油田开发过程中套管损坏数值模拟研究

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针对老油田,在油田开发过程中,随着生产时间的不断延长及开发方案的不断调整,地下岩体的受力状况发生了改变,进而在横向、纵向上发生位移,导致大量油水井套管发生了损坏。套管损坏造成井网不完善是目前老油田开发过程中的一个突出矛盾,直接影响到油田的高产、稳产。因此,开展油田开发过程中套损研究,有效提高油水井套管寿命具有重要意义,为油田实现高产、稳产,实现可持续发展提供支撑与保障。不同的油藏类型、不同的开发方式下,套管损坏类型和机理各不相同。以胜利油田为例,研究了不同油藏条件、不同开发方式下套管损坏原因及机理。结果表明,套管损坏主要有两个原因,一是多物理场耦合条件下的力学损坏,二是注入水、采出水对套管的腐蚀损坏。针对腐蚀性油藏,以广利油田为例,分析了腐蚀形态,通过对垢物进行扫描电镜、能谱分析、XRD测试及TGA等方式进行套管腐蚀机理反演研究,结果表明,广利油田套管腐蚀主要受CO2、氧、SRB、高矿化度等共同作用的结果。基于有限变形的假设,建立了中高渗油藏线弹性变形场方程;联立两维两相渗流模型,建立了中高渗油藏套损计算流固耦合模型;对流固耦合模型中的两维两相油水渗流方程及线弹性变形场方程进行有限元离散,利用FEPG有限元程序自动生成系统,编制了流固耦合有限元计算程序。定量考察了断层性质、储层的岩石力学参数以及开发参数变化对套管位移、套管Mises等效应力的影响规律,结果表明,在相同的工作条件下,交叉断层对套管损坏影响最大,作用范围最广,正断层次之,而逆断层对套管损坏影响最小;断层弹性模量越小,发生在套管上的位移越大,反之,套管上得位移越小;断层倾角越大,发生在套管上的位移越大;随着储层弹性模量的增加,套管上的位移略微减小;套管位移、Mises等效应力和注采压差成线性增长关系;套管位移、Mises等效应力随着注采比的增加先减小后增加,当油水井钻遇断层应合理控制注采压差、注采比,以确保套管安全。开发了基于地质模型的流固耦合有限元分析程序,并建立了胜利油田营8区块地质力学模型,在此基础上利用流固耦合有限元程序,研究了注采过程中地层的动态变形、孔隙压力的动态变化规律,结果表明,在油田注采过程中,由于断层渗透率较小,压力波很难穿过断层,在断层两侧产生非对称的孔隙压差,在流固耦合作用下断层两侧产生较大变形,从而导致断层两侧油水井套管发生损坏。
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