CN112967147A - 一种考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，包括以下步骤：收集岩心尺度的裂缝信息，建立岩心尺度下的数字岩心，基于所述数字岩心进行流动模拟，获得岩心尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子；收集测井尺度的裂缝信息，建立测井尺度下的基岩块模型，并对基质补充窜流量为q_m的源项，基于所述基岩块模型，获得测井尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子；获得气井尺度的裂缝信息，建立气井控制范围模型，并对基质补充窜流量为q_n的源项，通过有限元流动模拟计算气井的产量Q，从而计算出各级尺度下裂缝的产气贡献率。本发明能够获得各级尺度下裂缝的产气贡献率，为指导裂缝性气藏的开发提供理论依据。

Description

一种考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法。

背景技术

裂缝性气藏存在有多级尺度的裂缝，从而各级裂缝对气井产能均有贡献，而实际生产过程中仅能对各级尺度的总产气量进行检查，并不能根据实际的裂缝分布及尺度信息确定各级裂缝的贡献率。对于裂缝性气藏而言，早期的气量主要来源于大尺度的裂缝，但大尺度裂缝中的气量会较快被采出，导致气井产量快速递减。因而寻找一种能定量评价各级裂缝对气井产量的贡献率能有效分析气井的采出能力及稳产能力，针对不同级别裂缝的贡献采取合适的产能调配方案是维持整个气藏稳产的关键。目前，急需找到一种能有效定量评价裂缝性气藏各级裂缝对产量贡献率的方法，从而指导该类气藏的高效开发。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，以获得反应气井产量中由裂缝控制和基质补给的产量贡献率，从而有效指导生产开发指标的制定。

本发明的技术方案如下：

一种考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，包括以下步骤：

收集岩心尺度的裂缝信息，建立岩心尺度下的数字岩心，基于所述数字岩心进行流动模拟，获得岩心尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子；

收集测井尺度的裂缝信息，结合岩心尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子，建立测井尺度下的基岩块模型，并对所述基岩块模型的基质补充窜流量为q_m的源项，基于所述基岩块模型，获得测井尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子；

获得气井尺度的裂缝信息，结合测井尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子，建立气井控制范围模型，并对所述气井控制范围模型的基质补充窜流量为q_n的源项，通过有限元流动模拟计算气井的产量Q，从而计算出各级尺度下裂缝的产气贡献率：岩心尺度产气贡献率为q_m/Q；测井尺度产气贡献率为q_n/Q；气井尺度产气贡献率为(Q-q_m-q_n)/Q。

作为优选，所述裂缝信息包括裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度、孔隙度。

作为优选，岩心尺度下的孔隙度通过以下方法获得：利用图像分析的方法，统计所述数字岩心中孔隙部分与岩石骨架部分的像素点数，所述孔隙部分的像素点数与所述岩石骨架部分的像素点数之比即为岩心尺度下的孔隙度。

作为优选，岩心尺度下的等效渗透率通过以下方法获得：首先，根据裂缝开度利用立方定律确定单条裂缝的渗透率；其次，将所述数字岩心中每条裂缝的渗透率赋予为计算得到的渗透率；然后，利用有限元分析确定岩心的流量；最后，利用达西定律计算出岩心尺度下的等效渗透率。

作为优选，所述形状因子通过式(1)或式(2)计算获得：

式中：α为形状因子；q为流量；μ为气体粘度；k为等效渗透率；ρ为气体密度；Δp为压差；d_f为裂缝开度；L_f为裂缝长度；n为裂缝条数；θ为裂缝倾角；L为特征长度；φ为孔隙度。

当计算岩心尺度下的形状因子时，所述特征长度为岩心的长度；当计算测井尺度下的形状因子时，所述特征长度为基岩块的长度。

作为优选，所述基岩块模型具体通过以下子步骤建立：

建立基岩块物理模型，并将获取的测井尺度裂缝信息随机分布在所述基岩块物理模型中；

根据立方定律确定测井尺度下裂缝的渗透率情况，由此建立测井尺度下基岩块物理模型的裂缝分布及数据信息；

将收集到的测井尺度下的裂缝孔隙度减去岩心尺度下的孔隙度的值作为裂缝的孔隙度，通过开度定理确定裂缝渗透率；

将岩心尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子作为基质参数赋予到所述基岩块物理模型上，然后在基质中补充以窜流量为q_m的源项，得到所述基岩块模型。

