储层出砂现象广泛存在于各类油藏的开发过程中,常会导致井眼堵塞、套管损坏或油井停产,从而影响产能。砾石充填防砂技术由于其适应性广泛、成本低、有效期长等特点,目前广泛应用于出砂严重的油井。工程实践表明,不合理的砾石充填防砂设计会降低油井产能、缩短砾石层的有效期,制约高出砂率储层的长期高效开发,因此亟需提出一种准确有效的砾石层动态渗透率预测方法以指导砾石充填防砂施工设计。砾石层属于典型人工充填颗粒堆积多孔介质,明确其内部侵入微粒的运移机理是开展砾石层渗透率预测工作的基础。本文首先开展颗粒堆积多孔介质流场特性研究,在考虑孔隙空间内速度梯度的影响下提出多收缩管模型来表征其非线性流场特性,并对影响其流动特征的因素进行了分析;基于结构化网格的CFD-DEM方法,模拟渗滤单元内多颗粒的水动力学特性,揭示各因素对单元内颗粒运移规律的影响;搭建砾石充填可视化装置,在室内实验条件下得到地层砂在模拟砾石层内的展布规律,主要研究侵入砂前沿与堵塞程度的变化规律。基于上述研究,开展砾石充填层动态渗透率预测数值模拟工作,结合颗粒轨迹模型、渗透率损伤模型与网格化数值模拟方法,将砾石层离散为多孔介质渗滤单元网格,模拟颗粒侵入造成的砾石层渗透率动态损伤过程,并基于Kozeny-Carman模型,结合数值模拟结果,得出砾石层动态渗透率的预测模型。本文结合理论研究、物模实验与数值模拟方法,研究了油井生产过程中砾石充填层内侵入地层砂的运移机理,提出了多收缩管模型、地层砂展布数值模拟方法以及渗透率动态预测模型,直观展现了生产过程中砾石层渗透率损伤规律,可用于指导现场砾石充填防砂设计。