CN111852461A - 一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)选择目标致密油藏,确定裂缝性油藏单元;(2)对裂缝性油藏单元进行划分,获取裂缝性油藏单元的规则嵌套网格和等压嵌套网格;(3)确定裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数;(4)获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量。本发明能够准确刻画致密基岩和裂缝间非稳态窜流的整个过程,获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量,简捷高效,精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,属于油气田开发领域。
背景技术
致密油是指以吸附或游离态存在于生油岩中,或存在于与生油岩互层、紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩中,未经过大规模长距离运移的石油聚集。虽然致密油藏的典型特征是储集层物性差,但是,其源储一体或紧邻,含油条件好,储量大,油气连续分布,其为连续型沉积矿藏。形成致密油的关键是致密储层的连续分布、具有较高成熟度的良好生油层。随着油气田开发技术的提高和常规油气资源的消耗,致密油等非常规油气资源越来越受到重视。致密油藏通常包含致密基岩和裂缝两类介质:致密基岩作为流体的主要储集空间,裂缝作为流体的主要流动通道。开采过程中,流体通过致密基岩流入裂缝,再由裂缝流入油井。然而,由于致密基岩的孔隙小,渗透率低,导致流体通过致密基岩流向裂缝的时间非常长,因此,准确刻画这一流动过程(非稳态窜流)成为致密油流动数值模拟需要解决的关键问题。
目前,对于致密油藏基岩与裂缝间的非稳态窜流,很多学者依然沿用常规裂缝性油气藏的拟稳态窜流函数。然而,无论是Warren and Root(Warren,J.E.and P.J.Root.Thebehavior ofnaturally fractured reservoirs.(1963):245-255.),Lim and Aziz(Lim,K.T.and K.Aziz.Matrix-fracture transfer shape factors for dual-porositysimulators.Journal of Petroleum Science and Engineering 13.3-4(1995):169-178.)还是Zimmerman(Zimmerman,Robert W.,et al.A numerical dual-porosity modelwith semianalytical treatment of fracture/matrix flow.Water resourcesresearch 29.7(1993):2127-2137.)所建立的拟稳态窜流函数,其致密基质岩块的渗流方程都仅适用于单相线性渗流,显然这些拟稳态窜流函数不再适用于存在较强非线性渗流的致密油藏。由于采用解析方法建立致密油藏窜流函数难度大且局限性强,因此,部分学者着眼于采用数值方法(Multiple INteracting Continua,MINC模型)(Pruess,Karsten,andT.N.Narasimhan.Practical method for modeling fluid and heat flow in fracturedporous media.No.LBL-13487:CONF-820242-1.Lawrence Berkeley Lab.,CA(USA),1982.)来刻画非稳态窜流,通过将致密基岩进一步划分成一系列的子网格(致密基岩嵌套网格),能够比较准确地描述致密基岩和周围裂缝之间的非稳态的物质交换过程。但是,由于MINC模型划分的子网格与致密基岩内的实际压力场分布存在一定差异,因此,其模拟结果仍然存在一定偏差。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其能够准确刻画致密基岩和裂缝间非稳态窜流的整个过程,获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量,简捷高效,精度高。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,包括以下步骤:(1)选择目标致密油藏,确定裂缝性油藏单元;(2)对裂缝性油藏单元进行划分,获取裂缝性油藏单元的规则嵌套网格和等压嵌套网格;(3)确定裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数;(4)根据裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数,获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量。
在一个具体实施例中,在所述步骤(2)中,根据裂缝性油藏单元的裂缝参数,确定裂缝性油藏单元内网格转换点的位置,在裂缝性油藏单元内网格转换点与裂缝边界之间进行规则嵌套网格划分,获取裂缝性油藏单元内的规则嵌套网格,在裂缝性油藏单元内网格转换点的内侧进行等压嵌套网格划分,获取裂缝性油藏单元内的等压嵌套网格。
在一个具体实施例中,所述裂缝参数包括所述裂缝性油藏单元的几何形状和裂缝开度以及长度、宽度和厚度方向的裂缝间距。
在一个具体实施例中,在所述步骤2)中,确定网格转换点位于裂缝性油藏单元内距离裂缝边界长为0.04个裂缝边界平均边长的位置。
在一个具体实施例中,在所述步骤2)中,获取规则嵌套网格包括确定规则嵌套网格的体积,以及规则嵌套网格之间的流动距离和流动面积。
