CN110244023A - 造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油工程技术领域，公开了一种造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法，通过实验向后顺序的优化，采用有限数量的全直径岩心样品，进行正交实验设计开展相关的模拟实验；利用全直径岩心人造裂缝，获得不同等效渗透率的人造缝全直径碳酸盐岩岩心样品；进行物理模拟实验与数值模拟同步拟合和预测，通过拟合获取数值模拟时裂缝网格的等效渗透率参数，为数值模拟实验中裂缝网格的等效渗透率取值提供依据。本发明可以大量节约重复性的常规物理模拟实验，提高研究效率和经济效益；阐明物理模拟与数值模拟相结合的正交实验方案设计在复杂碳酸盐岩气藏水侵机理和水侵动态研究中的具体运用。

Description

造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法

技术领域

本发明属于石油工程技术领域，尤其涉及一种造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

正交试验设计(Orthogonal experimental design)是分析多因素在多种水平下的一种实验方案设计方法，它是根据正交性从全面的、系统的试验中挑选出部分有代表性的实验样本开展实验，这些有代表性的样本点具备“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是一种提高实验效率、快速、经济的完成实验分析的实验设计方法。

目前针对高温高压油气藏开采物理模拟实验，实验高温高压模拟条件苛刻，风险危险系数高、实验周期长，成本费用高，例如：高温高压下全直径岩心相对渗透率测试装置，高温高压全直径岩心水驱油/气实验装置等，实验压力可超过70MPa，实验温度可超过120℃以上，单组实验成本为常规岩心中低压测试条件下的10-20倍，实验周期为常规实验的5-10倍，且实验的成功率不高，尤其是在存在缝、洞(溶孔)的全直径岩心情况下，缝洞参数导致岩心加持器围压方向的密封性差，大的裂缝和溶孔，易导致高压气流击穿常规岩心的胶皮套/铅皮套，导致气体从岩心夹持器与岩心壁面之间的缝隙窜流，影响实验效果。此外，对于一些特殊油气藏，如缝洞型碳酸盐岩油气藏储层很难取得到足够数量，供全面评价实验的全直径岩心，因此通过正交实验设计，采用物理模拟与数值模拟相结合的方法，开展实验评价，不失为一种高效、可靠、全面的、可替代的实验方法。开展全直径岩心实验多属于高温、高压物理实验，实验压力高、温度高、实验周期长、实验危险性大，物理实验投入成本大，风险系数高。开展各种影响因素的分析评价实验，正交实验设计是有效的手段，但即使是4因素3水平的正交实验，也最低需要开展9组实验，需要大量的实验用岩心。正交实验基础是保持测试对象的基本参数相同，才能保持实验的均匀、统一性和可对比性，因此理论上，只有采用人造岩心才能达到测试对象基本参数的可控与统一性，但人造岩心并不能代表油气藏储层的真实状况。正交实验，如采用真实岩心开展，则需要岩心物性(孔隙度、渗透率)参数相近且需要岩心数量大。然而实际情况是：不仅缝洞型油气藏物性参数差异大，而且缝洞型油气藏储层取心率低，获得的全直径岩心数量极为有限，难以获得足够数量的、基本物性参数相同相近的全直径岩心供物理模拟实验消耗。缝洞型油气藏长岩取心成本高、岩心数量有限，全直径岩心高温高压物理实验周期长、费用高，正交实验全部采用物理模拟实验不仅费钱费时，而且难以取得供正交实验所需要的大量代表性全直径岩心。数值模拟能够替代部分物理模拟的工作，但前提需要有物理模拟实验进行参考、供数值模拟进行对比、修正和标定。此外，对于一些极端情况，如岩心造缝后裂缝渗透率与基质渗透率的巨大差异导致的异常强非均质性，与储层相连的大水体等，都会导致数值模拟收敛性变差或造成系统误差，导致模拟结果不可靠。数值模拟可以替代部分常规的物理模拟实验，但数值模拟无法完成极端参数条件下的模拟，因此如何在正交实验设计中引入一部分数值模拟工作，一方面减少物理模拟工作量，解决缝洞型油气藏物理模拟实验用岩心短缺的问题，另一方面实现物理模拟和数值模拟的相互验证，在物理模拟的基础上开展更大样本的数值模拟实验是本发明要解决的问题，此外通过可靠的数值模拟替代部分常规物理模拟可以大量节约重复性的常规物理模拟实验，提高分析效率和经济效益。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的全直径岩心实验压力高、温度高、实验周期长、实验危险性大，物理实验投入成本大，风险系数高；需要大量的实验用岩心。

