CN107143317A - 低渗透油藏空气驱数值模拟方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种低渗透油藏空气驱数值模拟方法及装置，涉及油气开采技术领域。通过建立三维油藏网格模型；计算流体的密度和粘度；计算水相、油相以及气相的渗透率和扩散系数；计算相间界面面积，相间界面传质速率；计算热采数值模拟过程中的化学反应速率；限定油藏的边界条件和温度的边界条件；计算时间步长大小；最后求解并生成不同时间状态的模拟结果。可以更精确的模拟空气驱过程中的温度变化以及组分的浓度分布，计算开采过程中采收率变化情况，以达到更好的认识空气驱过程并提高预测准确性目的。将相间的质量交换考虑成了动态的过程，可得到更为贴近现实的组分在油气水中的浓度分布，还可以反映真实的反应低渗油藏中的开采情况。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体而言，涉及一种低渗透油藏空气驱数值模拟方法及装置。
背景技术
低渗油藏空气驱采油是利用注气井把空气注入油层，以补充和保持油层压力，地层原油与注入空气中的氧气在油藏条件下(温度、压力)发生的氧化反应，利用氧化产物烟道气驱效应、氧化生热效应采油的一种措施。20世纪60年代以来，世界上许多国家包括美国、俄罗斯等都开展过低渗油藏注空气技术研究，许多深层轻质油藏开展了注空气矿场试验，均取得了技术上和经济上的成功。因此，在开采前依据采集地质的参数模拟低渗油藏空气驱采油，分析油藏中的组分浓度分布、组分浓度变化对温度前缘的影响显得尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种低渗透油藏空气驱数值模拟方法及装置，模拟空气驱过程中的温度变化以及组分的浓度分布，以达到更好的认识空气驱过程并且计算开采过程中采收率变化情况的目的。
本发明实施例提供一种低渗透油藏空气驱数值模拟方法，所述方法包括：建立三维油藏网格模型，并设置油藏地质属性，所述油藏地质属性包括初始油藏压力、初始油藏温度、初始油藏渗透率；依据原油物性分别计 算流体的密度和粘度，所述流体包括水相、油相和气相；依据相对渗透率曲线及毛细管压力曲线分别计算所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数；计算相间界面面积，依据相间界面面积计算相间界面传质速率；依据阿伦纽斯方程计算热采数值模拟过程中的化学反应速率；限定油藏的边界条件和温度的边界条件；计算时间步长大小；依据所述流体的密度和粘度、所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数、化学反应速率、所述流体的边界条件和温度的边界条件以及时间步长大小采用隐式差分格式求解并生成不同时间状态的模拟结果。
本发明实施例还提供一种低渗透油藏空气驱数值模拟装置，所述装置包括：网格建立模块，用于建立三维油藏网格模型，并设置油藏地质属性，所述油藏地质属性包括初始油藏压力、初始油藏温度、初始油藏渗透率；流体性质计算模块，用于依据原油物性分别计算流体的密度和粘度，所述流体包括水相、油相和气相；三相渗流计算模块，用于依据相对渗透率曲线及毛细管压力曲线分别计算所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数；相间面积计算模块，用于计算相间界面面积，依据相间界面面积计算相间界面传质速率；反应速率计算模块，用于依据阿伦纽斯方程计算热采数值模拟过程中的化学反应速率；边界条件限定模块，用于限定油藏的边界条件和温度的边界条件；步长限定模块，用于计算时间步长大小；模型求解模块，用于依据所述流体的密度和粘度、所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数、化学反应速率、所述流体的边界条件和温度的边界条件以及时间步长大小采用隐式差分格式求解并生成不同时间状态的模拟结果。
