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目录1油藏流固耦合理论研究现状....................................................................................21.1流固耦合问题的来源及早期研究状况.........................................................21.2低渗透油藏、普通砂岩油藏、双重介质油藏等流固耦合理论国内外研究现状........................................................................................................................31.2.1问题来源..............................................................................................31.2.2国外研究现状......................................................................................31.2.3国内研究现状......................................................................................41.3疏松砂岩油藏流固耦合理论国内外研究现状.............................................51.3.1国外研究现状......................................................................................51.3.2国内研究现状......................................................................................61.4小结.................................................................................................................61.5参考文献.........................................................................................................82油藏流固耦合理论的研究动向及发展趋势............................................................93油藏流固耦合理论的应用领域及前景....................................................................94附期刊气井的流固耦合渗流场分析…………………………………………...121油藏流固耦合理论研究现状从力学角度分析，流固耦合渗流理论是渗流力学和岩石力学交叉而产生的一个力学分支，它是研究变形固体在渗流场作用下的各种响应以及固体变形对渗流影响这二者交叉作用的学科[1]。地下流固耦合理论的研究方法主要包括细观尺度水平上的微观研究方法和以连续介质概念为基础的宏观研究方法[2]。前者更注重对耦合作用机制的研究，后者则借助表观唯象方法，将微观无规则孔隙流动均匀化为宏观连续渗流场，把固相介质场域和流体孔隙场域处理为相互覆盖的双重数学场，引入表征单元体概念来描述场的宏观性质及参数变化，渗流场和固相介质场之间的相互作用则由Terzaghi一类的有效应力公式来体现。1.1流固耦合问题的来源及早期研究状况关于流固耦合作用的研究最早源于土固结理论的需要。Terzaghi(1925)首次提出饱和土的一维固结理论，建立了一维弹性多孔介质固结理论，提出了“有效应力”的概念，该理论在土力学中得到了广泛应用。Terzaghi(1943)在一维固结理论的基础上推导建立了三维固结理论。Biot(1941)[3]研究了三维变形介质与孔隙压力的相互作用，假设岩石为线弹性各向同性、小变形，不可压缩单相渗流，得到了以固体位移和流体孔压为基本变量的流固耦合方程，为后续流固耦合理论研究奠定了基础。Biot(1955)进一步研究并建立了各向异性线弹性多孔介质固结理论。Biot(1954)建立了各向异性粘弹性多孔介质固结理论并研究了其松弛现象。Byrlee(1971)对比分析了Biot有效应力原理与Terzaghi有效应力原理，研究表明前者更具一般性。Rice(1976)重新表述了Biot理论，认为岩石孔隙结构的改变依赖于孔压和骨架应力的共同作用。Zienkiewicz(1984)[4]在Biot三维固结理论基础上，考虑几何非线性和材料非线性提出了广义Biot公式。Mctigue(1986)[5]将Biot理论应用于变温条件，建立了单相渗流的热、流、固三场耦合模型。Savage(1991)[6]建立了横观各向同性线弹性多孔介质三维固结理论。1.2低渗透油藏、普通砂岩油藏、双重介质油藏等流固耦合理论国内外研究现状1.2.1问题来源上世纪70年代以来，石油钻井及开发领域相继提出了一系列流固耦合问题，如储层井眼稳定及产层出砂、套管损坏、油气层开发导致的上覆岩层变形、压实和沉降等。几乎从钻井到开发各领域涉及到的具体问题都与流固耦合有关，这也使得流固耦合研究在石油钻井及开发领域显得越来越重要，并受到研究人员的高度重视。1.2.2国外研究现状近年来，一些国外学者相继开展了一系列油藏工程方面的地质力学问题研究，在热、流、固耦合理论及其工程应用方面做了大量研究工作。