加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系是實現國家能源安全戰略和「雙碳」目標的重大舉措。我國超深層天然氣（儲層埋深超過4500 m）資源豐富，是未來油氣上游業務發展的重要戰略領域。在超深層天然氣藏開發過程中，由於高溫、高壓和高應力條件的影響，儲層流體滲流存在明顯的多相流體流固耦合作用，流動機理十分複雜，常規的模型無法科學描述該類流動過程。如何準確描述高溫、高壓和高應力條件下天然氣藏多場耦合非線性流是建立超深層天然氣藏開發多場耦合理論的基礎，也是需要解決的關鍵力學問題，對超深層天然氣高效開發具有重要的理論和現實指導意義。
近年來，中國科學院力學研究所流固耦合系統力學重點實驗室「深部資源與環境力學」研究團隊與中國礦業大學、中國石油勘探開發研究院等單位在超深層天然氣藏開發流固耦合方面開展相關研究，以塔里木盆地超深層氣藏為研究對象，基於儲層滲流場和岩石變形場等多場耦合，建立了超深層儲層氣水兩相流固耦合數學模型，形成了超深層儲層兩相流固耦合模擬方法，揭示了超深層儲層流體流固耦合滲流規律。研究表明，應力場的變化對儲層孔滲影響大，流固耦合作用對天然氣生產動態具有重要影響。天然氣產量與儲層孔隙度、裂縫滲透率和泊松比呈強正相關性，高彈性開採條件下，井生產早期為縫控階段，產量高、遞減快，後期為基質控制階段，產量低、遞減慢，應及時補充儲層能量，研究工作為我國超深層天然氣資源高效開發提供理論基礎和關鍵技術支撐。
相關研究成果以Fully coupled modeling of two-phase fluid flow and geomechanics in ultra-deep natural gas reservoirs為題，發表在Physics of Fluids上。研究工作得到國家自然科學基金等的資助。
圖1.超深層天然氣藏流固耦合數學模型
圖2.超深層天然氣藏單井開採模型示意和現場生產驗證
圖3.儲層岩石物性參數敏感性量化對比
來源：中國科學院力學研究所
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