CN107832482A - 致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法 - Google Patents
致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，该致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法包括：步骤１，采用MINC模型和SC映射相结合的方法进行基质网格划分；步骤２，通过拟稳态流动计算各节点之间的流量；步骤３，通过流量等效原则对大尺度裂缝系统进行降维处理；步骤４，对裂缝进行模拟；步骤５，对多尺度复杂缝网模型进行求解及验证。该致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法有效避免了复杂微小裂缝的检测和大裂缝的连续处理，提高了致密储层改造体积内裂缝描述和模拟方法的准确性和高效性。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法。
背景技术
致密储层由于渗透率极低，无工业油流，一般采用压裂和水平井相结合的方式进行开采，形成储层改造区域SRV(Stimulated Reservoir volume)，存在几米至几十米的大尺度裂缝，也存在几厘米甚至几毫米的小尺度微裂缝，因此缝网系统为典型的多尺度流动问题，储层改造区域内复杂裂缝系统的刻画和模拟是该类问题的核心，因此具有重要意义。目前裂缝模拟的方法主要分为连续介质模型和离散裂缝模型，其中连续介质模型适用于裂缝分布密集且相互连通的情况，离散裂缝模型适用于大裂缝的模拟，因此需要把两类方法相结合，有选择性地进行裂缝模拟，为此我们发明了一种将连续介质模型和离散裂缝模型相耦合的致密储层建模和模拟方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种有效避免了复杂微小裂缝的检测和大裂缝的连续处理，提高了致密储层改造体积内裂缝描述和模拟方法的准确性和高效性的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，该致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法包括：步骤1，采用MINC模型和SC映射相结合的方法进行基质网格划分；步骤2，通过拟稳态流动计算各节点之间的流量；步骤3，通过流量等效原则对大尺度裂缝系统进行降维处理；步骤4，对裂缝进行模拟；步骤5，对多尺度复杂缝网模型进行求解及验证。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，对于一个基岩块，首先确定分界距离，分界距离外采用MINC模型，分界距离内采用SC映射。
在步骤1中，对于二维空间，分界距离的确定公式为：
其中，L为正方形基岩的维数；
对于三维空间，分界距离的确定公式为：
其中，L为正方形基岩的维数。
在步骤2中，计算各节点之间的流量的公式为其中vmi为第i个基岩块单元的窜流量，第一个裂缝单元与相邻基岩单元的流量即为基岩与裂缝之间的窜流量；Tmi为基岩块与裂缝之间的传导系数，ei＝[1,0...0]T为单位矩阵，为基岩块i的压力，基岩内的压力变化与到裂缝的距离服从线性规律，即pm＝xa+b；则pmi1为基岩块i第一层的压力值，n为基岩划分的层数，x为不同层基岩划分后到中心的距离，a,b为待定参数；pf为相邻裂缝的压力值。
在步骤3中，通过流量等效原则对大尺度裂缝系统进行降维处理的公式为:
其中,FEQ为流动方程，Ω表示整个区域，Ωm为基岩区域，为降维后的裂缝区域。
在步骤3中，把二维的裂缝面简化为线，建立相应的嵌入式离散裂缝网络模型。
在步骤4中，针对小尺度裂缝采用双重介质模型进行模拟。
在步骤4中，针对大尺度裂缝采用复杂裂缝进行模拟，采用基于嵌入式离散裂缝模型。
在步骤5中，考虑致密储层基质和裂缝系统的耦合运移机制，和不同尺度裂缝及基质系统的流动模拟方法的基础上，对多尺度复杂缝网模型求解及验证，并对相应的结果进行分析。
在步骤5中，基岩内的有限差分的数值计算格式：
式中，为基岩与裂缝间的流速；为基岩压力值；裂缝压力值；fm＝[fmi]为边界流量值，其中Qmf＝[qmfiδmfi]为源汇项；方程(1)中的第一行对应于方程Darcy定律，第二行对应于方程质量守恒定律，第三行则表征了单元边界面上的法向速度连续性条件；上述方程的系数矩阵表达式具体如下：
