CN107145671A - 一种油藏数值模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油藏数值模拟方法，方法包括：根据近井效应发生区域确定初选近井区域；根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定初选近井区域内的压力等势线；根据各压力等势线确定最终近井区域；根据最终近井区域内的压力等势线建立最终近井区域的近井粗网格模型；对最终近井区域以外的油藏区域建立远井区域模型；根据近井粗网格模型和远井区域模型确定关于油藏数值的渗流模型，以预测油藏区域的压力分布和产量。本发明首先根据近井效应发生区域确定初选近井区域，然后根据初选近井区域内的压力等势线确定最终近井区域，使最终近井区域的近井粗网格模型不仅能精确模拟近井效应的影响，而且网格数量少，计算量小。

Description

一种油藏数值模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及油藏领域，特别是涉及一种油藏数值模拟方法及系统。

背景技术

在油藏数值模拟中，近井区域的非均质性和射孔压裂等情况对模拟精度的影响很大。现有的油藏数值模拟技术，由于计算能力的限制，不能将复杂的近井情况考虑进去，因此模拟的结果并不准确。

因此，如何提供一种计算量小、模拟精度高的油藏数值模拟方法及系统，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种油藏数值模拟方法，该模拟方法的计算量小，模拟精度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种油藏数值模拟方法，所述方法包括：

根据近井效应发生区域确定初选近井区域；

根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定所述初选近井区域内的压力等势线；

根据各所述压力等势线确定最终近井区域；

根据所述最终近井区域内的压力等势线建立最终近井区域的近井粗网格模型；

对所述最终近井区域以外的油藏区域建立远井区域模型；

根据所述近井粗网格模型和所述远井区域模型确定关于油藏数值的渗流模型，以预测所述油藏区域的压力分布和产量。

可选的，所述近井效应发生区域包括：井筒、压裂裂缝及地层污染地带中的至少一个，所述地层污染地带为因完井方式或增产措施而引起的地层污染地带。

可选的，所述根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定所述初选近井区域的压力等势线具体包括：

根据井筒直径构建所述初选近井区域的精细网格模型，所述精细网格模型包括若干精细网格；

根据所述精细网格模型及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定各所述精细网格的压力；

根据各所述压力确定所述初选近井区域的压力等势线。

可选的，所述渗流方程为单相不可压缩流体方程。

可选的，所述根据各所述压力等势线确定最终近井区域具体包括：

从各所述压力等势线中筛选出各所述压力等势线对应的区域包围所述近井效应发生区域的初选压力等势线；

从各所述初选压力等势线中筛选出与井筒距离最小的次选压力等势线，所述次选压力等势线对应的区域为最终近井区域。

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：

本发明首先根据近井效应发生区域确定初选近井区域，然后根据初选近井区域内的压力等势线确定最终近井区域，使最终近井区域的近井粗网格模型不仅能精确模拟近井效应的影响，而且网格数量少，计算量小。

本发明的目还在于提供一种油藏数值模拟系统，该模拟系统的计算量小，模拟精度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种油藏数值模拟系统，所述系统包括：

初选近井区域确定模块，用于根据近井效应发生区域确定初选近井区域；

压力等势线确定模块，用于根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定所述初选近井区域内的压力等势线；

最终近井区域确定模块，用于根据各所述压力等势线确定最终近井区域；

近井粗网格模型确定模块，用于根据所述最终近井区域内的压力等势线建立最终近井区域的近井粗网格模型；

远井区域模型确定模块，用于对所述最终近井区域以外的油藏区域建立远井区域模型；

渗流模型确定模块，用于根据所述近井粗网格模型和所述远井区域模型确定关于油藏数值的渗流模型，以预测所述油藏区域的压力分布和产量。

可选的，所述近井效应发生区域包括：井筒、压裂裂缝及地层污染地带中的至少一个，所述地层污染地带为因完井方式或增产措施而引起的地层污染地带。

可选的，所述压力等势线确定模块具体包括：

细网格模型确定单元，用于根据井筒直径构建所述初选近井区域的精细网格模型，所述精细网格模型包括若干精细网格；

网格压力确定单元，用于根据所述精细网格模型及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定各所述精细网格的压力；