(2)需要的缝洞型油气藏长岩取心成本高、岩心数量有限，全直径岩心高温高压物理实验周期长、费用高；裂缝导流能力高、水体大的特殊极端情况下，数值模拟的收敛性变差或造成系统误差，导致模拟结果不可靠。

解决上述技术问题的难度和意义：解决上述问题的难题包括①通过人造裂缝获得正交实验设定的造缝岩心的等效渗透率和裂缝贯穿程度的长岩心物理模型。②开展高温高压、高裂缝导流能力导致的储层强非均质性、大水体导致的裂缝水窜等特殊条件下的物理模拟实验。③完成物理模型向数值模型的转化及数值模拟模型物性参数的标定。④通过可靠的数值模拟替代部分常规物理模拟可以大量节约重复性的常规物理模拟实验，提高研究效率和经济效益。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法。

本发明是这样实现的，一种造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法，所述造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法包括：

通过实验向后顺序的优化，利用有限数量的全直径岩心样品，结合高温高压全直径造缝岩心水驱气流动实验装置(图9)的实验周期和实验成本，进行正交实验的优化设计，根据可能影响实验结果的相关因素，设计正交实验表，设计出实验方案的物理模拟实验和数值模拟实验方案；

针对物理模拟实验，利用全直径岩心人造裂缝，进行裂缝剖面的不同支撑剂充填，并完成造缝后裂缝等效渗透率的计算与测定，获得不同等效裂缝渗透率的人造缝全直径碳酸盐岩岩心样品供后续开展高温高压水驱气物理模拟流动实验；

在本实验中采用数值模拟替代部分物理模拟的基本原则：极端条件采用物理模拟，常规条件采用物理模拟和数值模拟相结合；

进行物理模拟与数值模拟同步拟合和预测，通过拟合获取裂缝等效网格的渗透率参数，通过回归建立相关图版为模拟实验的模型裂缝网格提供裂缝等效规则。即裂缝等效渗透率与本模拟网格中裂缝渗透率的转换关系具体为：K_ef,cell＝10.31K_e ^1.1686。

进一步，所述造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法包括：

步骤一：首先通过抽提气藏水侵的主要影响因素，然后根据现场实际情况设置因素的参数水平值，然后进行物理实验和数值模拟相结合的正交实验；

步骤二：对于物模实验，选出3块物性相近的岩石样品，分别加工制成几何尺寸相同的圆柱形全直径岩心样品，测试孔隙度、渗透率参数，计算孔隙体积；

步骤三：采用全直径岩心造缝技术，对切割后的岩心进行造缝，充填支撑剂，测试造缝后的岩心渗透率；按照正交实验表，选取造缝后的岩心与未造缝的岩心进行组合，获得模拟方案所需要的不同等效渗透率、不同裂缝贯穿程度的物理模拟实验组合模型。

步骤四：对不同方案对应的组合模型建立束缚水饱和度，计算束缚水体积，原始气量，开展水侵物理模拟实验。

步骤五：物理模拟和数值模拟对比：对部分非极端条件下的人造裂缝全直径岩心进行物理模拟后，开展相应的数值模拟拟合与标定，即数值模拟过程中通过调整裂缝网格的渗透率，达到数值模拟与物理模拟结果的拟合；

步骤六：通过拟合与标定，建立数值模拟模型中裂缝网格的等效渗透率与物理模拟实验中全直径岩心等效渗透率之间的关系图版或公式，利用图版或公式作为参考依据，完成后续正交实验模拟工作。

进一步，所述步骤一中，主要影响因素包括：裂缝渗透率、裂缝倾角、裂缝贯穿程度、水体大小。在本发明所述步骤六中，建立的数值模拟模型中裂缝网格的等效渗透率与物理模拟实验中全直径岩心等效渗透率之间的关系图版和公式是关键内容之一。

本发明的另一目的在于提供一种计算机程序，所述计算机程序运行权利要求1～3任意一项所述的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法。

