热流体耦合作用下的页岩应力敏感性分析.pdf

热一流体耦合作用下的页岩应力敏感性分析 薛世峰1 R．C．K．Won92于来刚1孙峰1 (1中国石油大学，华东；2 Calgary大学，加拿大) 摘要：本文在总结多孔隙介质热一弹性耦合问题数学模型的基础上，解释了热流作用环境 下的超孔隙压力产生机制；采用顺序迭代的解耦算法，推导了该类复杂耦合模型的隐式Galerkin有 限元公式，并结合加拿大帝国石油公司的一个实际课题——蒸汽注入导致页岩超孔隙压力，给出 r一个数值求解算例。 关键词：低渗透页岩耦合模型有限元数值分析 c。——多孔隙流体的可压缩系数。 一、引言 流动扩散时间系数t。可以通过下式估 算： 饱和孔隙流体和岩层骨架受热后发生膨 ”旷，(焘) 胀。由于流体受热膨胀率高于岩层骨架，在 受热膨胀过程中低渗透岩层内会产生超孔隙 式中^——页岩层的厚度。 压力，导致岩层骨架膨胀变形，严重情况下岩 温度变化(AT)能显著影响页岩孔隙压力 层结构会发生拉张破坏。 的变化(J．R Booker，1984；YarlongWang， 自Schiffman(1971)提出多孔隙介质热 C．k 1994；RWong，1997)。在高温环境的 弹性方程以来，后人又建立了许多更为准确 超压页岩中+拉伸和剪切破坏都有可能发生。 的数学模型。对于热一流体一变形耦合问题 一系列石油开采技术包括热采、水力压裂以 而言，存在着两个与岩层介质响应相关的特 及核废料处理等一直都是目前研究的焦点问 征时间尺度：一是热量或温度的耗散；二是热 题。 效应引起的附加孔隙压力剖面的建立历程。 本文首先总结、评价了多孔隙介质热一弹 当孔隙压力耗散的特征时间明显大于温度耗 性耦合问题的数学模型，并尝试合理解释超孔 散时，岩层的时间响应主要由其本身的渗透 隙压力和热有效应力耦合作用问题。尽管一 率和注人流体控制，例如：蒸汽注入提高油井 些简单问题的数学解析法已经找到(M． 产量的过程。 Kurashige，1989；YarlongWang，1998)，但对 超低渗透率页岩(10“mD)的一维扩散 于更实际的耦台模型，有效的求解手段仍是采 方程可表示为： 用数值分析和仿真模拟。因此，求解耦合的多 业一旦盘 孔隙介质热一弹性问题的有限单元法应运而 Ox2 Ot—p,Cp 生。为了设计一个有效的数值求解程序，我们 式中K——页岩渗透率； 采用了隐式Galerkin有限元法和顺序