等势线生成单元，用于根据各所述压力确定所述初选近井区域的压力等势线。

可选的，所述渗流方程为单相不可压缩流体方程。

可选的，所述最终近井区域确定模块具体包括：

第一筛选单元，用于从各所述压力等势线中筛选出各所述压力等势线对应的区域包围所述近井效应发生区域的初选压力等势线；

第二筛选单元，用于从各所述初选压力等势线中筛选出与井筒距离最小的次选压力等势线，所述次选压力等势线对应的区域为最终近井区域。

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：

相对于现有技术，本发明的油藏数值模拟系统与上述油藏数值模拟方法的有益效果相同，在此不再赘述。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1油藏数值模拟方法的流程图；

图2为本发明实施例1步骤12的流程图；

图3为本发明实施例2油藏数值模拟系统的结构框图；

图4为本发明实施例2压力等势线确定模块22的结构框图；

图5为本发明实施例3初选近井区域的示意图；

图6为本发明实施例3压力等势线的示意图；

图7为本发明实施例3最终近井区域的示意图；

图8为本发明实施例3近井粗网格模型的网格分布图；

图9为本发明实施例3近井粗网格模型的网格连接关系图；

图10为本发明实施例3近井粗网格模型和远井区域模型的网格分布图；

图11为本发明实施例3近井粗网格模型和远井区域模型的网格连接关系图。

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。

本发明的目的是提供提供一种油藏数值模拟方法，该模拟方法的计算量小，模拟精度高。

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。

实施例1：

如图1所示，油藏数值模拟方法包括：

步骤11：根据近井效应发生区域确定初选近井区域，其中，近井效应发生区域包括：井筒、压裂裂缝及地层污染地带中的至少一个，地层污染地带为因完井方式或增产措施而引起的地层污染地带；

步骤12：根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定初选近井区域内的压力等势线，本实施例中，渗流方程为单相不可压缩流体方程；

步骤13：根据各压力等势线确定最终近井区域；

步骤14：根据最终近井区域内的压力等势线建立最终近井区域的近井粗网格模型；

步骤15：对所最终近井区域以外的油藏区域建立远井区域模型；

步骤16：根据近井粗网格模型和远井区域模型确定关于油藏数值的渗流模型，以预测油藏区域的压力分布和产量。

如图2所示，步骤12：根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定初选近井区域内的压力等势线包括：

步骤121：根据井筒直径构建初选近井区域的精细网格模型，精细网格模型包括若干精细网格；

步骤122：根据精细网格模型及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定各精细网格的压力；

步骤123：根据各压力确定初选近井区域的压力等势线。

具体地，步骤13：根据各压力等势线确定最终近井区域具体包括：

从各压力等势线中筛选出各压力等势线对应的区域包围近井效应发生区域的初选压力等势线；

从各初选压力等势线中筛选出与井筒距离最小的次选压力等势线，所述次选压力等势线对应的区域为最终近井区域。

现有的方法中近井模型的范围是人为选定的，选小了不能充分模拟近井效应的影响，计算结果不精确；选大了会造成网格数量过多，计算量巨大。本发明中近井模型的边界与近井模型区域的等压面相吻合，精确地给定了对油气生产有很大影响的近井区域的最小范围，节省了计算时间。

实施例2：

如图3所示，本发明的油藏数值模拟系统包括：

初选近井区域确定模块21，用于根据近井效应发生区域确定初选近井区域，其中，近井效应发生区域包括：井筒、压裂裂缝及地层污染地带中的至少一个，地层污染地带为因完井方式或增产措施而引起的地层污染地带；

压力等势线确定模块22，用于根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定所述初选近井区域内的压力等势线；

最终近井区域确定模块23，用于根据各所述压力等势线确定最终近井区域；

近井粗网格模型确定模块24，用于根据所述最终近井区域内的压力等势线建立最终近井区域的近井粗网格模型；

远井区域模型确定模块25，用于对所述最终近井区域以外的油藏区域建立远井区域模型；

渗流模型确定模块26，用于根据所述近井粗网格模型和远井区域模型确定关于油藏数值的渗流模型，以预测所述油藏区域的压力分布和产量。

如图4所示，压力等势线确定模块22具体包括：

细网格模型确定单元221，用于根据井筒直径构建所述初选近井区域的精细网格模型，所述精细网格模型包括若干精细网格；

网格压力确定单元222，用于根据所述精细网格模型及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定各所述精细网格的压力；