本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端至少搭载所述造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法的控制器。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

(1)通过实验向后顺序的优化，采用有限数量的全直径岩心样品，最大限度的开展系统的正交实验；

(2)为了获得不同裂缝渗透率的人造缝全直径碳酸盐岩岩心样品，本发明采用一种全直径岩心人造裂缝后，裂缝剖面的不同支撑剂充填方法和裂缝渗透率计算方法。

(3)本发明在本实验分析中提出了采用数值模拟替代部分物理模拟的基本原则：极端条件采用物理模拟，常规条件采用物理模拟和数值模拟相结合。

(4)物理模拟与数值模拟同步拟合和预测，通过拟合获取裂缝等效网格的渗透率参数，为后续部分设计为模拟实验的模型裂缝网格提供裂缝等效规则。相关认识同时也可为后续井组模拟实验提供参考。

数值模拟可以替代部分常规的物理模拟实验，但数值模拟无法完成极端参数条件下的模拟，因此如何在正交实验设计中引入一部分数值模拟工作，一方面减少物理模拟工作量，解决缝洞型油气藏物理模拟实验用岩心短缺的问题，另一方面实现物理模拟和数值模拟的相互验证，在物理模拟的基础上开展更大样本的数值模拟实验是本发明要解决的问题，此外通过可靠的数值模拟替代部分常规物理模拟可以大量节约重复性的常规物理模拟实验，提高研究效率和经济效益。

本发明以某复杂碳酸盐岩气藏开发实践为例，阐明物理模拟与数值模拟相结合的正交实验方案设计在复杂碳酸盐岩气藏水侵机理和水侵动态研究中的具体运用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法流程图。

图2是本发明实施例提供的阶段产气产水模拟结果与物理实验对比示意图。

图3是本发明实施例提供的累计产气产水模拟结果与物理实验对比示意图。

图4是本发明实施例提供的水气比模拟结果与物理实验对比示意图。

图5是本发明实施例提供的数值模拟模型中裂缝网格的等效渗透率与物理实验中造缝后全直径岩心等效渗透率的关系。

图6是本发明实施例提供的平行岩样和备用岩样示意图。

图7是本发明实施例提供的岩心人工造缝和切割加工后可获得的岩石样品及尺寸示意图。

图8是本发明实施例提供的实验用的实际造缝全直径岩心样品示意图。

图9是本发明实施例提供的高温高压全直径岩心水驱气流动实验装置结构示意图；

图中：1、围压泵；2、围压压力表；3、入口压力表；4、岩心夹持器；5、出口压力表；6、回压控制器；7、回压表；8、气水分离器；9、气体流量计；10、恒温箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明进行进一步详细说明；

如图1所示，本发明实施例提供的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法包括以下步骤：

S101：首先通过抽提气藏水侵的主要影响因素，通过实验向后顺序的优化，针对有限数量的全直径岩心样品，进行物理和数值模拟实验相结合正交实验设计；岩心数量有限，对于极端条件开展物理模拟实验，对于非极端条件可以借助数值模拟克服真实岩心数量不够情况；

S102：利用全直径岩心人造裂缝，裂缝剖面采用不同的支持块支撑，制造不同的人造缝全直径岩心样品等效渗透率；

S103：进行物理模拟与数值模拟同步拟合和预测，通过拟合获取数值模拟模型裂缝网格的等效渗透率取值，建立关系图版和公式为数值模拟实验的裂缝网格提供裂缝参数取值的等效规则，完成后续实验。

本发明实施例提供的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测实验方法具体包括：

步骤一：首先通过抽提气藏水侵的主要影响因素，然后根据现场实际情况设置因素的参数水平值，然后进行物理实验和数值模拟相结合的正交实验；

步骤二：对于物模实验，选出3块物性相近的岩石样品，分别加工制成几何尺寸相同的圆柱形全直径岩心样品，测试孔隙度、渗透率参数，计算孔隙体积；

步骤三：采用全直径岩心造缝技术，对切割后的岩心进行造缝，充填支撑剂，测试造缝后的岩心渗透率；按照正交实验表，选取造缝后的岩心与未造缝的岩心进行组合，获得模拟方案所需要的不同等效渗透率、不同裂缝贯穿程度的物理模拟实验组合模型。