与现有技术相比，本发明实施例提供一种低渗透油藏空气驱数值模拟 方法及装置，可以更精确的模拟空气驱过程中的温度变化以及组分的浓度分布，并且计算开采过程中采收率变化情况，以达到更好的认识空气驱过程并提高预测准确性目的。由于是将相间的质量交换考虑成了动态的过程，因此可得到更为贴近现实的组分在油气水中的浓度分布，还可以反映真实的反应低渗油藏中的开采情况。通过模拟在空气驱过程中的组分浓度变化对温度前缘的影响，进一步提高人们对空气驱过程中低温氧化的认识。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的电子设备的方框示意图。
图2为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置的功能模块示意图。
图3a为本发明较佳实施例提供的三维网格分布图在x、y轴方向的网格分布。
图3b为本发明较佳实施例提供的三维网格分布图在y、z轴方向的网 格分布。
图4为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置得到的氧气组分在气相内不同时刻分布图。
图5为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置得到的氮气组分在气相内不同时刻分布图。
图6为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置得到不同时刻的Z方向第4层位的气相饱和度分布。
图7为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置得到不同时刻的压力分布。
图8为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置得到不同时刻的Z方向第4层位的油相饱和度。
图9为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置得到不同时刻的Z方向第4层位的液相温度分布图。
图10为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置得到不同渗透率下的原油日产量及采收率曲线图。
图11为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置得到不同注入氧气摩尔分数下的原油采收率曲线图。
图12为本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟方法的流程图。
图标：10-电子设备；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104- 外设接口；105-显示单元；106-音频单元；107-输入输出单元；200-低渗透油藏空气驱数值模拟装置；201-网格建立模块；202-流体性质计算模块；203-三相渗流计算模块；204-相间面积计算模块；205-反应速率计算模块；206-边界条件限定模块；207-步长限定模块；208-模型求解模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参考图1，是本发明实施例提供的电子设备10的方框示意图，本发明实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置200可应用于电子设备10中。所述电子设备10可以是，但不限于个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑等。所述电子设备10的操作系统可以是，但不限于，安卓系统、IOS(iPhone operating system)系统、Windows系统等。
于本发明实施例中，所述电子设备10还包括存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、音频单元106以及输入输出单元107。
所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、音频单元106以及输入输出单元107，各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述低渗透油藏空气驱数值模拟装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述电子设备10的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如，所述低渗透油藏空气驱数值模拟装置200包括的软件功能模块或计算机程序。
