CN105160134A - 致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法及装置，该方法包括：获取地质参数及油气开发工程几何参数，建立具有多重介质的模拟区域；根据地质参数及油气开发工程几何参数，将模拟区域剖分为多个非结构网格，每个网格用于模拟一种介质；根据介质类型设置非结构网格的介质属性参数值；对所有非结构网格进行顺序编号，并根据流体在相邻非结构网格间任意流动的规则，建立网格间的连通表；计算相邻网格间的传导率；根据该传导率对不同非结构网格之间的流动动态进行数值模拟计算，以预测所述介质中致密油气储量的动态变化、对油气产量的贡献、井的产量及地层压力。本发明不受介质重数限制，可预测多重介质中的致密油气。

Description

致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法及装置

技术领域

本发明涉及油气田开发领域，尤其涉及一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法及装置。

背景技术

致密油作为一种非常规资源，在我国拥有厚实的储量基础，开发潜力巨大。致密储层的介质多样，且不同介质的尺度极差非常大。岩石孔隙结构复杂，发育“纳米-微米-豪米级”不同尺度的孔喉系统，储层物性差。同时发育“数十厘米-毫米级”宏观裂缝和“毫米-微米级”微裂缝等不同尺度天然裂缝，结合体积压裂产生的人工裂缝，形成复杂的裂缝网络。不同时间、不同介质的渗流机理不同，存在低速非线性、拟线性、高速非线性多种流态，并且开发过程中应力与渗流耦合，因此不同介质的空间分布与流动关系直接影响开发动态及产能的大小，需要对不同尺度的多重介质进行划分与处理。

然而，目前国内外数值模拟对致密储层的处理主要简化为单一孔隙介质、双重介质、多重介质和离散裂缝等模型。

单一孔隙模型能够考虑多种渗流机理，油气在介质中流动符合达西流和高速非达西流，其优点是模型简单、理论成熟、容易求解，但该模型只能处理单一介质，但没有考虑储层中多重介质对渗流的影响，因此当储层非均质性较强、多重介质发育时，会产生较大误差。

传统双重介质模型中，假设岩体中发育有均质、正交、互相连通的裂缝-孔隙系统，裂缝和孔隙系统之间有流体交换。该模型原理简单，所需资料少，计算效率高，是目前多数裂缝油藏模拟器的理论基础，但该模型中基质系统内不同尺度孔隙介质等效为单一基质处理，仅具有单一孔隙介质属性；同样，裂缝系统内不同尺度裂缝介质等效为单一裂缝处理，仅具有单一裂缝介质属性，无法体现致密油气藏多重介质特征。

多重介质模型是基于双重介质的概念，将基质进一步细分为多个嵌套单元，计算各嵌套单元的压力值。该模型能够处理不同尺度基质，计算速度较快，但模型不能处理小尺度裂缝，并且要求整个模拟区域内大尺度裂缝全局联通，因此对离散分布的大尺度天然-人工裂缝也无法处理，导致天然裂缝和人工压裂缝在产状和导流能力等方面均存在较大误差，同时对纳微米级小尺度裂缝发育的致密储层也无法适用。

离散裂缝模型是采用数学公式对单个裂缝及其属性进行描述的模型，能够通过高分辨率非结构化的网格将所有的裂缝根据其实际尺寸和分布形态进行完整和显性的描述。但在大型油藏和复杂的开采条件下，该模型计算非常昂贵，同时缺乏对小尺度裂缝和孔隙介质的处理，与致密储层多重介质的处理方法仍需进一步结合。

发明内容

本发明提供一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法及装置，以解决现有技术中一项或多项缺失。

本发明提供一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，所述方法包括：获取地质参数及油气开发工程几何参数，并建立具有一设定区域边界及多重介质的模拟区域；根据所述地质参数及油气开发工程几何参数，将所述模拟区域剖分为多个凸多面体非结构网格，并获取所述非结构网格的几何参数，每个所述非结构网格用于模拟一种所述介质；获取所述非结构网格的介质类型并根据所述介质类型设置所述非结构网格的介质属性参数值；对所有所述非结构网格进行顺序编号，并根据流体在相邻所述非结构网格间任意流动的规则，建立所述非结构网格的连通表；根据所述介质属性参数值、所述非结构网格的几何参数及所述连通表计算相邻所述非结构网格间的传导率；根据所述传导率对不同所述非结构网格之间的流动动态进行数值模拟计算，以预测所述介质中致密油气储量的动态变化数据、所述介质对油气产量的贡献数据、井的产量及地层压力数据。

一个实施例中，所述油气开发工程几何参数包括：井位、井轨迹、井的射孔位置及实际人工裂缝参数；所述地质参数包括：所述介质的实际空间分布规律数据及所述介质的孔隙体积百分比。

一个实施例中，所述介质包括：大尺度天然裂缝、人工裂缝、小尺度裂缝及孔隙；所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝为离散介质，所述小尺度裂缝为等效连续介质，所述孔隙为连续介质；所述小尺度裂缝包括小裂缝、微裂缝及纳米缝中的一个或多个；所述孔隙包括小孔隙、微孔隙及纳米孔隙中的一个或多个。

