关于油井出砂问题参量研究.pdfVIP

‘工程力学，增刊 19孵年 关于油井出砂问题的参量研究 章根德 高福平 中一科学奠力学研究所置囊lO●∞O， 刘存林 何鲜 (太港油田地质研究脘天津300280) 提要：本文采用量纲分析的方法对油井砂质围岩的稳定性的主要影响因素进行了分析．并采用线 性应变硬化弹塑性本构模型对球形和柱形空洞进行了应力应变分析．在此基础上．对围岩的两种破坏形 式一剪切破坏和拉伸破坏进行了计算模报．结果表明，可以通过改变井压和井壁的压力梯度两个独立变 量．来控制出砂过程． 关键词：出砂，油井围岩．岩石空洞稳定性 1引言 在油田开采的过程中，经常会遇到油井产砂现象．产液流速较高时，将发生产砂现象： 当水力侵蚀后，产砂率有时会提高；然而，流速降低，有时产砂并不一定停止；油井产砂 量较多时．将会在射孔附近形成空洞，如图1所示，最终导致油井套管的损坏：当井压非 常低时，还会发生井壁坍塌等等．因此，准确 地分析井壁围岩应力，找出影响围岩破坏的主 要因素，进而有效地控制产砂过程，对采油工 程是具有重大意义的．对产砂现象，许多研究 者提出了不同的分析方法，但没有一种方法能 完全解释以上现象．这主要是由于某些方法往 往只强调了问题的一方面，例如，关于空洞破 坏准则：一种强调孔隙流体的渗透压力 et (Bratli a1)IIj=而另一种则强调边界荷 rt 载(Geesm)H．然而，一些现象主要由 于油井空洞周围的流体渗透力引起的，另一些 现象却主要与井压有关．本文从量纲分析的观 点，分析了油井砂质围岩的稳定性的主要影响 因素．并且，在综合考虑各主要因素的基础上． 图1油井大量产砂后，在射孔段会形成空洞 对围岩的两种破坏形式一剪切破坏和拉伸破坏 章根撼玛．19●2．10出生．教授 《工程力学》增刊 1999年 进行计算分析． 2围岩稳定性的因素分析 在已知空洞围岩产砂的控制方程和边界条件的情况下，可以对围岩稳定性影响因素进 行量纲分析．本文只对达西流动进行分析，对于非达西流动和多相流动，可采用类似的方 法推得． 油井围岩的平衡方程： 仃玑，+E；0 (1) 几何方程： q=÷∞+％) (2) 协调方程： 。q，姓+8H出一￡Lk．#一s}l止。o m 围岩的本构方程采用线性加工硬化弹塑性模型： 驴半妒盖酗一+(引鸭+s： (4) 以上各式中，‘为外力，占为杨氏模量，v为泊松比，尸为孔隙压力，s#为岩体的塑 性应变张量，乃为有效应力：孑口=口∥一(P一只印pⅣ，口口为总应力，只为毛细水压力． 另外，本文假定拉应力为正，压应力为负． 出现塑性屈服后，塑性流动方程： 凰羲] 瞄= f可 矿]j I瓦苏一 式中，，(-一)=也[(-，一孑：)2+帚：一孑；)2+(II一-3)2]+s(I，+孑z+_3) 出，=(；靠#瑚j 对于线性应变硭化材料，出’t删，．其中，如’为塑性剪应变增量，出e为弹性应变 增量，肘为硬化参数． 对于Darcy‘s流动，流体所满足的方程： 驴t娑 (6)、‘ ，w 式中，g。为孔隙流体流动速度，I为流体