CN105888631B - 一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法，包括以下步骤：1)根据裂缝稠油油藏热水驱渗流特点，建立基本假设条件；2)根据裂缝中的物质平衡方程、裂缝中的能量平衡方程，并结合压力、温度初始条件以及内外边界条件，获得裂缝稠油油藏热水驱数学模型；3)将裂缝稠油油藏热水驱数学模型中的相关变量无量纲化，并化简得到裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型；4)列出裂缝稠油油藏热水驱数学模型、裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型中的物理量；5)列出步骤4)中全部物理量所包括的基本量纲；6)根据裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型，结合π定理及相似理论分析，获取相似准数。

Description

一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法

技术领域

本发明涉及一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法。

背景技术

裂缝性稠油油藏注冷水开发效果较差，而注热水则可以降低原油粘度，提高水驱效果。在针对裂缝性稠油油藏热水驱进行物理模拟研究中，首先需要建立一套相似准则，获取相似准数，以指导物理模型与实际油藏满足相似性，但此前尚未发现相关研究报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法，包括以下步骤：1)根据裂缝稠油油藏热水驱渗流特点，建立基本假设条件；2)根据裂缝中的物质平衡方程、裂缝中的能量平衡方程，并结合压力、温度初始条件以及内外边界条件，获得裂缝稠油油藏热水驱数学模型；3)将裂缝稠油油藏热水驱数学模型中的相关变量无量纲化，并化简得到裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型；4)列出裂缝稠油油藏热水驱数学模型、裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型中的物理量；5)列出步骤4)中全部物理量所包括的基本量纲；6)根据裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型，结合π定理及相似理论分析，获取相似准数。

所述步骤1)所建立的基本假设条件如下：①储层介质包括基质、裂缝，考虑双孔单渗；②流体包括油、水两相；③油藏中任一微元，达到热平衡与相平衡；④忽略裂缝毛管力，考虑基质渗吸，考虑重力；⑤忽略岩石、流体压缩性和热膨胀，忽略烃类热裂解。

所述裂缝中的物质平衡方程如下：

所述裂缝中的能量平衡方程如下：

所述裂缝稠油油藏热水驱数学模型如下：

式中，x、y、z分别表示空间三个方向的坐标；K_x、K_y、K_z分别表示裂缝x、y、z方向渗透率，mD；S_w表示裂缝中水饱和度，无量纲；φ表示裂缝孔隙度，无量纲；μ_w、μ_o分别表示地层水、地层油粘度，mPa·s；p+γ_wz、p+γ_oz分别表示裂缝中水、油位势，Mpa；γ_w、γ_o分别表示水、油重度，10⁶×N/m³；p表示压力，Mpa；R表示单位体积基质岩块可采储量，m³；t^*表示基质岩块渗吸半周期，d；λ_R表示储层热导系数，KJ/m/d/℃；T表示储层温度，℃；ρ_wC_w、ρ_oC_o、ρ_RC_R分别表示水、油、岩石体积比热，KJ/m³/℃；ρ_w、ρ_o、ρ_R分别表示水、油密度Kg/m³；C_w、C_o、C_R分别表示水、油、岩石质量比热，KJ/Kg/℃；p_i表示油藏初始压力，为常数，MPa；T_i、T_inj、T₀分别表示油藏初始温度、水井注入水温度和初始注入水温度，其中T_i、T₀为常数，℃；lb、ub、n分别表示侧边界、顶底边界和垂直于边界方向；p_inj、p_pro、△p分别表示水井压力、油井压力和注采压差，△p为常数，MPa；L_x、L_y、L_z分别表示室内模型或油藏模拟区域x、y、z方向的特征长度，m；t'＝L_xφ/[(△p/L_x)·(K_x/μ_w)]表示室内模型或油藏模拟区域的特征时间，d；t表示时间，d；τ是求时间积分时引入符号，表示时间微元；e为常数，约等于2.718281828。

所述步骤3)中将裂缝稠油油藏热水驱数学模型中的相关变量无量纲化的过程如下：

所述步骤4)中的列出的物理量如下：包括4个自变量x、y、z、t，4个因变量p+γ_wz、p+γ_oz-p_i、S_w、T-T_i，20个参量K_x、K_y、K_z、μ_w、μ_o、γ_w-γ_o、R、t^*、λ_R、ρ_wC_w、ρ_oC_o、ρ_RC_R、△p、T₀-T_i、φ、r_w、L_x、L_y、L_z、t'。