处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。
所述外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
显示单元105在所述电子设备1010与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元105可以是液晶显示器或触控显示器。
音频单元106向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。
输入输出单元107用于提供给用户输入数据实现用户与所述电子设备10的交互。所述输入输出单元107可以是，但不限于，鼠标和键盘等。
请参考图2，是本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置200的方框示意图。所述低渗透油藏空气驱数值模拟装置200包括网格建立模块201、流体性质计算模块202、三相渗流计算模块203、相间面积计算模块204、反应速率计算模块205、边界条件限定模块206、步长限定模块207以及模型求解模块208。
所述网格建立模块201，用于建立三维油藏网格模型，并设置油藏地质属性，所述油藏地质属性包括初始油藏压力、初始油藏温度、初始油藏渗透率。
如图3a和图3b所示，是本发明较佳实施例提供的三维网格分布图分别在x、y轴和y、z轴的网格分布。依据需要模拟的油藏尺寸，建立相应的网格，本实施例采用长方体油藏模型，设置油藏尺寸为100×100×25，并对网格序号按照point＝nx+(ny-1)xnum+(nz-1)(xnumynum)进行排序。
其中，point为网格序号，nx，ny，nz分别为x轴，y轴，z轴方向上的网格序号，xnum，ynum，znum分别是x轴，y轴，z轴方向上的网格数量。
油藏初始温度压力条件设置可先赋予油藏整体一个初始温度和压力， 此温度和压力为油藏的固有性质，是油藏开采前的油藏状态。实际油藏的温度压力分布往往较为复杂，非均质性较强，模型为了简便起见，设置油藏内所有网格的初始温度压力相同。在模型所有参数设置完后在油藏中不考虑生产井与注入井，待油藏流体自行达到平衡的方式建立油藏初始条件。
进一步，建立地层渗透率及地层孔隙度随温度压力变化模型：
孔隙度随温度压力的变化关系为φ＝φ0(1+cpf(P-P0)-ctf(T-T0))，
渗透率通过孔隙度以卡曼方程表示：
其中，φ0为初始油藏孔隙度，cpf为孔隙压缩系数，单位为1/Pa，ctf为孔隙等压膨胀系数，单位为1/K，k0为初始油藏渗透率，单位为mD，P0为初始油藏压力，单位为Pa，T0为初始油藏温度，单位为K。
所述流体性质计算模块202，用于依据原油物性分别计算流体的密度和粘度，所述流体包括水相、油相和气相。故需要计算水相、油相和气相的密度。计算流体性质需要设置的组分参数为：组分摩尔分数z，组分分子质量M，组分临界参数：临界体积vci，临界温度Tci，临界压力Pci，偏心因子wi。
具体的，所述水相密度依据方程：
计算；
所述油相密度依据方程：计算；
所述气相密度通过RK方程：计算；
混合体系Z的三次方程为：Z3-Z2+(A-B-B2)Z-AB＝0，其中，
A＝0.427480·(p/pc)·(Tc/T)2.5，B＝0.086640·(p/pc)·(Tc/T)，
其中，xw，xo分别是水相，油相组分摩尔分数，分别是水相，油相内参考组分密度，cpw，cpo分别是水相，油相压缩系数，单位为1/Pa，cTw，cTo分别是水相，油相等压膨胀系数，单位为1/K，pc，Tc为由热力学原理计算得到的参数，pci，Tci为流体的临界压力及温度。
计算所述流体的相对密度：
ρr＝ρ·∑xivci，其中，
通过公式
[(μg-μ*)ξ+10-4]1/4＝0.10202+0.055258ρr-0.011430ρr 2+0.0047894ρr 3+Tr -3.2508ρr 4，Msum＝∑xM和Tsum＝∑Trix计算气相粘度；
通过公式
计算油相粘度；
计算大气压力下的地层水粘度：
100℉<T<400℉且ws<26％
压力对地层水粘度影响通过以下公式表示：
86℉<T<167℉且14000psia<P
