CN107133411B - 一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法及系统，所述模拟方法包括：获取油藏的流体类型及流体的状态参数；所述状态参数包括压力、温度；对所述流体的状态参数进行相态拟合，确定油藏流体的相态参数；所述相态参数包括临界温度、临界压力、偏心因子及等张比容；根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性；根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量；根据所述基本变量及相态参数进行相态计算，更新辅助变量，从而可准确实现所述页岩油气组分的流动数值模拟。

Description

一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及油气田开发领域技术领域，特别是涉及一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法及系统。

背景技术

随着常规油田开发进入中后期及水平井和水力压裂等油气田开发技术的发展，页岩油气等非常规油气资源已成为当今的研究热点。当前页岩油气的流动模拟主要面临两个问题，一是由于页岩储层的致密性，孔隙尺寸极小，多为纳米级，导致页岩油气流动受应力敏感、油相启动压力梯度、气相努森扩散及吸附等多种特殊机理的影响；二是对于挥发油及凝析气等特殊油气藏类型，页岩油气相态规律受流体组分及受限微纳米孔隙的影响明显。由于页岩油气流动受多种机理影响，其流动规律明显不同于常规油气，导致常规的流动模拟方法不适用于页岩油气藏。

而现有的模拟器无法对页岩油气进行准确的流动模拟，不能准确预测油藏的流动值，从而影响页岩油气开发的正常进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法，可准确实现页岩油气组分的流动数值模拟。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法，所述模拟方法包括：

获取油藏的流体类型及流体的状态参数；所述状态参数包括压力、温度；

对所述流体的状态参数进行相态拟合，确定油藏流体的相态参数；所述相态参数包括临界温度、临界压力、偏心因子及等张比容；

根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性；

根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量；

根据所述基本变量及相态参数进行相态计算，更新辅助变量，以实现所述页岩油气组分的流动数值模拟。

可选的，所述油藏储层特征根据钻取岩心和/或测井方式获得。

可选的，所述页岩油气组分模型包括烃类组分及水组分的质量守恒方程、油气水三相的运动方程及辅助方程；

其中，烃类组分的质量守恒方程：

水组分的质量守恒方程：

油气水三相运动方程：

辅助方程：

其中，x_i、y_i和z_i分别表示烃类i组分在油相、气相及油气两相中总的摩尔分数；n_c表示组分数；ρ_o、ρ_g和ρ_w分别表示油相、气相及水相的摩尔密度；v_o、v_g和v_w分别表示油气水相的渗流速度；S_o、S_g和S_w分别表示油气水相的饱和度；φ和k表示孔隙度和渗透率张量；D_eff,i表示气相中i组分的分子扩散系数；q_ads,i表示页岩单位质量上气相中i组分的摩尔吸附量；q_i和q_w分别表示页岩中烃类i组分及水组分的源汇项；μ_o、μ_g和μ_w分别表示油气水相的粘度；k_ro、k_rg和k_rw分别表示油气水相的相对渗透率；P_o、P_g和P_w分别表示油气水相的压力；k_∞表示固有渗透率；b表示为滑脱因子，取决于孔隙结构、气体性质和气体压力；和分别表示油气相的摩尔分数；ψ_β＝P_β-ρgz；P_cgw和P_cgo分别表示气水和油气的毛管力；和分别表示油相和气相中i组分的逸度系数，由状态方程计算得到。

可选的，所述根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量，具体包括：

将运动方程代入到质量守恒方程得到组分模型的基本方程，并划分对应的基本变量及辅助变量；其中，基本变量为S_w,P_o,z₁,z₂,,辅助变量为x_i,y_i,S_o,S_g,P_g,P_w；其中，x_i、y_i和z_i分别表示烃类i组分在油相、气相及油气两相中总的摩尔分数；n_c表示组分数；S_o、S_g和S_w分别表示油气水相的饱和度；