所述步骤5)中列出的基本量纲如下：质量M、长度L、温度T、时间t。

所述步骤6)中获取的相似准数为20个，具体如下：

其中，π1～π16为室内模拟常规注水开发所需准数，π17～π20为室内模拟注热水开发时考虑温度及能量变化所附加的准数。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提出了一套技术方法，根据本方法可以获得裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数，可指导物理模型的建立，使建立相似物理模型模拟裂缝性稠油油藏热水驱成为可能。2、本发明给出了定量化、可操作的技术方法和实施步骤。3、本发明不仅适用于油田开发研究领域，还可以供其它与裂缝性介质中两相渗流现象有关的研究领域使用和参考，例如地下污染物运移研究等。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的描述。

本发明一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似参数的确定方法，包括以下步骤：

1)根据裂缝稠油油藏热水驱渗流特点，建立下述五个基本假设条件：①储层介质包括基质、裂缝，考虑双孔单渗；②流体包括油、水两相；③油藏中任一微元，达到热平衡与相平衡；④忽略裂缝毛管力，考虑基质渗吸，考虑重力；⑤忽略岩石、流体压缩性和热膨胀，忽略烃类热裂解。

2)根据裂缝中的物质平衡方程(1)式、裂缝中的能量平衡方程(2)式，并结合压力、温度初始条件以及内外边界条件，获得裂缝稠油油藏热水驱数学模型(3)式：

上述式中，式中，x、y、z分别表示空间三个方向的坐标；K_x、K_y、K_z分别表示裂缝x、y、z方向渗透率，mD；S_w表示裂缝中水饱和度，无量纲；φ表示裂缝孔隙度，无量纲；μ_w、μ_o分别表示地层水、地层油粘度，mPa·s；p+γ_wz、p+γ_oz分别表示裂缝中水、油位势，Mpa；γ_w、γ_o分别表示水、油重度，10⁶×N/m³；p表示压力，Mpa；R表示单位体积基质岩块可采储量，m³；t^*表示基质岩块渗吸半周期，d；λ_R表示储层热导系数，KJ/m/d/℃；T表示储层温度，℃；ρ_wC_w、ρ_oC_o、ρ_RC_R分别表示水、油、岩石体积比热，KJ/m³/℃；ρ_w、ρ_o、ρ_R分别表示水、油密度Kg/m³；C_w、C_o、C_R分别表示水、油、岩石质量比热，KJ/Kg/℃；p_i表示油藏初始压力，为常数，MPa；T_i、T_inj、T₀分别表示油藏初始温度、水井注入水温度和初始注入水温度，其中T_i、T₀为常数，℃；lb、ub、n分别表示侧边界、顶底边界和垂直于边界方向；p_inj、p_pro、△p分别表示水井压力、油井压力和注采压差，△p为常数，MPa；L_x、L_y、L_z分别表示室内模型或油藏模拟区域x、y、z方向的特征长度，m；t'＝L_xφ/[(△p/L_x)·(K_x/μ_w)]表示室内模型或油藏模拟区域的特征时间，d；t表示时间，d；τ是求时间积分时引入符号，表示时间微元；e为常数，约等于2.718281828。

3)将(3)式中的相关变量无量纲化，得到(4)式，再将(4)式代回到(3)式，化简后得到裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型(5)式：

4)列出热水驱数学模型(3)～(5)式中的物理量，包括4个自变量x、y、z、t，4个因变量p+γ_wz、p+γ_oz-p_i、S_w、T-T_i，20个参量K_x、K_y、K_z、μ_w、μ_o、γ_w-γ_o、R、t^*、λ_R、ρ_wC_w、ρ_oC_o、ρ_RC_R、△p、T₀-T_i、φ、r_w、L_x、L_y、L_z、t'。

5)列出热水驱数学模型中的基本量纲，即4基本量纲：质量M、长度L、温度T、时间t。

6)根据π定理，使用28个物理量描述包含4个基本量纲的裂缝稠油油藏热水驱渗流过程，可等价于用28-4＝24个无量纲参数组和描述该渗流过程。为便于物理模拟，这些无量纲参数组合应尽可能少，因此需对无量纲参数组合数进行分析并精简：28个物理量中，K_x、K_y、K_z、μ_w、μ_o总是可以推导成K_x/μ_o、K_y/μ_o、K_z/μ_o、μ_o/μ_w，φ、t总是可以推导成φ/t，λ_R、ρ_wC_w、ρ_oC_o、ρ_RC_R总是可以推导成λ_R/ρ_RC_R、ρ_wC_w/ρ_RC_R、ρ_oC_o/ρ_RC_R，t'＝L_xφ/[(△p/L_x)·(K_x/μ_w)]可视为独立参量。因此，独立物理量共24个，根据π定理，该物理过程等价于使用20个无量纲参数组合来描述，根据裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型(5)式以及相似理论分析，得到20个无量纲参数组合(即相似准则数组)，如表1所示。表1中20个相似准数均具有明确的物理意义，且π1～π16为室内模拟常规注水开发所需准数，π17～π20为室内模拟注热水开发时考虑温度及能量变化所附加的准数。