作为优选，窜流量为q_m的计算方法为：

式中：q_m为基岩块模型的窜流量，即岩心尺度裂缝补给气量；α_m为岩心尺度下的形状因子；k_m为岩心尺度下的等效渗透率；ρ为气体密度；p_m为岩心尺度基质压力；p_fm为岩心尺度裂缝中的压力；μ为气体粘度。

作为优选，所述气井控制范围模型具体通过以下子步骤建立：

建立气井控制范围物理模型，并将获取的气井尺度裂缝信息随机分布在所述气井控制范围物理模型中；

通过计算裂缝体积占比获得裂缝的孔隙度，通过立方定律确定裂缝的渗透率；

将测井尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子作为基质参数赋予到所述气井控制范围物理模型上，然后在基质中补充窜流量为q_n的源项，得到所述气井控制范围模型。

作为优选，窜流量为qn的计算方法为：

式中：q_n为气井控制范围模型的窜流量，即测井尺度裂缝补给气量；α_n为测井尺度下的形状因子；k_n为测井尺度下的等效渗透率；ρ为气体密度；p_n为测井尺度基岩块压力；p_fn为测井尺度裂缝中的压力；μ为气体粘度。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用双重介质模拟方法，对形状因子进行显示表达，而不是像Eclipse或者CMG中采用裂缝组数、特征长度进行经验计算，解决了其无法进行缝特征描述以及独立计算不同尺度介质产气贡献的问题。

2)高渗流动介质中依然存在有孔隙空间，常规数值模拟软件仅考虑了裂缝中储集的流体，在模拟过程中该部分流体会较快采出，产量递减剧烈不符合实际产出规律，本发明考虑了此因素，获得的结果更符合实际产出规律。

3)本发明有效考虑了离散裂缝的分布对气井产能的影响，并不是完全利用等效渗透率进行模拟，使得计算结果更符合实际。

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为实施例1基岩数字岩心的结构示意图；

图2为实施例1基岩数字岩心流动模拟的结构示意图；

图3为实施例1基岩块的裂缝随机分布结构示意图；

图4为实施例1不同气井产量下岩心尺度的产气贡献率示意图；

图5为实施例1不同气井产量下测井尺度的产气贡献率示意图；

图6为实施例1不同气井产量下气井尺度的产气贡献率示意图。

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。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1

以某口实际基岩气井为例，一种考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，包括以下步骤：

S1：利用CT扫描直接获取真实数字岩心，或利用基岩样品中裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度、孔隙度等信息，建立随机分布的等效数字岩心。本实施例以统计得到的裂缝信息(裂缝开度0.05mm，平均裂缝长度31.4mm，裂缝密度0.5/cm，裂缝倾角60°)建立岩心尺度下的等效数字岩心，得到如图1所示的裂缝随机分布数字岩心。

S2：基于所述数字岩心，进行流动模拟，根据以下子步骤获得岩心尺度下的孔隙度φ_m、等效渗透率k_m以及形状因子α_m：

S21：根据薄片图像统计，获得所述数字岩心中孔隙部分与岩石骨架部分的像素点数，两者之比即为所述岩心尺度下的孔隙度：φ_m＝0.15。

S22：根据裂缝开度0.05mm，以立方定律计算裂缝的渗透率为k_f＝d_f^2/12＝0.05^2/12mm²＝208D；将步骤S1中数字岩心的每条裂缝的渗透率均赋值为208D，裂缝孔隙度为一个较小值0.001，基质孔隙度为0.15，基质渗透率为1mD；通过在岩心两端施加压差利用有限元的方法模拟岩心内流体的流动，如图2所示，得到稳定时的流量为6e-5kg/s；利用达西定律计算得到岩心尺度下的等效渗透率为12mD。