一个实施例中，根据所述地质参数及油气开发工程几何参数，将所述模拟区域剖分为多个凸多面体非结构网格，并获取所述非结构网格的几何参数，包括：根据所述井轨迹、所述大尺度天然裂缝的实际空间分布规律数据及所述人工裂缝的实际空间分布规律数据，将所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝剖分为第一网格，并获取所述第一网格的几何参数；根据所述小尺度裂缝及孔隙的实际空间分布规律数据，将所述小尺度裂缝及孔隙剖分为第二网格，并获取所述第二网格的几何参数；将所述第一网格剖分为第三网格，并使每个所述第三网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第三网格的几何参数；根据所述孔隙体积百分比将所述第二网格剖分为第四网格，并使每个所述第四网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第四网格的几何参数；其中，所述第三网格和所述第四网格构成所述凸多面体非结构网格。

一个实施例中，所述井为水平井，所述水平井的射孔位置设于所述凸多面体非结构网格的中心。

一个实施例中，所述非结构网格的几何参数包括：所述非结构网格的体积、相邻所述非结构网格的接触面积、所述非结构网格的重心到相邻所述非结构网格接触面中心的距离。

一个实施例中，所述介质属性参数值包括：物性参数、流体参数及渗流机理参数；其中，所述物性参数包括孔隙度及渗透率；所述流体参数包括饱和度、粘度、密度、相渗、毛管力及高压物性；所述渗流机理参数包括应力敏感参数、高速非线性渗流参数、启动压力梯度参数、滑脱效应参数及扩散作用参数。

一个实施例中，所述传导率为：

$T_{i,j}=\frac{{\mathrm{\α}}_i\·{\mathrm{\α}}_j}{({\mathrm{\α}}_i+{\mathrm{\α}}_j)},$ 其中，

其中，i和j是相邻两个所述非结构网格的编号；T_i,j是相邻两个非结构网格i和j间的传导率；α_i、α_j分别是非结构网格i和j的形状因子；K_i、K_j分别是非结构网格i和j的有效渗透率；A_i,j是相邻两个非结构网格i和j的接触面积；L_i、L_j分别是非结构网格i和j的重心到相邻两个非结构网格i和j的接触面中心的距离；是非结构网格的正交性法向校正。

一个实施例中，具有同一介质属性参数值的所述非结构网格的孔隙体积百分比通过岩心压汞实验得到，所述孔隙体积百分比为：

其中，Jn是具有介质属性参数值n的非结构网格；f_Jn是非结构网格Jn的孔隙体积百分比；是非结构网格Jn的孔隙度；i是非结构网格的编号，∑V_Jn,i是所述模拟区域的内所有具有介质属性参数值n的非结构网格i的体积之和；是所述模拟区域的平均孔隙度；V_R是所述模拟区域的体积。

一个实施例中，所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝的缝宽范围为[10mm,50mm]；所述小尺度裂缝的缝宽范围为(0,1mm]；所述孔隙的喉道直径范围为[37nm,20μm]；所述小裂缝的缝宽范围为(100μm,1mm]；所述微裂缝的缝宽范围为(1μm,100μm]；所述纳米缝的缝宽范围为(0,1μm]；所述小孔隙的喉道直径范围为[1μm,4μm]；所述微孔隙的喉道直径范围为[0.5μm,1μm)；所述纳米孔隙的喉道直径范围为[37nm,0.5μm)。

本发明还提供一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，所述装置包括：模拟区域建立单元，用于获取地质参数及油气开发工程几何参数，并建立具有一设定区域边界及多重介质的模拟区域；网格剖分单元，用于根据所述地质参数及油气开发工程几何参数，将所述模拟区域剖分为多个凸多面体非结构网格，并获取所述非结构网格的几何参数，每个所述非结构网格用于模拟一种所述介质；属性参数设置单元，用于获取所述非结构网格的介质类型并根据所述介质类型设置所述非结构网格的介质属性参数值；连通表建立单元，用于对所有所述非结构网格进行顺序编号，并根据流体在相邻所述非结构网格间任意流动的规则，建立所述非结构网格的连通表；传导率生成单元，用于根据所述介质属性参数值、所述非结构网格的几何参数及所述连通表计算相邻所述非结构网格间的传导率；油气数据生成单元，用于根据所述传导率对不同所述非结构网格之间的流动动态进行数值模拟计算，以预测所述介质中致密油气储量的动态变化数据、所述介质对油气产量的贡献数据、井的产量及地层压力数据。

一个实施例中，所述装置还包括：基本参数存储单元，用于存储所述地质参数及油气开发工程几何参数；所述油气开发工程几何参数包括：井位、井轨迹、井的射孔位置及实际人工裂缝参数；所述地质参数包括：所述介质的实际空间分布规律数据及所述介质的孔隙体积百分比。

一个实施例中，所述装置还包括：介质存储单元，用于存储所述介质；所述介质包括：大尺度天然裂缝、人工裂缝、小尺度裂缝及孔隙；所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝为离散介质，所述小尺度裂缝为等效连续介质，所述孔隙为连续介质；所述小尺度裂缝包括小裂缝、微裂缝及纳米缝中的一个或多个；所述孔隙包括小孔隙、微孔隙及纳米孔隙中的一个或多个。

一个实施例中，所述网格剖分单元包括：第一网格剖分模块，用于根据所述井轨迹、所述大尺度天然裂缝的实际空间分布规律数据及所述人工裂缝的实际空间分布规律数据，将所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝剖分为第一网格，并获取所述第一网格的几何参数；第二网格剖分模块，用于根据所述小尺度裂缝及孔隙的实际空间分布规律数据，将所述小尺度裂缝及孔隙剖分为第二网格，并获取所述第二网格的几何参数；第三网格剖分模块，用于将所述第一网格剖分为第三网格，并使每个所述第三网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第三网格的几何参数；第四网格剖分模块，用于根据所述孔隙体积百分比将所述第二网格剖分为第四网格，并使每个所述第四网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第四网格的几何参数；其中，所述第三网格和所述第四网格构成所述凸多面体非结构网格。