等势线生成单元223，用于根据各所述压力确定所述初选近井区域的压力等势线。

具体地，最终近井区域确定模块23具体包括：

第一筛选单元，用于从各压力等势线中筛选出各压力等势线对应的区域包围近井效应发生区域的初选压力等势线；

第二筛选单元，用于从各初选压力等势线中筛选出与井筒距离最小的次选压力等势线，次选压力等势线对应的区域为最终近井区域。

本发明将精确模拟结果的等压面作为近井模型的边界，确保了近井模型的准确性的同时，还减少了网格的数量，提高了计算效率。

实施例3：油藏数值模拟方法包括：

(1)根据近井效应发生区域确定初选近井区域：

如图5所示，本实施例的研究对象为油藏中有一口带有压裂裂缝52的垂直井筒51，初选近井区域54的范围应该比近井效应发生区域53的范围更大一些，即初选近井区域54应该包围近井效应发生区域53，以使后续步骤对精细网格的计算，外边界不会对近井区域的流动造成影响。实际模型为三维模型，为了方便理解，本实施例将示意图画成简单的二维概念模型，图5所示为俯视图。

(2)根据井筒直径构建初选近井区域的精细网格模型：

采用TetGen方法建立高精度的非结构化三维四面体网格，网格的尺寸小到井筒尺寸，因此不需要井指数。

现有技术中都是对整个油藏划分粗网格，在井的周围进行局部网格加密，或者分别建立精细的细网格近井模型和粗网格油藏模型，通过适当的网格粗化方法减少近井区域的网格数量，以提高计算效率。

由于现有的方法中井筒所在的网格尺寸还是远大于井筒的尺寸，因此一般采用Peaceman井筒模型，引入一个井指数，通过公式：将井底压力与井网格的压力通过井筒流量联系起来，其中，WI是井指数，μ表示流体粘度，p₁和p₂分别表示井网格的压力和井筒的压力。

由于Peaceman模型求井指数是基于稳态求解的，而且与网格的大小也有很大的关系，因此并不准确。本发明提供的模拟方法不需要计算井指数，将井筒单元显示处理，井指数变成了井筒网格与周围网格之间的传导率，提高了模拟的准确度。

基于初选近井区域的精细网格模型，求解井筒生产达到稳态时的渗流方程解：

考虑单相不可压缩流体方程：

其中，表示拉普拉斯算子，K表示地层渗透率，p为压力。

同时给定合适的内外边界条件，为了方便计算，本实施例将外边界条件设置为p_Ω＝1，内边界条件为：p_w＝0

采用有限体积法将方程(1)进行数值离散求解，求出每一个细网格的压力，画出压力等势线图，如图6所示。

根据压力等势线的走向，确定最终近井区域的具体范围：

如图7所示，从各压力等势线中筛选出各压力等势线对应的区域包围近井效应发生区域53的初选压力等势线，初选压力等势线包括：第一压力等势线71、第二压力等势线72和第三压力等势线73；

从各初选压力等势线中筛选出与井筒51距离最小的次选压力等势线，即第三压力等势线73，次选压力等势线即第三压力等势线73对应的区域为最终近井区域，最终近井区域必须包围近井效应发生区域53。

对于有长裂缝贯穿的井来说，近井模型构建存在困难。因为近井模型若包含裂缝会造成计算量巨大，并且难以实现。若不包含裂缝，那么分布在粗网格中的裂缝很难被准确的模拟，有较大的误差。本发明提供的有效的近井模型建立方法，可以获取既能充分反映近井特征，又能减少计算量的近井模型的最佳范围。

确定最终近井区域的近井粗网格模型：

如图8所示，按照等压线的分布划分径向环状网格，以确保在同一个网格内各点的压力是相等的。根据需要可以将每个环状的网格再分成几个网格，也可以不细分。如图9所示，本实施例的近井区域共划分了5个网格，分别为1个井筒网格90和4个近井网格，4个近井网格包括：第一近井网格91、第二近井网格92、第三近井网格93和第四近井网格94。其中，井筒网格90的大小就是井筒实际大小，各网格之间的连接关系如图9所示。