在一个具体实施例中,在所述步骤2)中,获取等压嵌套网格包括确定等压嵌套网格的体积,以及等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值。
在一个具体实施例中,在所述步骤(3)中,确定裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数所依据的公式为:
式中,Tij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数,Aij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的流动面积,dij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的流动距离,kij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的平均渗透率。
在一个具体实施例中,求解目标致密油藏的质量守恒和动量守恒方程,得到目标致密油藏流体的流速和压力分布数据,结合裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数,获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量。
在一个具体实施例中,在所述步骤2)中,获取等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值包括以下步骤:
①提取裂缝性油藏单元的网格转换点内侧的基岩单元,进行外边界定压的单向流模拟;
②根据单相流模拟稳态时的等压线分布,划分等压嵌套网格;
③确定等压嵌套网格的物性参数,包括等压嵌套网格的体积、平均流体压力和单位时间流体变化量;
④根据等压嵌套网格边界流量等于等压嵌套网格内部流体变化量,获取等压嵌套网格之间的流量;
⑤根据流量等效原理,获取等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值。
在一个具体实施例中,在所述步骤2)中,确定等压嵌套网格的体积所依据的公式为:
在一个具体实施例中,在所述步骤2)中,确定等压嵌套网格的平均流体压力所依据的公式为:
在一个具体实施例中,在所述步骤2)中,确定等压嵌套网格的单位时间流体变化量所依据的公式为:
在一个具体实施例中,在所述步骤2)中,确定等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值所依据的公式为:
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本发明适用于任何复杂裂缝结构和流体非线性渗流模式,能够避免常规方法对于裂缝结构和渗流模式的简化假设,简捷高效地获取致密油藏基岩微裂缝件窜流量。2、本发明能够准确地实现致密油藏基岩裂缝间的窜流模拟,能够应用于致密油藏的开发和类似储层特征的地层流体开发等领域。3、本发明获取的基岩到裂缝的流体累积窜流量与精细网格参考解对比,最大误差小于2%,远低于目前常用方法,能够克服现有模型和方法的不足。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分的从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍:
图1是本发明的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法的一个具体实施例的流程结构示意图;
图2是本发明目标致密油藏裂缝分布的结构示意图;
图3是本发明确定裂缝性油藏单元内网格转换点的结构示意图;
图4是本发明裂缝性油藏单元内规则嵌套网格划分的结构示意图;
图5是本发明裂缝性油藏单元内规则嵌套网格和等压嵌套网格划分的结构示意图;
图6是本发明获取等压嵌套网格之间流动面积与流动距离比值的流程结构示意图;
图7是本发明单向流模拟压力场的示意图;
图8是本发明等压嵌套网格划分结果的结构示意图;
图9是本发明的实施例一的裂缝性油藏单元的结构示意图;
图10是本发明的实施例一的分别采用MINC6和MSR6模型进行求解且与参考解对比,目标致密油藏早期累积产油量的对比结果示意图;
图11是本发明的实施例一的分别采用MINC6和MSR6模型进行求解且与参考解对比,目标致密油藏中期累积产油量的对比结果示意图;
图12是本发明的实施例一的目标致密油藏累积产油量误差随网格转换点位置变化的结构示意图;
图13是本发明的实施例一的分别采用MINC3和MSR3模型进行求解且与参考解对比,目标致密油藏早期累积产油量的对比结果示意图;
图14是本发明的实施例一的分别采用MINC3和MSR3模型进行求解且与参考解对比,目标致密油藏中期累积产油量的对比结果示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1所示,本发明提出的模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,包括以下步骤:
(1)选择目标致密油藏,确定裂缝性油藏单元
选择目标致密油藏,确定裂缝性油藏单元。具体地,如图2、图3所示,根据目标致密油藏的裂缝分布情况,确定裂缝性油藏单元的裂缝参数包括裂缝性油藏单元的几何形状和裂缝开度(Df)以及长度(Lx)、宽度(Ly)和厚度(Lz)方向的裂缝间距。
(2)对裂缝性油藏单元分别进行规则嵌套网格和等压嵌套网格划分,获取裂缝性油藏单元的规则嵌套网格和等压嵌套网格
具体地,如图3所示,根据裂缝性油藏单元的裂缝参数,确定裂缝性油藏单元内网格转换点的位置。优选地,确定裂缝性油藏单元内的网格转换点设置在距离裂缝边界长为0.04个裂缝边界平均边长的位置。