步骤四：对不同方案对应的组合模型建立束缚水饱和度，计算束缚水体积，原始气量，开展水侵物理模拟实验。

步骤五：物理模拟和数值模拟对比：对部分非极端条件下的人造裂缝全直径岩心进行物理模拟后，开展相应的数值模拟拟合与标定，即数值模拟过程中通过调整裂缝网格的渗透率，达到数值模拟与物理模拟结果的拟合；

步骤六：通过拟合与标定，建立数值模拟模型中裂缝网格的等效渗透率与物理模拟实验中全直径岩心等效渗透率之间的关系图版或公式，利用图版或公式作为参考依据，完成后续正交实验模拟工作。

在本发明的优选实施例中，步骤一中，主要影响因素包括：裂缝渗透率、裂缝倾角、裂缝贯穿程度、水体大小，并设定正交实验表中哪些方案采用物理实验，哪些采用数值模拟。

在本发明的优选实施例中，步骤六中，建立的数值模拟模型中裂缝网格的等效渗透率与物理模拟实验中全直径岩心等效渗透率之间的关系图版和公式。

在本发明的优选实施例中，通过实验向后顺序的优化，利用有限数量的全直径岩心样品，结合高温高压全直径造缝岩心水驱气流动实验装置(图9)的实验周期和实验成本，进行正交实验的优化设计，根据可能影响实验结果的相关因素，设计正交实验表，设计出实验方案的物理模拟实验和数值模拟实验方案；

高温高压全直径造缝岩心水驱气流动实验装置包括：围压泵1、围压压力表2、入口压力表3、岩心夹持器4、出口压力表5、回压控制器6、回压表7、气水分离器8、气体流量计9、恒温箱10。

围压泵1通过管道与恒温箱10连接，恒温箱10内部安装有围压压力表2、入口压力表3、岩心夹持器4、出口压力表5；围压泵1通过管道与岩心夹持器4连接，之间的管道上安装有围压压力表2，地层水通过管道接入岩心夹持器4的进水端，之间的管道上安装有入口压力表3，岩心夹持器4的出水端的管道上安装有出口压力表5，岩心夹持器4通过管道连接回压控制器6，回压控制器6通过管道与气水分离器8和气体流量计9连接，气水分离器8进水端的管道上安装有回压表7。

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明；

实施例1

1、为了保证模拟实验定量可对比性，实验设计分析首先通过抽提气藏水侵的主要影响因素，然后根据现场实际情况设置因素的参数水平值，然后开展相应的物理模拟实验和部分数值模拟实验。

本次抽提的影响因素包括：裂缝渗透率、裂缝倾角、裂缝贯穿程度、水体大小四个因素。

考虑到实验可对比性，岩心的数量和实验的成本，本次分析采用的因素水平值为3个水平，因此可以采用4因素3水平值的L₉(3⁴)正交实验表，开展实验项目的设计。复杂碳酸盐岩气藏水侵机理的实验是基于储层真实长岩心的气、水两相流动实验，开展不同影响因素参数下气井产水机理及产水动态规律的模拟分析，考虑的因素和参数水平如下表1所示。

表1：正交参数表

注：①参数表中各因素水平值可结合现场实践进行调整；②渗透率的高、中、低量化方法见后续。

岩心数量有限，且考虑到数值模拟的收敛性，在极端模拟条件下，如裂缝导流能力远远高于基质，裂缝的贯穿程度高——裂缝直接与底水相连，水体倍数和水体能力大都会影响数值模拟计算的收敛性，导致数值模拟计算结果不稳定和不可靠。因此，对下述正交实验表中的实验编号为1,4,6,7,8的方案，建议开展物理模拟实验。考虑实验成本、考虑可对比全直径岩心获取数量的限制和实验周期的限制，可以在正交实验方案中，穿插设计部分常规条件下的数值模拟实验代替物理模拟实验。所指常规条件是指裂缝渗透率相对较低、裂缝贯穿程度相对较低、水体倍数相对较小的情况，如下表中的2,3,5,9组实验。