采用有限体积法对基本方程进行数值离散，并采用牛顿迭代法进行全隐式求解，得到不同时间步下的基本变量。

可选的，所述油藏的机理特性包括气相的应力敏感、努森扩散、吸附或解析效应、分子扩散，油水相的应力敏感及启动压力梯度的影响，使页岩油气组分模型反映出页岩油气的流动特征。

可选的，所述根据所述基本变量及相态参数进行相态计算，具体包括采用考虑受限微纳孔隙影响的闪蒸计算方法进行相态计算。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性，根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，根据所述页岩油气组分模型可准确实现页岩油气组分的流动数值模拟。

本发明的目的是提供一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟系统，可准确实现页岩油气组分的流动数值模拟。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟系统，所述模拟系统包括：

获取单元，用于获取油藏的流体类型及流体的状态参数；所述状态参数包括压力、温度；

拟合单元，用于对所述流体的状态参数进行相态拟合，确定油藏流体的相态参数；所述相态参数包括临界温度、临界压力、偏心因子及等张比容；

确定单元，用于根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性；

建立单元，用于根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量；

更新单元，用于根据所述基本变量及相态参数进行相态计算，更新辅助变量，以实现所述页岩油气组分的流动数值模拟。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明考虑油藏机理的页岩油气组分模拟系统通过设置获取单元、拟合单元和确定单元，可根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性；通过设置建立单元和更新单元，可根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，根据所述页岩油气组分模型可准确实现页岩油气组分的流动数值模拟。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法的流程图；

图2为相态计算流程图；

图3为变量更新流程图；

图4为页岩油气组分模型求解流程图；

图5为本发明实施例考虑油藏机理的页岩油气组分模拟系统的模块结构图。

符号说明：

获取单元—1，拟合单元—2，确定单元—3，建立单元—4，更新单元—5。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法，根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性，根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，根据所述页岩油气组分模型可准确实现页岩油气组分的流动数值模拟。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法包括：

步骤100：获取油藏的流体类型及流体的状态参数；所述状态参数包括压力、温度。

步骤200：对所述流体的状态参数进行相态拟合，确定油藏流体的相态参数；所述相态参数包括临界温度、临界压力、偏心因子及等张比容。

步骤300：根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性。

步骤400：根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量。

步骤500：根据所述基本变量及相态参数进行相态计算，更新辅助变量，以实现所述页岩油气组分的流动数值模拟。

其中，在步骤300中，储层特征包括储层的矿物组成及孔隙分布的特征，例如页岩中有机质的含量多少将会影响吸附/解析效应的强度，页岩的孔隙大小将影响气体努森效应，孔隙越小，努森效应越明显，这些特征对决定需要考虑的机理特性具有重要的参考意义。可选地，储层特征一般可通过钻取岩心和/或测井等方式获得。

油藏的流体类型主要包括油藏中流体为单纯气相、油相或者在开采过程中会发生相变出现油气两相，根据流体类型，考虑对应流体类型的机理特性，进而根据储层特征确定机理特性。

所述油藏的机理特性包括气相的应力敏感、努森扩散、吸附或解析效应、分子扩散，油水相的应力敏感及启动压力梯度的影响，使页岩油气组分模型反映出页岩油气的流动特征。

机理特性的存在会影响页岩油气藏中的油气流动规律，例如应力敏感使页岩储层的渗透率随开发过程下降，而努森扩散的存在会促进页岩气的流动等等，这些都导致页岩油气的流动与常规的油气流动存在很大的不同，若在模拟预测中不考虑的话，会使预测结果存在较大误差，不利于对页岩油气的生产进行有效、正确的指导。

本发明在建立模型时，充分考虑了页岩油气机理特性，即气相的应力敏感、努森扩散、吸附/解析效应及分子扩散，油水相的应力敏感及启动压力梯度的影响，使建立的模型能准确反映出页岩油气的流动特征。

