CN104933208A - 一种不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法，属于油气田开发领域。本方法包括：(1)建立地质模型，对小尺度裂缝采用等效处理，对大尺度裂缝则给出每个裂缝片的顶点坐标，然后对每个裂缝片进行扫描，对各个裂缝片进行编号；(2)针对一个裂缝片，首先圈定该裂缝片所覆盖的所有网格；(3)在步骤(2)圈定的区域内找出与该裂缝片相交的网格；(4)求出与该裂缝片相交的一个网格与该裂缝片的交点；(5)将步骤(4)得到的这些交点首尾相连形成多边形，得到一个裂缝元素；所述裂缝元素是横截面为多边形的、具有厚度的几何体。

Description

一种不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法

技术领域

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法。

背景技术

目前缝洞型油藏模拟裂缝的方法主要有两种，一种等效多重介质方法，它适应于呈均匀的网络状分布裂缝。另一种是针对裂缝进行显式模拟或者叫直接模拟，称为离散裂隙网络方法，它适应于非均匀、大尺度裂缝。

这两种针对裂缝的模拟方法各有优缺点，等效模拟方法假设裂缝高度发达，且均匀分布。但是当一些裂缝之间连通性较差，同时较大的裂缝控制着油藏中流体流动的方向和规模时，等效模拟方法已无法完成对这类油藏进行数值模拟。它的缺点是简化了裂缝的连通性，当等效单元内多个尺度裂缝同时存在时，等效渗透率不合理。

近几年来发展起来的离散裂缝网络模型虽然在一定程度上比较真实的描述了裂缝的地质分布特征及其对流体流动的影响；同时由于其裂缝的数据量巨大，导致所建立的模型的计算量惊人，并且该模型不能对较细裂缝和基岩之间的窜流进行正确的计算。

这种离散裂缝网络模拟方法是一种直接模拟方法，它的缺点是网格需要单独生成，难以与当前地质建模结果相结合。当有多个尺度裂缝存在时，为考虑计算代价，只能忽略小型裂缝，因此不能考虑多个尺度裂缝同时存在的情况。

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，提供一种不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法，实现对裂缝油藏的精细、准确模拟。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法，所述方法包括：

(1)建立地质模型，对小尺度裂缝采用等效处理，对大尺度裂缝则给出每个裂缝片的顶点坐标，然后对每个裂缝片进行扫描，对各个裂缝片进行编号；

(2)针对一个裂缝片，首先圈定该裂缝片所覆盖的所有网格；

(3)在步骤(2)圈定的区域内找出与该裂缝片相交的网格；

(4)求出与该裂缝片相交的一个网格与该裂缝片的交点；

(5)将步骤(4)得到的这些交点首尾相连形成多边形，得到一个裂缝元素；所述裂缝元素是横截面为多边形的、具有厚度的几何体；

(6)求取所述裂缝元素的体积、裂缝元素和基质元素的接触面积、裂缝元素和基质元素各自到它们公共接触面的距离、裂缝元素之间的接触面积以及裂缝元素到两个裂缝片的公共面之间的距离；所述基质元素是几何体；

(7)对与该裂缝片相交的每个网格均重复步骤(4)至步骤(6)；

(8)对每个裂缝片重复步骤(2)至步骤(7)；

(9)输出所有元素信息和连接信息。

所述步骤(2)是这样实现的：

根据裂缝片的三个方向的延伸范围，划出位于这个延伸范围内的长方体，位于这个长方体内的所有网格即为该裂缝片所覆盖的所有网格。

所述步骤(3)是这样实现的：

将裂缝片看作空间内的平面，每个网格包括12条线段，如果裂缝片与12条线段中的任意一条有交点，则该裂缝片与这个网格相交。

所述步骤(6)是这样实现的：

将所述多边形的面积乘以裂缝片开度即得到裂缝元素的体积；

多边形的面积即为裂缝元素和基质元素的接触面积；

利用点到平面的距离公式分别求出裂缝元素中心和基质元素中心到它们公共接触面的距离即得到裂缝元素和基质元素各自到它们公共接触面(裂缝元素是横截面为多边形的，具有一定厚度的几何体，基质元素也是几何体，它们在空间上具有公共的接触面)的距离；