表2：正交实验表

数值模拟与物理相互验证和穿插进行说明：

由于岩心数量、实验周期、投入的成本控制，上述9组实验无法全部完成物理模拟。

对条件极端情况下：大水体、高裂缝贯穿程度，数模难以模拟的情况，实验1,4,6,7,8采用物理模拟。其中对于非均质性较弱且水体较小的方案实验1,7同时开展物理模拟和数值模拟，并开展二者对比分析，从而确定数值模拟模型中裂缝网格等效渗透率取值与物理模拟实验结果能够匹配拟合。

如图2-图4所示，物理模拟时，岩心造缝，支撑块支撑后全直径岩心造缝后的等效渗透率为50mD，本模型网格尺寸对应的裂缝网格渗透率设定为990mD。然后，其它参数：裂缝倾角、贯穿程度、水体大小，保持相同，则可以达到物理模拟与数值模拟结果的拟合与匹配。

如图5确定了物理模型与数值模拟模型中裂缝参数的匹配关系。

2、实验样本顺序优化设计：

如图6所示，采用平行岩样：选出3块(1块备用)物性相近(同井、同层位、深度相临，孔、渗参数相近)的岩石样品，分别加工制成几何尺寸相同的圆柱形全直径岩心样品，样品长度根据岩心的完整性加工成直径80-110mm，长度120-200mm的全直径岩心，测试其孔隙度、渗透率参数，计算孔隙体积。建立束缚水饱和度，计算束缚水体积。

注：此处，如果不同岩心在造缝前能够建立近似相同(差别低于3个百分点)的束缚水饱和度，也是判断岩样物性是否相似的标准之一。选择和制备的岩心初样如图A，B，保持相同的外观几何尺寸，由于需要人工造缝，易造成岩样损坏，因此可同时制备岩样C作为备用岩样待用，样品C外观尺寸保持与A，B相同，孔、渗物性参数保持与A，B相近。

如图7所示，为完成后续正交实验，开展岩心人工造缝和岩心切割加工，可以获得如下图7形态的实验用岩样，图8为实验用的实际造缝全直径岩心样品，通过图7中的岩样组合可以完成上述表2中的正交实验。

实验的先后顺序：

(1)首先选择全直径岩心A完成无裂缝岩心的物理模拟实验，实验结果可作为表2中有裂缝模拟实验方案的对比样本。

(2)然后对岩心A开展人工造缝，由于造缝工艺只能实现全贯穿造缝，因此，造缝后如上图7-a所示。

(3)采用图中7-a所示的A岩样，在裂缝中充填不同粒度(颗粒直径)、不同材质材料(石英砂、陶粒或者复合材料)、不同浓度(裂缝面浓度mg/mm²)的支撑剂颗粒，并对不同充填方案后的全直径带缝岩心开展孔隙度，渗透率的测试工作，获得代表设定渗透率参数的裂缝样品模型，完成表2中的方案序号为1、6、8的全贯穿物理模拟实验。

(4)将完成全贯穿物理模拟实验的全直径岩心A，进行清洗，完成带缝固定和带缝切割，切除岩心1/4长度，获得如图7-b所示的岩心样品A’，清洗烘干待用。实验中岩心重复使用可能造成端部损伤，因此建议从两端面切除1/8长度，具体切割方式可依据岩心重复使用时的完好程度而定。

(5)将岩心B切割成1/2长度的B-1和1/4长度的B-2全直径岩心样品，分别如图7-d，图7-e所示，清洗烘干待用。

(6)将岩心样品A’按照前述表2中方案序号为6的支撑剂粒度和裂缝面单位用量相同的支撑剂，制造贯穿程度为3/4，裂缝渗透率与方案序号为6相同的模型，然后将A’和B-2样品组合，完成表2中的方案序号4的物理模拟实验。

(7)将方案序号4实验完成后岩心样品A’清洗后，切割成如图2-c中的A”岩心样品，清洗烘干待用。

(8)将全直径岩心样品A”按照前述表2中方案序号为8的支撑剂粒度和裂缝面单位用量相同的支撑剂，制造贯穿程度为1/2，裂缝渗透率与方案序号为8相同的模型，然后将A”和B-1样品组合，完成表2中的方案序号7的物理模拟实验。

