CN102383783B - 一种分析缝洞型油藏孔洞间油水流动特征的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分析缝洞型油藏油水流动特征的方法,属于油藏数值模拟领域。本发明的方法包括所述方法包括:对洞穴内的流动的数学描述和数值模拟、对多孔介质内的流动的数学描述和数值模拟和洞穴与多孔介质区的交界面条件。本发明提出了缝洞型油藏的孔洞与基质间交界面条件模型,并将界面条件的描述和数值模拟技术应用于油藏整体数值模拟,为科学合理地开发这类油田提供依据,最终达到了提高采收率的目的。
Description
技术领域
本发明属于地质油藏数值模拟领域,具体涉及一种缝洞型油藏孔洞与基质间油水两相流交界面平衡的数学描述和数值模拟方法。
背景技术
目前,对于多孔介质渗流区域与Stokes流动区域的单相流动,其交界面条件有比较完善的数学描述,交界面条件主要体现压力平衡、交界面法线上流通量平衡以及切线方向上的滑移,在此基础上提出的数值方法能够用于实际计算。
由于油水的不可混融性、油水间存在毛管力、油水的密度不同,上述描述单相流的交界面条件不适用于油水两相流的情形。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题,提供一种缝洞型油藏孔洞与基质间油水两相流交界面平衡的数学描述和数值模拟方法,提出缝洞型油藏的孔洞与基质间交界面条件模型,并将界面条件的描述和数值模拟技术应用于油藏整体数值模拟,为科学合理地开发这类油田提供依据,最终达到提高采收率的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种缝洞型油藏洞穴与基质间交界面油水两相流的分析及处理方法,所述方法包括:对洞穴内流体流动的分析处理步骤、对多孔介质内流体流动的分析处理步骤、洞穴与多孔介质区的交界面条件的分析步骤;其中,
对洞穴内流体流动的分析处理步骤包括,
洞穴内流体的流动为Navier-Stokers流动,采用油相Navier-Stokes方程和水相的Navier-Stokers方程实现洞穴内流体流动的数值模拟过程;油水间有明显的交界面;
对多孔介质内流体流动的分析处理步骤包括,
洞穴周围的多孔介质中的流动为油水两相渗流,油水流动符合Darcy定律,速度与压力间的关系由Darcy定律控制;采用Darcy定律和质量守恒实现多孔介质内流体流动的数值模拟过程;
洞穴与多孔介质区的交界面条件的分析步骤包括,交界面被划分为:洞穴底部由水充满的区域与多孔介质区域的交界面条件和洞穴上部由油充满的区域与多孔介质区域的交界面条件。
在上述洞穴内流体流动的数值模拟过程中,
洞穴内的流动由油相和水相的Navier-Stokers方程给出,分别描述油、水的质量守恒和动量守恒;
油相方程为:
水相方程为:
其中,
Do=(Di,j(uo)),ε(u)=(εi,j(u))
类似地定义Dw;
其中,下标中o、w分别表示油相、水相,u是流体流速,ρ是在油藏条件下的密度,φ是油层的有效孔隙度,μ是粘度,g是重力加速度,p是压力,D是应力张量。
在所述多孔介质内流体流动的数值模拟过程中,多孔介质中的流动由质量守恒和Darcy定律来控制;
令l相的压力、速度、饱和度、粘性、密度分别用pl,ul,Sl,μl,ρl来描述,l=o,w。
Darcy定律用来描述油水两相的速度,
其中,K为介质绝对渗透率,kro,krw为相对渗透率,与饱和度有关。λi为流度,
油相与水相之间的压力差定义为毛管力pc;毛管力是饱和度函数
pc=po-pw=pc(S)
若没有外界源汇或源汇作为边界条件处理,则质量守恒为:
饱和度满足
So+Sw=1
上述方程组成多孔介质内流动的控制方程组:
所述洞穴与多孔介质区的交界面条件的设计如下:
以Ps,us分别表示洞穴内的压力和流体速度;以Pd,l,ud,l分别表示多孔介质内l相的压力、速度;n表示交界面的法线方向;则在交界面上的平衡条件包括:
压力平衡
交界面上多孔介质一侧速度计算公式
其中,kro,krw分别为油相、水相的相对渗透率,k表示介质绝对渗透,μ是粘度,g是重力加速度,h是标高,ρ是在油藏条件下的密度;
交界面上速度平衡条件
其中,α为实验得到的参数,τ表示交界面切线方向的滑移;
上述方程形成的方程组进行求解的数值方法如下:
首先,要将时间区间划分成若干时间层,将三维空间区域按照坐标轴方向剖分成网格;每一时间层上根据前一时间层的计算结果对下一时间层进行一次求解,得到剖分节点上的近似值;
