储层岩石被广泛认为是弹塑性多孔介质,由有效应力原理,储层承受的总应力由储层岩石骨架所承受的有效应力和储层孔隙流体孔隙压力共同承担。在油气开采过程中,一方面,由于孔隙流体压力的变化,会引起储层岩石骨架有效应力的变化,最终导致储层的物性参数,特别是孔隙度、渗透率的变化;另一方面,储层物性参数变化又反过来影响孔隙流体的流动和孔隙流体压力分布。即岩石的变形与其内部孔隙流体的流动存在着相互作用,这种相互作用即为渗流与应力动态耦合,也称储层流固耦合作用。目前我国勘探发现了大量的致密性油藏,其中致密砂岩油藏在中国最丰富,分布最广泛,勘探前景广阔,已在鄂尔多斯、准噶尔、松辽、渤海湾和四川等盆地获得工业发现。致密砂岩油藏储层孔喉细小,大量研究表明其变形量对储层物性参数的影响要远高于常规油藏,而注水补充储层能量几乎是致密砂岩储层开发必须的增产技术措施,在此措施增产开发过程中,储层砂岩骨架的膨胀与破裂大大加剧了储层变形对储层物性参数的影响,即砂岩储层开发过程中存在更加显著的流固耦合作用。另外随开发时间的延长,流固耦合效应呈现出更显著变化,将导致储层物性参数变化,特别是孔隙度和渗透率变化更加显著,而孔隙度、渗透率以及岩石的变形能力与油气的采出量直接相关,因此为了对参数未来的变化规律做出预测,准确模拟储层中的流体流动,并正确预测储层开采过程,揭示储层渗流场与应力场的分布规律,就必须考虑由于注水和开采所引起的储层孔隙流体的渗流状态变化与储层岩石骨架应力状态变化及储层变形之间的动态耦合作用。本文在前人大量的实验和理论研究成果的基础上,在致密砂岩储层流固耦合理论方面完成了以下研究工作:(1)基于有效应力原理,研究了储层流固耦合作用的力学机理与流固耦合作用过程;探讨了在注水过程中岩石骨架的弹塑性膨胀变形机理;在采出过程中,岩石骨架的弹塑性收缩变形机理。基于流固耦合作用机理,研究了多油层合采和笼统注水层间干扰机理。(2)结合有效应力原理、经典渗流力学理论和岩石骨架本构关系,总结了储层岩石骨架变形和储层渗流理论模型的基本方程组和边界条件。(3)总结储层物性参数动态模型已有的研究成果,推导并首次建立了流固耦合作用下致密砂岩储层注采过程中孔隙度随体积应变、孔隙压力变化的动态演化模型;建立了渗透率随体积应变、孔隙压力变化的动态演化模型。(4)阐释了求解流固耦合问题的非线性有限元方法基本原理,并结合给出的储层岩石骨架变形和储层渗流理论模型的基本方程,回顾了流固耦合问题的瞬态有限元求解列式的推导过程,该列式是本文基于ABAQUS模拟的数学基础,并讨论了ABAQUS有限元软件平台求解该列式的基本步骤。(5)最后基于ABAQUS有限元平台就推导的储层物性参数动态演化模型进行了场变量用户子程序二次开发,对不同的开发模式下的开发过程实现了渗流与应力动态全耦合数值模拟计算。本文给出的流固耦合模型、理论研究方法以及ABAQUS有限元软件数值模拟方法可用于分析致密砂岩储层开发过程中有效地层应力、岩石应变、孔隙度、渗透率、储层压力等随时间和空间的变化规律,以及其对储层的渗流和生产动态的影响,对于更准确模拟致密砂岩储层的开发动态,从而指导储层开发的长远规划和生产方案调整以达到稳产与高产具有一定的参考价值。