关于突变理论油气井出砂预测新方法.pdf

第 32卷 第 2期 西南石油大学学报 (自然科学版) V01．32 No．2 2010年 4月 JournalofSouthwestPetroleumUniversity(Science＆TechnologyEdition) Apr． 2010 文章编号：1674—5086(2010)02—0128—05 基于突变理论的油气井出砂预测新方法 师俊峰 ，刘玉章 ，吴晓东 ，张建军 ，孟宪伟 (1．中国石油勘探开发研究院，北京 海淀 100083；2．中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 昌平 102249) 摘 要：根据弹塑性力学理论建立了考虑渗流情况下的油气井井眼围岩的势能函数，以该势能函数为基础，应用突变 理论的尖点突变模型研究油气井的出砂物理过程，进而建立了出砂预测的全新数学模型，求取无砂生产的临界流速， 并在此基础上对影响出砂的敏感性因素进行 了分析。首次引入突变理论对油气井出砂机理进行分析，建立了无砂生 产临界流速的全新求解方法。实例表明该模型的计算结果可靠，敏感性分析表明塑性区的污染是出砂的主要原因。 相对以往 出砂预测模型，该模型考虑的因素更多，计算结果更可靠。应用突变理论研究油气井出砂机理为出砂预测 提供 了新 的研 究方法。 关键词：出砂；临界流速；突变理论；势能函数；尖点突变 中图分类号：TE345 文献标识码：A DOI：10．3863／j．issn．1674—5086．2010．02．025 油气井 出砂一直是困扰油气 田开发的主要难 有力方法。以上条件决定了突变理论可以用于解决 题，对出砂的临界条件进行预测可以起到防患于未 出砂预测的问题 。本文应用突变理论分析井眼周围 然的作用。 目前对出砂临界条件的预测可分为经验 能量失稳，并导出了临界出砂流速的新模型。 方法 (组合模量法、斯伦贝谢法等)和理论预测方 法。前者主要基于一些油 田生产特征的统计结果， 1 井眼围岩应力分析 其应用具有局限性 ¨ ；对于后者，Bratli和 Risnes 应用空洞模型研究砂拱和出砂 ，建立了单相稳态流 为了用突变理论研究油气井 出砂机理和出砂过 动的临界流速方程 ；Perkins和 Weingarten把 Bratli 程 ，首先要根据井眼围岩的力学模型，研究井眼围岩 的研究理论扩大到单相气藏 ；YarlongWang等人 的受力情况。假设地层岩石原始处于弹性状态，由 建立了油藏 一地质力学耦合模型，以临界塑性应变 于钻完井的外力扰动，井眼附近的岩石性质发生变 为准则计算临界出砂条件 ；练章华 等人应用有 化，由岩石力学理论知，当弹性岩石应力达到莫尔一 限元方法对临界出砂条件进行了研究，这些方法所 库仑准则表示的条件后，地层岩石将 由弹性转变为 需参数需要实验获取，且计算耗时长。 塑性状态，弹性解将不再适用。如图1所示，设井眼 突变理论是20世纪 70年代发展起来的一门新的 数学学科 ，主要研究动态系统中的不连续现象，描述 一 系列连续陛的量变如何演变成跳跃式质变的数学理 论。突变理论主要研究势函数，并根据势函数将临界点 分类，进而研究I临界点附近的不连续特征势。它直接处 理不连续性而不联系任何特殊的内在机制，这使它特别 适用于对内部作用尚未知系统的研究。 油气井出砂机理是一个复杂的过程，许多因素的 作用机制尚未明了；出砂过程是在许多因素作用下从 量变到质变的过程 ；油气井出砂是由于井眼岩石稳定 图1 井眼围岩应力分布图 性遭到破坏而引起的，而突变理论是解决失稳问题的 Fig．1 Stressdistributionofwellboresurroundingrock 收稿 日期 ：2009—04—30 作者简介 ：师俊峰 (1981一)，男(汉族)，河南项城人，在站博士后 ，主要从事采油工程技术研究。 第 2期 师俊峰 ，等： 基于突变理论的油气井出砂预测新方法 129