其次,在每一个时间层上的网格剖分节点上用有限差分代替微分算子,得到离散的非线性方程组;
最后,将非线性方程组线性化,选取迭代算法求解线性化后的方程组,得到相应的时间层上的近似;
对交界面条件同样要进行离散,交界面的离散方法要与整个区域上采用的具体计算格式相匹配。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:提出了缝洞型油藏的孔洞与基质间交界面条件模型,并将界面条件的描述和数值模拟技术应用于油藏整体数值模拟,为科学合理地开发这类油田提供依据,最终达到了提高采收率的目的。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
图1是本发明的多孔介质与其中的洞穴中油水两相渗流示意图。
图2是本发明的包含洞穴的多孔介质模型原始含油饱和度场图,为溶洞-多孔介质模型原始含油饱和度。
图3是本发明的包含洞穴的多孔介质模型数值模拟第12天的含油饱和度场图。
图4是本发明的包含洞穴的多孔介质模型数值模拟第24天的含油饱和度场图。
图5是本发明的包含洞穴的多孔介质模型数值模拟第36天的含油饱和度场图。
图6是本发明的包含洞穴的多孔介质模型生产井含水率曲线,为溶洞-基岩相似模型生产井含水率曲线
具体实施方式
一种分析缝洞型油藏油水流动特征的方法,所述方法包括:
1,洞穴内的流动以及多孔介质内的流动
洞穴内的流动为Navier-Stokers流动,其控制方程为油相Navier-Stokes方程和水相的Navier-Stokers方程。油水间有明显的交界面。
洞穴周围的多孔介质中的流动为油水两相渗流,油水流动符合Darcy定律,速度与压力间的关系由Darcy定律和质量守恒控制,如图1所示。具体如下:
A,洞穴内的流动
洞穴内的流动由油相和水相的Navier-Stokers方程给出,分别描述油、水的质量守恒和动量守恒。
油相方程:
水相方程:+
其中,
Do=(Di,j(uo)),ε(u)=(εi,j(u))
类似地定义Dw。
其中,下标中o、w分别表示油相、水相,u是流体流速,ρ是在油藏条件下的密度,φ是油层的有效孔隙度,μ是粘度,g是重力加速度,p是压力,D是应力张量。
B,多孔介质内的流动
多孔介质中的流动由质量守恒和Darcy定律来控制。
令l相的压力、速度、饱和度、粘性、密度分别用pl,ul,Sl,μl,ρl来描述,l=o,w。
Darcy定律用来描述油水两相的速度,
其中,K为介质绝对渗透率,kro,krw为相对渗透率,与饱和度有关。λi为流度,
油相与水相之间的压力差定义为毛管力pc。毛管力是饱和度函数
pc=po-pw=pc(S)。
若没有外界源汇或源汇作为边界条件处理,则质量守恒为:
饱和度满足
So+Sw=1。
上述方程组成多孔介质内流动的控制方程组:
2,洞穴与多孔介质区的交界面条件
洞穴周围是多孔介质,周围的多孔介质渗入的既有水又有油,而洞穴里分成油流区域和水流区域。采用洞穴不可溶混、不可压缩两相流动的模型时,由于多孔介质流动区域有束缚水饱和度、残余油饱和度存在,交界面连接条件难以精确给出。此时交界面条件应包括压力平衡条件,油水总流量平衡条件,至于流过交界面的是油还是水,根据相对渗透率来确定。
以Ps,us分别表示洞穴内的压力和流体速度。以Pd,l,ud,l分别表示多孔介质内l相的压力、速度。则在交界面上的平衡条件如下:
压力平衡
交界面上多孔介质一侧速度计算公式
其中,kro,krw分别为油相、水相的相对渗透率;
交界面上速度平衡条件
其中,α为实验得到的参数,表示交界面切线方向的滑移;
C,数值方法
首先,要将时间区间划分成若干时间层,将三维空间区域按照坐标轴方向剖分成网格;每一时间层上根据前一时间层的计算结果对下一时间层进行一次求解,得到剖分节点上的近似值;
其次,在每一个时间层上的网格剖分节点上用有限差分代替微分算子,得到离散的非线性方程组;
最后,将非线性方程组线性化,选取迭代算法求解线性化后的方程组,得到相应的时间层上的近似。
对交界面条件同样要进行离散,交界面的离散方法要与整个区域上采用的具体计算格式相匹配。
实施例
在缝洞型油藏中,根据某油田实际的地质数据取包含典型溶洞的基岩(多孔介质)溶洞单元进行了处理来利用本专利所述方法进行模拟,该模型长宽高为50米×50米×30米,溶洞未充填,溶洞长宽高大约为26米×26米×19米岩石基质的渗透率已知为Km=0.025mD,油井在模型中间并为裸眼完井,初始油水界面如图2所示,油的密度为960kg/m^3,粘度为0.02kg/m.s;水的密度为1140kg/m^3,粘度为0.001kg/m.s。