S23：在已知数字岩心的流量和等效渗透率的前提下利用式(1)计算形状因子，计算得到该数字岩心在岩心尺度下的形状因子为1.84e-7m^-2；若不通过有限元流动模拟方法计算岩心的等效渗透率，可通过式(2)计算形状因子，计算得到该数字岩心在岩心尺度下的形状因子为2.09e-7m^-2；两个方法计算得到的岩心尺度下的形状因子误差较小，如果不想通过复杂的数字岩心建模和流动模拟，仅利用统计的裂缝信息即可求得岩心的形状因子，该方法能大大降低工作量，且能够保证计算结果的准确性。

S3：根据成像测井统计测井尺度的裂缝信息，包括裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度、孔隙度等信息。裂缝评价长度为4.3m，裂缝密度为0.5条/m²，裂缝倾角为45°，裂缝开度为1mm，孔隙度为0.23；

S4：建立测井尺度下的基岩块模型，具体的，首先建立10m*5m*0.2m的基岩块物理模型，然后在模型中利用步骤S3获取的裂缝信息对测井尺度裂缝进行随机分布，结果如图2所示，根据立方定律确定该尺度裂缝的渗透率情况，由此建立测井尺度基岩块模型的裂缝的分布及数据信息。

S5：基于步骤S4获得的测井尺度基岩块物理模型，将步骤S2步中获取的岩心尺度的孔隙度φm作为基质孔隙度赋予到上述基岩块模型中，将岩心尺度的等效渗透率或者一个较小值(小于e-4)作为的基质渗透率，并对基质补充窜流量为q_m的源项，其计算公式如式(3)所示。针对裂缝，其孔隙度为步骤S3收集的孔隙度φ_n减去岩心尺度孔隙度φ_m，裂缝渗透率同样根据开度定理确定。由此建立了完整的测井尺度的基岩块模型，三个参数(岩心尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子)作为测井尺度基质的基础参数，由此完成测井尺度流动模型的建立。

S6：与步骤S2一样，利用有限元方法对所建立的测井尺度基岩块模型进行流动模拟，得到基岩块的孔隙度φ_n(步骤S3收集的孔隙度φ_n)、基岩块等效渗透率k_n以及形状因子α_n。通过式(1)模拟得到的形状因子α_n为2.41e-7m^-2；通过式(2)回归公式计算得到的α_n为2.24e-7m^-2；可见在测井尺度同样误差较小，满足后续计算需要。

S7：根据地震蚂蚁体数据，统计气井尺度的裂缝信息，包括裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度、孔隙度等信息。

S8：根据蚂蚁体的裂缝数据，对裂缝进行随机分布从而建立气井控制范围物理模型，裂缝的孔隙度为实际的裂缝体积占比，可通过裂缝的开度、长度、高度进行计算，并根据立方定律确定裂缝的渗透率情况。基质的数据来源于步骤S6得到的基岩块的孔隙度φ_n、基岩块等效渗透率k_n以及形状因子α_n，并对基质补充窜流量为q_n的源项，其计算公式如式(4)所示。

S9：针对步骤S8建立的气井控制范围模型，通过有限元流动模拟计算气井的产量Q，其中岩心尺度裂缝补给气量为q_m，测井尺度裂缝补给气量为q_n，气井尺度裂缝贡献气量为Q-q_m-q_n。在不同气井产量下(40万方/天、50万方/天、60万方/天)，岩心尺度产气贡献率为q_m/Q，结果如图3所示；测井尺度产气贡献率为q_n/Q，结果如图4所示；气井尺度产气贡献率为(Q-q_m-q_n)/Q，结果如图5所示。

综上所述，通过本发明，可以根据不同的气井配产情况，模拟计算得到各尺度(岩心尺度、测井尺度、气井尺度)所对应的产气贡献率。

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 (9)