将多边形的等效边长乘以裂缝片开度即得到裂缝元素之间的接触面积；

多边形的等效半径即为裂缝元素到两个裂缝元素的公共接触面之间的距离。

所述步骤(9)中的元素信息是指所有裂缝元素的体积；

所述连接信息是指裂缝元素和基质元素的接触面积、裂缝元素和基质元素各自到它们公共接触面的距离、裂缝元素之间的接触面积以及裂缝元素到两个裂缝元素的公共面之间的距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明形成了一套处理裂缝油藏中裂缝的裂缝融合方法，实现了含裂缝油藏的准确模拟。

目前不管是油藏还是地下水藏等大都含油裂缝，对裂缝中流体流动快速模拟是该类油藏或水藏高效开发的关键，因此其广泛应用于含裂缝油藏和水藏的开发。

附图说明

图1a裂缝的第一种处理方法。

图1b裂缝的第二种处理方法。

图2实际裂缝片模型。

图3a不同尺度裂缝分级处理中的直接模拟。

图3b不同尺度裂缝分级处理中的等效模拟。

图3c不同尺度裂缝分级处理中的直接与等效相结合模拟。

图4计算实例模型。

图5a水驱油开始时无裂缝情况水驱油饱和度场。

图5b水驱油结束时无裂缝情况水驱油饱和度场。

图6a水驱油开始时有裂缝情况水驱油饱和度场。

图6b水驱油结束时有裂缝情况水驱油饱和度场

图7是本发明不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明发展了既能兼顾各种尺度裂缝、又能与实际地质模型相结合的，能用于实际油藏的模拟方法。裂缝的处理方法如图1a和图1b所示(这两种处理方法是本发明创新的)，某个被裂缝切割的网格，可以将其考虑为图1a中的裂缝和基质两个元素，也可考虑为图1b中的三个元素。这样，只要把整个模型中被裂缝切割的网格都如此方法考虑，基于KARSTSIM的计算方法，确定了所有基质元素和裂缝元素的体积及基质元素间、基质元素与裂缝元素间、裂缝元素间的连接关系，就可完成有限体积法的计算。

实际的地质模型是由尺度大小不一的各级裂缝组成(如图2所示)。在目前的等效渗透率求解技术中，并没有把裂缝按照尺度分别进行处理，而是将某一个网格内所有的大、小裂缝一并等效，这样，势必会把大尺度裂缝原有的沟通作用弱化或者抹煞，因此，这时候需要将裂缝进行分尺度的处理(如图3a至图3c所示)：小尺度(根据中华人民共和国石油天然气行业标准SY T5386-200，确定裂缝片开度界限为0.1mm，裂缝片开度大于0.1mm的裂缝为大尺度，小于0.1mm的裂缝为小尺度)的、较均匀的裂缝采用等效的方式处理，可以按照实际情况处理成双重介质或单重裂缝介质(为现有技术，具体实施方法如下：(1)建立两套油藏网格体系；(2)分别建立裂缝和基质的孔隙度、渗透率参数场；(3)选用合适的窜流系数，窜流系数由窜流方程(根据物质平衡方程得到)确定。)；大尺度的、连通性较好的裂缝按照上述的方法处理(指图1的方法)，因为方法中不但考虑了裂缝和基质间的关系，还考虑了裂缝与裂缝间的接触关系，因此能比较好地反映大裂缝的沟通。

目前所建立的地质模型中，包括块中心网格或角点网格表示的地质构造以及网格属性参数即基质及溶孔的孔隙度和渗透率，同时，通过蚂蚁体追踪等方法，又得到了一系列裂缝片的信息，将这两套模型通过上述的方法变化成所需要的可供计算的数据，这样，既能完成不同尺度裂缝的分级处理，又能充分利用地质建模的结果，从而实现油田尺度的缝洞模拟。目前的等效模拟方法或离散裂隙网络方法都不能达到这个目的。

