裂缝性储层超高压气体非稳态渗流规律与固相产出机理研究

深层高压天然气是我国天然气资源开发的重点。深层高压气渗流及其引发的固相产出是裂缝性气藏测试、开发的前沿理论，由于高压气向井内流动是复杂非线性气固耦合的动力学问题，国际学术界普遍认为高压气渗流及固相产出理论亟待建立。通过大尺寸真三轴岩石力学实验，开展高压气渗流与井壁失稳物理模拟，将试样井壁八向应变、径向多点压力监测与气流量、地应力、裂缝产状等因素相结合，建立近井孔隙压力与应力状态描述方法，掌握诱发裂缝性储层固相产出的影响规律。针对深层超高压气藏的特点，建立非稳态渗流的孔隙弹性动力学耦合模型，分析裂缝性高压气井井壁围岩失稳机理，提出相应的数学力学模型，建立固相产出的评价标准，进而建立不同井型不同完井条件的高压气井测试压差确定方法。高压气渗流及固相产出理论的建立将为高压气藏测试、开发设计提供科学依据，对高压气藏的高效开发具有重要科学意义,同时也为高压气藏渗流力学的基础研究提供实验方法和理论借鉴。

随着气藏流体流向井内，近井地带会形成一个压降漏斗。由于饱和岩体中流体和固体变形高度耦合，因此孔隙压力的改变会影响近井地带的围岩有效应力状态，进而可能造成高压气井固相产出。高压气流动具有较高的压缩性，气体加速效应一定会出现，严重影响井壁围岩的有效应力状态。理论研究表明：近井气体加速度效应可用一个无因次量来表征。该量定义为气体对流加速与Forchheimer惯性阻力的比值。通过大尺寸真三轴岩石力学实验，开展高压气渗流与井壁失稳物理模拟。试验表明：气体出口附近气体孔压梯度较高，有效径向应力存在负值，同时观察到了近阻塞流现象。建立非稳态渗流的孔隙弹性动力学耦合模型，分析裂缝性高压气井井壁围岩失稳机理。其中岩石的破坏分为拉伸破坏和剪切破坏。研究表明：无论压降漏斗如何，孔隙弹性都会导致有效径向应力成为拉应力，并在平均孔压相应位置上拉应力最大。气体加速效应强烈影响拉应力的大小。假设岩石剪切破坏服从莫尔库伦准则，井壁最先在最大水平主应力方向坍塌，最大水平主应力对应的临界坍塌半径可能大于最小水平主应力对应的坍塌半径。现场应用验证了模型的合理性。