CN102110183B - 一种反映流体沿储层大裂缝窜流的数值模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反映流体沿储层大裂缝窜流的数值模拟方法，属于油田开发和计算流体力学领域。传统的油藏模拟模型建立方法，都不能有效地模拟油田开发过程中流体在大裂缝中的快速窜流现象。针对该技术难题，提出了“对大裂缝进行几何相似与水动力条件相似处理”的油藏数值模拟方法。采用此数值模拟方法，能很好地反映流体在大裂缝中的快速突进特征，从而保证了油藏数值模拟结果的可靠性，进而为油田开发方案的调整与优化提供合理的参考依据。本发明提出的油藏数值模拟方法具有原理简单、可操作性强、有效实用等特点，因而具有很好的推广应用价值。

Description

一种反映流体沿储层大裂缝窜流的数值模拟方法
技术领域
本发明属油田开发研究和计算流体力学领域，涉及一种反映流体沿储层大裂缝窜流的数值模拟方法，即通过控制网格剖分，让剖分后的网格能反映储层大裂缝的实际分布特征，并保证其宽度不能过大，做到“几何相似”，而且在模型建立过程中，还要调整有大裂缝穿过的网格渗流边界的渗透率，使该渗流边界的导流能力等于大裂缝的实际导流能力，做到“水动力条件相似”，然后对传统数值模拟软件进行网格适应性改进，使其具有非结构网格处理功能，采用改进后的数值模拟软件对上述建立的模拟模型进行运算，就可以很好地反映储层大裂缝中的流体快速突进特征。
背景技术
在实际油田开发过程中发现，由于储层大裂缝的存在，往往离注水井较近的生产井见水晚，而远离注水井的生产井却很快见水。如何反映流体沿这种大裂缝的快速窜流现象，一直是油藏数值模拟界的技术难题与研究热点。近年来，一些商用数值模拟软件针对大裂缝开发了一种等效模拟功能，但是我们研究测试发现，这种处理方法并没有效果，其实例中的成功有效性主要是因为采用了非相邻网格(NNC)技术，即通过非相邻网格(NNC)方法将有水网格直接与油井网格相连接，这种处理方法将空间位置本来相距甚远的两个网格，处理成直接相邻，显然不符合模拟准则中的“几何相似与水动力相似”条件。针对上述模拟问题，经过探索，本发明提出了在有大裂缝存在的油藏模拟模型建立过程中，要对大裂缝采用“几何相似与水动力条件相似”的油藏数值模拟处理方法，即必须保证油藏模拟中的网格剖分要能反映大裂缝的实际分布特征，做到“几何相似”，另外还必须使有大裂缝穿过的网格渗流边界的导流能力等于大裂缝的实际导流能力，做到“水动力条件相似”。实例验证结果表明，本发明提出的模拟处理方法能很好的反映流体在大裂缝中的快速突进特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种反映流体沿储层大裂缝窜流的数值模拟方法，本发明的目的是按以下方式实现的：
(1)确定油藏数值模拟研究区域的范围，形成模拟区域边界轨迹文件；
(2)根据地质情况，形成对储层流体运动有影响的裂缝轨迹文件，裂缝轨迹文件包括每条裂缝的编号、开度和相应的裂缝轨迹线段数据，当裂缝轨迹呈曲线分布时，则根据微分原理，用多条裂缝轨迹线段表示；
(3)根据步骤(1)中的模拟区域边界轨迹和步骤(2)中得到的各条裂缝轨迹线段，采用数值模拟前处理软件进行非结构网格剖分，剖分后形成的网格分两类，一类是非裂缝网格，另一类是离散裂缝网格，其中所有离散裂缝网格的某两条边都要平行于相应的裂缝轨迹线段，另外，各条大裂缝所对应的离散裂缝网格宽度和长度均人为指定，并且允许互不相同，一般离散裂缝网格宽度要控制在1-2米之间；
(4)以步骤(3)得到的网格为基础，建立油藏数值模拟静态模型；
(5)对离散裂缝网格中有裂缝穿过的渗流界面进行“水动力条件相似处理”，即对步骤(4)中得到的静态模型进行调整，对各个离散裂缝网格中有裂缝穿过的渗流边界进行渗透率修改，用以下公式表示：
渗透率＝(相应裂缝开度)2/12，其中：裂缝开度的单位是微米，渗透率单位是达西；
(6)以步骤(5)中经过调整的静态模型为基础，采用通用的油藏模拟模型建立方法与步骤，建立油藏模拟模型，油藏模拟模型包括注采井位置、注采井生产工艺、牛顿迭代、线性迭代模型参数和求解控制参数；
