CN110593849B - 一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法，其借助加入储层参数时变模块，可根据输入的相渗随冲刷程度的变化规律，在模拟中动态更新相渗，以模拟储层物性参数的动态变化。另外本发明还提供了“经验公式参数法”及“相渗曲面插值法”，用于更新相渗曲线参数。本发明克服了传统模拟器中相渗曲线只能为静态属性的缺点；同时克服了已有的时变模拟方法中，只能对相渗曲线整体进行离散地变化，或只能对其端点值进行变化，从而无法完整体现相渗曲线动态变化的缺点。利用本发明可对冲刷时变过程进行有效模拟。尤其适应于注水开发油藏、强边底水驱油藏开发中后期阶段的数值模拟。

Description

一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤指一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法。

背景技术

常规油藏数值模拟器中，相渗曲线等物性参数在模拟之前给定，模拟过程中不能发生变化。但大量的室内岩心实验研究和矿场动态数据表明(可参见新疆石油地质2016《考虑储集层参数时变效应的数值模拟方法与应用》，中国石油大学学报(自然科学版)2012《水驱油藏高含水期渗透率的动态分布计算模型及应用》，及钻采工艺2015《特高含水后期油藏时变数值模拟处理方法研究》等文献)，水驱油藏进入中高含水期后，由于水长期冲刷，造成储层物性发生改变。这其中包括相渗曲线的改变，而相渗曲线是影响水驱效果评价的重要物性参数。为了准确模拟预测水驱油藏后期的油水流动状态，需要发展能够考虑相渗曲线随水相冲刷程度动态变化的数值模拟技术。

目前,已经有部分油藏数值模拟技术可以考虑相渗曲线的动态变化，其总体思路为：在一个时间步的模拟完成之后，统计所有网格的冲刷程度，根据实验规律改变相渗曲线，进行下一个时间步的模拟。在相渗曲线如何进行改变上，主要技术方法有两种：

1)改变相渗分区方法(文献1)。每个相渗分区对应一套相渗曲线，模拟开始时可以为每个模拟网格指定相渗分区。模拟过程中某网格相渗曲线需要发生变化时，可以简单改变该网格的相渗分区值，即可使其换用另一套相渗曲线。这种方法优点是实现简单，因为相渗分区是常规模拟器的基本功能，进行简单修改即可实现。但是,此方法最大的缺点是因为其相渗曲线的变化是离散的、不连续的，导致结果可能不够精确，同时相渗曲线的剧烈改变可能会导致出现计算困难等问题。

2)改变相渗端点值方法(文献2-5)。相渗曲线中有一些重要的端点值，刻画了相渗曲线的重要特征，如束缚水饱和度，残余油饱和度等。通过借助给定新的端点值，通过相渗端点标定算法，可以使原始相渗曲线发生等比例的改变(这也是常规模拟器的基本功能)。因此更新相渗曲线时，可以通过更新每个网格的关键相渗端点值，实现该网格上相渗曲线的动态变化。由于端点值可以连续变化，因此该方法获得的相渗曲线是连续变化的，从而克服了方法1)的缺点，并且也是利用了常规模拟器的机制，因而比较易于实现。但其不足之处在于仅能调整相渗曲线的端点，而无法对其曲线形态进行直接修改，因此无法完全反映室内实验得到的相渗曲线变化规律。

发明内容

为解决上述技术问题，针对传统油藏数值模拟器无法模拟由于水驱冲刷造成的相渗曲线动态变化的机理，本发明的主要目的是提供一种新的模拟方法，该方法可以在模拟过程中实现实时的、基于每个网格的相渗曲线变化，以更好地模拟水驱油藏后期高含水后的储层物性变化。

为实现上述目的，本发明需要解决的技术性问题是：

1)改进常规模拟器的模拟框架，加入储层参数时变模块，以模拟储层物性参数的动态变化；

2)设计新的相渗曲线时变方法，使其能够最完整准确的反映实验测得的相渗曲线时变规律。

本发明为了将相渗曲线随冲刷效应动态变化引入油藏数值模拟方法，主要是解决了以下两个问题：

1)在现有模拟器的模拟框架中，加入了储层参数时变模块，以模拟储层物性参数的动态变化；

2)设计了一种新的相渗曲线时变方法，使其能够最完整准确的反映实验测得的相渗曲线时变规律。

针对上述问题,本发明提供了如下技术方案：

A、在现有的油藏数值模拟流程中，根据所建的模型,求解不同时间步下的基本变量,并于每个时间步的牛顿迭代求解完成后，加入储层参数时变模块，该模块具体包括以下步骤：

1、统计各网格自模拟开始以来的累积水相冲刷面通量(后续简称面通量)。

2、根据实验数据或其他方法得到的“面通量-储层物性”变化关系，更新每个网格的相应储层物性场。(对于渗透率等单一参数的物性场，带入新的面通量得到新的物性即可；对于相渗曲线，其本发明提供了新的更新方法，参见后续步骤)