在步骤400中，所述页岩油气组分模型包括烃类组分及水组分的质量守恒方程、油气水三相的运动方程及辅助方程；

其中，烃类组分的质量守恒方程：

水组分的质量守恒方程：

油气水三相运动方程：

辅助方程：

其中，x_i、y_i和z_i分别表示烃类i组分在油相、气相及油气两相中总的摩尔分数；n_c表示组分数；ρ_o、ρ_g和ρ_w分别表示油相、气相及水相的摩尔密度；v_o、v_g和v_w分别表示油气水相的渗流速度；S_o、S_g和S_w分别表示油气水相的饱和度；φ和k表示孔隙度和渗透率张量；D_eff,i表示气相中i组分的分子扩散系数；q_ads,i表示页岩单位质量上气相中i组分的摩尔吸附量；q_i和q_w分别表示页岩中烃类i组分及水组分的源汇项；μ_o、μ_g和μ_w分别表示油气水相的粘度；k_ro、k_rg和k_rw分别表示油气水相的相对渗透率；P_o、P_g和P_w分别表示油气水相的压力；k_∞表示固有渗透率；b表示为滑脱因子，取决于孔隙结构、气体性质和气体压力；和分别表示油气相的摩尔分数；ψ_β＝P_β-ρgz；P_cgw和P_cgo分别表示气水和油气的毛管力；和分别表示油相和气相中i组分的逸度系数，由状态方程计算得到。

其中，根据建立的页岩油气组分模型，通过加入机理特性，如在烃类组分质量守恒方程中考虑了气体扩散及吸附/解析效应，在油水相运动方程中考虑了启动压力梯度，气相运动方程中考虑了努森扩散的影响，三相运动方程中的固有渗透率考虑应力敏感效应，使建立的组分模型适用于页岩油气的流动模拟。

其中，所述根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量，具体包括：

将运动方程代入到质量守恒方程得到组分模型的基本方程，并划分对应的基本变量及辅助变量；其中，基本变量为S_w,P_o,z₁,z₂,,z_N-1，辅助变量为z_N,x_i,y_i,S_o,S_g,P_g,P_w；其中，x_i、y_i和z_i分别表示烃类i组分在油相、气相及油气两相中总的摩尔分数；n_c表示组分数；S_o、S_g和S_w分别表示油气水相的饱和度；

采用有限体积法对基本方程进行数值离散，并采用牛顿迭代法进行全隐式求解，得到不同时间步下的基本变量。

根据求解得到的基本变量及相态拟合得到的相态参数，采用考虑受限微纳孔隙影响的闪蒸计算方法进行相态计算(如图2所示)，更新辅助变量(如图3所示)，完成页岩油气组分模型流动数值模拟(如图4所示)。更新辅助变量的闪蒸计算中，考虑了受限微纳孔隙对页岩油气相态变化规律的影响，使建立的组分模型能反映页岩油气特殊的相态变化特征。

如图3所示，当通过求解基本方程得到基本变量时，便可通过如图2所示的相态计算流程得到相组分参数，如油气相中各烃类组分的摩尔分数x，y及油气相的摩尔分数n_o、n_g，根据相组分参数，利用LBC粘度模型可得到油气的粘度，利用Peng-Robinson状态方程(PREOS)可计算得到相摩尔密度，然后根据油气相的摩尔分数及相摩尔密度，便可计算得到相饱和度，然后根据实测的不同饱和度下油、气、水三相相对渗透率和毛管力数据，插值得到当前饱和度下的相对渗透率及毛管力。

如图4所示，在页岩油气组分模型的有限体积法求解过程中，首先输入油藏、流体基本参数及初始基本变量分布，然后初始化基本变量，根据图3所述的变量更新方法得到辅助变量，然后根据基本方程离散得到的线性代数方程组，利用牛顿迭代法迭代求解下一时间步(即下一时刻)的基本变量。其中求解线性方程组的主要工作为雅克比矩阵的计算，这需要用到上一时刻的基本变量及辅助变量；计算得到基本变量后，再更新辅助变量，如此循环往复，直到达到指定的时刻便结束计算。