本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法及装置，考虑了致密储层中介质的多样性和尺度的级差性，针对多重介质不同分布规律影响介质间耦合渗流和开采动态的特点，不受多重介质重数的限制，能实现多重介质的模拟；能够模拟致密储层以纳微米孔为主的多尺度孔隙介质，以及天然/人工裂缝、宏观大裂缝、微裂缝、纳米缝等多尺度裂缝介质；对不同混合介质采用不同的处理方式，所形成的具有不同介质属性的网格分布与致密储层多重介质实际分布规律接近，介质间流体交换的模拟更符合实际；采用凸多面体非结构网格，能够有效处理致密储层复杂内、外边界条件，实现纯三维数值模拟；能够模拟不同介质、不同赋存状态下油气的渗流机理和可动用性；能够模拟预测不同尺度介质中储量的动态变化、对产量的贡献及井的产量、压力指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中模拟区域中介质的结构示意图；

图3是本发明一实施例中所剖分网格的结构示意图；

图4是本发明一实施例中网格剖分方法的流程示意图；

图5是本发明一实施例中非结构网格模拟不同尺度介质的结构示意图；

图6是本发明一实施例中气井产量情况的示意图；

图7是本发明一实施例中多重介质的采出度情况的示意图；

图8是本发明一实施例的多重介质对产量贡献情况的示意图；

图9是本发明一实施例中不同流态对产量贡献情况的示意图；

图10是本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置的结构示意图；

图11是本发明另一实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置的结构示意图；

图12是本发明再一实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置的结构示意图；

图13是本发明一实施例中网格剖分单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法及其装置，该方法通过，首先建立包括多重介质的模拟区域，然后将该模拟区域剖分为多个网格，并使每个网格模拟同一尺度的介质，之后依据预定要求建立连通表，最终通过数值模拟计算得到网格的流动动态，进而计算得到反映多重介质中致密油气的情况多种数据。需要预先说明的是，本发明实施例的方法和装置可用于预测多重介质中致密气、致密油及致密气油混合体的情况，下述各实施例以“油气”来描述，可表示各种油藏的储层。

图1是本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法的流程示意图。如图1所示，致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，包括步骤：

S100：获取地质参数及油气开发工程几何参数，并建立具有一设定区域边界及多重介质的模拟区域；

S200：根据所述地质参数及油气开发工程几何参数，将所述模拟区域剖分为多个凸多面体非结构网格，并获取所述非结构网格的几何参数，每个所述非结构网格用于模拟一种所述介质；

S300：获取所述非结构网格的介质类型并根据所述介质类型设置所述非结构网格的介质属性参数值；

S400：对所有所述非结构网格进行顺序编号，并根据流体在相邻所述非结构网格间任意流动的规则，建立所述非结构网格的连通表；

S500：根据所述介质属性参数值、所述非结构网格的几何参数及所述连通表计算相邻所述非结构网格间的传导率；

S600：根据所述传导率对不同所述非结构网格之间的流动动态进行数值模拟计算，以预测所述介质中致密油气储量的动态变化数据、所述介质对油气产量的贡献数据、井的产量及地层压力数据。

本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，使每个网格模拟一重介质，可以突破介质重数的限制，能够实现多重介质的模拟。此外，本发明采用凸多面体非结构网格作为剖分单元，能够有效处理致密储层的复杂内、外边界条件，实现纯三维数值模拟。根据介质类型设置网格的属性参数，不同网格所模拟的介质可具有不同的属性参数，介质情况可更符合实际，可以使模拟结果更准确。

在上述步骤S100中，模拟区域的区域边界大小可以任意设定，只要能满足模拟结果基本符合实际情况即可，较佳地，是根据所要模拟的实际储层的大小和比例进行设定。该模拟区域所包含的多重介质可以具有不同尺度，也可以具有不同的形状，可以用于模拟储层中的混合介质。

上述油气开发工程几何参数主要是指油气生产中的施工数据，例如包括生产井的井位、生产井的井轨迹、生产井的射孔位置以及实际人工裂缝参数，其中，实际人工裂缝可以是由人工压裂产生的裂缝。

该生产井可以是实际生产中所采用的多种井，例如水平井、直井、斜井或多分支井。一个实施例中，模拟区域中的生产井设置为水平井，以模拟目前油气生产中常用的生产井，从而预测当前储层中的致密油气的情况。在进行网格划分时，该水平井可被划分为一个或多个网格，可将生产井的射孔位置设置在生产井的凸多面体非结构网格的中心，可以将射孔位置看做一个点，从而可以提高模拟计算效率和计算结果的准确性。

上述地质参数主要是指储层介质的相关情况，例如包括：所述介质的实际空间分布规律数据及所述介质的孔隙体积百分比。其中，上述介质的实际空间分布规律数据可以通过地震检测或测井得到。以上述地质参数和油气开发工程几何参数作为多重介质中致密油气预测的依据，不仅能够实现致密油气多重介质的预测，还可以增加预测结果的准确性。

具有同一介质属性参数值的非结构网格的孔隙体积百分比可通过岩心压汞实验得到，例如可以先通过岩心实验测出渗透率等数据，再根据实验数据计算得到。具体地，上述孔隙体积百分比可以为：