Settari(1992)[7]开展了一系列石油开发领域的热、流、固耦合理论研究，建立了以孔隙压力、骨架位移、温度为基本变量的热、流、固耦合模型，分析了多场耦合作用对油藏变形及开发产能等的影响，为后续流固耦合油藏模拟研究做了许多开创性工作。Fung(1992)[8]建立了二维恒温渗流与油藏变形耦合模型，采用控制体积有限元法求解该模型，后又将其扩展为热、流、固耦合模型，采用显式交替方法求解。Heffer(1997)[9]利用流固耦合油藏模型研究了多因素对水驱效果的影响，研究表明流固耦合作用及天然裂缝等因素对水驱效果有重要影响。Chin(2000)采用全耦合单相渗流地质力学模型研究了应力敏感油藏中流体渗流、储层骨架应力及储层物性参数之间的相互作用。Khan(2000)建立了一个地质力学模型，模拟表明油藏应力路径取决于油藏大小、形状及油藏弹性模量的大小，另外，储层孔压下降导致的有效应力变化会使得储层渗透率各向异性程度增强。Chin(2000)建立了一个完全耦合的单相渗流流固耦合模型并将其应用于应力敏感油藏的试井分析，研究表明高度应力敏感油藏的流固耦合作用会显著影响试井曲线分析结果。Gutierrez(2001)基于Biot理论和多相渗流理论建立了变形介质的多相渗流流固耦合模型，并采用全隐式格式对全耦合方程进行了有限元离散求解。Raghavan(2004)采用流固耦合油藏模型研究了油藏应力状态及力学参数等因素对油藏产能的影响，研究表明对于应力敏感性较强的油藏来说，渗透率应力敏感性会明显降低油井产能。David(2004)[10]针对迭代求解流固耦合油藏模型提出了一种孔隙度计算新方法，将储层孔隙度作为孔压、温度、平均应力的函数，同时指出流固耦合模拟将向非线弹性(弹塑性、大变形、粘弹性等)多相流方向发展。1.2.3国内研究现状上世纪90年代以来，国内学者针对流固耦合问题也开展了大量研究工作，在流固耦合模型建立、求解及工程应用等方面取得了一系列成果。冉启全(1996)[11]建立了多相多组分渗流弹塑性流固耦合模型，其中，渗流场采用有限差分求解，变形场采用有限元法求解，二者交替进行，采用该耦合模型对油藏开发动态进行了模拟分析。董平川(1998)[12]建立了完全耦合的弹塑性储层油、水两相耦合渗流数学模型，采用Galerkin法对耦合方程进行了离散求解。薛世峰(1999)建立了非混溶饱和油、水两相渗流弹塑性流固耦合模型，采用全隐式格式对渗流场进行有限元离散，并采用解耦方法求解耦合场。李培超(2002)、徐献芝(2001)[13]等将新的多孔介质有效应力计算模型引入到流固耦合渗流中，建立了一种新的单相渗流流固耦合模型。刘建军(1999)分别针对裂缝性低渗透油藏油气渗流、地下水渗流、煤层气开发等多个问题建立了相应流固耦合模型，其中，渗流场求解采用有限差分法，变形场求解采用有限元法。徐向荣(2001)建立了油藏多相渗流流固耦合模型及天然气藏流固耦合模型，利用有限差分法将渗流方程和岩石应变方程离散成主对角占优的七对角矩阵，采用隐式迭代方法求解流固耦合方程。王自明(2001)[14]建立了完全耦合的多相渗流场方程、弹塑性变形场方程及温度场方程，采用有限元与有限差分相结合的方法求解耦合模型。周志军(2002)针对低渗透油藏建立了三相多组分渗流弹性流固耦合模型，并对全耦合、显示耦合、迭代耦合三种求解方法及其求解格式进行了总结。张烈辉(2004)[15]基于低渗透气藏渗流机理，建立了低渗透气藏弹塑性流固耦合数学模型，采用有限差分与有限元法相结合的方法求解耦合模型。薛强(2003)对工程中的一类强非线性耦合渗流问题采用摄动理论进行了解析求解，探讨了模型中的压力动态分布特征，后于2004年考虑流体可压缩性及固体变形影响，建立了地下水渗流流固耦合模型，并采用有限元法进行求解。孙培德(2004)[16]建立了煤层气在各向异性非均质的孔隙与裂隙双重可变形介质中渗透与扩散的气固耦合数学模型，并采用有限差分中的强隐式法求解气固耦合方程。孔祥言(2005)基于线性热弹性理论，建立了包括单相渗流方程、本构方程和能量方程在内的饱和多孔介质热、流、固耦合方程组，并讨论了其求解方法。黎水泉(2000)建立了双重孔隙介质非线性渗流流固耦合模型，并采用有限元法进行求解。吉小明(2003)提出了一种基于混合物理论的孔隙－裂隙流固耦合数学模型，并对其进行了有限元离散。刘晓丽(2004)建立了水气两相渗流与双重介质变形的三维流固耦合数学模型，并采用Galerkin法推导了相应有限元求解公式。孔亮(2007)[17]在多孔介质弹性理论和广义有效应力的基础上建立了双重孔隙介质非饱和渗流流固耦合模型。1.3疏松砂岩油藏流固耦合理论国内外研究现状上世纪80年代末以来，国外学者围绕疏松砂岩弱胶结稠油油藏开发开展了一系列研究工作，针对疏松砂岩油藏塑性变形、出砂预测及出砂对整个油藏渗流动态影响等问题开展了一系列室内实验及数值模拟研究工作。1.3.1国外研究现状Smith(1988)[18]研究发现出砂生产会在油藏内部产生一系列高渗透率通道，储层岩石屈服会加快生产速率并降低油藏应力水平，可利用地质力学模型预测储层岩石的塑性屈服。Wong(1988)[19]采用有限元法模拟研究了冷湖油田蒸气驱过程中的孔压及温度改变所导致的油藏应力状态变化。Papamichos(1998)研究建立了稠油冷采流固耦合模型，将孔隙度作为流固耦合基本参数，认为孔隙流体流动会对储层产生冲蚀作用，可在一定程度上提高孔隙度并导致油砂混合流动。YarlongWang(2001)利用油藏与地质力学耦合模型研究了出砂对稠油油藏产能的影响，研究发现适量出砂可大大增强油藏渗透率及孔隙度，明显增强油藏产能。Wang(2004)[20]建立了一个出砂分析模型，并给出了该模型的一维稳态解，该模型可对地应力及降压生产等因素进行敏感性分析。1.3.2国内研究现状曾流芳(2002)[21]采用Monte-Carlo法模拟疏松砂岩油藏出砂的发生和发展，研究了出砂几率与井径、生产压差、储层均匀性之间的关系，其