表1裂缝稠油油藏注热水开发室内比例模拟相似准数组

裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟的相似准数确定后，可以以上述相似准数为依据设计物理模拟过程。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法，包括以下步骤：1)根据裂缝稠油油藏热水驱渗流特点，建立基本假设条件；2)根据裂缝中的物质平衡方程、裂缝中的能量平衡方程，并结合压力、温度初始条件以及内外边界条件，获得裂缝稠油油藏热水驱数学模型；3)将裂缝稠油油藏热水驱数学模型中的相关变量无量纲化，并化简得到裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型；4)列出裂缝稠油油藏热水驱数学模型、裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型中的物理量；5)列出步骤4)中全部物理量所包括的基本量纲；6)根据裂缝稠油油藏热水驱无量纲数学模型，结合π定理及相似理论分析，获取相似准数；

所述裂缝中的物质平衡方程如下：

所述裂缝中的能量平衡方程如下：

所述裂缝稠油油藏热水驱数学模型如下：

式中，x、y、z分别表示空间三个方向的坐标；K_x、K_y、K_z分别表示裂缝x、y、z方向渗透率，mD；S_w表示裂缝中水饱和度，无量纲；φ表示裂缝孔隙度，无量纲；μ_w、μ_o分别表示地层水、地层油粘度，mPa·s；p+γ_wz、p+γ_oz分别表示裂缝中水、油位势，Mpa；γ_w、γ_o分别表示水、油重度，10⁶×N/m³；p表示压力，Mpa；R表示单位体积基质岩块可采储量，m³；t^*表示基质岩块渗吸半周期，d；λ_R表示储层热导系数，KJ/m/d/℃；T表示储层温度，℃；ρ_wC_w、ρ_oC_o、ρ_RC_R分别表示水、油、岩石体积比热，KJ/m³/℃；ρ_w、ρ_o、ρ_R分别表示水、油密度Kg/m³；C_w、C_o、C_R分别表示水、油、岩石质量比热，KJ/Kg/℃；p_i表示油藏初始压力，为常数，MPa；T_i、T_inj、T₀分别表示油藏初始温度、水井注入水温度和初始注入水温度，其中T_i、T₀为常数，℃；lb、ub、n分别表示侧边界、顶底边界和垂直于边界方向；p_inj、p_pro、△p分别表示水井压力、油井压力和注采压差，△p为常数，MPa；L_x、L_y、L_z分别表示室内模型或油藏模拟区域x、y、z方向的特征长度，m；t'＝L_xφ/[(△p/L_x)·(K_x/μ_w)]表示室内模型或油藏模拟区域的特征时间，d；t表示时间，d；τ是求时间积分时引入符号，表示时间微元；e为常数，约等于2.718281828；

所述步骤6)中获取的相似准数为20个，具体如下：

其中，π1～π16为室内模拟常规注水开发所需准数，π17～π20为室内模拟注热水开发时考虑温度及能量变化所附加的准数。

2.如权利要求1所述的一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法，其特征在于：所述步骤1)所建立的基本假设条件如下：①储层介质包括基质、裂缝，考虑双孔单渗；②流体包括油、水两相；③油藏中任一微元，达到热平衡与相平衡；④忽略裂缝毛管力，考虑基质渗吸，考虑重力；⑤忽略岩石、流体压缩性和热膨胀，忽略烃类热裂解。

3.如权利要求1所述的一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法，其特征在于：所述步骤3)中将裂缝稠油油藏热水驱数学模型中的相关变量无量纲化的过程如下：

4.如权利要求3所述的一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法，其特征在于：所述步骤4)中的列出的物理量如下：包括4个自变量x、y、z、t，4个因变量p+γ_wz、p+γ_oz-p_i、S_w、T-T_i，20个参量K_x、K_y、K_z、μ_w、μ_o、γ_w-γ_o、R、t^*、λ_R、ρ_wC_w、ρ_oC_o、ρ_RC_R、△p、T₀-T_i、φ、r_w、L_x、L_y、L_z、t'。

5.如权利要求4所述的一种裂缝性稠油油藏热水驱物理模拟相似准数的确定方法，其特征在于：所述步骤5)中列出的基本量纲如下：质量M、长度L、温度T、时间t。