其中，下标Jn是具有介质属性参数值n的非结构网格；f_Jn是非结构网格Jn的孔隙体积百分比；是非结构网格Jn的孔隙度；i是非结构网格的编号，∑V_Jn,i是所述模拟区域的内所有具有介质属性参数值n的非结构网格i的体积之和；是所述模拟区域的平均孔隙度；V_R是所述模拟区域的体积。通过岩心压汞实验可以得到较准确的孔隙百分比。

本发明实施例中，上述多重介质主要是指具有不同尺度的混合介质，例如，可以包括大尺度天然裂缝、人工裂缝、小尺度裂缝及孔隙。其中，上述小尺度裂缝可以包括小裂缝、微裂缝及纳米缝中的一个或多个，上述孔隙可以包括小孔隙、微孔隙及纳米孔隙中的一个或多个。模拟区域中可以包含上述各种尺度和各种形状的介质中的一种或多种，以模拟包含各种介质种类的混合介质。

图2是本发明一实施例中模拟区域中介质的结构示意图，如图2所示，模拟区域700中的介质包含有大裂缝701、小裂缝702、微裂缝703、小孔隙704、微孔隙705及纳米孔隙706。其中，大裂缝201可以是人工裂缝或大尺度天然裂缝。模拟区域700中的生产井为水平井707。

上述各种类型介质的尺度范围，可以根据本领域的公共划分标准界定，也可以视需要自行确定。

可选地，根据孔隙的喉道直径划分孔隙的尺度范围，根据裂缝的缝宽划分裂缝的尺度范围，例如，上述大尺度天然裂缝和上述人工裂缝的缝宽范围可为[10mm,50mm]，上述小尺度裂缝的缝宽范围可为(0,1mm]，上述孔隙的喉道直径范围可为[37nm,20μm]。

进一步对上述不同尺度的小尺度裂缝进行划分，其中，上述小裂缝的缝宽范围可为(100μm,1mm]，所述微裂缝的缝宽范围可为(1μm,100μm]，所述纳米缝的缝宽范围可为(0,1μm]。

进一步对上述不同尺度的孔隙进行划分，其中，上述小孔隙的喉道直径范围可为[1μm,4μm]；上述微孔隙的喉道直径范围可为[0.5μm,1μm)；上述纳米孔隙的喉道直径范围可为[37nm,0.5μm)。

在其他实施例中，不同尺度的裂缝还可以包括中裂缝，该中裂缝的缝宽范围可为(1mm,10mm]；不同尺度的孔隙可以包括中孔隙，该中孔隙的喉道直径范围可为(4μm,10μm]。

本发明实施例中，通过对孔、缝介质进行上述尺度划分，可以分别针对不同类型或尺度的介质进行不同处理，以通过数值模拟计算实现多尺度介质的油气预测，并增加预测结果的准确性。

在上述步骤S200中，在针对不同尺度介质划分网格时，可以采用相同或不同的划分策略。例如，可以将上述大尺度天然裂缝和上述人工裂缝作为离散介质进行划分，即每条大尺度天然裂缝或人工裂缝剖分成多个网格，因为大尺度天然裂缝和上述人工裂缝的尺度较大，对其进行离散化，可使网格更准确地模拟裂缝的形状；可以将上述小尺度裂缝作为等效连续介质，即可以通过一个网格近似模拟上述小尺度裂缝，以简化网格划分的复杂度；可以将上述孔隙作为连续介质，以提高网格划分效率。

本发明实施例中，所剖分的网格可以是规则的网格或不规则的网格，较佳地，是凸多面体非结构网格，以有效处理致密储层的复杂边界。凸多面体非结构网格的形状可以根据需要选择，例如四面体、五面体或六面体。模拟区域中凸多面体非结构网格的形状可以相同，也可以不同，例如均为四面体，或者同时包含四面体和五面体。

图3是本发明一实施例中所剖分网格的结构示意图，如图3所示，模拟区域中凸多面体非结构网格均为四面体，以此增加数值模拟计算时的运算效率。

图4是本发明一实施例中网格剖分方法的流程示意图。如图4所示，图1所示的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法的步骤S200中，将模拟区域剖分为网格的方法，可包括步骤：

S210：根据所述井轨迹、所述大尺度天然裂缝的实际空间分布规律数据及所述人工裂缝的实际空间分布规律数据，将所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝剖分为第一网格，并获取所述第一网格的几何参数；

S220：根据所述小尺度裂缝及孔隙的实际空间分布规律数据，将所述小尺度裂缝及孔隙剖分为第二网格，并获取所述第二网格的几何参数；

S230：将所述第一网格剖分为第三网格，并使每个所述第三网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第三网格的几何参数；

S240：根据所述孔隙体积百分比将所述第二网格剖分为第四网格，并使每个所述第四网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第四网格的几何参数；其中，所述第三网格和所述第四网格构成所述凸多面体非结构网格。

本发明实施例中，根据不同介质的分布规律分别划分网格，可以使得模拟区域中的多重介质更接近实际介质的分布规律，从而使得模拟计算出的不同网格间的流体流动更符合实际介质间流体交换的真实情况。此外，针对不同尺度或类型的介质分别进行网格划分可以提高数值模拟计算效率。

在上述步骤S210中，将大尺度天然裂缝和人工裂缝的离散介质划分为第一网格时，可将一条裂缝作为一个网格，则第一网格可只包含一重介质。接着，在上述步骤S230中，可将第一网格划分为多个第三网格，如此一来，不仅每个第三网格可模拟单一尺度的介质，而且大尺度天然裂缝和人工裂缝的离散介质可根据其形貌如裂缝走向作更细致的划分，有利于模拟真实的大尺度天然裂缝和人工裂缝的离散介质。