其中，Tri为临界相对温度，μg为气相粘度，μo为油相粘度，μw为水相粘度，μk为液相粘度，ws为地层水含盐量。
所述三相渗流计算模块203，用于依据相对渗透率曲线及毛细管压力曲线分别计算所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数。
具体的，所述气相和所述水相通过相对渗透率曲线插值得到；
油相相对渗透率为：
液相的扩散系数为：其中，
vbi＝0.285(vciM)1.048
气相扩散系数计算涉及系列热力学参数，其计算过程如下：
ξi＝kb(0.7915+0.1963ωi)Tci，其中ωi为偏心因子。
kb＝1.3805*10-16，
其中，kb为玻尔兹曼常数，y为气相组分摩尔分布，ρg为气相密度，g/cm3；σ为势常数，10-10m，Ω为扩散碰撞积分，无因次。
则气相扩散系数为：
其中，kog，kow分别为油相在油气和油水相对渗透率曲线下的相对渗透率，krw，krg，分别为水相，气相相对渗透率；Dik为液相的扩散系数，xig为气相摩尔浓度，Dij表示i，j组分间的相互扩散系数。
相间面积计算模块204，用于计算相间界面面积，依据相间界面面积计算相间界面传质速率。
通过方程：
agw＝a1(Pwgmax-Pcwg)(1-Sw)+a2(Pwgmax-Pcwg)2-(1-Sw)+a3(Pwgmax-Pcwg)(1-Sw)2
计算气水间界面面积；
通过方程：
ago＝a1(Pogmax-Pcog)(1-So)+a2(Pogmax-Pcog)2-(1-So)+a3(Pogmax-Pcog)(1-So)2计算油气间界面面积；
将界面间质量传递设置为组分蒸发及组分溶解，其中组分蒸发速率表示为：
组分溶解速率表示为：
其中Dil ef，Dig ef分别为液相，气相内等效扩散系数；dl，dg分别为液，气相等效网格距离；cil,s，cig,s分别为液，气相内组分达到平衡时的摩尔分数；cil，cig分别为液，气相内组分摩尔分数。
其中液相组分平衡浓度由亨利定律计算得到：
气相组分平衡浓度由拉乌尔定律计算得到
其中Hio，Hiw分别为油，水相内组分对应的亨利常数；Pi s为气相饱和蒸汽压。
考虑到多孔介质内部结构复杂，会对气体分子的运动造成影响，即分子实际经过的路径与其在多孔介质内运动距离有如下关系：L*＝L×τ×φ。
故考虑迂曲度对分子运动的影响，对气相扩散系数进行修正：
Dig,o,w ef＝τφSg,o,wDig,o,w
其中，a1，a2，a3通过实验拟合得到，Pwgmax，Pogmax分别为气水，油气 毛细管力最大值，Pcwg，Pcog别为气水，油气毛细管压力，φ为油藏孔隙度，τ为迂曲度，Sg,o,w为三相(水相、液相、气相)的饱和度，Dig,o,w ef为修正后的气相扩散系数，Dig,o,w为未修正的气相扩散系数。
所述反应速率计算模块205，用于依据阿伦纽斯方程计算热采数值模拟过程中的化学反应速率。
通过阿瑞纽斯方程表征反应速率，其表达式如下：
其中，其中Ark为频率因子，Eak为活化能，R为气体常数，Tf为流体温度，ek为反应级数。
建立质量与能量守恒方程并求解，其中质量守恒方程如下所示：
∑cig＝1，∑cio＝1，∑ciw＝1，
μg＝μg(P,Tf,cig,…)，μo＝μo(P,Tf,cio,…)，μw＝μw(P,Tf,ciw,…)
ρg＝ρg(P,Tf,cig,…)，ρo＝ρo(P,Tf,cio,…)，ρw＝ρw(P,Tf,ciw,…)
Dig＝Dig(ρg,Tf,cig,…)，Dio＝Dio(μo,Tf,cio,…)，Diw＝Diw(μw,Tf,cio,…)，
Pg＝P+Pcog，Pw＝P-Pcow；
其中，γ为重度；分别为因反应生成，消耗的气相组分； 分别为因反应生成，消耗的油相组分；分别为因反应生成，消耗的水相组分；分别为因反应生成，消耗的固相组分。
以上质量守恒方程为油藏数值模拟求解方程中的主干部分，为流体在油藏中流动的渗流方程，而油藏外边界及注入井采出井对油藏的影响则是由边界条件设定的。
所述边界条件限定模块206，用于限定油藏的边界条件和温度的边界条件。
具体的，油藏外边界条件为：
与生产井相连接的网格处内边界条件为：
与注入井相连接的网格处内边界条件为：
其中KH为几何平均渗透率，
req等效井距，为
其中，Δx及Δy为x与y方向上的网格尺寸，即网格在x，y方向上的长度。
