CN113027399A - 一种基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，包括：对获取的矿场岩心进行CT扫描，得到数字化的多孔介质；步骤2、模拟多孔介质内水驱油过程，其包含：驱油过程中多孔介质内油水的流动和实时追踪油水界面；步骤3、在多孔介质内水驱油过程得到出口端从驱替初始到驱替结束的累产水量Wp和累产油量Np，绘制lgWp‑Np曲线；步骤4、在lgWp‑Np曲线中选取含水率fw的预设段作为最终的甲型水驱曲线，拟合水驱曲线，得到适用于特高含水期的甲型水驱曲线。采用本发明的技术方案，可以获取准确评价特高含水油藏水驱开发效果及预测指标的变化趋势的甲型水驱曲线，克服现有水驱曲线在高含水阶段的不足。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，尤其涉及一种基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，用于获取注水开发油藏水驱曲线，具体地涉及一种基于在真实岩心内微观流动模拟获取高含水区块甲型水驱曲线的方法。
背景技术
从我国目前勘探开发的实际状况来看，易开发的储量和整装大油田都己经进入开采中后期，稳产的难度越来越大。胜利油区已开发老油田中，高含水、高采出程度单元越来越多，整装、断块高含水(>95％)单元有149个，动用地质储量2.5×108t，占油区已动用地质储量29.8％，由此可见，相当一部分剩余可采储量要在特高含水期采出。特高含水期阶段，主力油层大面积水淹，注入水的运动受断层、沉积相带的沉积韵律和非均质影响越来越大，从而形成不同的注入水的运动规律、水淹特征，导致地下剩余油水分散程度加剧。剩余油分布呈现“总体分散，局部富集”的特征，油相主要以非连续状态存在于孔隙空间内。在当前开发形势下，如何有效地将储层的剩余油开采出来，是油田特高含水阶段开发的重点所在。
在水驱开发油田的动态分析与预测中，对于已进入含水期的开发油田，若将累计产油量与累计产水量在半对数坐标上作图，可以得到一条比较明显的直线关系，而应用这一直线关系，不仅可以对油田的未来动态进行预测，还可以对油田的可采储量和最终采收率做出有效估计。目前矿场上获取水驱曲线的方法主要有两种，一种是直接计量累产油累产水数据，利用传统的水驱曲线公式进行拟合。第二种是通过室内岩心实验，再利用传统的水驱曲线公式进行拟合。通过拟合参数求取极限含水率条件下的产量，以及水驱有效地质储量。这两种方法在中低含水期，累产水的对数与累产油基本成一条直线关系时，运用与预测效果较好。但是当油田开发进入高含水甚至特高含水期，水驱曲线在半对数坐标上存在上翘现象，此时再应用常规水驱特征曲线预测开发指标会出现较大的误差。为建立适应水驱油藏开发中后期的水驱特征曲线，很多研究人员通过修正油水相相对渗透率比值与含水饱和度关系式，推导新型水驱特征曲线。新的水驱曲线可以较好的符合高含水期上翘特征，很好的预测开发指标。但是对新的水驱特征曲线在修正过程中掺杂的人为因素过多，很多时候为了拟合而拟合，缺乏实际的矿场意义，而且很多新的水驱曲线公式在使用过程中发现其适用范围小，仅仅对某一区块适用。因此有必要提出一种通用的获取水驱曲线的新方法，微观流动模拟为这一问题提供了解决途径。
目前常用的微观流动模拟方法主要有光滑粒子流体动力学法(SPH)，格子玻尔兹曼法(LBM)以及直接模拟法(DNS)。光滑粒子流体动力学法一般模拟精度低，为提高计算精度，添加大量粒子，计算量巨大，同时加边界条件较为复杂等；格子玻尔兹曼方法在多相流微观流动模拟方面具有较大优势，但当计算域几何形状较为复杂时，求解时间步长较小，导致计算量大，因此LBM方法的主要缺陷便是其计算域往往较小，受计算能力限制大。近年来随着计算处理能力的提高，以及非结构化网格剖分技术的发展，基于直接求解N-S方程的多相流微观流动模拟方法展现出巨大优势。采用N-S方程结合现有成熟的计算力学方法，以CT扫描以及图像处理技术得到的孔隙尺度多孔介质图像为基础，获得流体在多孔介质中的流动形态与运动规律。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，可以获取准确评价特高含水油藏水驱开发效果及预测指标的变化趋势的甲型水驱曲线，克服现有水驱曲线在高含水阶段的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，包括：
步骤1、对获取的矿场岩心进行CT扫描，得到数字化的多孔介质，其包含三维数字岩心或二维的多孔介质切片；
步骤2、模拟多孔介质内水驱油过程，其包含：驱油过程中多孔介质内油水的流动和实时追踪油水界面；
步骤3、在多孔介质内水驱油过程中得到出口端从驱替初始到驱替结束的累产水量Wp和累产油量Np，绘制lgWp-Np曲线；
步骤4、在lgWp-Np曲线中选取含水率fw的预设段作为最终的甲型水驱曲线，拟合水驱曲线，得到适用于特高含水期的甲型水驱曲线。
作为优选，步骤2中，基于N-S方程模拟水驱油过程中多孔介质内油水的流动，采用相场方法实时追踪油水界面，其中，多孔介质出口设置为开放边界，总应力为0。
作为优选，步骤3中，在多孔介质内水驱油过程中多孔介质初始饱和油相，从入口段注入水驱替至多孔介质内含油饱和度不再变化，以获取完整的水驱曲线。
作为优选，对出口端水油流量对时间积分分别得出口端从驱替初始到驱替结束的累产水量Wp和累产油量Np。
作为优选，对出口端油水流速进行积分分别得到不同时刻的油的流量Qo以及水的流量Qw，利用fw＝Qw/(Qw+Qo)得到实时含水率fw。
作为优选，步骤4中，在lgWp-Np曲线中选取含水fw在40％到98％之前的一段作为最终的甲型水驱曲线。