在步骤S240中，用于模拟小尺度裂缝及孔隙介质的第四网格，实际上可能包含多种尺度的介质，此时，可通过将该第四网格中占主导地位的介质的类型作为该第四网格所模拟的介质的类型，从而使该第四网格仅模拟单一尺度的介质，以此，可减少模拟计算的复杂度。

值得说明的是，本发明实施例中所描述的每个网格模拟同一尺度的介质或一种介质，其中的“同一尺度”的介质不仅可以指每个网格中包含尺寸(例如喉道直径或缝宽)完全相同的多个介质，还可以是指包含尺寸在同一范围的多个介质，例如一个网格包含喉道直径为38nm和喉道直径为0.4μm的两种纳米孔隙介质，上述两种纳米孔隙介质的尺度均在纳米孔隙的尺度范围[37nm,0.5μm)之内，则可以说该网格用于模拟一种介质或该网格包含同一尺度的介质。本发明实施例中所描述的每个二级网格模拟一种介质，其中的“一种”介质可以与“同一尺度”的介质具有相同的意义，也可以指仅包含“同一尺度”的裂缝介质和“同一尺度”的孔隙介质中的之一。

图5是本发明一实施例中非结构网格模拟不同尺度介质的结构示意图，如图5所示，每个网格中只包含一种介质。

通过上述网格剖分方法所得到的各第三网格即可为上述人工裂缝和人工裂缝的凸多面体非结构网格，上述各第四网格即可为上述小尺度裂缝及孔隙的凸多面体非结构网格。对应地，上述第三网格的几何参数和上述第四网格的几何参数即可为凸多面体非结构网格的几何参数。

用于在上述步骤S500中计算传导率的凸多面体非结构网格的几何参数，具体地，可以包括：非结构网格的体积、相邻非结构网格的接触面积、非结构网格的重心到相邻非结构网格接触面中心的距离。根据这些几何参数可以更准确计算相邻非结构网格间的传导率。

再如图1所示，在步骤S300中，将上述模拟区域剖分为一套非结构网格后，可以通过直接读取的方式，获取非结构网格的介质类型。然后，针对不同类型的介质设置其相应的介质属性参数值。总体上，上述介质属性参数值可包括物性参数、流体参数及渗流机理参数。

具体而言，该物性参数可包括介质的孔隙度及渗透率等参数；该流体参数可包括介质中气体的饱和度、粘度、密度、相渗、毛管力及高压物性等参数；该渗流机理参数可包括应力敏感参数、高速非线性渗流参数、启动压力梯度参数、滑脱效应参数及扩散作用参数等参数。针对不同介质类型，为非结构网格设置上述各种介质属性参数值可使非结构网格所模拟的介质更符合实际介质的情况。

在上述步骤S400中，对模拟区域内所有非结构网格进行顺序编号，并根据流体在相邻的非结构网格间任意流动的规则，建立所述非结构网格的连通表。其中，顺序编号可减少数值模拟时的计算量。使相邻的非结构网格间任意流动，更符合介质间流体交换的实际规律。通过上述连通表可以查询到网格之间的流通关系。

在上述步骤S500中，根据设置的介质属性参数值、非结构网格的几何参数及连通表计算相邻所述非结构网格间的传导率，具体地，可以为：

$T_{i,j}=\frac{{\mathrm{\α}}_i\·{\mathrm{\α}}_j}{({\mathrm{\α}}_i+{\mathrm{\α}}_j)},---\left(2\right)$

其中，

其中，上述下标i和j是相邻两个非结构网格的编号；T_i,j是相邻两个非结构网格i和j间的传导率；α_i、α_j分别是非结构网格i和j的形状因子；K_i、K_j分别是非结构网格i和j的有效渗透率；A_i,j是相邻两个非结构网格i和j的接触面积；L_i、L_j分别是非结构网格i和j的重心到相邻两个非结构网格i和j的接触面中心的距离；是非结构网格的正交性法向校正。

上述实施例中，非结构网格的编号可以通过连通表查询得到；非结构网格的形状因子、相邻非结构网格的接触面积、非结构网格重心到与其相邻的非结构网格的接触面中心的距离可从非结构网格的几何参数中得到；渗透率可从介质的物性参数中得到。

在上述步骤S600中，根据上述传导率，对模拟区域中不同非结构网格之间的流动动态进行数值模拟计算，可以得到整个模拟区域中介质间的流体交换动态。之后，通过计算可以得到介质中致密油气储量的动态变化数据、介质对油气产量的贡献数据、井的产量及地层压力数据。

具体而言，通过网格的体积和网格的介质孔隙度相乘得到介质的孔隙体积，再通过孔隙体积和介质中气体的油气水饱和度相乘可以得到介质中致密油气储量的动态变化数据。通过计算模拟区域中与生产井相邻的所有网格的流量(流入生产井为正值，流出生产井为负值)，求和可以得到井的产量。计算出每种介质的产量，并计算该种介质的产量在井产量中的占比，即可得到各种介质对油气产量的贡献数据。通过流进和流出网格的流体的流量差，即可计算出地层的压力(压力指标)。