3、检查更新后的参数范围，确保其满足一致性和合理性。得到最终的更新后的参数场。

B、提供了“经验公式参数法”(方法1)，用于更新相渗曲线参数(步骤A-1)，具体描述如下：

1、此方法使用相渗经验公式作为模型的相渗信息输入，代替现有数模中的相渗曲线表格；经验公式选取Willhite幂函数油水相渗公式，共包含5个参数，其中3个为相渗端点值，2个为曲线形态控制参数。

2、该模型需要输入“面通量-参数变化倍数”表，作为模拟中使用的时变关系；这一关系可以通过对不同冲刷程度下的相渗实验数据，分别进行经验公式拟合得到。

3、时变过程更新相渗曲线时，根据各网格当前面通量，以及步骤2中输入的时变关系，计算得到各网格新的相渗经验公式参数值。

4、使用新的参数计算出各网格当前相渗曲线，下一时间步的模拟中使用此相渗曲线进行计算。

C、提供了“相渗曲面插值法”(方法2)，用于更新相渗曲线参数(步骤A-2)，具体描述如下：

1、模型需要输入“面通量-相渗曲线”表，作为模拟中使用的时变关系；

2、这种方法中，不需要在每次更新相渗曲线时，实时地计算出当前面通量对应的相渗曲线。所需的油水相对渗透率的值，可以直接根据网格当前面通量和含水饱和度，利用曲面插值法，从“面通量-相渗曲线”曲面上插值获得。

至此，已形成了完整的相渗曲线时变模拟技术。

借助上述方法，本发明主要优点如下：

本发明是一种可在网格级别考虑相渗曲线随冲刷效应动态变化的油藏数值模拟技术。其解决了传统模拟器无法反映储层物性实时变化的问题，而相比同类的相渗分区或端点值时变方法，又具有能够更精确反映完整的相渗曲线变化的优势。

本发明能够用于水驱油藏考虑储层物性时变影响下的数值模拟，其相渗曲线时变方法，可以最完整地利用实验数据，反映相渗曲线的形态及端点值的变化。因此可以更精确的模拟水驱油藏中高含水期后的地下流体流动状态。

借此，本发明可以用于水驱油藏的精确数值模拟和产量预测。

附图说明

图1为本发明考虑渗流时变机理的模拟流程图；

图2为相渗实验数据；

图3为“面通量-油水相渗”二维数据表；

图4为插值使用的水相相渗曲面；

图5为常规模拟结果和本发明的时变模拟结果的含水上升曲线对比。

图3中：第一列为面通量值，第二列Sw:为水相饱和度，第三列Krw为此面通量和饱和度下的水相相渗，第四列Kro为油相相渗，第五列Pc为油水毛管力，该图表中只包含了2个面通量点下的油水相渗。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。

以下具体实施例仅用于解释本发明的技术方案，而不是对本发明的限定。该具体实施例是以某油田的一区块为例，其使用了本发明的方法，利用相渗曲面插值法计算相渗时变。

1、本具体实施例在现有的油藏数值模拟软件中，添加了储层参数时变模块(参见图1)；其实现的具体步骤如下：

步骤1)根据建立的油藏数值模拟模型,模拟开始，

步骤2)进行油藏初始化，

步骤3)将模拟下一时间步计数调整为t+Δt，

步骤4)进行牛顿迭代法求解，

步骤5)应用渗流时变关系更新参数场，

步骤6)判断是否为最后时间步，

若是，则结束，若否，则返回执行步骤3，继续下一个时间步的模拟。

其中步骤5)是由储层参数时变模块实施的,其包括：

5.1)统计各网格累积过水面通量；

5.2)对特殊网格进行处理(包含水体/射孔网格)；

5.3)根据时变关系更新各网格相关参数；

在本具体实施例中，是根据该区块岩心实验结果(参见图2)，将不同冲刷程度下测得的相渗曲线整理为“面通量”对“油水相渗”的2维数据表(图3)，作为模拟时使用的时变规律。其中，第一列为面通量值，第二列为水相饱和度(Sw)，第三列为此面通量和饱和度下的水相相渗Krw，第四列为油相相渗kro，第五列为油水毛管力Pc，该图表中只包含了2个面通量点下的油水相渗。

