基于三维流-固耦合模型的油井出砂细观机制研究

油井出砂机制的研究是提高油藏产能和石油开采成本减小的关键课题，而常规的宏观力学理论和方法不能全面反映油藏开采过程中油井出砂的发生和发展。鉴于砂岩储层的物理性质和射孔试验特征，从岩土力学的角度建立基于柱坐标系的三维颗粒流数值模型，与理论分析成果进行比较，以说明该细观数值模型可行性，有效地模拟出砂过程中的渗流及流-固耦合效应。在该基础上，综合考虑流体压力梯度力和拖曳力，基于pfc3d模型模拟流体不同运动时的砂岩性态。数值分析得到的模型宏观应力图形说明流体运动对砂岩力学特性的影响不可忽略，且在相同条件下，流量越大，砂岩的塑性区越大，形成砂岩破坏出砂的几率也越大。同时，不同工况的砂岩黏结分布和颗粒转动图形表明，相同条件下流量越大，颗粒间平行黏结破坏越多，颗粒转动越大，失去黏结约束的颗粒也越多，出砂量就越大，可见两种细观特征图形与宏观应力图形变化规律一致，该模型可用于油井出砂机制的研究，可为出砂量预测及出砂控制提供新的研究思路。