确定近井粗网格模型的等效参数：

粗网格的等效参数可由其所包含的所有的细网格的参数计算得到，具体计算过程如下：

令I、J分别表示相邻的两个粗网格的序号，i、j分别表示相邻的两个细网格的序号。

(1)粗网格的体积等于其所包含的所有细网格的体积之和：

其中，V_I表示第I个粗网格的体积，v_i表示第i个细网格的体积。

(2)粗网格的孔隙度等于其所包含的所有细网格的渗透率对其体积的加权平均：

其中，表示第I个粗网格的平均孔隙度，φ_i表示第i个细网格的孔隙度。

(3)粗网格的压力等于其所包含的所有细网格的压力对其体积的加权平均：

其中，表示第I个粗网格的平均压力，P_i表示第i个细网格的压力。

(4)两相邻粗网格之间的流量等于交界面上细网格之间的流量之和：

其中，Q_IJ表示相邻的第I个粗网格和第J个粗网格之间的流量，Q_ij表示在相邻的第I个粗网格和第J个粗网格交界面两端相邻的两个细网格第i个细网格和第j个细网格之间的流量，P_j表示第j个细网格的压力，T_ij表示第i个细网格和第j个细网格之间的传导率：

其中，A_ij表示相邻两细网格第i个细网格和第j个细网格之间的接触面积，d_i和d_j分别为第i个细网格和第j个细网格的单元中心到交界面的垂直距离，k_ij+1/2为第i个细网格和第j个细网格沿连接方向的绝对渗透率的调和平均值，k表示渗透率，k_i和k_j分别表示第i个细网格和第j个细网格的渗透率：

其中，系数w_i和w_j为距离权函数：

(5)两个相邻粗网格之间的传导率等于流经两个粗网格接触面的流量除以两个粗网格之间的压力差。

其中，T_IJ表示相邻的第I个粗网格和第J个粗网格之间的传导率，表示第I个粗网格的平均压力，表示第J个粗网格的平均压力。

有了粗网格的体积、孔隙度和传导率就可以进行后续的求解。目前的网格粗化方法是在两个需要粗化的相邻网格两端施加假定的压差作为边界来求解流动方程，从而求出两个相邻的粗网格的传导率。由于压差是假定的，与实际情况可能不符，所以传导率的计算并不精确。本发明提供了一种新的网格粗化方法，不需要人为地假定压差，提高了计算的准确度。

建立远井区域模型，并将近井粗网格模型和远井区域模型结合：

远井区域模型中粗网格的划分和两模型的结合如图10所示，近井粗网格模型和远井区域模型的网格连接关系如图11所示。只有近井粗网格模型101中的第四近井网格94和远井区域模型102中的网格1、2相连接，两个模型之间的参数传递就在于这两组相邻网格中。第四近井网格94和远井区域模型中的网格1之间，以及第四近井网格94和远井区域模型中的网格2之间的传导率的计算方法与确定近井粗网格模型的等效参数的计算方法相同。如图10可见，由于初始近井区域54的范围较大，网格1和2也被包括进去了，因此可以由细网格的参数算出这两组相邻粗网格的传导率。

确定远井区域模型的粗网格等效参数：

远井区域模型的粗网格的体积和孔隙度参数很容易求出，而相邻两粗网格之间的传导率可以用公式来计算，其中，A_IJ表示相邻两粗网格第I个粗网格和第J个粗网格之间的接触面积，k_IJ+1/2为第I个粗网格和第J个粗网格沿连接方向的绝对渗透率的调和平均值，d_I和d_J分别为第I个粗网格和第J个粗网格的单元中心到交界面的垂直距离。

在粗网格系统中求解渗流模型，可以计算出压力，饱和度，产量等一系列参数，从而模拟和预测油藏区域的压力分布和产量及油藏生产。

渗流模型包括：质量守恒方程和达西渗流方程。

本实施例采用控制体积法求解渗流模型，质量守恒方程的积分形式如下：

其中，dV表示选取的任意控制体单元，表示该控制体单元的边界，dA表示边界上的面，ρ为流体密度；v为渗流速度；n为面dA的单位外法线向量，因此上式左端项面积分中的负号表示流入；q_m为源汇项，表示单位时间单位体积内增加的物质量，q_m>0为源项，即注入为正；φ为多孔介质孔隙度。

达西渗流方程如下：

式中，k′为多孔介质的渗透率张量；u为流体粘度；p为流体压力；D为深度；g为重力加速度常数。

将上述两个方程结合后写成差分形式：

式中，Δt表示时间步间隔，V表示控制体单元体体积，λ表示流度，λ＝ρ/μ，n表示时间步，表示在第n+1时间步在网格I内的源汇项，在本实施例中，只有当I表示井筒网格90时才存在，并且等于井筒内的流量，其他情况下为0。T_IJ为相邻粗网格间的传导率，Φ为流动势，例如第n+1时间步网格I的流动势的定义如下：