计算结果(含油饱和度场如图3-图5所示)表明:洞内流体由于重力分异的影响,油在上面,水在下面,则随着油井的开采,基岩中液体向溶洞内流动速度慢,导致油先被采出,而水在膨胀能的作用下除了一些角落外逐渐充满整个溶洞,且在油水界面高度小于井底前,生产井的含水率不会达到100%(如图6所示)。这为以后开发方案调整(如布井位置等)提供了可靠的依据,从而提高了采收率,改变了以前对溶洞采用达西流的等效处理,实现了缝洞型油藏数值模拟的科学处理。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式,对于本领域内的技术人员而言,在本发明公开了应用方法和原理的基础上,很容易做出各种类型的改进或变形,而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法,因此前面描述的方式只是优选地,而并不具有限制性的意义。
Claims (4)
1.一种分析缝洞型油藏孔洞间油水流动特征的方法,其特征在于,所述方法包括:对洞穴内流体流动的分析处理步骤、对多孔介质内流体流动的分析处理步骤、洞穴与多孔介质区的交界面条件的分析步骤;其中,
对洞穴内流体流动的分析处理步骤包括,
洞穴内流体的流动为Navier-Stokes流动,采用油相Navier-Stokes方程和水相的Navier-Stokes方程实现洞穴内流体流动的数值模拟过程;油水间有明显的交界面;
对多孔介质内流体流动的分析处理步骤包括,
洞穴周围的多孔介质中的流动为油水两相渗流,油水流动符合Darcy定律,速度与压力间的关系由Darcy定律控制;采用Darcy定律和质量守恒实现多孔介质内流体流动的数值模拟过程;
洞穴与多孔介质区的交界面条件的分析步骤包括,交界面被划分为:洞穴底部由水充满的区域与多孔介质区域的交界面条件和洞穴上部由油充满的区域与多孔介质区域的交界面条件;
所述洞穴内流体流动的数值模拟过程中,
洞穴内的流动由油相和水相的Navier-Stokes方程给出,分别描述油、水的质量守恒和动量守恒;
油相方程为:
水相方程为:
其中,
类似的定义Dw的含义为油相应力张量;
其中,下标中o、w分别表示油相、水相,u是流体流速,ρ是在油藏条件下的密度,μ是粘度,g是重力加速度,p是压力,D是应力张量。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述多孔介质内流体流动的数值模拟过程中,多孔介质中的流动由质量守恒和Darcy定律来控制;
令l相的压力、流速、饱和度、粘性、密度分别用pl,ul,Sl,μl,ρl来描述,l=o,w;
Darcy定律用来描述油水两相的速度,
其中,下标o表示油相,下标w表示水相,K为介质绝对渗透率,kro油相的相对渗透率,krw为水相的相对渗透率,与饱和度有关,λi为流度,
油相与水相之间的压力差定义为毛管力pc;毛管力是饱和度函数
pc=po-pw=pc(S)
若没有外界源汇或源汇作为边界条件处理,则质量守恒为:
饱和度满足
So+Sw=1
上述方程组成多孔介质内流动的控制方程组:
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述洞穴与多孔介质区的交界面条件的设计如下:
以Ps,us分别表示洞穴内的压力和流体速度;以Pd,l,ud,l分别表示多孔介质内l相的压力、速度;n表示交界面的法线方向;则在交界面上的平衡条件包括:
压力平衡
Pd,w=Pd,o=Ps-n·(2με(us))·n
交界面上多孔介质一侧速度计算公式
其中,下标o表示油相,下标w表示水相,kro,krw分别为油相、水相的相对渗透率,k表示介质绝对渗透率,μ是粘度,g是重力加速度,h是标高,ρ是在油藏条件下的密度;
交界面上速度平衡条件
其中,α为实验得到的参数,τ表示交界面切线方向的滑移。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,上述方程形成的方程组进行求解的数值方法如下:
首先,要将时间区间划分成若干时间层,将三维空间区域按照坐标轴方向剖分成网格;每一时间层上根据前一时间层的计算结果对下一时间层进行一次求解,得到剖分节点上的近似值;
其次,在每一个时间层上的网格剖分节点上用有限差分代替微分算子,得到离散的非线性方程组;
最后,将非线性方程组线性化,选取迭代算法求解线性化后的方程组,得到相应的时间层上的近似;
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