3、造缝后裂缝渗透率的匹配方案

对于人造裂缝，如果裂缝端面不充填时，往往获得的人造缝渗透率相对较小，特别是在存在应力的情况向，由于裂缝的渗透率与裂缝的开度密切相关，在没有支撑剂的情况下，人造裂缝受围压的作用，会出现裂缝有效渗透率随应力增加而降低的情况。根据等效渗流阻力原理：当两块岩石外部几何尺寸相同，其它渗流条件(如压差、流体粘度等)亦相同时，若两块岩石的渗流阻力相等，则表现为流量也应相等。裂缝渗流与对应等效尺寸的流动介质满足如下关系：

则

上述各式中的参数由CGS制改为SI制的下述单位，则

上式为常用的计算单个裂缝渗透率的公式，即是在纯裂缝、无充填的情况下，计算单根平板裂缝渗透率的公式。采用上述方法，设定不同的裂缝开度，可以计算出单一裂缝的真实渗透率，同时可以通过岩心流动实验测定造缝后的岩心等效渗透率。因此要想获得一定等效岩心渗透率情形的造缝岩心，往往需要多次调整裂缝的开度。此外，在模拟的过程汇总，一般全直径岩心模拟尺度中采用的数值模拟模型网格尺寸为mm级别，单个网格的尺寸相对裂缝开度μm来说，相差3个数量级，采用局部加密网格后，能够将二者差距降低到2个数量级，如果再进行加密，会产生极小网格，大大降低模型计算的收敛性，因此对于真实的裂缝，即使在岩心尺度的局部加密，数值模拟过程中仍然需要进行裂缝网格渗透率的等效处理。即通过调整裂缝网格的渗透率，达到物理模拟实验指标(产量和压力)的拟合，即完成物理模拟实验对数模实验的参数标定，确定数值模拟模型中裂缝网格的渗透率参数与物理模拟实验中裂缝造缝后的等效渗透率之间的关系。对于本例，当基质渗透率为1mD，建立的裂缝网格的渗透率值与物理模拟实验中裂缝造缝后的全直径岩心等效渗透率的关系如下图5。

表3数值模拟用裂缝网格渗透率与长岩心等效渗率的关系

利用表3，通过回归，可以建立本例中数值模拟用的裂缝网格渗透率与物理模拟实验中长岩心整体的等效渗透率回归公式(5)。

K_ef,cell＝10.31K_e ^1.1686 (4)

此外，采用无充填的裂缝模型时，裂缝的开度由局部放置的支撑块支撑，为避免岩心受应力变化导致岩心损坏、实验过程中，围压应与内压保持同步下降，使得岩心承受的应力保持稳定，同时避免裂缝物性参数受应力敏感的影响。

4、物理模拟和数值模拟对比

本发明对第一种：无充填颗粒的人造裂缝(由支撑块支撑裂缝开度)开展了物理模拟和数值模拟工作。对表2中开展过物理模拟的实验：编号1和7，同时开展数值模拟拟合工作，按照上述表4，图5等效规则，选取第1组举例说明实验和模拟的拟合与对比如下图2-图4所示：

按照上述的相关实验设计、等效规则、开展实验和模拟分析，才能保证部分物理模拟实验采用模拟替代后，物理模拟和数值模拟的实验结果具备可对比性。

对于本发明相同尺寸的岩心和模拟网格尺寸，对于其它裂缝渗透情况，可以采用公式(4)K_ef,cell＝10.31K_e ^1.1686进行匹配。对于其它尺寸岩心和模拟网格尺寸，可以采用本发明提出的分析方法，同样获得类似的认识。

综上，该实验设计方法在有限的全直径岩心数量条件下，完成了系统的正交实验，既保证这些有代表性的实验样本点具备“均匀分散，齐整可比”，同时也节约了岩心用量、节约了实验成本、缩短了实验周期和提高了实验效率，因此通过本发明提供的采用物理模拟与数值模拟相结合的实验设计方法，针对复杂碳酸盐岩气藏水侵机理开展系统的全直径岩心模拟实验方案设计，不失为一种高效、可靠、可行的实验设计方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法，其特征在于，所述造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法包括：

首先通过实验向后顺序的优化，利用有限数量的全直径岩心样品，结合高温高压全直径造缝岩心水驱气流动实验装置的实验周期和实验成本，进行正交实验的优化设计，根据可能影响实验结果的相关因素，设计正交实验表，设计出实验方案的物理模拟实验和数值模拟实验方案；

