CN114139331B - 无机沉淀损害油气层的建模方法、损害程度时空演化4d定量与智能诊断方法及其系统 - Google Patents

无机沉淀损害油气层的建模方法、损害程度时空演化4d定量与智能诊断方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及油田勘探技术领域，公开了一种无机沉淀损害储层的建模方法与系统以及确定储层损害程度的方法与系统。所述建模方法包括：确定待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度；确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失，其中所述离子浓度损失是由所述各个离子与所述储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应引起的；建立所述各个离子的运移方程；以及根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程。本发明可定量模拟由无机引起的储层损害特征的四维时空演化过程，从而对未发生储层损害的井进行储层损害定量预测和损害规律时空推演。

Description

无机沉淀损害油气层的建模方法、损害程度时空演化4D定量 与智能诊断方法及其系统
技术领域
本发明涉及油田勘探技术领域，具体地涉及一种无机沉淀损害储层的建模方法与系统以及确定储层损害程度的方法与系统。
背景技术
油田勘探开发的各个时期，由于受到多种内外因素影响，会导致储层原有的物理、化学、热力学和水动力学平衡状态变化，不可避免的使储层近井壁区乃至远井壁区的储层内部渗透率降低，堵塞流体流动，造成储层损害和油井产量下降，甚至“枪毙”储层。造成储层损害的原因是多样的、复杂的，特别是在生产过程中，储层岩石储渗空间、表面润湿性、水动力学场、温度场、岩石种类等不断发生变化，使损害机理随时间而变，且损害周期长、范围宽，损害更具复杂性和叠加性。储层损害一旦发生，必须根据储层损害情况采取相应的解堵措施恢复流体流动通道，以便提高油井产量和水井注入能力。因此，厘清待解堵井储层损害究竟由哪些因素造成、各损害因素所占比例如何，以及储层损害的空间分布规律和随时间变化规律对解堵措施优化设计至关重要，并直接影响解堵和增产效果好坏。
目前，诊断储层损害的方法可分为矿场诊断法和室内评价法。其中，所述矿场诊断法包括试井法。虽然所述试井法可以定量给出表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的表皮系数、堵塞比、附加压降等重要参数，但由其表征的表皮系数与其它参数相互联系。也就是说，通过所述试井法得出的表皮系数并不仅仅反映真实储层损害特征，还是各个环节、多因素的综合表现(即其是真实损害表皮系数和由井斜表皮系数、储层形状表皮系数、打开储层不完善表皮系数、非达西流表皮系数、射孔表皮系数等组成的拟表皮系数之和)，必须进行表皮系数分解才能得到真实损害表皮系数。其中，所述室内评价法包括岩心流动实验法。所述岩心流动实验法是通过岩心驱替前后的渗透率变化来了解损害程度大小，虽然比较适合研究单因素储层损害，但难以反映较大尺度上储层损害规律。并且，因室内岩心实验条件比较理想化、评价用岩心都是原始状态岩心、无法考虑储层特性动态变化，使实验结果与井下储层真实损害出入较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种无机沉淀损害储层的建模方法与系统以及确定储层损害程度的方法与系统，其可定量模拟由无机沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程，从而对未发生储层损害的井进行储层损害定量预测和损害规律时空推演，为预防或避免储层损害、制定油藏的开发方案以及之后增产措施具有科学指导意义，以及对已损害井优化设计解堵措施、提高或恢复油井产量和水井注水能力，以及提高油藏数值模拟精度都具有十分重大意义。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种无机沉淀损害储层的建模方法，所述建模方法包括：确定待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度；确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失，其中所述离子浓度损失是由所述各个离子与所述储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应引起的；根据所述流体的达西表观速度、与所述各个离子相对应的离子浓度损失及所述各个离子的扩散系数，建立所述各个离子的运移方程；以及根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程，其中所述时空演化模拟方程用于模拟由所述多个离子产生的相应沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程。
优选地，所述确定待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度包括：建立所述流体进入所述储层的压力传导方程；以及根据所述压力传导方程及达西公式，确定所述流体的达西表观速度。
优选地，所述确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失包括：根据所述各个离子i的浓度
Figure BDA0003231962730000031
与所述各个离子i发生沉淀反应的至少一个离子中的离子j的浓度
Figure BDA0003231962730000032
及下式，确定与所述各个离子i相对应的离子浓度损失
Figure BDA0003231962730000033
Figure BDA0003231962730000034
其中，kij为所述各个离子i与所述离子j的反应速率；Ni为与所述各个离子i发生沉淀反应的至少一个离子的个数；以及βi、βj分别为离子i与离子j的反应系数。