其中，Ne为网格单元总数；Ii＝En由单位矩阵构成。
在步骤5中，对于两条交叉裂缝，将基质部分和裂缝部分的数值计算格式组装到一起，得到基于模拟有限差分的嵌入式离散裂缝模型计算格式：
其中，Tmfi＝[Tmfi]表示第i条裂缝与基岩窜流系数矩阵；Tff＝[Tff]，表示裂缝之间的窜流系数矩阵；Tfi和pfi分别表示第i条裂缝的有限差分传导系数矩阵和裂缝单元压力列阵。
本发明中的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，适用于致密储层进行人工压裂开采过程中，复杂裂缝系统的建模及相应的数值模拟方法，可用于致密储层压裂开采过程中复杂人工裂缝系统的准确刻画和模拟，计算结果可应用于致密储层压裂效果评价及开发方案的编制。将双重介质模型和嵌入式离散裂缝模型相结合的多尺度建模及模拟方法，大大减小了数值计算量，同时能准确描述和刻画大尺度裂缝系统，为致密油气藏压裂开采提供了准确高效的多尺度裂缝模拟方法，具有较大的推广价值。
附图说明
图1为本发明的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的一具体实施例中MINC模型与SC映射相结合计算基岩块内网格剖分示意图；
图3为本发明的一具体实施例中嵌入式离散裂缝网络模型的示意图；
图4为本发明的一具体实施例中基岩系统和裂缝系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法的流程图。
步骤101，基于MINC模型和SC映射相结合的基质网格划分方法。为了提高致密储层中基岩的模拟精度，采用MINC模型和SC映射相结合的基质网格划分方法，对于一个基岩块，首先确定分界距离，分界距离外采用MINC模型，分界距离内采用SC(Schwarz-Christoffel)映射，如图2所示。
(1)分界距离的确定方法：二维空间公式其中，L为正方形基岩的维数；三维空间
(2)分界距离外流动早期采用MINC模型，分界距离内流动晚期采用SC映射，该方法对基岩中的网格进行了详细划分，提高了计算基岩中不稳态窜流过程的精度，如图2所示。
步骤102：通过拟稳态流动计算各节点之间的流量，其中vmi为第i个基岩块单元的窜流量，第一个裂缝单元与相邻基岩单元的流量即为基岩与裂缝之间的窜流量；Tmi为基岩块与裂缝之间的传导系数，ei＝[1,0...0]T为单位矩阵，为基岩块i的压力，基岩内的压力变化与到裂缝的距离服从线性规律，即pm＝xa+b；则pmi1为基岩块i第一层的压力值，n为基岩划分的层数，x为不同层基岩划分后到中心的距离，a,b为待定参数；pf为相邻裂缝的压力值。
步骤103：为了更准确和更高效地对页岩气藏大尺度复杂裂缝进行模拟，减少网格剖分和计算量，通过流量等效原则对大尺度裂缝系统进行降维处理，其中,FEQ为流动方程，Ω表示整个区域，Ωm为基岩区域，为降维后的裂缝区域。
把二维的裂缝面简化为线，建立相应的嵌入式离散裂缝网络模型；如图3所示。
步骤104：针对小尺度裂缝采用双重介质模型，大尺度裂缝采用复杂裂缝进行模拟，采用基于嵌入式离散裂缝模型，如图4所示。
步骤105：考虑致密储层基质和裂缝系统的耦合运移机制，和不同尺度裂缝及基质系统的流动模拟方法的基础上，对多尺度复杂缝网模型求解及验证，并对相应的结果进行分析。
基岩内的有限差分的数值计算格式：
式中，为基岩与裂缝间的流速；为基岩压力值；裂缝压力值；fm＝[fmi]为边界流量值，其中Qmf＝[qmfiδmfi]为源汇项；方程(1)中的第一行对应于方程Darcy定律，第二行对应于方程质量守恒定律，第三行则表征了单元边界面上的法向速度连续性条件；上述方程的系数矩阵表达式具体如下：
其中，Ne为网格单元总数；Ii＝En由单位矩阵构成；Tmi为基岩块与裂缝之间的传导系数。
以存在两条交叉裂缝为例，将基质部分和裂缝部分的数值计算格式组装到一起，得到基于模拟有限差分的嵌入式离散裂缝模型计算格式：
其中，Tmfi＝[Tmfi]表示第i条裂缝与基岩窜流系数矩阵；Tff＝[Tff]，表示裂缝之间的窜流系数矩阵；Tfi和pfi分别表示第i条裂缝的有限差分传导系数矩阵和裂缝单元压力列阵，其它与方程(2)相同。
Claims (11)
1.致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，该致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法包括：