一个实施例中，某致密气藏发育天然大裂缝、小裂缝、小孔、微孔、纳米孔五重介质，水平井的长度为1500m，共压裂14条人工裂缝，这些人工裂缝长度为600m。

采用本发明实施例的方法，建立多重介质的非结构网格模型，对该水平井15年内的生产动态进行数值模拟，可以得到气井产量、地层压力、各尺度介质采出度以及各尺度介质对产量贡献的情况。

图6是本发明一实施例中气井产量情况的示意图，如图6所示，该气井产量的情况可由日产气随时间变化的曲线A1和累产气随时间变化的曲线A2表示。地层压力变化情况可以通过灰度或颜色变化情况来表示(未图示)。

图7是本发明一实施例中多重介质的采出度情况的示意图，如图7所示，裂缝、微孔、微纳米孔及小孔的尺度不同，它们的采出度(产量)随时间变化的曲线(裂缝的采出度随时间变化曲线B1、微孔的采出度随时间变化曲线B2、微纳米孔的采出度随时间变化曲线B3及小孔的采出度随时间变化曲线B4)也各不相同。

图8是本发明一实施例的多重介质对产量贡献情况的示意图，如图8所示，裂缝对产量的贡献C1为0.84％，微孔对产量的贡献C2为17.82％，微纳米孔对产量的贡献C3为62.98％，小孔对产量的贡献C4为18.35，其中，为微纳米孔对产量的贡献C3最大。

图9是本发明一实施例中不同流态对产量贡献情况的示意图，如图9所示，达西流对日产量的贡献D1、拟线性流对日产量的贡献D2、滑脱流对日产量的贡献D3及努森流对日产量的贡献D4各不相同。

本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，考虑了致密储层中介质的多样性和尺度的级差性，针对多重介质不同分布规律影响介质间耦合渗流和开采动态的特点，不受多重介质重数的限制，能实现多重介质的模拟；能够模拟致密储层以纳微米孔为主的多尺度孔隙介质，以及天然/人工裂缝、宏观大裂缝、微裂缝、纳米缝等多尺度裂缝介质；对不同混合介质采用不同的处理方式，所形成的具有不同介质属性的网格分布与致密储层多重介质实际分布规律接近，介质间流体交换的模拟更符合实际；采用凸多面体非结构网格，能够有效处理致密储层复杂内、外边界条件，实现纯三维数值模拟；能够模拟不同介质、不同赋存状态下油气的渗流机理和可动用性；能够模拟预测不同尺度介质中储量的动态变化、对产量的贡献及井的产量、压力指标。

基于与图1所示的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，如下面实施例所述。由于该致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置解决问题的原理与致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法相似，因此该致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置的实施可以参见致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法的实施，重复之处不再赘述。

图10是本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置的结构示意图。如图10所示，致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，可包括：依次顺序连接的模拟区域建立单元1010、网格剖分单元1020、属性参数设置单元1030、连通表建立单元1040、传导率生成单元1050及油气数据生成单元1060。

模拟区域建立单元1010，用于获取地质参数及油气开发工程几何参数，并建立具有一设定区域边界及多重介质的模拟区域；

网格剖分单元1020，用于根据所述地质参数及油气开发工程几何参数，将所述模拟区域剖分为多个凸多面体非结构网格，并获取所述非结构网格的几何参数，每个所述非结构网格用于模拟一种所述介质；

属性参数设置单元1030，用于获取所述非结构网格的介质类型并根据所述介质类型设置所述非结构网格的介质属性参数值；

连通表建立单元1040，用于对所有所述非结构网格进行顺序编号，并根据流体在相邻所述非结构网格间任意流动的规则，建立所述非结构网格的连通表；

传导率生成单元1050，用于根据所述介质属性参数值、所述非结构网格的几何参数及所述连通表计算相邻所述非结构网格间的传导率；

油气数据生成单元1060，用于根据所述传导率对不同所述非结构网格之间的流动动态进行数值模拟计算，以预测所述介质中致密油气储量的动态变化数据、所述介质对油气产量的贡献数据、井的产量及地层压力数据。

本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，网格剖分单元生成的每个网格模拟一重介质，可以突破介质重数的限制，能够实现多重介质的模拟。此外，网格剖分单元采用凸多面体非结构网格作为剖分单元，能够有效处理致密储层的复杂内、外边界条件，实现纯三维数值模拟。属性参数设置单元根据介质类型设置网格的属性参数，不同网格所模拟的介质可具有不同的属性参数，介质情况可更符合实际，可以使模拟结果更准确。

图11是本发明另一实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置的结构示意图。如图11所示，图10所示的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，还可包括基本参数存储单元1070，与上述模拟区域建立单元1010连接。

基本参数存储单元1070，用于存储所述地质参数及油气开发工程几何参数；所述油气开发工程几何参数包括：井位、井轨迹、井的射孔位置及实际人工裂缝参数；所述地质参数包括：所述介质的实际空间分布规律数据及所述介质的孔隙体积百分比。

本发明实施例中，基本参数存储单元可为预测结果提供依据，使得预测结果更准确。

图12是本发明再一实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置的结构示意图。如图12所示，如11所示的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，还可包括介质存储单元1080，与上述模拟区域建立单元1010连接。

介质存储单元1080，用于存储所述介质；所述介质包括：大尺度天然裂缝、人工裂缝、小尺度裂缝及孔隙；所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝为离散介质，所述小尺度裂缝为等效连续介质，所述孔隙为连续介质；所述小尺度裂缝包括小裂缝、微裂缝及纳米缝中的一个或多个；所述孔隙包括小孔隙、微孔隙及纳米孔隙中的一个或多个。

