CN111177946B - 高压致密气藏射孔总表皮和压实带表皮系数模拟计算方法 - Google Patents
高压致密气藏射孔总表皮和压实带表皮系数模拟计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高压致密气藏射孔总表皮和压实带表皮系数模拟计算方法,所述压实带表皮系数计算方法包括以下步骤:S1:采用局部加密网格,构建网格相同的有射孔压实带的地质模型一和无射孔压实带的地质模型二;S2:分别给两个模型的每一网格单元赋储层和流体物性的值;S3:建立气体稳定渗流控制方程,采用有限体积法对其进行离散化,相邻网格间采用Two‑Point‑Flux‑Approximation方法对气体流动能力进行调和平均,得到线性方程组;S4:采用代数多重网格方法对所述线性方程组进行求解,得到稳态压力场分布;S5:计算射孔井流量;S6:计算所述地质模型一、二的总表皮系数,总表皮系数之差即为所述射孔压实带表皮系数。本发明能够精确计算射孔总表皮系数和压实带表皮系数。
Description
技术领域
本发明涉及气藏开发技术领域,特别涉及一种高压致密气藏射孔总表皮和压实带表皮系数模拟计算方法。
背景技术
聚能射孔是目前油气田采用的最主要射孔技术。高速金属射流使射孔孔壁附近的岩石发生塑性变形,从而产生射孔压实带。对致密气藏射孔完井,造成较大表皮系数的原因主要有钻井污染带和射孔压实带。随着射孔穿深水平和钻井水平的提高,射孔容易穿透正常钻进形成的钻井污染带,因此表皮系数很可能主要由于射孔压实带造成的。对射孔压实带表皮系数的分析可以为射孔技术的改进提供参照。
然而,对试井曲线的反演得到的是总表皮系数,无法得到射孔压实带导致的表皮系数的数值。目前计算射孔压实带表皮系数的方法主要有解析法和经验模型法,但是,解析法和经验模型法难以考虑井筒附近复杂流场的三维性、压实带和储层的非均质性,通过该方法获得的射孔压实带表皮系数不够精确。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种高压致密气藏射孔总表皮和压实带表皮系数模拟计算方法,能够精确计算射孔总表皮系数和射孔压实带表皮系数。
本发明的技术方案如下:
一方面,本发明提供一种高压致密气藏射孔总表皮系数模拟计算方法,包括以下步骤:
S1:采用局部加密网格,构建有射孔压实带的地质模型一;
S2:为所述地质模型一的每一网格单元赋储层和流体物性的值;
S3:建立气体稳定渗流控制方程,射孔孔眼作为内边界条件,设为井底流压,地质模型径向流半径外的网格单元作为外边界条件,设为地层压力;采用有限体积法对所述气体稳定渗流控制方程进行离散化,相邻网格间采用Two-Point-Flux-Approximation方法对气体流动能力进行调和平均,得到线性方程组;
S4:采用代数多重网格方法对所述线性方程组进行求解,得到所述地质模型一的稳态压力场分布;
S5:根据所述稳态压力场分布计算射孔井流量;
S6:根据所述射孔井流量,计算所述地质模型一的总表皮系数。
作为优选,所述储层和流体物性包括渗透率、孔隙度和动力粘度,压实带的渗透率和孔隙度均低于储层的渗透率和孔隙度。
作为优选,在地层压力大于21MPa的情况下,所述气体稳定渗流控制方程具体为:
式中:
K为气体有效渗透率,mD;
p为压力,MPa。
作为优选,所述射孔井流量的计算方法为:
首先,通过达西公式计算得到每个孔眼网格单元边界的速度,所述达西公式具体为:
式中:
u为速度,m/s;
μ为孔眼处天然气动力粘度,mPa·s;
然后,将每个孔眼网格的速度乘以边界的面积得到每个孔眼网格的流量;
最后,计算所有流量之和,即可得到所述射孔井流量。
作为优选,所述总表皮系数的的计算公式为:
式中:
S为总表皮系数,无量纲;
Δp为地层与孔眼间的压差,MPa;
h为储层厚度,m;
q为射孔井流量,m3/s;
re为径向流半径,m;
rw为井筒半径,m。
另一方面,本发明还提供一种高压致密气藏射孔压实带表皮系数模拟计算方法,包括以下步骤:
利用上述任意一所述的高压致密气藏射孔总表皮系数模拟计算方法,计算得到地质模型一的总表皮系数;
将所述地质模型一的压实系数设为1,其余赋值情况不变,即可得到无射孔压实带的地质模型二;
然后采用与所述地质模型一的总表皮系数相同的计算方法,计算得到地质模型二的总表皮系数;
计算所述地质模型一的总表皮系数与所述地质模型二的总表皮系数之差,即可得到所述射孔压实带表皮系数。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明采用数值模拟方法对高压致密气藏射孔总表皮和压实带的表皮系数进行计算,一方面其计算结果精确,能够更好地为射孔技术的改进提供参照;另一方面,模拟计算时间短,可应用于现场进行实时计算。