其次针对物理模拟实验，利用全直径岩心人造裂缝，进行裂缝剖面的不同支撑剂充填，并完成造缝后裂缝等效渗透率的计算与测定，获得不同等效裂缝渗透率的人造缝全直径碳酸盐岩岩心样品供后续开展高温高压水驱气物理模拟流动实验；

然后采用数值模拟替代部分物理模拟的基本原则：极端条件采用物理模拟，常规条件采用物理模拟和数值模拟相结合；

最后进行物理模拟与数值模拟同步拟合和预测，通过拟合获取裂缝等效网格的渗透率参数，通过回归建立相关图版为模拟实验的模型裂缝网格提供裂缝等效规则；即裂缝等效渗透率与本模拟网格中裂缝渗透率的转换关系具体为：K_ef,cell＝10.31K_e ^1.1686。

2.如权利要求1所述的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法，其特征在于，所述造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法包括：

步骤一：首先通过抽提气藏水侵的主要影响因素，然后根据现场实际情况设置因素的参数水平值，然后进行物理实验和数值模拟相结合的正交实验；

步骤二：对于物模实验，选出3块物性相近的岩石样品，分别加工制成几何尺寸相同的圆柱形全直径岩心样品，测试孔隙度、渗透率参数，计算孔隙体积；

步骤三：采用全直径岩心造缝技术，对切割后的岩心进行造缝，充填支撑剂，测试造缝后的岩心渗透率；按照正交实验表，选取造缝后的岩心与未造缝的岩心进行组合，获得模拟方案所需要的不同等效渗透率、不同裂缝贯穿程度的物理模拟实验组合模型。

步骤四：对不同方案对应的组合模型建立束缚水饱和度，计算束缚水体积，原始气量，开展水侵物理模拟实验。

步骤五：物理模拟和数值模拟对比：对部分非极端条件下的人造裂缝全直径岩心进行物理模拟后，开展相应的数值模拟拟合与标定，即数值模拟过程中通过调整裂缝网格的渗透率，达到数值模拟与物理模拟结果的拟合；

步骤六：通过拟合与标定，建立数值模拟模型中裂缝网格的等效渗透率与物理模拟实验中全直径岩心等效渗透率之间的关系图版或公式，利用图版或公式作为参考依据，完成后续正交实验模拟工作。

3.如权利要求2所述的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法，其特征在于，所述步骤一中，主要影响因素包括：裂缝渗透率、裂缝倾角、裂缝贯穿程度、水体大小，并设定正交实验表中哪些方案采用物理实验，哪些采用数值模拟。

4.如权利要求2所述的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法，其特征在于，所述步骤六中，建立的数值模拟模型中裂缝网格的等效渗透率与物理模拟实验中全直径岩心等效渗透率之间的关系图版和公式。

5.如权利要求1所述的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法，其特征在于，裂缝渗流与对应等效尺寸的流动介质满足：

则

参数由CGS制改为SI制的下述单位，则计算单根平板裂缝渗透率的公式为：

数值模拟中裂缝网格渗透率K_ef,cell与物理模拟实验中长岩心整体的等效渗透率K_e回归公式；

K_ef,cell＝10.31K_e ^1.1686。

6.如权利要求1所述的造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法，其特征在于，所述高温高压全直径造缝岩心水驱气流动实验装置包括：围压泵、围压压力表、入口压力表、岩心夹持器、出口压力表、回压控制器、回压表、气水分离器、气体流量计、恒温箱；

围压泵通过管道与恒温箱连接，恒温箱内部安装有围压压力表、入口压力表、岩心夹持器、出口压力表；围压泵通过管道与岩心夹持器连接，之间的管道上安装有围压压力表，地层水通过管道接入岩心夹持器的进水端，之间的管道上安装有入口压力表，岩心夹持器的出水端的管道上安装有出口压力表，岩心夹持器通过管道连接回压控制器，回压控制器通过管道与气水分离器和气体流量计连接，气水分离器进水端的管道上安装有回压表。

7.一种应用权利要求1～6任意一项所述造缝全直径岩心物理模拟与数值模拟相结合的测定方法的高温高压油气藏开采物理模拟实验平台。