步骤1，采用MINC模型和SC映射相结合的方法进行基质网格划分；
步骤2，通过拟稳态流动计算各节点之间的流量；
步骤3，通过流量等效原则对大尺度裂缝系统进行降维处理；
步骤4，对裂缝进行模拟；
步骤5，对多尺度复杂缝网模型进行求解及验证。
2.根据权利要求1所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤1中，对于一个基岩块，首先确定分界距离，分界距离外采用MINC模型，分界距离内采用SC映射。
3.根据权利要求2所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤1中，对于二维空间，分界距离的确定公式为：
其中，L为正方形基岩的维数；
对于三维空间，分界距离的确定公式为：
其中，L为正方形基岩的维数。
4.根据权利要求1所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤2中，计算各节点之间的流量的公式为其中vmi为第i个基岩块单元的窜流量，第一个裂缝单元与相邻基岩单元的流量即为基岩与裂缝之间的窜流量；Tmi为基岩块与裂缝之间的传导系数，ei＝[1,0...0]T为单位矩阵，为基岩块i的压力，基岩内的压力变化与到裂缝的距离服从线性规律，即pm＝xa+b；则pmi1为基岩块i第一层的压力值，n为基岩划分的层数，x为不同层基岩划分后到中心的距离，a,b为待定参数；pf为相邻裂缝的压力值。
5.根据权利要求1所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤3中，通过流量等效原则对大尺度裂缝系统进行降维处理的公式为:
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其中,FEQ为流动方程，Ω表示整个区域，Ωm为基岩区域，为降维后的裂缝区域。
6.根据权利要求5所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤3中，把二维的裂缝面简化为线，建立相应的嵌入式离散裂缝网络模型。
7.根据权利要求1所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤4中，针对小尺度裂缝采用双重介质模型进行模拟。
8.根据权利要求1所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤4中，针对大尺度裂缝采用复杂裂缝进行模拟，采用基于嵌入式离散裂缝模型。
9.根据权利要求1所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤5中，考虑致密储层基质和裂缝系统的耦合运移机制，和不同尺度裂缝及基质系统的流动模拟方法的基础上，对多尺度复杂缝网模型求解及验证，并对相应的结果进行分析。
10.根据权利要求9所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤5中，基岩内的有限差分的数值计算格式：
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式中，为基岩与裂缝间的流速；为基岩压力值；裂缝压力值；fm＝[fmi]为边界流量值，其中Qmf＝[qmfiδmfi]为源汇项；方程(1)中的第一行对应于方程Darcy定律，第二行对应于方程质量守恒定律，第三行则表征了单元边界面上的法向速度连续性条件；上述方程的系数矩阵表达式具体如下：
其中，Ne为网格单元总数；Ii＝En由单位矩阵构成。
11.根据权利要求10所述的致密储层多尺度裂缝网络建模及模拟方法，其特征在于，在步骤5中，对于两条交叉裂缝，将基质部分和裂缝部分的数值计算格式组装到一起，得到基于模拟有限差分的嵌入式离散裂缝模型计算格式：
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其中，Tmfi＝[Tmfi]表示第i条裂缝与基岩窜流系数矩阵；Tff＝[Tff]，表示裂缝之间的窜流系数矩阵；Tfi和pfi分别表示第i条裂缝的有限差分传导系数矩阵和裂缝单元压力列阵。
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