优选地，所述各个离子i与所述离子j的反应速率kij由所述各个离子i 与所述离子j产生的相应沉淀物的结垢指数决定。
优选地，所述各个离子i与所述离子j的反应速率kij满足以下关系式：
Figure BDA0003231962730000035
其中，kij0为常数；以及ISij为所述各个离子i与所述离子j 产生的相应沉淀物的结垢指数。
优选地，所述结垢指数ISij由所述各个离子i的浓度、所述流体的离子强度、所述离子j的浓度、所述流体的温度及所述流体的压力决定。
优选地，所述建立所述各个离子的运移方程包括：
Figure BDA0003231962730000036
其中，u为所述流体的达西表观速度；
Figure BDA0003231962730000037
为所述储层的孔隙度；以及Di为所述各个离子i 的扩散系数。
优选地，所述确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程包括：根据所述各个离子的运移方程，确定所述各个离子i的浓度
Figure BDA0003231962730000041
以及根据所述各个离子i的浓度
Figure BDA0003231962730000042
及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数coij，确定下式表示的所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程，
Figure BDA0003231962730000043
其中，
Figure BDA0003231962730000044
为在时刻t在储层空间
Figure BDA0003231962730000045
处由离子i与离子j发生沉淀产生的沉淀物的浓度累积量；以及
Figure BDA0003231962730000046
为在时刻t+dt在储层空间
Figure BDA0003231962730000047
处由离子i与离子j发生沉淀产生的沉淀物的浓度累积量。
通过上述技术方案，本发明创造性地根据待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度、与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失及所述各个离子的扩散系数，建立所述各个离子的运移方程；以及根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程。由此，通过所确定的时空演化模拟方程可定量模拟由无机沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程，从而对未发生储层损害的井进行储层损害定量预测和损害规律时空推演，为预防或避免储层损害、制定油藏的开发方案以及之后增产措施具有科学指导意义，以及对已损害井优化设计解堵措施、提高或恢复油井产量和水井注水能力，以及提高油藏数值模拟精度都具有十分重大意义。
本发明第二方面提供一种确定储层损害程度的方法，所述方法包括：基于所述的无机沉淀损害储层的建模方法建立的时空演化模拟方程及储层内产生的各个沉淀物的摩尔质量与密度，确定无机沉淀的体积浓度，其中，所述各个沉淀物由外来流体中的多个离子中的各个离子与储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应而产生，以及所述无机沉淀的体积浓度为所述各个沉淀物的总体积浓度；以及基于所确定的所述无机沉淀的体积浓度，确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数。
优选地，所述特征参数为所述储层的渗透率和/或所述储层的滤失系数，相应地，所述确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数包括：基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure BDA0003231962730000051
及公式
Figure BDA0003231962730000052
确定所述储层的渗透率
Figure BDA0003231962730000053
和/或基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure BDA0003231962730000054
及公式
Figure BDA0003231962730000055
确定所述储层的滤失系数
Figure BDA0003231962730000056
其中，φ0为所述储层的孔隙度的初始值；Cdmax为所述无机沉淀的最大体积浓度；mk与mK分别为第一经验值与第二经验值；
Figure BDA0003231962730000057
为所述储层的渗透率的初始值；以及
Figure BDA0003231962730000058
所述储层的滤失系数的初始值。
优选地，所述特征参数为所述储层的表皮系数，相应地，所述确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数包括：基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure BDA0003231962730000059
及公式
Figure BDA00032319627300000510
确定所述储层的渗透率
Figure BDA00032319627300000511
以及基于所述储层的渗透率
Figure BDA00032319627300000512
及公式
Figure BDA00032319627300000513
确定所述储层的表皮系数
Figure BDA00032319627300000514
其中，
Figure BDA00032319627300000515
为所述储层的渗透率的初始值，
Figure BDA00032319627300000516
rw为所述待诊断井的井筒半径，以及rsw为所述储层的损害半径。