将将温度分为地层岩石温度与地层流体温度，具体偏微分方程表达式如下：
固相能量守恒：
流体能量守恒：
其中分别为气，水油三相渗流速度。
其中流体/固相界面面积表示为：
其中表面热传递系数表示为：ks为油藏绝对渗透率，dp为地层颗粒直径。
温度场外边界条件为：
与生产井相连接的网格处内边界条件为：
与注入井相连接的网格处内边界条件为：
所述步长限定模块207，用于计算时间步长大小。通过用户输入单位时间步长内最大压力变化，温度变化，浓度变化来限制时间步长大小。
具体的，时间步长为：
其中Δtmin，ΔPmax，ΔTfmax，ΔCikmax分别为用户设置的最小时间步长，最大压力变化，最大流体温度变化，最大组分浓度变化。
所述模型求解模块208，用于依据所述流体的密度和粘度、所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数、化学反应速率、所述流体的边界条件和温度的边界条件以及时间步长大小采用隐式差分格式求解并生成不同时间状态的模拟结果。
如图4-9，通过模型求解模块208可以得到在氧气组分在气相内不同时刻分布、氮气组分在气相内不同时刻分布、不同时刻的Z方向的气相饱和度分布、不同时刻的压力分布、不同时刻的Z方向的油相饱和度、不同时刻的Z方向的液相温度分布模型图，可以在显示单元105上显示。
请参考图10，是本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置200得到不同渗透率下的原油日产量及采收率曲线图。其中，在2000天的时刻，原油日产量低到高对应的渗透率排布为0.5、1、2、4，采收率低到高对应的渗透率排布为0.5、1、2、4。
请参考图11，是本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟装置200得到不同注入氧气摩尔分数下的原油采收率曲线图。其中，在4000天的时刻，原油采收率由低到高对应的氧气摩尔分数排布为0％、20％、40％、60％、800％、100％。
请参考图12，是本发明较佳实施例提供的低渗透油藏空气驱数值模拟方法的流程图。需要说明的是，本发明所述的低渗透油藏空气驱数值模拟方法并不以图12以及以下所述的具体顺序为限制。应当理解，在其它实施例中，本发明所述的低渗透油藏空气驱数值模拟方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。本实施例的低渗透油藏空气驱数值模拟方法应用于低渗透油藏空气驱数值模拟装置200。下面将对图12所示的具体流程进行详细阐述。请参阅图12，所述低渗透油藏空气驱数值模拟方法包括：
步骤S101，建立三维油藏网格模型，并设置油藏地质属性。所述油藏地质属性包括初始油藏压力、初始油藏温度、初始油藏渗透率。
依据需要模拟的油藏尺寸，建立相应的网格，本实施例采用长方体油藏模型，设置油藏尺寸为100×100×25，并对网格序号按照point＝nx+(ny-1)xnum+(nz-1)(xnumynum)进行排序。
其中，point为网格序号，nx，ny，nz分别为x轴，y轴，z轴方向上 的网格序号，xnum，ynum，znum分别是x轴，y轴，z轴方向上的网格数量。
本发明实施例中，所述步骤S101可以由网格建立模块201执行。
步骤S102，依据原油物性分别计算流体的密度和粘度。其中，所述流体包括水相、油相和气相。
计算流体性质需要设置的组分参数为：组分摩尔分数z，组分分子质量M，组分临界参数：临界体积vci，临界温度Tci，临界压力Pci，偏心因子wi。
具体的，所述水相密度依据方程：
计算；
所述油相密度依据方程：计算；
所述气相密度通过RK方程：计算；
混合体系Z的三次方程为：Z3-Z2+(A-B-B2)Z-AB＝0，其中，
A＝0.427480·(p/pc)·(Tc/T)2.5，B＝0.086640·(p/pc)·(Tc/T)，
其中，xw，xo分别是水相，油相组分摩尔分数，分别是水相，油相内参考组分密度，cpw，cpo分别是水相，油相压缩系数，单位为1/Pa，cTw，cTo分别是水相，油相等压膨胀系数，单位为1/K，pc，Tc为由热力学原理计算得到的参数，pci，Tci为流体的临界压力及温度。
计算所述流体的相对密度：
ρr＝ρ·∑xivci，其中，
通过公式