(7)对数值模拟软件进行网格适应性改进，使改进后的数值模拟软件能够接受步骤(3)中形成的非结构网格，然后采用改进的非结构网格数值模拟软件，运算步骤(6)中得到的油藏模拟模型，用以反映流体沿储层大裂缝的快速突进现象。
本发明的优异效果是：本发明针对传统的油藏模拟模型建立方法不能有效地模拟油田开发过程中流体在大裂缝中的快速窜流现象，提出了油藏模拟模型建立过程中必须做到“几何相似与水动力条件相似”的油藏数值模拟处理方法。采用此数值模拟方法，能很好地反映流体在大裂缝中的快速突进特征，从而保证了油藏数值模拟结果的可靠性，进而为油田开发方案的调整与优化提供合理的参考依据。
附图说明：
图1是离散裂缝网格宽度、长度示意图；
图2是模拟区域边界轨迹和六条大裂缝分布图；
图3是网格剖分俯视图；
图4是注水井、生产井位置图；
图5是“同时进行裂缝几何相似和水动力相似”处理后生产井1水淹时的饱和度场分布图；
图6是“仅进行裂缝几何相似处理”后生产井2见水时的饱和度场分布图。
具体实施方式
参照附图对本发明方法作以下详细的描述；
具体步骤如下：
(1)确定油藏数值模拟研究区域的范围，形成模拟区域边界轨迹文件；
(2)根据地质情况，形成对储层流体运动有影响的、裂缝的轨迹文件，轨迹文件包括每条裂缝的编号、开度和相应的裂缝轨迹线段数据，当裂缝轨迹呈曲线分布时，则根据微分原理，用一系列的裂缝轨迹线段表示；
(3)根据步骤(1)中的模拟区域边界轨迹和步骤(2)中得到的各条裂缝轨迹线段，采用专门研制的软件进行非结构网格剖分，剖分后形成的网格分两类，一类是非裂缝网格，另一类是离散裂缝网格，其中所有离散裂缝网格的某两条边都要平行于相应的裂缝轨迹线段，另外，各条大裂缝所对应的离散裂缝网格宽度和长度均人为指定，并且允许互不相同，一般离散裂缝网格宽度要控制在1米至2米之间，若离散裂缝网格宽度过大，则不能满足“几何相似”的模拟条件，因而不能有效反映其中的流体快速突进特征，若离散裂缝网格宽度过小，则容易导致模型求解不收敛；
(4)以步骤(3)得到的网格为基础，建立油藏数值模拟静态模型；
(5)对离散裂缝网格中有裂缝穿过的渗流界面进行“水动力条件相似处理”，即对步骤(4)中得到的静态模型进行调整，亦即对各个离散裂缝网格中有裂缝穿过的渗流边界进行渗透率修改，让其渗透率等于相应裂缝开度的平方除以12，其中裂缝开度的单位是微米，渗透率单位是达西；
(6)以步骤(5)中经过调整的静态模型为基础，采用一般的油藏模拟模型建立方法与步骤，建立油藏模拟模型，其中包括注采井位置、注采井生产制度以及牛顿迭代、线性迭代模型参数和求解控制参数；
(7)对数值模拟软件进行网格适应性改进，使改进后的数值模拟软件能够接受步骤(3)中形成的非结构网格，然后采用改进的非结构网格数值模拟软件，运算步骤(6)中得到的油藏模拟模型，则能够反映流体沿储层大裂缝的快速突进现象。
实施例
图2是一个油藏模拟工区范围和6条相交大裂缝的分布图。模拟区域的边界轨迹由线段AB、BC、CD、DA所形成，点A、B、C、D的坐标依次为A(0，0)，B(300，0)，C(300，300)，D(0，300)。6条大裂缝的轨迹由线段EF、GH、IJ、KL、MN、OP表示，轨迹点坐标分别为E(117.355，47.240)，F(148.245，225.830)，G(55.245，116.680)，H(254.790，207.970)，I(76.425，207.895)，J(196.170，267.565)，K(86.760，249.650)，L(252.980，101.395)，M(166.765，221.815)，N(255.505，156.285)，O(103.675，86.510)，P(237.380，92.110)。
基于上述模拟区域边界和大裂缝的轨迹数据，由专门的数值模拟前处理软件进行剖分，网格纵向上分为3层，每层厚度为5米，剖分后的网格俯视图如图3所示。
在静态地质建模时，油藏渗透率取3.2毫达西，孔隙度取0.13，油层总厚度取15米，初始含油饱和度取0.79，初始含水饱和度为0.21，地层压力取31.47MPa。