本发明实施例的装置，不受多重介质重数的限制，能实现多重介质的模拟；能够模拟致密储层以纳微米孔为主的多尺度孔隙介质，以及天然/人工裂缝、宏观大裂缝、微裂缝、纳米缝等多尺度裂缝介质，预测结果更准确。

图13是本发明一实施例中网格剖分单元的结构示意图。如图13所示，上述各实施例中，网格剖分单元1020可包括：第一网格剖分模块1021、第二网格剖分模块1022、第三网格剖分模块1023、第四网格剖分模块1024。

第一网格剖分模块1021，用于根据所述井轨迹、所述大尺度天然裂缝的实际空间分布规律数据及所述人工裂缝的实际空间分布规律数据，将所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝剖分为第一网格，并获取所述第一网格的几何参数；

第二网格剖分模块1022，用于根据所述小尺度裂缝及孔隙的实际空间分布规律数据，将所述小尺度裂缝及孔隙剖分为第二网格，并获取所述第二网格的几何参数；

第三网格剖分模块1023，用于将所述第一网格剖分为第三网格，并使每个所述第三网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第三网格的几何参数；

第四网格剖分模块1024，用于根据所述孔隙体积百分比将所述第二网格剖分为第四网格，并使每个所述第四网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第四网格的几何参数；其中，所述第三网格和所述第四网格构成所述凸多面体非结构网格。

本发明实施例中，各网格剖分模块根据不同介质的分布规律分别划分网格，可以使得模拟区域中的多重介质更接近实际介质的分布规律，从而使得模拟计算出的不同网格间的流体流动更符合实际介质间流体交换的真实情况。此外，第一网格剖分模块和第二网格剖分模块针对不同尺度或类型的介质分别进行网格划分可以提高数值模拟计算效率，第三网格剖分模块和第四网格剖分模块根据首次划分的网格中介质重数再次划分网格可以有效实现每个网格模拟一种尺度的介质。

本发明实施例的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，能够考虑致密储层中介质的多样性和尺度的级差性，针对多重介质不同分布规律影响介质间耦合渗流和开采动态的特点预测多重介质中的油气情况。与现有技术相比，具有显著优点：

(1)不受介质重数的限制，能实现多重介质的模拟；能够模拟致密储层以纳微米孔为主的多尺度孔隙介质，以及天然/人工裂缝、宏观大裂缝、微裂缝、纳米缝等多尺度裂缝介质；

(2)可对混合介质(包括离散介质、等效连续介质及连续介质)采用不同的处理方式，所形成的具有不同介质属性的网格分布与致密储层多重介质实际分布规律接近，介质间流体交换的模拟更符合实际；

(3)采用凸多面体非结构网格，能够有效处理致密储层复杂内、外边界条件，实现纯三维数值模拟；

(4)能够模拟不同介质、不同赋存状态下油气的渗流机理和可动用性；

(5)能够模拟预测不同尺度介质中储量的动态变化、对产量的贡献及井的产量、压力指标。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

获取地质参数及油气开发工程几何参数，并建立具有一设定区域边界及多重介质的模拟区域；

根据所述地质参数及油气开发工程几何参数，将所述模拟区域剖分为多个凸多面体非结构网格，并获取所述非结构网格的几何参数，每个所述非结构网格用于模拟一种所述介质；

获取所述非结构网格的介质类型并根据所述介质类型设置所述非结构网格的介质属性参数值；

对所有所述非结构网格进行顺序编号，并根据流体在相邻所述非结构网格间任意流动的规则，建立所述非结构网格的连通表；

根据所述介质属性参数值、所述非结构网格的几何参数及所述连通表计算相邻所述非结构网格间的传导率；

根据所述传导率对不同所述非结构网格之间的流动动态进行数值模拟计算，以预测所述介质中致密油气储量的动态变化数据、所述介质对油气产量的贡献数据、井的产量及地层压力数据。

2.如权利要求1所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，所述油气开发工程几何参数包括：井位、井轨迹、井的射孔位置及实际人工裂缝参数；所述地质参数包括：所述介质的实际空间分布规律数据及所述介质的孔隙体积百分比。

3.如权利要求2所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，所述介质包括：大尺度天然裂缝、人工裂缝、小尺度裂缝及孔隙；所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝为离散介质，所述小尺度裂缝为等效连续介质，所述孔隙为连续介质；所述小尺度裂缝包括小裂缝、微裂缝及纳米缝中的一个或多个；所述孔隙包括小孔隙、微孔隙及纳米孔隙中的一个或多个。

4.如权利要求3所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，根据所述地质参数及油气开发工程几何参数，将所述模拟区域剖分为多个凸多面体非结构网格，并获取所述非结构网格的几何参数，包括：

根据所述井轨迹、所述大尺度天然裂缝的实际空间分布规律数据及所述人工裂缝的实际空间分布规律数据，将所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝剖分为第一网格，并获取所述第一网格的几何参数；

根据所述小尺度裂缝及孔隙的实际空间分布规律数据，将所述小尺度裂缝及孔隙剖分为第二网格，并获取所述第二网格的几何参数；

将所述第一网格剖分为第三网格，并使每个所述第三网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第三网格的几何参数；

根据所述孔隙体积百分比将所述第二网格剖分为第四网格，并使每个所述第四网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第四网格的几何参数；其中，所述第三网格和所述第四网格构成所述凸多面体非结构网格。

5.如权利要求2所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，所述井为水平井，所述水平井的射孔位置设于所述凸多面体非结构网格的中心。

