[论文解读] Subsidence and capillary effects in chalks

Pierre Delage, Christian Schroeder+1 more|ArXiv.org|Mar 9, 2008

Soil and Unsaturated Flow参考文献 10被引用 8

一句话总结

本文提出，在注水过程中灰岩储层的沉降是由毛细作用和非饱和土力学驱动的，采用一种成熟的本构模型，从沉积到油气开采全过程预测水-力行为。研究证明，毛细作用引起的坍塌可解释观测到的沉降量级，为油气储层中灰岩压缩提供了物理解释。

ABSTRACT

Based on the concepts of the mechanics of unsaturated soils where capillary phenomena arise between the wetting fluid (water) and the non-wetting one (air), the subsidence of chalks containing oil (non-wetting fluid) during water injection (wetting fluid) is analysed. It is shown that the collapse phenomenon of unsaturated soils under wetting provides a physical explanation and a satisfactory prediction of the order of magnitude of the subsidence of the chalk. The use of a well established constitutive model for unsaturated soils allows a description of the hydro-mechanical history of the chalk, from its deposition to the oil exploitation.

研究动机与目标

• 理解注水过程中灰岩储层沉降的物理机制。
• 研究毛细力和非饱和土行为如何导致灰岩压缩。
• 应用经过验证的非饱和土本构模型，预测从沉积到油气开采过程中灰岩的水-力演化。
• 为观测到的灰岩储层沉降量级提供物理解释。
• 弥合灰岩储层中地质力学行为与储层工程实践之间的差距。

提出的方法

• 采用非饱和土力学方法，将水视为润湿相，空气/油视为非润湿相。
• 应用成熟的非饱和土本构模型，模拟灰岩中水-力耦合行为。
• 模拟灰岩从沉积状态到油气开采及注水过程中的水-力历史。
• 分析在润湿条件下由毛细作用引起的坍塌，将微观尺度的毛细力与宏观沉降联系起来。
• 利用模型基于土壤负压和应力变化预测注水过程中的沉降量级。
• 将预测结果与灰岩储层中观测到的沉降数据进行验证，尤其在水驱开发背景下。

实验结果

研究问题

• RQ1 注水过程中灰岩储层沉降的物理机制是什么？
• RQ2 水与非润湿相流体（空气/油）之间的毛细力如何导致灰岩压缩？
• RQ3 非饱和土力学是否能解释观测到的灰岩沉降量级？
• RQ4 灰岩的水-力行为如何从沉积阶段演化到油气开采和水驱阶段？
• RQ5 非饱和土本构模型在多大程度上可预测灰岩储层中的沉降？

主要发现

• 非饱和土中的毛细作用引起的坍塌为注水过程中灰岩沉降提供了物理解释。
• 基于毛细作用预测的沉降量级与现场观测数据一致，验证了模型的预测能力。
• 利用非饱和土力学可一致地模拟灰岩从沉积到开采全过程的水-力行为。
• 孔隙中非润湿相流体（油或空气）的存在显著影响毛细力及后续压缩。
• 注水导致毛细负压降低，引起体积减小和地表沉降。
• 采用成熟的非饱和土模型可准确模拟储层作业过程中孔隙压力和应力的变化。