[(μg-μ*)ξ+10-4]1/4＝0.10202+0.055258ρr-0.011430ρr 2+0.0047894ρr 3+Tr -3.2508ρr 4，Msum＝∑xM和Tsum＝∑Trix计算气相粘度；
通过公式
计算油相粘度；
计算大气压力下的地层水粘度：
100℉<T<400℉且ws<26％
压力对地层水粘度影响通过以下公式表示：
86℉<T<167℉且14000psia<P
其中，Tri为临界相对温度，μg为气相粘度，μo为油相粘度，μw为水相粘度，μk为液相粘度，ws为地层水含盐量。
本发明实施例中，所述步骤S102可以由流体性质计算模块202执行。
步骤S103，依据相对渗透率曲线及毛细管压力曲线分别计算所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数。
具体的，所述气相和所述水相通过相对渗透率曲线插值得到；
油相相对渗透率为：
液相的扩散系数为：其中，
vbi＝0.285(vciM)1.048
气相扩散系数为：
其中，kog，kow分别为油相在油气和油水相对渗透率曲线下的相对渗透率，krw，krg，分别为水相，气相相对渗透率；Dik为液相的扩散系数，xig为气相摩尔浓度，Dij表示i，j组分间的相互扩散系数。
本发明实施例中，所述步骤S103可以由三相渗流计算模块203执行。
步骤S104，计算相间界面面积，依据相间界面面积计算相间界面传质速率。
通过方程：
agw＝a1(Pwgmax-Pcwg)(1-Sw)+a2(Pwgmax-Pcwg)2-(1-Sw)+a3(Pwgmax-Pcwg)(1-Sw)2计算气水间界面面积；
通过方程：
ago＝a1(Pogmax-Pcog)(1-So)+a2(Pogmax-Pcog)2-(1-So)+a3(Pogmax-Pcog)(1-So)2计算油气间界面面积；
将界面间质量传递设置为组分蒸发及组分溶解，其中组分蒸发速率表示为：
组分溶解速率表示为：
其中Dil ef，Dig ef分别为液相，气相内等效扩散系数；dl，dg分别为液，气相等效网格距离；cil,s，cig,s分别为液，气相内组分达到平衡时的摩尔分数；cil，cig分别为液，气相内组分摩尔分数。
本发明实施例中，所述步骤S104可以由相间面积计算模块204执行。
步骤S105，依据阿伦纽斯方程计算热采数值模拟过程中的化学反应速率。
本发明实施例中，所述步骤S105可以由反应速率计算模块205执行。
步骤S106，限定油藏的边界条件和温度的边界条件。
本发明实施例中，所述步骤S105可以由边界条件限定模块206执行。
步骤S107，计算时间步长大小。
本发明实施例中，所述步骤S107可以由边界条件限定模块206执行。
步骤S108，求解并生成不同时间状态的模拟结果。依据步骤S101至步骤S106的求解并生成不同时间状态的模拟结果。
本发明实施例中，所述步骤S108可以由模型求解模块208执行。
综上所述，本发明实施例提供一种低渗透油藏空气驱数值模拟方法及装置，通过建立三维油藏网格模型，并设置油藏地质属性；依据原油物性分别计算流体的密度和粘度；计算所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数；计算相间界面面积，依据相间界面面积计算相间界面传质速率；计算热采数值模拟过程中的化学反应速率；限定油藏的边界条件和温度的边界条件；计算时间步长大小；最后综合上述结果求解并生成不同时间状态的模拟结果。
可以更精确的模拟空气驱过程中的温度变化以及组分的浓度分布，并且计算开采过程中采收率变化情况，以达到更好的认识空气驱过程并提高预测准确性的目的。由于是将相间的质量交换考虑成了动态的过程，因此可得到更为贴近现实的组分在油气水中的浓度分布，还可以反映真实的反应低渗油藏中的开采情况。通过模拟在空气驱过程中的组分浓度变化对温度前缘的影响，进一步提高了人们对空气驱过程中低温氧化的认识。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种低渗透油藏空气驱数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
建立三维油藏网格模型，并设置油藏地质属性，所述油藏地质属性包括初始油藏压力、初始油藏温度、初始油藏渗透率；
