CN103035029B - 用离散裂缝端点变形消除油藏数值模型极小化网格的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用离散裂缝端点变形消除油藏数值模型极小化网格的方法，将方形裂缝端部变形为尖形端部，将极小长度的线段CD变成一点，从而消除了网格剖分区域边界上的极小线段，在线段AC线上，找出一点E，CE的长度为平均的网格边长；在线段BD上，找出一点F，DF的线段长度与CE相当；然后确定线段CD的中点C’，将E、C’、F顺序相连，删除EC、DF、CC’、C’D四条线段，这样裂缝的端点就由方形端点变成了尖形。为了消除离散裂缝形态改变可能产生的计算误差，将离散裂缝的真实宽度以属性值的方式输入油藏数值模型。油藏模拟在采用裂缝宽度值时采用输入的属性质，而不是依照网格系统来计算裂缝的宽度。本发明所述方法既消除了极小化网格，又不改变数值计算结果。

Description

用离散裂缝端点变形消除油藏数值模型极小化网格的方法

技术领域

本发明属于油藏数值模拟技术领域，涉及一种用离散裂缝端点变形消除油藏数值模型极小化网格的方法，具体地说，端点修改法来消除裂缝端点处理的极小化网格，裂缝真实宽度以属性方式输入，实现了在不影响计算结果的条件下消除了裂缝端点处的极小化网格。

背景技术

长期以来，对于裂缝性油藏数值模拟研究主要以多重连续介质模型为主，尤其以裂缝基岩双重介质模型为主，例如市场上的商用油藏藏数值模拟软件主要采用这类模型。但是近年来，人们开始注意到，多重连续介质模型并不能准确地描述裂缝性油藏的流动规律，尤其是对于一些尺寸较大、非均质性很强、分布不均匀的裂缝系统。根据连续介质理论可发现，这些裂缝的尺度远远超出了可以处理为连续介质的范畴，为此出现了离散裂缝介质模型，该模型非常接近真实裂缝的几何形态。因为该模型导致油藏的几何形态非常复杂，常规的结构网格系统很难反映油藏的几何形态，所以采用非结构网格系统建立裂缝型油藏的数值模型成为目前主要的技术发展方向。

离散裂缝模型一般是将裂缝简化为平板形状，因为裂缝的宽度远远小于裂缝的长度和高度，如果将大裂缝处理为离散裂缝介质，就需要在油藏数值模拟的网格系统中反映出真实裂缝的这种几何形态，由此导致一个严重问题：在所形成的网格系统里，在大裂缝末端附近就会产生一些极小化网格。这些极小化网格的网格体积远远小于其它网格，大大增加油藏数值模型的系数矩阵的奇异性，增加方程求解收敛速度，甚至导致不收敛，并降低计算的精度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种用离散裂缝端点变形消除油藏数值模型极小化网格的方法，提出端点修改法来消除裂缝端点处理的极小化网格，而裂缝真实宽度以属性方式输入，这种处理方法既消除了极小化网格，又不改变数值计算结果。

其技术方案为：

一种用离散裂缝端点变形消除油藏数值模型极小化网格的方法，将方形裂缝端部变形为尖形端部，将极小长度的线段CD变成一点，从而消除了网格剖分区域边界上的极小线段，在线段AC线上，找出一点E，CE的长度为平均的网格边长；在线段BD上，找出一点F，DF的线段长度与CE相当；然后确定线段CD的中点C’，将E、C’、F顺序相连，删除EC、DF、CC’、C’D四条线段，这样裂缝的端点就由方形端点变成了尖形。

为了消除离散裂缝形态改变可能产生的计算误差，将离散裂缝的真实宽度以属性值的方式输入油藏数值模型，油藏模拟在采用裂缝宽度值时采用输入的属性质，而不是依照网格系统来计算裂缝的宽度。

这种变形对油藏离散裂缝的几何形态影响较大，而对离散介质之外的油藏区域(即连续介质区域)的几何形态影响极其细微以至可以忽略。为了消除离散裂缝形态改变可能产生的计算误差，将离散裂缝的真实宽度以属性值的方式输入油藏数值模型。油藏模拟在采用裂缝宽度值时采用输入的属性质，而不是依照网格系统来计算裂缝的宽度。这就确保裂缝端点变形对数值模拟结果产生的影响极其细微，以至可以忽略。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明所述用离散裂缝端点变形消除油藏数值模型极小化网格的方法既消除了极小化网格，又不改变数值计算结果。