其中，在模拟中，于一个时间步模拟结束后，需统计各网格面通量。

该面通量定义为一定时间内，某个网格单位面积上，净流入的水相体积。可通过计算网格净流入的水相体积，比上网格发生流动的总表面积得到。

除此之外，对某些特殊网格需要进行处理，其方法如下：

a、将水体网格不是数值模拟关心的区域，其面通量总统计为0；

b、注入井射孔所在网格没有通过网格面的净流入，需要按照净流出统计面通量。

3、根据给定的“面通量-储层物性”变化关系，使用相渗曲面插值法，更新相渗。该插值方法如下(参见图4)：

a、在三维空间下，X轴选定为过水面通量，Y轴选定为含水饱和度Sw，Z轴选定为油水相渗Krw(或Kro)；

b、对每一个面通量下实验测得的相渗曲线，将Sw在[0,1]上进行足够密集的取样(对实际问题，取样间隔可选为为0.001，共1000个点)；

c、这样，对于任意一个X和Y值的组合，都有一个Krw(或Kro)与其对应，多条相渗曲线就组成了(可插值的)空间曲面；

d、通过多元线性插值，给定任意过水面通量和Sw，都能算得对应的油水相渗。

5.4)检查得到的新参数，以保证其在合理范围内；

检查更新后的参数范围，确保其满足一致性和合理性，如相渗需要在0～1之间，相渗端点间需满足一定关系等。

5.5)得到每个网格的最终渗流参数值。

经实验验证，本具体实施例应用相渗时变机理后，结果中水驱效果变好，最终预测采收率提高(参见图5)。

在另一具体实施例中，其区别点在于，上述步骤5)中的应用渗流时变关系更新参数场，是采用经验公式参数法进行的，其余步骤与上述实施例相同，在此不予累述。

该“经验公式参数法”特点如下：

1、此方法使用相渗经验公式作为模型的相渗信息输入，代替现有数模中的相渗曲线表格；经验公式选取Willhite幂函数油水相渗公式，共包含5个参数，其中3个为相渗端点值，2个为曲线形态控制参数。

2、该模型需要输入“面通量-参数变化倍数”表，作为模拟中使用的时变关系；这一关系可以通过对不同冲刷程度下的相渗实验数据，分别进行经验公式拟合得到。

3、时变过程更新相渗曲线时，根据各网格当前面通量，以及步骤2中输入的时变关系，计算得到各网格新的相渗经验公式参数值。

4、使用新的参数计算出各网格当前相渗曲线，下一时间步的模拟中使用此相渗曲线进行计算。

本发明公开一种考虑相渗随冲刷变化的油藏数值模拟方法。该方法可根据输入的相渗随冲刷程度的变化规律，在模拟中动态更新相渗，体现这一机理。本发明克服了传统模拟器中相渗曲线只能为静态属性的缺点；同时克服了已有的时变模拟方法中，只能对相渗曲线整体进行离散地变化，或只能对其端点值进行变化，从而无法完整体现相渗曲线动态变化的缺点。利用本发明可对冲刷时变过程进行有效模拟。尤其适应于注水开发油藏、强边底水驱油藏开发中后期阶段的数值模拟。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法,其特征在于，

该方法是根据所建的模型,循环求解出不同时间步下的变量,并于每个时间步的牛顿迭代求解完成后，还包含一个利用储层参数时变模块应用渗流时变关系更新参数场以模拟储层物性参数的动态变化的更新参数场步骤；

该更新参数场步骤包括以下步骤：

1)首先统计各网格自模拟开始以来的累积水相冲刷面通量,简称面通量；

2)然后根据给定的“面通量-储层物性”变化关系，更新每个网格的相应参数场；

3)其是用于检查步骤2)更新后的参数范围，确保其满足一致性和合理性，从而得到最终的更新后的参数场；所述更新每个网格的相应参数场步骤，是采用相渗曲面插值法更新相渗曲线参数。

2.根据权利要求1所述的一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法,其特征在于，所述相渗曲面插值法包括：

(1)输入“面通量-相渗曲线”表，作为模拟中该模型使用的时变关系；

(2)在每次更新相渗曲线时，所需的油水相对渗透率的值，直接根据网格当前面通量和含水饱和度，利用曲面插值法，从“面通量-相渗曲线”曲面上插值获得。

3.根据权利要求1所述的一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法,其特征在于，其特征在于，该模拟方法包含步骤：

步骤1)根据建立的油藏数值模拟模型,模拟开始；

步骤2)进行油藏初始化；

步骤3)将模拟下一时间步计数调整为t+△t；

步骤4)进行牛顿迭代法求解；

步骤5)应用渗流时变关系更新参数场，

5.1)统计各网格累积过水面通量；

5.2)对特殊网格进行处理；所述特殊网格包含水体/射孔网格；

5.3)根据时变关系更新各网格相关参数；

5.4)检查得到的新参数，以保证其在合理范围内；

5.5)得到每个网格的最终渗流参数值；

步骤6)判断是否为最后时间步，

若是则结束，若否，则返回执行步骤3。

4.根据权利要求1所述的一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法,其特征在于，其特征在于，所述相渗曲面插值法如下：

a、在三维空间下，X轴选定为过水面通量，Y轴选定为含水饱和度Sw，Z轴选定为油水相渗Krw或Kro；

b、对每一个面通量下实验测得的相渗曲线，将Sw在[0,1]上进行取样；

c、这样，对于任意一个X和Y值的组合，都有一个Krw或Kro与其对应，多条相渗曲线就组成了用于插值的空间曲面；

d、通过一种多元线性插值方法，即通过给定任意过水面通量和Sw，使用双线性插值算得对应的油水相渗。

5.根据权利要求1所述的一种考虑相渗曲线动态变化的油藏数值模拟方法,其特征在于，对于单一参数的参数场，直接带入新的面通量得到更新后的参数。

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