此外，本发明还提供一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟系统，可准确实现页岩油气组分的流动数值模拟。如图5所示，本发明考虑油藏机理的页岩油气组分模拟系统包括获取单元1、拟合单元2、确定单元3、建立单元4及更新单元5。

其中，所述获取单元1用于获取油藏的流体类型及流体的状态参数；所述状态参数包括压力、温度；所述拟合单元2用于对所述流体的状态参数进行相态拟合，确定油藏流体的相态参数；所述相态参数包括临界温度、临界压力、偏心因子及等张比容；所述确定单元3用于根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性；所述建立单元4用于根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量；所述更新单元5用于根据所述基本变量及相态参数进行相态计算，更新辅助变量，以实现所述页岩油气组分的流动数值模拟。

相对于现有技术，本发明考虑油藏机理的页岩油气组分模拟系统与上述考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法的有益效果相同，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括：

获取油藏的流体类型及流体的状态参数；所述状态参数包括压力、温度；

对所述流体的状态参数进行相态拟合，确定油藏流体的相态参数；所述相态参数包括临界温度、临界压力、偏心因子及等张比容；

根据所述油藏的流体类型及油藏储层特征确定油藏的机理特性；

根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量；

根据所述基本变量及相态参数进行相态计算，更新辅助变量，以实现所述页岩油气组分的流动数值模拟；

所述页岩油气组分模型包括烃类组分及水组分的质量守恒方程、油气水三相的运动方程及辅助方程；

其中，烃类组分的质量守恒方程：

水组分的质量守恒方程：

油气水三相运动方程：

辅助方程：

其中，x_i、y_i和z_i分别表示烃类i组分在油相、气相及油气两相中总的摩尔分数；n_c表示组分数；ρ_o、ρ_g和ρ_w分别表示油相、气相及水相的摩尔密度；v_o、v_g和v_w分别表示油气水相的渗流速度；S_o、S_g和S_w分别表示油气水相的饱和度；φ和k表示孔隙度和渗透率张量；D_eff，i表示气相中i组分的分子扩散系数；q_ads，i表示页岩单位质量上气相中i组分的摩尔吸附量；q_i和q_w分别表示页岩中烃类i组分及水组分的源汇项；μ_o、μ_g和μ_w分别表示油气水相的粘度；k_ro、k_rg和k_rw分别表示油气水相的相对渗透率；P_o、P_g和P_w分别表示油气水相的压力；k_∞表示固有渗透率；b表示为滑脱因子，取决于孔隙结构、气体性质和气体压力；和分别表示油气相的摩尔分数；ψ_β＝P_β-ρ_gz；P_cgw和P_cgo分别表示气水和油气的毛管力；和分别表示油相和气相中i组分的逸度系数，由状态方程计算得到；

所述根据所述油藏的机理特性建立页岩油气组分模型，求解不同时间步下的基本变量，具体包括：

将运动方程代入到质量守恒方程得到组分模型的基本方程，并划分对应的基本变量及辅助变量；其中，基本变量为S_w，P_o，z₁，z₂，…,z_nc-1，辅助变量为z_nc，x_i，y_i，S_o，S_g，P_g，P_w；

采用有限体积法对基本方程进行数值离散，并采用牛顿迭代法进行全隐式求解，得到不同时间步下的基本变量。

2.根据权利要求1所述的考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法，其特征在于，所述油藏储层特征根据钻取岩心和/或测井方式获得。

3.根据权利要求1所述的考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法，其特征在于，所述油藏的机理特性包括气相的应力敏感、努森扩散、吸附或解析效应、分子扩散，油水相的应力敏感及启动压力梯度的影响，使页岩油气组分模型反映出页岩油气的流动特征。

4.根据权利要求1所述的考虑油藏机理的页岩油气组分模拟方法，其特征在于，所述根据所述基本变量及相态参数进行相态计算，具体包括采用考虑受限微纳孔隙影响的闪蒸计算方法进行相态计算。