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,下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明地质模型一的局部加密结构化网格示意图;
图2为本发明地质模型一的射孔井位置示意图;
图3为本发明一个具体实施例中地质模型一的稳态压力场分布示意图;
图4为本发明一个具体实施例中地质模型二的稳态压力场分布示意图;
图5为试验1中裸眼井的压力场分布示意图;
图6为试验2中不同射孔深度对压实带表皮系数影响的结果示意图;
图7为试验3中无钻井液污染情况下不同射孔深度对压实带表皮系数影响的结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。
一方面,本发明提供一种高压致密气藏射孔总表皮系数模拟计算方法,包括以下步骤:
S1:采用局部加密网格,构建有射孔压实带的地质模型一;
S2:为所述地质模型一的每一网格单元赋储层和流体物性的值,所述储层和流体物性包括渗透率、孔隙度和动力粘度,压实带的渗透率和孔隙度均低于储层的渗透率和孔隙度;
S3:建立气体稳定渗流控制方程,射孔孔眼作为内边界条件,设为井底流压,地质模型径向流半径外的网格单元作为外边界条件,设为地层压力;采用有限体积法对所述气体稳定渗流控制方程进行离散化,相邻网格间采用Two-Point-Flux-Approximation方法对气体流动能力进行调和平均,得到线性方程组;
S4:采用代数多重网格方法对所述线性方程组进行求解,得到所述地质模型一的稳态压力场分布;
S5:根据所述稳态压力场分布计算射孔井流量;
S6:根据所述射孔井流量,计算所述地质模型一的总表皮系数。
另一方面,本发明还提供一种高压致密气藏射孔压实带表皮系数模拟计算方法,包括以下步骤:
S1:采用局部加密网格,构建有射孔压实带的地质模型一和无射孔压实带的地质模型二,所述地质模型一和所述地质模型二的网格相同。
S2:分别给两个模型的每一网格单元赋储层和流体物性的值,所述储层和流体物性包括渗透率、孔隙度和动力粘度,压实带的渗透率和孔隙度均低于储层的渗透率和孔隙度。赋值时,所述地质模型二的压实系数为1,其余赋值情况与所述地质模型一的赋值情况相同。
S3:建立气体稳定渗流控制方程,射孔孔眼作为内边界条件,设为井底流压,地质模型径向流半径外的网格单元作为外边界条件,设为地层压力;采用有限体积法对所述气体稳定渗流控制方程进行离散化,相邻网格间采用Two-Point-Flux-Approximation方法对气体流动能力进行调和平均,得到线性方程组。
在地层压力大于21MPa的情况下,所述气体稳定渗流控制方程具体为:
式中:
K为气体有效渗透率,mD;
p为压力,MPa。
S4:采用代数多重网格方法对所述线性方程组进行求解,分别得到地质模型一和地质模型二的稳态压力场分布。
S5:根据所述地质模型一的稳态压力场分布计算所述地质模型一的射孔井流量,根据所述地质模型二的稳态压力场分布计算所述地质模型二的射孔井流量。
所述射孔井流量的计算方法为:
首先,通过达西公式计算得到每个孔眼网格单元边界的速度,所述达西公式具体为:
式中:
u为速度,m/s;
μ为孔眼处天然气动力粘度,mPa·s;
然后,将每个孔眼网格的速度乘以边界的面积得到每个孔眼网格的流量;
最后,计算所有流量之和,即可得到所述射孔井流量。
S6:根据所述地质模型对应的射孔井流量,分别计算所述地质模型一和所述地质模型二的总表皮系数,所述地质模型一的总表皮系数与所述地质模型二的总表皮系数之差即为所述射孔压实带表皮系数。
所述总表皮系数的的计算公式为:
式中:
S1为地质模型一的总表皮系数,无量纲;
S2为地质模型二的总表皮系数,无量纲;
Δp为地层与孔眼间的压差,MPa;
h为储层厚度,m;
q1、q2分别为地质模型一和地质模型二的射孔井流量,m3/s;
re为径向流半径,m;
rw为井筒半径,m。
在一个具体的实施例中,所述地质模型一为含压实带射孔井模型,多射孔局部加密结构化网格如图1所示,射孔井位置如图2所示。所述地质模型二的网格与所述地质模型一的网格相同。模型几何x、y、z方向分别为5米、10米、1米。射孔相位角60度,孔径1cm,孔密16孔每米,孔深0.5米。
所述地质模型一的赋值情况具体为:
储层为均质,水平向渗透率为1mD,垂向渗透率为0.15mD,孔隙度为10%,孔眼处气体动力粘度为0.02mPa·s,压力边界条件为地层压力30MPa,孔眼压力25MPa,即压差为5MPa。钻井污染带半径为0.3m,水平向渗透率为0.1mD,垂向渗透率为0.015mD。压实带厚度为3cm,压实系数为0.1,所述压实系数为压实后渗透率与压实前渗透率的比值。