附图说明

图1为离散裂缝与岩石层面相交图；

图2为截面上裂缝形态图；

图3为放大后的裂缝末端；

图4为未处理的裂缝端部非结构四边形网格；

图5为处理后的裂缝端部非结构四边形网格；

图6为裂缝端部的非结构三角形网格剖分示意图，其中，图6a为裂缝端部未变形的非结构三角形网格剖分示意图，图6b为裂缝端部变形后的非结构三角形网格剖分示意图；

图7为实施例1中油藏的压裂缝分布情况；

图8为未经处理的裂缝性油藏模型，图中网格颜色表示油藏投产7年时含油饱和度；

图9为处理后的裂缝性油藏模型，图中网格颜色表示投产7年时油藏的含油饱和度；

图10为生产井PROD配置的产油量；

图11为生产井PROD的井底流压；

图12为生产井PROD配置的含水率；

图13为注水井INJ配置的注水量；

图14为注水井INJ井底流压计算结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例来详细描述本发明的技术方案。

为了考虑离散裂缝，采用非结构网格虽然能够准确地反映油藏的几何形态，但是所形成的网格系统在裂缝端点部位往往产生一些极小化网格，网格的几何尺寸远远小于其它区域的普通网格。这些极小化的网格显著增加油藏数值模型的数学方程组的系数矩阵的奇异性，导致方程组求解很难收敛，增加计算时间，减小计算精度。首先分析认为，在离散裂缝末端产生极小化网格是无法通过单纯的网格剖分算法的改进来加以消除的。

油藏具有层的特征，储层物性受层的控制，所以油藏网格模型按层建立，其建立步骤：(1)首先，建立平面上的网格；(2)然后，将平面网格投影到每一层面，得到每一层面的曲面网格；(3)最后将不同层面上对应网格节点上下相连，得到三维网格。在这一过程中网格剖分的关键是建立高质量的平面网格。离散介质模型将裂缝几何形态简化为平板状(如图1)，当裂缝与层面相交，截面呈狭长的四边形(如图2)。离散裂缝之外的层面区域为连续介质区域(比如孔隙和微小裂缝构成的连续多孔介质)，离散裂缝的边界成为连续介质区域的内边界，在离散介质末端处的一段边界长度与裂缝宽度，即该段边界长度极小，见图3中的CD线段。在进行网格剖分时这段极小的边界(线段CD)将作为某些网格块的边界。因为数值计算理论表明要取得好的计算结果，就要求网格多边形的每个角的度数尽量相等，每条边的长度尽量相近，这就确定了该网格的大小同样也很小，网格块的其它边的尺寸也同样很小。网格的其余边同时又是其它网格块的边，这就影响到其它网格尺寸的大小。最终，在裂缝端部就产生一些网格尺寸远远小于一般区域的网格尺寸。如图4中的区域2所示。(区域2存在一群极小网格，尺寸远远小于区域1中的一般网格)

(2)解决方法

解决方法就是改变裂缝的端点形态，将方形裂缝端部变形为尖形端部，将极小长度的线段(如图4中的CD)变成一点，从而消除了网格剖分区域边界上的极小线段。具体步聚：如图中4上图形所示，在线段AC线上，找出一点E，CE的长度大约为平均的网格边长；在线段BD上，找出一点F，DF的线段长度与CE相当。然后确定线段CD的中点C’，将E、C’、F顺序相连，删除EC、DF、CC’、C’D四条线段，这样裂缝的端点就由方形端点变成了尖形，如图5的上图形所示。对比处理前后的网格剖分情况，如图4下图以及图5下图所示，可以看出，这种方法可以消除极小化网格，而且效果非常明显。