如图4所示,在裂缝性油藏单元内网格转换点与裂缝边界之间进行规则嵌套网格划分,获取裂缝性油藏单元内的规则嵌套网格。进一步地,采用Pruess K.在文献《GMINC-AMesh Generator For Flow Simulations In Fractured Reservoirs》中提出的MINC(多重内部作用连续)模型进行规则嵌套网格划分。
进一步地,获取规则嵌套网格包括确定规则嵌套网格的体积,以及规则嵌套网格之间的流动距离和流动面积。
进一步地,在裂缝性油藏单元内网格转换点的内侧进行等压嵌套网格划分,获取裂缝性油藏单元内的等压嵌套网格(如图5所示)。
进一步地,获取等压嵌套网格包括确定等压嵌套网格的体积,以及等压嵌套网格之间流动面积和流动距离的比值。
如图6所示,确定等压嵌套网格之间流动面积和流动距离的比值包括以下步骤:
①提取裂缝性油藏单元的网格转换点内侧的基岩单元,进行外边界定压的单向流模拟(如图7所示);
②根据单相流模拟稳态时的等压线分布,划分等压嵌套网格(如图8所示);
③确定等压嵌套网格的物性参数,包括等压嵌套网格的体积、平均流体压力和单位时间流体变化量;
④根据等压嵌套网格边界流量等于等压嵌套网格内部流体变化量,获取等压嵌套网格之间的流量;
⑤根据流量等效原理,获取等压嵌套网格之间流动面积和流动距离的比值。
(3)确定裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数
进一步地,在步骤3)中,确定裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数所依据的公式为:
式中,Tij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数,Aij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的流动面积,dij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的流动距离,kij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的平均渗透率。
(4)采用有限体积法进行方程离散,并构建离散方程的残差形式,再根据Newton-Raphson(牛顿-迭代)方法建立全隐式迭代格式,最后采用UMFPACK求解器(专门求解类似于Ax=b这样的稀疏矩阵方程的一个库,一般情况下A是稀疏非对称的矩阵)进行模型求解目标致密油藏的质量守恒和动量守恒方程,得到流体的流速和压力分布数据,结合裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数,获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量。
进一步地,在步骤2)中,确定等压嵌套网格的体积所依据的公式为:
进一步地,在步骤2)中,确定等压嵌套网格的平均流体压力所依据的公式为:
进一步地,在步骤2)中,确定等压嵌套网格的单位时间流体变化量所依据的公式为:
进一步地,在步骤2)中,确定等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值所依据的公式为:
下面列举一具体实施例:
实施例一
如图9所示,本实施例选取符合二维裂缝规则分布的裂缝性油藏单元,模型大小为10m(米)×10m,初始压力40MPa(兆帕),裂缝压力20MPa。分别采用MINC模型(规则嵌套网格模型)和MSR模型(等压嵌套网格模型)进行流动模拟,计算累积产油量,并以精细网格的解作为参考解。
分别采用MINC6和MSR6模型进行求解,并与参考解对比,早期和中期累积产油量对比结果(如图10、图11所示)。可以得到:早期MINC6模型与参考解基本一致,而MSR6模型的结果存在一定偏差;中期MSR6模型结果与参考解基本一致,MINC6模型的结果则存在偏差,表明:MINC模型网格适合模拟早期流动,而MSR模型网格适合模拟中后期流动。
本实施例中,获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量,具体步骤如下:
(1)根据目标致密油藏的裂缝分布情况,确定裂缝性油藏单元的裂缝参数包括裂缝性油藏单元的几何形状和裂缝开度(Df)以及长度(Lx)、宽度(Ly)和厚度(Lz)方向的裂缝间距,假设所有的裂缝单元均相同,因此只需选择一个裂缝单元进行研究即可。其中,裂缝性油藏单元的横截面设置成正方形。
(2)根据裂缝性油藏单元的几何形状和尺寸,确定裂缝性油藏单元内网格转换点的位置。
(3)在裂缝性油藏单元内裂缝边界与网格转换点之间采用规则嵌套网格模型进行规则嵌套网格划分,计算规则嵌套网格的体积,以及规则嵌套网格之间的流动距离和流动面积。
(4)在裂缝性油藏单元内网格转换点内侧划分等压嵌套网格(以等压线为网格边界),计算等压嵌套网格的体积,以及等压嵌套网格之间流动面积和流动距离的比值。
(5)确定裂缝性油藏单元内所有嵌套网格之间的传导系数。
(6)采用有限体积法进行方程离散,并构建离散方程的残差形式,再根据Newton-Raphson(牛顿-迭代)方法建立全隐式迭代格式,最后采用UMFPACK求解器(专门求解类似于Ax=b这样的稀疏矩阵方程的一个库,一般情况下A是稀疏非对称的矩阵)进行模型求解目标致密油藏的质量守恒和动量守恒方程,得到流体的流速和压力分布数据,结合裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数,获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量。
进一步地,确定裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数所采用的公式为:
式中,Tij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数,Aij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的流动面积,dij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的流动距离,kij为裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的平均渗透率,可以取两个嵌套网格渗透率的调和平均值或者算术平均值。
进一步地,确定等压嵌套网格的体积所依据的公式为:
进一步地,确定等压嵌套网格的平均流体压力所依据的公式为:
进一步地,确定等压嵌套网格的单位时间流体变化量所依据的公式为:
进一步地,根据流量等效原理,确定等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值所依据的公式为:
结合裂缝性油藏单元内压力场的变化过程,得到网格转换点的位置只与裂缝性油藏单元的形状有关,因此,通过数值实验判断网格转换点的位置,具体地:假设网格转换点距离裂缝边界的距离为D,计算不同D情况下的累积产油量,并计算其与参考解的平均误差,累产油误差随网格转换点的位置变化情况(如图12所示)。可以看出当D=0.04L(裂缝边界平均边长)时,误差最小。
以距离裂缝边界距离D=0.04L为网格转换点位置,分别采用MINC3和MSR3模型模拟裂缝性油藏单元内网格转换点与裂缝边界之间以及裂缝性油藏单元内网格转换点内侧,早期和中期累积产油量对比结果(如图13、图14所示),可以看出,改进的组合模型继承了规则嵌套模型和等压嵌套模型各自的优点,能够同时准确模拟早期和中后期流动。
虽然本发明所公开的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)选择目标致密油藏,确定裂缝性油藏单元;
(2)对裂缝性油藏单元进行划分,获取裂缝性油藏单元的规则嵌套网格和等压嵌套网格;
(3)确定裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数;
(4)获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量。
2.根据权利要求1所述的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,在所述步骤(2)中,根据裂缝性油藏单元的裂缝参数,确定裂缝性油藏单元内网格转换点的位置,在裂缝性油藏单元内网格转换点与裂缝边界之间进行规则嵌套网格划分,获取裂缝性油藏单元内的规则嵌套网格,在裂缝性油藏单元内网格转换点的内侧进行等压嵌套网格划分,获取裂缝性油藏单元内的等压嵌套网格。
3.根据权利要求2所述的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,所述裂缝参数包括所述裂缝性油藏单元的几何形状和裂缝开度以及长度、宽度和厚度方向的裂缝间距。
4.根据权利要求3所述的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,在所述步骤2)中,确定网格转换点位于裂缝性油藏单元内距离裂缝边界长为0.04个裂缝边界平均边长的位置。
5.根据权利要求4所述的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,在所述步骤2)中,获取规则嵌套网格包括确定规则嵌套网格的体积,以及规则嵌套网格之间的流动距离和流动面积。
6.根据权利要求5所述的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,在所述步骤2)中,获取等压嵌套网格包括确定等压嵌套网格的体积,以及等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值。
8.根据权利要求7所述的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,求解目标致密油藏的质量守恒和动量守恒方程,得到目标致密油藏流体的流速和压力分布数据,结合裂缝性油藏单元内嵌套网格之间的传导系数,获取目标致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流量。
9.根据权利要求8所述的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,在所述步骤2)中,获取等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值包括以下步骤:
①提取裂缝性油藏单元的网格转换点内侧的基岩单元,进行外边界定压的单向流模拟;
②根据单相流模拟稳态时的等压线分布,划分等压嵌套网格;
③确定等压嵌套网格的物性参数,包括等压嵌套网格的体积、平均流体压力和单位时间流体变化量;
④根据等压嵌套网格边界流量等于等压嵌套网格内部流体变化量,获取等压嵌套网格之间的流量;
⑤根据流量等效原理,获取等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值。
10.根据权利要求9所述的一种模拟致密油藏基岩与裂缝间非稳态窜流的方法,其特征在于,在所述步骤2)中,确定等压嵌套网格的体积所依据的公式为:
式中,Vi为第i个等压嵌套网格的体积,Vj e为等压嵌套网格j∈Ωi的第j个单元网格的体积,j为等压嵌套网格j∈Ωi的第j个单元网格;
确定等压嵌套网格的平均流体压力所依据的公式为:
确定等压嵌套网格的单位时间流体变化量所依据的公式为:
确定等压嵌套网格之间流动面积与流动距离的比值所依据的公式为:
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