如图7所示，本发明处理大尺度裂缝时的计算数据转换方法的流程简述如下：

1、对每个裂缝片(在裂缝性油藏中，现有的地质建模技术可以给出大尺度裂缝片的位置，每个裂缝片作为一个平面)进行扫描，把裂缝片编号(先将裂缝片进行编号，再对每个裂缝片逐个处理)。

2、圈定(根据裂缝片三个方向的延伸范围，划出位于这个范围内的长方体)该裂缝片所覆盖的所有网格(只要是位于这个长方体内的网格，就认为该裂缝片覆盖这个网格)。

3、在圈定区域找出与该裂缝片相交(将裂缝片看做空间内的平面，每个网格看作12条条线段，如果平面与12条线段中的任意一条有交点，就认为该裂缝片与这个网格相交)的网格。

4、求出第一个网格与裂缝片的交点(裂缝片与某个网格相交可以想象成一个平面切过一个立方体，交点就是裂缝片平面与12条网格线段的交点，根据空间平面与线段是否相交来判断)。

5、将交点首尾相连形成多边形(将4中求出的交点按首尾相连，形成多边形)。

6、多边形的面积作为裂缝元素(裂缝片位于这个网格相交的部分作为一个裂缝元素)和基质元素的接触面积，裂缝元素中心和基质元素中心到这个接触面的距离都由点到平面的距离公式求出，多边形的体积(面积乘以裂缝片开度(开度由地质模型给出))作为裂缝元素的体积，多边形的等效半径(多边形各顶点到多边形中心点距离的平均值)作为裂缝元素到两个裂缝片的公共面之间的距离，等效边长(多边形每条边长度之和除以多边形的边数)乘以裂缝片开度作为裂缝元素之间的接触面积(每个裂缝片被基质网格自然分割成若干个多边形，两两多边形都有接触面积，一般以前者的等效边长来计算接触面积)。

7、重复步骤4-6(因为每个裂缝片与N个网格都有相交，每次的4-6步只是处理了其中的一个网格与这个裂缝片相交所产生的接触关系，所谓的重复就是对第三步中圈定的每个网格都做这样的步骤)。

8、重复步骤2-7(即对各个裂缝片进行处理)。

9、输出所有元素信息(所有元素信息指的是由4-6步得到的每个裂缝元素的体积、)及连接信息(裂缝元素与基质元素的接触面积和裂缝元素中心点到接触面的距离和基质元素中心点到接触面的距离、裂缝元素间的接触面积和两个裂缝元素的中心点分别到接触面间的距离(如果有接触)，也是由4-6步得到)。

以上1-9步都是针对大尺度的、连通性较好的裂缝的处理方法，对于小尺度、均匀裂缝则直接在建模软件中通过网格粗化就已经做了等效处理，实际应用中，先将大尺度裂缝选出，其余的小裂缝与基质按照常规网格粗化方法进行等效，变成单纯裂缝性介质，再考虑大裂缝与基质的关系或大裂缝与单纯裂缝介质的关系)。

下面通过一个实施例来说明本发明方法的效果。

通过编制程序，实现了地质模型中块中心网格及角点网格表示的等效连续介质和离散的裂缝片相结合，将整个模型分成若干个裂缝元素和基质块元素，生成了Karstsim软件接受的数据格式，完成了裂缝的直接模拟。

为了验证该计算方法，图4设计了一注一采井模型，网格数为10*10*5，注采井之间有一条裂缝沿模型对角线连通。图5a、图5b和图6a、图6b分别给出了无裂缝情况水驱油饱和度情况和有裂缝情况时水驱油饱和度场，表1至表4分别给出了计算数值结果，表1为采用图1a所示方法及本发明方法后得到的基质含水饱和度，表2为采用图1a所示方法及本发明方法后得到的基质含水饱和度，表3为采用图1b所示方法及本发明方法后得到的基质含水饱和度，表4为采用图1b所示方法及本发明方法后得到的裂缝含水饱和度。