这种变形实际上是改变了离散裂缝的形态，实质上是变换了研究对象，严格意义上讲是不合理的。但是我们注意到所采用的变形方法对连续区域而言，引起的相对变形极小，这种变化可以忽略不计。变形产生产影响主要针对离散裂缝，将方形端变形为尖端，裂缝的几何形态发生了很大变化，这种变化会改变离散裂缝内的流动规律，使得计算的裂缝流动规律与实际大裂缝内的裂缝不吻合。为了消除这种变化所带来的差异，我们提出，在建立离散裂缝区域的数学方程组时，裂缝的宽度作为一种属性输入油藏数值模型，油藏数值模拟器在引用裂缝宽度参数时并不是通过网格系统上的几何信息来确定，这就保证离散裂缝的形态并没有改变。通过上述的处理，油藏中的连续介质区域和离散介质区域就产生了一定的重叠，这种重叠具有两个特点：(1)在剖分网格时，重叠区域并不在图形上直观地反映出来，只是在数学理论上的两个区域连续介质区和离散介质区域是重叠的；(2)将裂缝处理为离散介质后，真实油藏的非连续介质区域和离散裂缝区域并不互相重叠，经我们的方法处理后出现了重叠区域，但注意到这种改变所引起的计算结果的差异却是很小的。

图5-6显示的是非结构四边形的网格剖分结果，对于其它类型的网格所提出的方法仍然有用，比如另一外种常用的非结构网格系统-非结构三角形网格剖分。

实施例1

某油藏有A、B、C三口油井，都通过了压裂。如图7所示，A、C压裂后产生了大约150米半长的裂缝，B井先后经过两次压裂产生了两条相互垂直的两条裂缝，缝的半长为170米。B井压裂后因钻具原因无法投产故一直处于关井状态。因为压裂后形成缝尺度很大，故将裂缝处理为离散裂缝，做为等厚平板状处理。封宽为0.01米，渗透率为10达西。建立离散网格时，为了能够处理网格厚度进行放大，设为0.1m，根据流量相等原则渗透率设为1达西，离散裂缝网格的总体长度与实测裂缝长度一致。(如图6所示)。

首先不改变裂缝端部形态，裂缝端部在层面上的投影为方形，端部一侧的离散裂缝区域边界长度为0.1米，进行非结构平面四边形网格剖分，结果见图6所示，网格剖分结果显示在裂缝的端点位置出现很多极小网格，相最小单元的孔隙体积与最大单元的孔隙体积大约为1∶40000，网格数量为262个，计算过程中这些极小网格对计算效率产生严重影响：(1)不容易收敛，模拟的生产时间长约10年，模拟计算大约7年后因计算不收敛，模拟器不能继续计算。(2)模拟预测7年，用了5小时的计算时间。

然后采用专利申请人提出的新方法，将裂缝端点变形为尖形，然后采用相同的软件，采用相同的参数，进行非结构四边形网格剖分，结果见图9所示。将图8与图9进行对比，可以发现，图8中所出现的极小化网格在图9中都不存在，所形成的网格尺寸在整体上非常均衡，网格数量也明显减少到228个。进行油藏数值模拟计算时，将裂缝网格的宽度作为属性输入，即取值为0.1米，并不是按照图9网格系统中的代表离散裂缝网格的几何形态来计算缝宽。例如：计算离散裂缝的横截面就采用下面的计算式：

A＝0.1米*DZ

DZ-表示网格块的厚度

A-表示横截面积。

因为DZ是一固定值，所以本实例中裂缝的横截面积处处为一常数。采用新方法，明显地提高了油藏数值模拟的计算效率：(1)首先能够计算完成10年的生产预测，计算过程没有出现因为不收敛导致模拟器中断；(2)模拟计算10年的生产情况，模拟器的计算时间为41分钟；模拟计算7年的生产历史则只需要30分钟。对比图9和图8，油藏生产7年后的含油饱和度的分布形态非常近似。而且两种方法所模拟计算的井的生产指标也非常相近。表明采用新方法明显提高了油藏数值模拟的计算效率，但对于计算结果的改变比较微弱。分别采用两种方法模拟计算结果见图10-14，其中生产井PROD的产油量、井底流压、含水率结果见图10-12，注水井的注水量，井底流压见图13-14。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用离散裂缝端点变形消除油藏数值模型极小化网格的方法，其特征在于，将方形裂缝端部变形为尖形端部，将极小长度的线段CD变成一点，从而消除了网格剖分区域边界上的极小线段，在线段AC线上，找出一点E，CE的长度为平均的网格边长；在线段BD上，找出一点F，DF的线段长度与CE相当；然后确定线段CD的中点C’，将E、C’、F顺序相连，删除EC、DF、CC’、C’D四条线段，这样裂缝的端点就由方形端点变成了尖形；

为了消除离散裂缝形态改变可能产生的计算误差，将离散裂缝的真实宽度以属性值的方式输入油藏数值模型，油藏模拟在采用裂缝宽度值时采用输入的属性质。