在对大裂缝穿过的渗流界面进行“水动力条件相似处理”时，裂缝EF的开度为200微米，裂缝GH的开度为210微米，裂缝IJ的开度为230微米，裂缝KL的开度为290微米，裂缝MN的开度为300微米、裂缝OP的开度为310微米，因而裂缝EF穿过的渗流边界渗透率为3333.333达西，裂缝GH穿过的渗流边界渗透率为3675.000达西，裂缝IJ穿过的渗流边界渗透率为4408.333达西，裂缝KL穿过的渗流边界渗透率为7008.333达西，裂缝MN穿过的渗流边界渗透率为7500.000达西，裂缝OP穿过的渗流边界渗透率为8008.333达西。
一口注水井和两口生产井的位置如图4所示，注水井以每天29立方米的速度注水，注水井的最大井底流压限制为56MPa，生产井1以每天21立方米的产液量进行定液量生产，生产井2以每天8立方米的液量进行定液量生产，两口生产井的最小井底流压限制为18MPa，极限含水率为0.98。牛顿迭代最大次数为18，线性迭代最大次数为81，线性迭代误差容限为1E-8，其余模型参数和求解控制参数采用默认值。采用具有非结构网格处理功能的模拟软件对模型进行运算，如图5所示，计算结果表明，注入水沿大裂缝快速窜流。与注水井距离远得多(233.9977米)、但通过大裂缝与注水井连通的生产井1很快见水，生产21天后就开始见水，生产150天后几乎完全水淹(含水率95.187％)，而离注水井较近(72.3897米)的生产井2，生产1800天后才采开始见水；由于油藏为特低渗透油藏，渗透率仅为3.2毫达西，另外生产井2未压裂，产液量低(每天仅8立方米)，而且注入水主要因裂缝窜流由生产井1产出，故生产井2见水时间很晚。
此外，若不对大裂缝穿过的渗流界面进行“水动力条件相似处理”，其余模型参数与前面实例中的情况完全一致，模拟计算结果表明，生产井2生产430天后见水(见水时的饱和度场分布见图6)，生产井1生产2111天后见水，而此时生产井2几乎水淹(含水为94.91％)。显然这种“仅裂缝分布几何相似”的模拟方式并不能反映储层裂缝的窜流现象，只有在建模过程中同时对大裂缝进行“几何相似与水动力条件相似”模拟处理，才能有效反映储层裂缝中的流体快速突进特征。

Claims (1)

1.一种反映流体沿储层大裂缝窜流的数值模拟方法，其特征在于处理方法如下：
(1)确定油藏数值模拟研究区域的范围，形成模拟区域边界轨迹文件；
(2)根据地质情况，形成对储层流体运动有影响的裂缝轨迹文件，裂缝轨迹文件包括每条裂缝的编号、开度和相应的裂缝轨迹线段数据，当裂缝轨迹呈曲线分布时，则根据微分原理，用多条裂缝轨迹线段表示；
(3)根据步骤(1)中的模拟区域边界轨迹和步骤(2)中得到的各条裂缝轨迹线段，采用数值模拟前处理软件进行非结构网格剖分，剖分后形成的网格分两类，一类是非裂缝网格，另一类是离散裂缝网格，其中所有离散裂缝网格的某两条边都要平行于相应的裂缝轨迹线段，另外，各条大裂缝所对应的离散裂缝网格宽度和长度均人为指定，离散裂缝网格宽度要控制在1-2米之间； 
(4)以步骤(3)得到的网格为基础，建立油藏数值模拟静态模型；
(5)对离散裂缝网格中有裂缝穿过的渗流界面进行“水动力条件相似处理”，即对步骤(4)中得到的静态模型进行调整，对各个离散裂缝网格中有裂缝穿过的渗流边界进行渗透率修改，用以下公式表示：
渗透率=（相应裂缝开度）2/12，其中：裂缝开度的单位是微米，渗透率单位是达西；
 (6)以步骤(5)中经过调整的静态模型为基础，采用通用的油藏模拟模型建立方法与步骤，建立油藏模拟模型，油藏模拟模型包括注采井位置、注采井生产工艺、牛顿迭代、线性迭代模型参数和求解控制参数；
(7)对数值模拟软件进行网格适应性改进，使改进后的数值模拟软件能够接受步骤(3)中形成的非结构网格，然后采用改进的非结构网格数值模拟软件，运算步骤(6)中得到的油藏模拟模型，用以反映流体沿储层大裂缝的快速突进现象。
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