通过上述技术方案，通过所确定的时空演化模拟方程可确定无机沉淀的体积浓度，再基于所确定的所述无机沉淀的体积浓度，确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数(例如所述储层的渗透率和/或表皮系数)，由此可定量模拟由无机沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程，从而对未发生储层损害的井进行储层损害定量预测和损害规律时空推演，为预防或避免储层损害、制定油藏的开发方案以及之后增产措施具有科学指导意义，以及对已损害井优化设计解堵措施、提高或恢复油井产量和水井注水能力，以及提高油藏数值模拟精度都具有十分重大意义。
相应地，本发明第三方面还提供一种无机沉淀损害储层的建模系统，所述建模系统包括：速度确定装置，用于确定待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度；第一建立装置，用于确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失，其中所述离子浓度损失是由所述各个离子与所述储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应引起的；第二建立装置，用于根据所述流体的达西表观速度、与所述各个离子相对应的离子浓度损失及所述各个离子的扩散系数，建立所述各个离子的运移方程；以及模拟方程确定装置，用于根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程，其中所述时空演化模拟方程用于模拟由所述多个离子产生的相应沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程。
所述无机沉淀损害储层的建模系统与上述无机沉淀损害储层的建模方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
相应地，本发明第四方面还提供一种确定储层损害程度的系统，所述系统包括：浓度确定装置，用于基于根据所述的无机沉淀损害储层的建模系统建立的时空演化模拟方程，确定所述无机沉淀的体积浓度；以及特征参数确定装置，用于基于所述无机沉淀的体积浓度，计算表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数。
所述确定储层损害程度的系统与上述确定储层损害程度的方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
相应地，本发明第五方面还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的无机沉淀损害储层的建模方法和/或上述的确定储层损害程度的方法。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的无机沉淀损害储层的建模方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的确定储层损害程度的方法的流程图；
图3是本发明一实施例提供的无机沉淀损害储层的建模系统的结构图；以及
图4是本发明一实施例提供的确定储层损害程度的方法的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
当外来流体与储层内的流体不配伍时，可能会生成无机沉淀。该无机沉淀会堵塞流体流动通道，从而造成储层损害。通常的无机沉淀可包括：碳酸钙(CaCO3)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸锶(SrSO4)、硫酸钡(BaSO4)等无机沉沉淀物。
需要说明的是，为了简单描述起见，在本发明的各个实施例中的随时空演化的物理量、化学量可省略变量
Figure BDA0003231962730000071
例如
Figure BDA0003231962730000072
可简写为K。
图1是本发明一实施例提供的无机沉淀损害储层的建模方法的流程图。如图1所示，所述建模方法可包括以下步骤S101-S104。
步骤S101，确定待诊断井(例如，注水井或采油井)的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度。
对于步骤S101，所述确定储层中的流体的速度可包括：建立所述流体进入所述储层的压力传导方程；以及根据所述压力传导方程及达西公式，确定所述流体的达西表观速度。
具体地，压力是驱动固-液混合液(即含有所述离子的流体)从注水井的井筒持续侵入待诊断井周围的储层的动力，由此可建立如公式(1)的所述流体进入储层的压力传导方程：
Figure BDA0003231962730000081
再根据公式(1)及达西公式(如下式(2))可确定所述流体的达西表观速度，
Figure BDA0003231962730000082
其中，
Figure BDA0003231962730000083
为所述流体的压力；φ0为所述储层的孔隙度的初始值；μ为流体粘度；ct为流体-岩石综合压缩系数以及
Figure BDA0003231962730000084
为所述储层的渗透率。
步骤S102，确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失。
其中，所述离子浓度损失是由所述各个离子与所述储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应引起的。
对于步骤S102，所述确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失可包括：根据所述各个离子i的浓度
Figure BDA0003231962730000085
与所述各个离子i发生沉淀反应的至少一个离子中的离子j的浓度
Figure BDA0003231962730000086
及下式(3)，确定与所述各个离子i相对应的离子浓度损失
Figure BDA0003231962730000091