所述地质模型二的压实系数为1,其余赋值情况与所述地质模型一的赋值情况相同。
对式(1)采用有限体积法对所述气体稳定渗流控制方程进行离散化,相邻网格间采用Two-Point-Flux-Approximation方法对气体流动能力进行调和平均,得到线性方程组。求解时,内边界条件为井底流压,外边界条件为地层压力。
采用Hypre软件对所述线性方程组进行求解,分别得到地质模型一和地质模型二的稳态压力场分布,结果分别如图3和图4所示。
根据上述稳态压力场分布结果计算得到地质模型一的射孔井流量为13.4方每天,地质模型二的射孔井流量为35.9方每天。
根据所述射孔井流量,计算得到所述地质模型一的总表皮系数为5.5,所述地质模型二的总表皮系数为-0.8,从而得到所述地质模型一的射孔压实带表皮系数为6.3。
在上述实施例进行模拟计算时,用时小于1分钟,计算时间短,本发明可应用于现场进行实时计算。
在上述实施例的基础上进行如下试验:
试验1用裸眼井验证模型的正确性
建立裸眼井模型,将地质模型一中孔眼、压实带、钻井污染带的渗透率设为与储层渗透率相同,并将井眼作为内边界条件,即可得到所述裸眼井模型。裸眼井模拟压力场分布如图5所示,总表皮系数为0.08,相对应的解析解为0,误差小,由此验证了本发明数值模型的精确度高。
试验2分析射孔深度对压实带表皮的影响
不同射孔深度情况下压实带表皮系数如图6所示。从图6可以看出,射孔深度小于两倍钻井污染带半径情况下随射孔深度提高压实带表皮下降较快。射孔深度高于三倍钻井液污染带半径即0.9米后压实带表皮下降变得很慢。这给我们的启示是可以通过增加射孔深度降低压实带表皮系数,但是并不能彻底解除。
试验3无钻井液污染情况下分析射孔深度对压实带表皮的影响
无钻井液污染情况下不同射孔深度对应的压实带表皮系数如图7所示。对比图7和图6发现在射孔深度小于三倍钻井污染带半径情况下钻井污染会增大压实带表皮。而射孔深度大于三倍钻井污染带半径情况下钻井污染对压实带表皮影响较小。
试验4有钻井污染情况下分析压实带厚度和压实系数对压实带表皮的影响
有钻井液污染且射孔深度为0.5米情况下,不同压实带厚度和压实系数对压实带表皮的影响结果如表1所示:
表1不同压实带厚度和压实系数对压实带表皮系数的影响结果
压实带厚度3cm | 压实带厚度3cm | 压实带厚度3cm | |
压实系数0.1 | 6.3 | 5.1 | 3.3 |
压实系数0.2 | 2.8 | 2.3 | 1.5 |
压实系数0.3 | 1.7 | 1.3 | 0.9 |
从表1可以看出,射孔深度一定情况下,降低压实程度(即提高压实系数)和减少压实带厚度对降低压实带表皮都有影响,但是降低压实程度更有效。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种高压致密气藏射孔总表皮系数模拟计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:采用局部加密网格,构建有射孔压实带的地质模型一;
S2:为所述地质模型一的每一网格单元赋储层和流体物性的值;
S3:建立气体稳定渗流控制方程,射孔孔眼作为内边界条件,设为井底流压,地质模型径向流半径外的网格单元作为外边界条件,设为地层压力;采用有限体积法对所述气体稳定渗流控制方程进行离散化,相邻网格间采用Two-Point-Flux-Approximation方法对气体流动能力进行调和平均,得到线性方程组;
S4:采用代数多重网格方法对所述线性方程组进行求解,得到所述地质模型一的稳态压力场分布;
S5:根据所述稳态压力场分布计算射孔井流量;
S6:根据所述射孔井流量,计算所述地质模型一的总表皮系数。
2.根据权利要求1所述的高压致密气藏射孔总表皮系数模拟计算方法,其特征在于,所述储层和流体物性包括渗透率、孔隙度和动力粘度,压实带的渗透率和孔隙度均低于储层的渗透率和孔隙度。
6.一种高压致密气藏射孔压实带表皮系数模拟计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
利用权利要求1-5中任意一所述的高压致密气藏射孔总表皮系数模拟计算方法,计算得到地质模型一的总表皮系数;
将所述地质模型一的压实系数设为1,其余赋值情况不变,即可得到无射孔压实带的地质模型二;
然后采用与所述地质模型一的总表皮系数相同的计算方法,计算得到地质模型二的总表皮系数;
计算所述地质模型一的总表皮系数与所述地质模型二的总表皮系数之差,即可得到所述射孔压实带表皮系数。
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