6.如权利要求1所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，所述非结构网格的几何参数包括：所述非结构网格的体积、相邻所述非结构网格的接触面积、所述非结构网格的重心到相邻所述非结构网格接触面中心的距离。

7.如权利要求1所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，所述介质属性参数值包括：物性参数、流体参数及渗流机理参数；

其中，所述物性参数包括孔隙度及渗透率；所述流体参数包括饱和度、粘度、密度、相渗、毛管力及高压物性；所述渗流机理参数包括应力敏感参数、高速非线性渗流参数、启动压力梯度参数、滑脱效应参数及扩散作用参数。

8.如权利要求1所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，

所述传导率为：

$T_{i,j}=\frac{{\mathrm{\α}}_i\·{\mathrm{\α}}_j}{({\mathrm{\α}}_i+{\mathrm{\α}}_j)},$ 其中，

其中，i和j是相邻两个所述非结构网格的编号；T_i,j是相邻两个非结构网格i和j间的传导率；α_i、α_j分别是非结构网格i和j的形状因子；K_i、K_j分别是非结构网格i和j的有效渗透率；A_i,j是相邻两个非结构网格i和j的接触面积；L_i、L_j分别是非结构网格i和j的重心到相邻两个非结构网格i和j的接触面中心的距离；是非结构网格的正交性法向校正。

9.如权利要求2所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，

具有同一介质属性参数值的所述非结构网格的孔隙体积百分比通过岩心压汞实验得到，所述孔隙体积百分比为：

其中，Jn是具有介质属性参数值n的非结构网格；f_Jn是非结构网格Jn的孔隙体积百分比；是非结构网格Jn的孔隙度；i是非结构网格的编号，∑V_Jn,i是所述模拟区域的内所有具有介质属性参数值n的非结构网格i的体积之和；是所述模拟区域的平均孔隙度；V_R是所述模拟区域的体积。

10.如权利要求3所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟方法，其特征在于，所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝的缝宽范围为[10mm,50mm]；所述小尺度裂缝的缝宽范围为(0,1mm]；所述孔隙的喉道直径范围为[37nm,20μm]；所述小裂缝的缝宽范围为(100μm,1mm]；所述微裂缝的缝宽范围为(1μm,100μm]；所述纳米缝的缝宽范围为(0,1μm]；所述小孔隙的喉道直径范围为[1μm,4μm]；所述微孔隙的喉道直径范围为[0.5μm,1μm)；所述纳米孔隙的喉道直径范围为[37nm,0.5μm)。

11.一种致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，其特征在于，所述装置包括：

模拟区域建立单元，用于获取地质参数及油气开发工程几何参数，并建立具有一设定区域边界及多重介质的模拟区域；

网格剖分单元，用于根据所述地质参数及油气开发工程几何参数，将所述模拟区域剖分为多个凸多面体非结构网格，并获取所述非结构网格的几何参数，每个所述非结构网格用于模拟一种所述介质；

属性参数设置单元，用于获取所述非结构网格的介质类型并根据所述介质类型设置所述非结构网格的介质属性参数值；

连通表建立单元，用于对所有所述非结构网格进行顺序编号，并根据流体在相邻所述非结构网格间任意流动的规则，建立所述非结构网格的连通表；

传导率生成单元，用于根据所述介质属性参数值、所述非结构网格的几何参数及所述连通表计算相邻所述非结构网格间的传导率；

油气数据生成单元，用于根据所述传导率对不同所述非结构网格之间的流动动态进行数值模拟计算，以预测所述介质中致密油气储量的动态变化数据、所述介质对油气产量的贡献数据、井的产量及地层压力数据。

12.如权利要求11所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，其特征在于，所述装置还包括：

基本参数存储单元，用于存储所述地质参数及油气开发工程几何参数；所述油气开发工程几何参数包括：井位、井轨迹、井的射孔位置及实际人工裂缝参数；所述地质参数包括：所述介质的实际空间分布规律数据及所述介质的孔隙体积百分比。

13.如权利要求12所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，其特征在于，所述装置还包括：

介质存储单元，用于存储所述介质；所述介质包括：大尺度天然裂缝、人工裂缝、小尺度裂缝及孔隙；所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝为离散介质，所述小尺度裂缝为等效连续介质，所述孔隙为连续介质；所述小尺度裂缝包括小裂缝、微裂缝及纳米缝中的一个或多个；所述孔隙包括小孔隙、微孔隙及纳米孔隙中的一个或多个。

14.如权利要求13所述的致密储层多重介质中油气流动的混合介质模拟装置，其特征在于，所述网格剖分单元包括：

第一网格剖分模块，用于根据所述井轨迹、所述大尺度天然裂缝的实际空间分布规律数据及所述人工裂缝的实际空间分布规律数据，将所述大尺度天然裂缝和所述人工裂缝剖分为第一网格，并获取所述第一网格的几何参数；

第二网格剖分模块，用于根据所述小尺度裂缝及孔隙的实际空间分布规律数据，将所述小尺度裂缝及孔隙剖分为第二网格，并获取所述第二网格的几何参数；

第三网格剖分模块，用于将所述第一网格剖分为第三网格，并使每个所述第三网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第三网格的几何参数；

第四网格剖分模块，用于根据所述孔隙体积百分比将所述第二网格剖分为第四网格，并使每个所述第四网格模拟单一尺度的介质，且获取所述第四网格的几何参数；其中，所述第三网格和所述第四网格构成所述凸多面体非结构网格。