Figure BDA0003231962730000092
其中，kij为所述各个离子i与所述离子j的反应速率；Ni为与所述各个离子 i发生沉淀反应的至少一个离子的个数；以及βi、βj分别为离子i与离子j 的反应系数。
以外来流体中的
Figure BDA0003231962730000093
为例，该
Figure BDA0003231962730000094
可与储层内的流体中的Ca2+、Ba2+与 Sr2+发生反应而产生沉淀物质。t时刻，在储层内的任一空间位置
Figure BDA0003231962730000095
处，因外来流体中的
Figure BDA0003231962730000096
与所述储层内的流体中的Ca2+、Ba2+与Sr2+发生沉淀反应而产生的离子的浓度损失
Figure BDA0003231962730000097
Figure BDA0003231962730000098
其中，
Figure BDA0003231962730000099
分别为
Figure BDA00032319627300000910
与Ca2+、Ba2+与Sr2+发生沉淀反应的反应速率；
Figure BDA00032319627300000911
分别为t时刻在储层空间
Figure BDA00032319627300000912
处的离子
Figure BDA00032319627300000913
Ca2+、Ba2+与Sr2+的浓度；
Figure BDA00032319627300000914
Figure BDA00032319627300000915
分别为离子
Figure BDA00032319627300000916
与离子Ca2+的反应系数；离子
Figure BDA00032319627300000917
与离子Ba2+的反应系数；以及离子
Figure BDA00032319627300000918
与离子Sr2+的反应系数。类似地，可确定由外来流体中的其他各个离子与储层内的相应离子发生沉淀反应而导致的储层内的离子的浓度损失。
具体地，所述各个离子i与所述离子j的反应速率kij由所述各个离子i 与所述离子j产生的相应沉淀物的结垢指数决定。例如，所述各个离子i与所述离子j的反应速率kij可满足以下关系式(4)：
Figure 1
其中，kij0为常数；以及ISij为所述各个离子i与所述离子j产生的相应沉淀物的结垢指数。更为具体地，所述结垢指数ISij可由所述各个离子i的浓度、所述流体的离子强度、所述离子j的浓度、所述流体的温度及所述流体的压力决定。
具体而言，在一定的温度T、压力P及离子浓度([Me]为(自由)阳离子的浓度，其中，阳离子可为钙离子、锶离子或钡离子等；[An]为(自由) 阴离子的浓度，其中，阴离子可为碳酸氢根离子或硫酸根离子等)下，储层溶液中某一沉淀反应能否发生通常采用结垢指数来判断，其表达式为：
Figure BDA0003231962730000102
其中，Si为所述流体的离子强度；以及KC为沉淀反应的溶度积系数。
若IS≤0，溶液处于欠饱和或者饱和状态，无机沉淀物生成；若IS＞0，溶液处于过饱和状态，有生成无机沉淀物的趋势。Is随着储层位置、离子浓度、温度、压力的变化而变化，是一个与时间、空间有关的函数。
根据Tomson-Oddo计算法，在储层条件下，四种无机沉淀物的结垢指数分别为：
①碳酸钙CaCO3：
Figure BDA0003231962730000103
②硫酸钙CaSO4：
a、T＜80℃时，形成的沉淀主要是CaSO4·2H2O，其结垢指数表达式为：
Figure BDA0003231962730000104
b、80℃＜T＜121℃时，形成的沉淀主要是CaSO4·1/2H2O，其结垢指数表达式为：
Figure BDA0003231962730000111
c、T＞121℃时，形成的沉淀主要是CaSO4，其结垢指数表达式为：
Figure BDA0003231962730000112
③硫酸钡BaSO4：
Figure BDA0003231962730000113
④硫酸锶SrSO4：
Figure BDA0003231962730000114
上述各式中的PH为储层内的液体(储层内的原液体与外来液体混合而成的液体)的PH值。
步骤S103，根据所述流体的达西表观速度、与所述各个离子相对应的离子浓度损失及所述各个离子的扩散系数，建立所述各个离子的运移方程。
在离子浓度控制方程中，离子运移的流量J包含对流和扩散两部分，以离子i为例：
Figure BDA0003231962730000115
其中，Ji为离子i的运移流量；Jid为离子i的扩散流量；Jic为离子i的对流流量；u为所述流体的达西表观速度；Ci为所述各个离子i的浓度；以及Di为所述各个离子i的扩散系数。
对于步骤S103，沉淀反应会导致在时刻t的某储层空间
Figure BDA0003231962730000117
处的离子浓度损失
Figure BDA0003231962730000116
根据质量守恒定律可建立所述各个离子i的运移方程可包括：
Figure BDA0003231962730000121
其中，u为所述流体的达西表观速度；
Figure BDA0003231962730000122
为所述储层的孔隙度；以及Di为所述各个离子i的扩散系数。
步骤S104，根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程。
其中，所述时空演化模拟方程用于模拟由所述多个离子产生的相应沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程。
对于步骤S104，所述确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程可包括：根据所述各个离子的质量平衡方(6)，确定所述各个离子i的浓度
Figure BDA0003231962730000123
以及根据所述各个离子i的浓度
Figure BDA0003231962730000124