1.一种考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

收集岩心尺度的裂缝信息，建立岩心尺度下的数字岩心，基于所述数字岩心进行流动模拟，获得岩心尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子；

收集测井尺度的裂缝信息，结合岩心尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子，建立测井尺度下的基岩块模型，并对所述基岩块模型的基质补充窜流量为q_m的源项，基于所述基岩块模型，获得测井尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子；

获得气井尺度的裂缝信息，结合测井尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子，建立气井控制范围模型，并对所述气井控制范围模型的基质补充窜流量为q_n的源项，通过有限元流动模拟计算气井的产量Q，从而计算出各级尺度下裂缝的产气贡献率：岩心尺度产气贡献率为q_m/Q；测井尺度产气贡献率为q_n/Q；气井尺度产气贡献率为(Q-q_m-q_n)/Q。

2.根据权利要求1所述的考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，所述裂缝信息包括裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度、孔隙度。

3.根据权利要求1所述的考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，岩心尺度下的孔隙度通过以下方法获得：利用图像分析的方法，统计所述数字岩心中孔隙部分与岩石骨架部分的像素点数，所述孔隙部分的像素点数与所述岩石骨架部分的像素点数之比即为岩心尺度下的孔隙度。

4.根据权利要求1所述的考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，岩心尺度下的等效渗透率通过以下方法获得：首先，根据裂缝开度利用立方定律确定单条裂缝的渗透率；其次，将所述数字岩心中每条裂缝的渗透率赋予为计算得到的渗透率；然后，利用有限元分析确定岩心的流量；最后，利用达西定律计算出岩心尺度下的等效渗透率。

5.根据权利要求1所述的考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，所述形状因子通过式(1)或式(2)计算获得：

式中：α为形状因子；q为流量；μ为气体粘度；k为等效渗透率；ρ为气体密度；Δp为压差；d_f为裂缝开度；L_f为裂缝长度；n为裂缝条数；θ为裂缝倾角；L为特征长度；φ为孔隙度。

6.根据权利要求1所述的考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，所述基岩块模型具体通过以下子步骤建立：

建立基岩块物理模型，并将获取的测井尺度裂缝信息随机分布在所述基岩块物理模型中；

根据立方定律确定测井尺度下裂缝的渗透率情况，由此建立测井尺度下基岩块物理模型的裂缝分布及数据信息；

将收集到的测井尺度下的裂缝孔隙度减去岩心尺度下的孔隙度的值作为裂缝的孔隙度，通过开度定理确定裂缝渗透率；

将岩心尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子作为基质参数赋予到所述基岩块物理模型上，然后在基质中补充以窜流量为q_m的源项，得到所述基岩块模型。

7.根据权利要求1所述的考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，窜流量为q_m的计算方法为：

式中：q_m为基岩块模型的窜流量，即岩心尺度裂缝补给气量；α_m为岩心尺度下的形状因子；k_m为岩心尺度下的等效渗透率；ρ为气体密度；p_m为岩心尺度基质压力；p_fm为岩心尺度裂缝中的压力；μ为气体粘度。

8.根据权利要求1所述的考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，所述气井控制范围模型具体通过以下子步骤建立：

建立气井控制范围物理模型，并将获取的气井尺度裂缝信息随机分布在所述气井控制范围物理模型中；

通过计算裂缝体积占比获得裂缝的孔隙度，通过立方定律确定裂缝的渗透率；

将测井尺度下的孔隙度、等效渗透率、以及形状因子作为基质参数赋予到所述气井控制范围物理模型上，然后在基质中补充窜流量为q_n的源项，得到所述气井控制范围模型。

9.根据权利要求1所述的考虑多尺度裂缝的基岩产量贡献率计算方法，其特征在于，窜流量为q_n的计算方法为：

式中：q_n为气井控制范围模型的窜流量，即测井尺度裂缝补给气量；α_n为测井尺度下的形状因子；k_n为测井尺度下的等效渗透率；ρ为气体密度；p_n为测井尺度基岩块压力；p_fn为测井尺度裂缝中的压力；μ为气体粘度。

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