依据原油物性分别计算流体的密度和粘度，所述流体包括水相、油相和气相；
依据相对渗透率曲线及毛细管压力曲线分别计算所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数；
计算相间界面面积，依据相间界面面积计算相间界面传质速率；
依据阿伦纽斯方程计算热采数值模拟过程中的化学反应速率；
限定油藏的边界条件和温度的边界条件；
计算时间步长大小；
依据所述流体的密度和粘度、所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数、化学反应速率、所述流体的边界条件和温度的边界条件以及时间步长大小采用隐式差分格式求解并生成不同时间状态的模拟结果。
2.根据权利要求1所述的低渗透油藏空气驱数值模拟方法，其特征在于，所述建立三维油藏网格模型，并设置油藏地质属性的步骤还包括：依据模拟的油藏尺寸，建立相应的网格，并对网格序号按照point＝nx+(ny-1)xnum+(nz-1)(xnumynum)进行排序；
其中，point为网格序号，nx，ny，nz分别为x轴，y轴，z轴方向上的网格序号，xnum，ynum，znum分别是x轴，y轴，z轴方向上的网格数量。
3.根据权利要求2所述的低渗透油藏空气驱数值模拟方法，其特征在于，所述依据原油物性分别计算流体的密度和粘度，所述流体包括水相、油相和气相的步骤还包括：
所述水相密度依据方程：计算；
所述油相密度依据方程：计算；
所述气相密度通过RK方程：计算；
混合体系Z的三次方程为：Z3-Z2+(A-B-B2)Z-AB＝0，其中，
A＝0.427480·(p/pc)·(Tc/T)2.5，B＝0.086640·(p/pc)·(Tc/T)，
pc＝Tc/b；
通过公式：
ρr＝ρ·∑xivci，
Tr＝∑xiTri计算所述流体的相对密度ρr；
通过公式
[(μg-μ*)ξ+10-4]1/4＝0.10202+0.055258ρr-0.011430ρr 2+0.0047894ρr 3+Tr -3.2508ρr 4，Msum＝∑xM和Tsum＝∑Trix计算气相粘度；
通过公式
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计算大气压力下的地层水粘度：
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其中，xw，xo分别是水相，油相组分摩尔分数，分别是水相，油相内参考组分密度，cpw，cpo分别是水相，油相压缩系数，单位为1/Pa，cTw，cTo分别是水相，油相等压膨胀系数，单位为1/K，pc，Tc为由热力学原理计算得到的参数，pci，Tci为流体的临界压力及温度，Tri为临界相对温度，μg为气相粘度，μo为油相粘度，μw为水相粘度，μk为液相粘度，ws为地层水含盐量。
4.根据权利要求3所述的低渗透油藏空气驱数值模拟方法，其特征在于，所述依据相对渗透率曲线及毛细管压力曲线分别计算所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数的步骤还包括：
所述气相和所述水相通过相对渗透率曲线插值得到；
油相相对渗透率为：
液相的扩散系数为：其中，
vbi＝0.285(vciM)1.048
气相扩散系数为：
其中，kog，kow分别为油相在油气和油水相对渗透率曲线下的相对渗透率，krw，krg，分别为水相，气相相对渗透率；Dik为液相的扩散系数，xig为气相摩尔浓度，Dij表示i，j组分间的相互扩散系数。
5.根据权利要求4所述的低渗透油藏空气驱数值模拟方法，其特征在于，所述计算相间界面面积，依据相间界面面积计算相间界面传质速率的步骤还包括：
通过方程：
agw＝a1(Pwgmax-Pcwg)(1-Sw)+a2(Pwgmax-Pcwg)2-(1-Sw)+a3(Pwgmax-Pcwg)(1-Sw)2
计算气水间界面面积；
通过方程：
ago＝a1(Pogmax-Pcog)(1-So)+a2(Pogmax-Pcog)2-(1-So)+a3(Pogmax-Pcog)(1-So)2
计算油气间界面面积；
对气相扩散系数进行修正：Dig,o,w ef＝τφSg,o,wDig,o,w