本发明运用基于N-S方程的微观流动模拟方法，获取可以准确评价特高含水油藏水驱开发效果及预测指标的变化趋势的甲型水驱曲线，克服现有水驱曲线在高含水阶段的不足。
附图说明
图1为基于微观流动模拟获取特高含水期甲型水驱曲线的流程图；
图2为二维多孔介质示意图；
图3为驱替稳定后多孔介质剩余油分布示意图；
图4为甲型水驱曲线的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的和方法更加明显易懂，结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供一种基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，包括：
步骤1、对获取的矿场岩心进行CT扫描，得到数字化多孔介质，其包含三维数字岩心或二维的多孔介质切片，如图2所示。CT扫描岩心的具体方法参考文献为：王晨晨,姚军,杨永飞等.基于CT扫描法构建数字岩心的分辨率选取研究[J].科学技术与工程,2013(4):1049-1052。
步骤2、模拟多孔介质内水驱油过程，其包含：驱油过程中多孔介质内油水的流动和实时追踪油水界面。
进一步，步骤2中多孔介质内流体的流动满足连续性方程：
其中，u表示流体速度，m/s。多孔介质内油水看成不可压缩流体，油水的运动可用N-S方程来描述，如下式所示
其中ρ为流体密度，kg/m3；μs为流体粘度，Pa·s；p为流体压力，Pa；I为单位向量；t为流动时间，s；Fst为界面张力项。
水驱油过程中，油水两相界面不断变化，为准确追踪油水界面，引入相场方法。相场方法通过引入相变量将尖锐的界面处理成具有一定厚度的扩散界面层，界面的运动和变形不仅受到对流的作用，而且也受到扩散的影响。均匀相区域，相场变量一般为常数，如一般用1表示水，一般用-1表示油。界面过渡区域相场变量连续变化，其值介于-1和1之间。油水界面的演化采用Cahn-Hilliard方程控制，如下式所示：
其中，φ为相场变量，无因次；ε表示界面厚度，m；γ为迁移率，表示单位驱动力作用下界面的迁移速度，m3·s/kg；λ为混合自由能密度，N。
由于界面区域对流与扩散的存在，引起自由能的变化，因此界面张力项Fst可表示为，
其中，G为化学势，J/m3，该界面张力项作为体积力耦合在N-S方程中。
多孔介质初始饱和油，从左端以抛物线流速注入，出口端总应力为0，两边边界设置无滑移，采用伽辽金有限元同时求解N-S与相场耦合方程，精确模拟水驱油过程。
步骤3、在多孔介质内水驱油过程得到出口端从驱替初始到驱替结束的累产水量Wp和累产油量Np，绘制lgWp-Np曲线。
在多孔介质内水驱油过程中的多孔介质初始饱和油相，从入口段注入水驱替至多孔介质内含油饱和度不再变化，确保可以获取完整的水驱曲线，稳定后多孔介质内剩余油饱和度如图3所示。对出口端油水流速进行积分可分别得到不同时刻的油的流量Qo以及水的流量Qw，利用fw＝Qw/(Qw+Qo)可得到实时含水率fw。对出口端水油流量对时间积分可分别得出口端从驱替初始到驱替结束的累产水量Wp，累产油量Np。对累产水量取对数，并绘制lgWp关于Np的曲线。
步骤4、在lgWp-Np曲线中选取含水fw在40％到98％之前的一段作为最终的甲型水驱曲线，拟合水驱曲线，得到适用于特高含水期的甲型水驱曲线，如图4所示。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，其特征在于，包括：
步骤1、对获取的矿场岩心进行CT扫描，得到数字化的多孔介质，其包含三维数字岩心或二维的多孔介质切片；
步骤2、模拟多孔介质内水驱油过程，其包含：驱油过程中多孔介质内油水的流动和实时追踪油水界面；
步骤3、在多孔介质内水驱油过程中得到出口端从驱替初始到驱替结束的累产水量Wp和累产油量Np，绘制lgWp-Np曲线；
步骤4、在lgWp-Np曲线中选取含水率fw的预设段作为最终的甲型水驱曲线，拟合水驱曲线，得到适用于特高含水期的甲型水驱曲线。
2.如权利要求1所述的基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，其特征在于，步骤2中，基于N-S方程模拟水驱油过程中多孔介质内油水的流动，采用相场方法实时追踪油水界面，其中，多孔介质出口设置为开放边界，总应力为0。
3.如权利要求1或2所述的基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，其特征在于，对出口端水油流量对时间积分分别得出口端从驱替初始到驱替结束的累产水量Wp和累产油量Np。
4.如权利要求1至3任何一项所述的基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，其特征在于，对出口端油水流速进行积分分别得到不同时刻的油的流量Qo以及水的流量Qw，利用fw＝Qw/(Qw+Qo)得到实时含水率fw。
5.如权利要求1所述的基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，其特征在于，步骤4中，在lgWp-Np曲线中选取含水fw在40％到98％之前的一段作为最终的甲型水驱曲线。
6.如权利要求1所述的基于微观流动模拟获取高含水区块水驱曲线方法，其特征在于，步骤3中，多孔介质内水驱油过程中的多孔介质初始饱和油相，从入口段注入水驱替至多孔介质内含油饱和度不再变化，以获取完整的水驱曲线。
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