其中，p_I ⁿ⁺¹表示n+1时间步下网格I的压力，表示n+1时间步下从网格I流入网格J的流体的密度的平均值，g表示重力加速度D_I表示单元I中心点的深度。

将公式(12)写成残差形式，构造Jacobian矩阵，用Newton-Raphson方法迭代求解，就可以求出油藏不同时刻，不同位置处的的压力和流量，从而模拟出油藏的长期生产动态。

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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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 (10)

1.一种油藏数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

根据近井效应发生区域确定初选近井区域；

根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定所述初选近井区域内的压力等势线；

根据各所述压力等势线确定最终近井区域；

根据所述最终近井区域内的压力等势线建立最终近井区域的近井粗网格模型；

对所述最终近井区域以外的油藏区域建立远井区域模型；

根据所述近井粗网格模型和所述远井区域模型确定关于油藏数值的渗流模型，以预测所述油藏区域的压力分布和产量。

2.根据权利要求1所述的油藏数值模拟方法，其特征在于，所述近井效应发生区域包括：井筒、压裂裂缝及地层污染地带中的至少一个，所述地层污染地带为因完井方式或增产措施而引起的地层污染地带。

3.根据权利要求1所述的油藏数值模拟方法，其特征在于，所述根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定所述初选近井区域的压力等势线具体包括：

根据井筒直径构建所述初选近井区域的精细网格模型，所述精细网格模型包括若干精细网格；

根据所述精细网格模型及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定各所述精细网格的压力；

根据各所述压力确定所述初选近井区域的压力等势线。

4.根据权利要求1所述的油藏数值模拟方法，其特征在于，所述渗流方程为单相不可压缩流体方程。

5.根据权利要求1所述的油藏数值模拟方法，其特征在于，所述根据各所述压力等势线确定最终近井区域具体包括：

从各所述压力等势线中筛选出各所述压力等势线对应的区域包围所述近井效应发生区域的初选压力等势线；

从各所述初选压力等势线中筛选出与井筒距离最小的次选压力等势线，所述次选压力等势线对应的区域为最终近井区域。

6.一种油藏数值模拟系统，其特征在于，所述系统包括：

初选近井区域确定模块，用于根据近井效应发生区域确定初选近井区域；

压力等势线确定模块，用于根据井筒直径及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定所述初选近井区域内的压力等势线；

最终近井区域确定模块，用于根据各所述压力等势线确定最终近井区域；

近井粗网格模型确定模块，用于根据所述最终近井区域内的压力等势线建立最终近井区域的近井粗网格模型；

远井区域模型确定模块，用于对所述最终近井区域以外的油藏区域建立远井区域模型；

渗流模型确定模块，用于根据所述近井粗网格模型和所述远井区域模型确定关于油藏数值的渗流模型，以预测所述油藏区域的压力分布和产量。

7.根据权利要求6所述的油藏数值模拟系统，其特征在于，所述近井效应发生区域包括：井筒、压裂裂缝及地层污染地带中的至少一个，所述地层污染地带为因完井方式或增产措施而引起的地层污染地带。

8.根据权利要求6所述的油藏数值模拟系统，其特征在于，所述压力等势线确定模块具体包括：

细网格模型确定单元，用于根据井筒直径构建所述初选近井区域的精细网格模型，所述精细网格模型包括若干精细网格；

网格压力确定单元，用于根据所述精细网格模型及井筒生产达到稳态时的渗流方程，确定各所述精细网格的压力；

等势线生成单元，用于根据各所述压力确定所述初选近井区域的压力等势线。

9.根据权利要求8所述的油藏数值模拟系统，其特征在于，所述渗流方程为单相不可压缩流体方程。

10.根据权利要求6所述的油藏数值模拟系统，其特征在于，所述最终近井区域确定模块具体包括：

第一筛选单元，用于从各所述压力等势线中筛选出各所述压力等势线对应的区域包围所述近井效应发生区域的初选压力等势线；

第二筛选单元，用于从各所述初选压力等势线中筛选出与井筒距离最小的次选压力等势线，所述次选压力等势线对应的区域为最终近井区域。