其中，a1，a2，a3通过实验拟合得到，Pwgmax，Pogmax分别为气水，油气毛细管力最大值，Pcwg，Pcog别为气水，油气毛细管压力，φ为油藏孔隙度，τ为迂曲度，Sg,o,w为三相饱和度，Dig,o,w ef为修正后的气相扩散系数，Dig,o,w为未修正的气相扩散系数。
6.一种低渗透油藏空气驱数值模拟装置，其特征在于，所述装置包括：
网格建立模块，用于建立三维油藏网格模型，并设置油藏地质属性，所述油藏地质属性包括初始油藏压力、初始油藏温度、初始油藏渗透率；
流体性质计算模块，用于依据原油物性分别计算流体的密度和粘度，所述流体包括水相、油相和气相；
三相渗流计算模块，用于依据相对渗透率曲线及毛细管压力曲线分别计算所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数；
相间面积计算模块，用于计算相间界面面积，依据相间界面面积计算相间界面传质速率；
反应速率计算模块，用于依据阿伦纽斯方程计算热采数值模拟过程中的化学反应速率；
边界条件限定模块，用于限定油藏的边界条件和温度的边界条件；
步长限定模块，用于计算时间步长大小；
模型求解模块，用于依据所述流体的密度和粘度、所述水相、所述油相以及所述气相的渗透率和扩散系数、化学反应速率、所述流体的边界条件和温度的边界条件以及时间步长大小采用隐式差分格式求解并生成不同时间状态的模拟结果。
7.根据权利要求6所述的低渗透油藏空气驱数值模拟装置，其特征在于，所述网格建立模块还用于：依据模拟的油藏尺寸，建立相应的网格，并对网格序号按照point＝nx+(ny-1)xnum+(nz-1)(xnumynum)进行排序；
其中，point为网格序号，nx，ny，nz分别为x轴，y轴，z轴方向上的网格序号，xnum，ynum，znum分别是x轴，y轴，z轴方向上的网格数量。
8.根据权利要求7所述的低渗透油藏空气驱数值模拟装置，其特征在于，所述流体性质计算模块还用于：
所述水相密度依据方程：计算；
所述油相密度依据方程：计算；
所述气相密度通过RK方程：计算；
混合体系Z的三次方程为：Z3-Z2+(A-B-B2)Z-AB＝0，其中，
A＝0.427480·(p/pc)·(Tc/T)2.5，B＝0.086640·(p/pc)·(Tc/T)，
pc＝Tc/b；
通过公式：
ρr＝ρ·∑xivci，
Tr＝∑xiTri计算所述流体的相对密度ρr；
通过公式
[(μg-μ*)ξ+10-4]1/4＝0.10202+0.055258ρr-0.011430ρr 2+0.0047894ρr 3+Tr -3.2508ρr 4，Msum＝∑xM和Tsum＝∑Trix计算气相粘度；
通过公式
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9.根据权利要求8所述的低渗透油藏空气驱数值模拟装置，其特征在于，所述三相渗流计算模块还用于：
所述气相和所述水相通过相对渗透率曲线插值得到；
油相相对渗透率为：
液相的扩散系数为：其中，
vbi＝0.285(vciM)1.048
气相扩散系数为：
其中，kog，kow分别为油相在油气和油水相对渗透率曲线下的相对渗透率，krw，krg，分别为水相，气相相对渗透率；Dik为液相的扩散系数，xig为气相摩尔浓度，Dij表示i，j组分间的相互扩散系数。
10.根据权利要求9所述的低渗透油藏空气驱数值模拟装置，其特征在于，所述相间面积计算模块还用于：
通过方程：
agw＝a1(Pwgmax-Pcwg)(1-Sw)+a2(Pwgmax-Pcwg)2-(1-Sw)+a3(Pwgmax-Pcwg)(1-Sw)2
计算气水间界面面积；
通过方程：
ago＝a1(Pogmax-Pcog)(1-So)+a2(Pogmax-Pcog)2-(1-So)+a3(Pogmax-Pcog)(1-So)2
计算油气间界面面积；
对气相扩散系数进行修正：Dig,o,w ef＝τφSg,o,wDig,o,w
其中，a1，a2，a3通过实验拟合得到，Pwgmax，Pogmax分别为气水，油气毛细管力最大值，Pcwg，Pcog别为气水，油气毛细管压力，φ为油藏孔隙度，τ为迂曲度，Sg,o,w为三相饱和度，Dig,o,w ef为修正后的气相扩散系数，Dig,o,w为未修正的气相扩散系数。
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