[发明专利]油井出砂的三维数值模型设计

权利要求书

1.油井出砂的三维数值模型设计，其特征在于，包括以下步骤：

1）读入实际油井的几何尺寸，建立柱坐标系下的射孔三维数值模型；

2）根据射孔试验过程的实际情况，将所述射孔三维数值模型划分成若干单元；

3）根据所述射孔三维数值模型的砂岩颗粒分布，计算出每一个单元的孔隙率；

4）根据射孔中流动的流体参数和所述孔隙率，计算出流体压力梯度力和拖曳力，所述流体压力梯度力和拖曳力引起所述射孔三维数值模型中砂岩颗粒的重新分布；

5）重复步骤3～4，直到计算结果收敛。

2.根据权利要求1所述的油井出砂的三维数值模型设计，其特征在于：所述射孔三维数值模型是根据实际油井的射孔的尺寸参数建立的，所述实际油井的射孔包括贯通的内孔和所述内孔周围的砂岩。

3.根据权利要求2所述的油井出砂的三维数值模型设计，其特征在于：所述射孔三维数值模型是以所述内孔的中轴线为z轴，来建立柱坐标系下的三维数值模型。

4.根据权利要求1所述的油井出砂的三维数值模型设计，其特征在于：选定具体的储层砂岩，得到砂岩颗粒的密度、根据级配曲线得到砂岩的最大颗粒与最小颗粒半径比和最小颗粒半径；根据试验得到平行粘结的法向刚度和切向刚度、颗粒的摩擦系数、颗粒的法向刚度和切向刚度、平行粘结的法向强度和切向强度以及粘结程度的胶结半径比；计算得到每个流体单元的孔隙率n、沿着径向方向颗粒的平均直径颗粒的平均速度以及流体单元的平均速度u_f，r、考虑流体对颗粒产生的拖曳力和流体压力梯度力，计算每个流体单元的拖曳力系数和流体压力梯度

5.根据权利要求1所述的油井出砂的三维数值模型设计，其特征在于：步骤2）中，考虑流体的连续性，在柱坐标系下将整个模型离散成若干个流体单元，每个流体单元由径向、环向和水平边界控制，计算作用在位于流体单元内的岩石颗粒上的流体压力梯度力和拖曳力。

6.根据权利要求1所述的油井出砂的三维数值模型设计，其特征在于：所述岩石颗粒受流体作用发生运动，引起颗粒位置的重分布，每个流体单元孔隙率n的改变，单元孔隙率的变化又引起拖曳力和流体压力梯度的变化，从而引起颗粒细观力学效应和模型宏观力学特性的变化；数值计算中，对于任意给定的较小时间增量步，每个流体单元孔隙率的变化比较小，流固耦合分析时，引入一个更新参数N_up来确定渗流计算的时间，以此来提高计算机的运行速度和计算效率。

7.根据权利要求1所述的油井出砂的三维数值模型设计，其特征在于：选定具体的油井砂岩，确定具体的砂岩参数，数值计算结果与理论计算结果进行对比分析模型的稳定性，并对流体单元进行不同的划分进行数值计算，通过分析不同工况下的模型的切向应力σ_θ分布、平行粘结分布以及颗粒转动来确定，这些状态变量通过绘图来反映三维数值模型的稳定性和收敛性。