砾石充填防砂是目前国内外疏松砂岩油藏、稠油油藏水平井开发的主要完井技术之一，认清地层砂在砾石充填层中的运移、堵塞机理，明确油藏应力变化对储层孔渗参数的影响及地层砂运移、堵塞对砾石充填层孔渗等物性参数的影响，对准确预测砾石充填防砂水平井产能及合理优化水平井砾石充填完井设计具有重要意义。本文设计建设了一套砾石充填层堵塞规律模拟实验装置，评价了地层砂运移、堵塞对砾石充填层的损害情况；借用实际油井出砂及完井充填砾石，进行了不同砾石与地层砂粒径比情况下砾石充填层的堵塞机理实验及参数敏感性分析；根据多孔介质中液固两相流理论，考虑流动砂在孔隙中的垂向沉积和水平方向捕集影响，建立了砾石充填层中流动砂捕集浓度分布模型，以此为基础，提出了砾石充填层孔、渗等物性参数动态模型，并借助实验结果对该模型进行了进一步验证与完善；考虑体积应变，建立了储层孔隙度及渗透率物性参数动态模型，研究了不同储层体积应变情况下储层孔隙度和渗透率变化规律。依据多孔介质弹塑性变形和油藏渗流理论，结合储层物性参数动态模型，建立了地层流固耦合变形场方程和渗流场方程；考虑流动砂在砾石充填层中的捕集影响，根据多孔介质中液固两相流理论，建立了砾石充填层渗流模型；根据质量守恒、动量守恒理论及连续性边界条件，建立了水平井筒流动压降模型；考虑固体变形、渗流及井筒变质量流之间的耦合影响，提出了砾石充填防砂水平井产能预测数学模型，借助有限元法分别对模型进行空间和时间的离散，应用解耦求解方法，开发了模型求解系统，以经典单相流固耦合问题和液固两相流固耦合问题求解为实例，对模型求解系统进行验证与完善。计算分析表明，本文模型计算结果与实测数据的吻合程度较高，初始产能计算误差为7.27%左右，产能动态预测误差为6.80%左右。井筒变质量流的影响导致沿井筒流量分布为不对称“U”形，且油井跟端压力明显低于指端压力；地层砂在砾石充填层中的捕集导致砾石充填层内的压降比例随油井生产逐渐增大，油井产量逐渐降低。参数敏感性分析表明：井筒长度、水平渗透率及流体粘度对油井产能影响较大；储层渗透率及流体粘度是决定防砂有效期的长短的重要因素。