计算结果清晰地显示出裂缝在水驱油过程中的作用，下面的表格是同一种方法模拟出的水驱油过程中对角线上基质元素的饱和度和裂缝元素的饱和度，可以此时刻裂缝元素水饱和度很高，说明水已经沿裂缝突进，而基质中有裂缝经过的地方含水饱和度比周围含水饱和度要高，显示了裂缝在水驱油中的作用。

									0.69864
																		0.74643
							0.81626
																0.74653
					0.76341
														0.78850
			0.82717
												0.89271
	0.92849
										0.93280

表1

							0.94738
																0.94800
					0.94790
														0.94772
			094754
												0.94728

表2

表3

							0.94738
																094800
					0.94790
														094772
			0.94754
												0.94729

表4

本发明发展了既能兼顾各种尺度裂缝、又能与实际地质模型相结合的，能用于实际油藏的模拟方法。通过编制程序，实现了地质模型中块中心网格及角点网格表示的等效连续介质和离散的裂缝片相结合，将整个模型分成若干个裂缝元素和等效介质元素，进而可用非结构网格有限体积法进行模拟，该方法既准确刻画油藏中大裂缝内流体流动特征，又能反映小尺度孔洞缝中流体分布的主要特征。

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的，而并不具有限制性的意义。

Claims (5)

1.一种不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)建立地质模型，对小尺度裂缝采用等效处理，对大尺度裂缝则给出每个裂缝片的顶点坐标，然后对每个裂缝片进行扫描，对各个裂缝片进行编号；

(2)针对一个裂缝片，首先圈定该裂缝片所覆盖的所有网格；

(3)在步骤(2)圈定的区域内找出与该裂缝片相交的网格；

(4)求出与该裂缝片相交的一个网格与该裂缝片的交点；

(5)将步骤(4)得到的这些交点首尾相连形成多边形，得到一个裂缝元素；所述裂缝元素是横截面为多边形的、具有厚度的几何体；

(6)求取所述裂缝元素的体积、裂缝元素和基质元素的接触面积、裂缝元素和基质元素各自到它们公共接触面的距离、裂缝元素之间的接触面积以及裂缝元素到两个裂缝片的公共面之间的距离；所述基质元素是几何体；

(7)对与该裂缝片相交的每个网格均重复步骤(4)至步骤(6)；

(8)对每个裂缝片重复步骤(2)至步骤(7)；

(9)输出所有元素信息和连接信息。

2.根据权利要求1所述的不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法，其特征在于：所述步骤(2)是这样实现的：

根据裂缝片的三个方向的延伸范围，划出位于这个延伸范围内的长方体，位于这个长方体内的所有网格即为该裂缝片所覆盖的所有网格。

3.根据权利要求2所述的不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法，其特征在于：所述步骤(3)是这样实现的：

将裂缝片看作空间内的平面，每个网格包括12条线段，如果裂缝片与12条线段中的任意一条有交点，则该裂缝片与这个网格相交。

4.根据权利要求3所述的不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法，其特征在于：所述步骤(6)是这样实现的：

将所述多边形的面积乘以裂缝片开度即得到裂缝元素的体积；

多边形的面积即为裂缝元素和基质元素的接触面积；

利用点到平面的距离公式分别求出裂缝元素中心和基质元素中心到它们公共接触面的距离即得到裂缝元素和基质元素各自到它们公共接触面的距离；

将多边形的等效边长乘以裂缝片开度即得到裂缝元素之间的接触面积；

多边形的等效半径即为裂缝元素到两个裂缝元素的公共接触面之间的距离。

5.根据权利要求4所述的不同尺度裂缝油藏数值模拟综合处理方法，其特征在于：所述步骤(9)中的元素信息是指所有裂缝元素的体积；

所述连接信息是指裂缝元素和基质元素的接触面积、裂缝元素和基质元素各自到它们公共接触面的距离、裂缝元素之间的接触面积以及裂缝元素到两个裂缝元素的公共面之间的距离。