层封堵系统突变失稳机理与控制

批准号:51704043
批准年份:2017
负责人:佘继平
学科分类:E0401
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目