及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数coij，确定下式(7)表示的所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程，
Figure BDA0003231962730000125
其中，
Figure BDA0003231962730000126
为在时刻t且在储层空间
Figure BDA0003231962730000127
处，由离子i与离子j发生沉淀产生的沉淀物的浓度累积量；以及
Figure BDA0003231962730000128
为在时刻t+dt且在储层空间
Figure BDA0003231962730000129
处，由离子i与离子j发生沉淀产生的沉淀物的浓度累积量。
综上所述，本发明创造性地根据待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度、与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失及所述各个离子的扩散系数，建立所述各个离子的运移方程；以及根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程。由此，通过所确定的时空演化模拟方程可定量模拟由无机沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程，从而对未发生储层损害的井进行储层损害定量预测和损害规律时空推演，为预防或避免储层损害、制定油藏的开发方案以及之后增产措施具有科学指导意义，以及对已损害井优化设计解堵措施、提高或恢复油井产量和水井注水能力，以及提高油藏数值模拟精度都具有十分重大意义。
图2是本发明一实施例提供的确定储层损害程度的方法的流程图。如图 2所示，所述方法可包括步骤S201-S202。
步骤S201，基于所述的无机沉淀损害储层的建模方法建立的时空演化模拟方程及储层内产生的各个沉淀物的摩尔质量与密度，确定无机沉淀的体积浓度。
其中，所述各个沉淀物由外来流体中的多个离子中的各个离子与储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应而产生，以及所述无机沉淀的体积浓度为所述各个沉淀物的总体积浓度。
对于上述公式(6)所示的无机沉淀损害储层的各个离子的运移方程，在一维情形下，该类方程可以整理为以下的一般形式：
Figure BDA0003231962730000131
其中，aa,bb,cc可为常数(如扩散系数)，也可为函数(如所述流体的速度)；f可为压力、物质浓度、应力等。对时间采用向后差分，空间采用中心差分。则上述方程可以有如下差分格式：
Figure BDA0003231962730000132
其中，i＝1,2,3...Ni，
Figure BDA0003231962730000133
n＝1,2,3...，t＝nΔt，Ni为离散空间点个数。
求解区间为x∈(0,xmax)(xmax为注水井的预设区域的尺寸)，Δx、Δt为空间、时间步长。同时，考虑初始条件fi n|n＝0＝fi 0i＝1，2，3...，Ni和边界条件 (fi n|i＝1＝f0,n＝1,2,3...(井壁处)以及
Figure BDA0003231962730000134
)(构造了一个虚拟网格i+1，预设范围的边界处或距井壁数米处)。
首先，对于i＝2,3,...,Ni-1整理上述差分格式有：
Figure BDA0003231962730000141
其中，A1i，A2i，A3i分别为，
Figure BDA0003231962730000142
同时，据公式(6)可确定ai、bi与ci。
并将所确定的ai、bi与ci代入公式(11)可得到迭代关系式(10)的具体表现形式，由于该迭代关系式(10)的具体表现形式复杂，故在此不对其进行列出。然后，利用初始条件和边界条件进行迭代计算就可得到场f的值。
接着，对说明边界条件的差分求解过程进行说明。
上述迭代关系式(10)适用于非边界网格。而对于i＝1(井壁处)而言，因为采用的是点中心网格，且其为狄利克雷(Dirichlet)边界条件，故直接可得到以下关系式：
f1 n＝f0(常数)，i＝1 (12)
对于i＝N(预设范围的边界处距井壁数米处)而言，其为诺伊曼或第二类(Neumann)边界条件，增加一个虚拟网格i＝Ni+1，由
Figure BDA0003231962730000143
知
Figure BDA0003231962730000151
将其代入式(10)可知：
Figure BDA0003231962730000152
根据上述过程可求解出场函数f的时空变化情况。由于上述数值模型是针对待诊断井(注水井)的井筒附近储层建立的，在求解某物理量f在井周的分布时，需要采用柱坐标系。由此，式
Figure BDA0003231962730000153
需要变换为
Figure BDA0003231962730000154
这种形式不利于等距差分，可以引入坐标变换： r＝rwex′，其中，rw为井筒半径，x′为一个无量纲的空间坐标。将这个变换代入一般方程中，可以得到关于x′的方程：
Figure BDA0003231962730000155
如果将
Figure BDA0003231962730000156
和
Figure BDA0003231962730000157
作为新的方程系数，则上式和
Figure BDA0003231962730000158
相比，本质上是一样的。因此，便可以在x′坐标进行等距差分并沿用前述的迭代格式。计算完f的值后，再将空间坐标从x′映射回r即可得到f(r,t)。
在通过上述方法计算得到所述各个离子i的浓度
Figure BDA0003231962730000159
之后，再根据上述公式(7)可计算得到各个沉淀物的浓度累积量
Figure BDA00032319627300001510
然后根据所述各个沉淀物的浓度累积量
Figure BDA00032319627300001511
摩尔质量及密度，可确定所述各个沉淀物的体积浓度
Figure BDA00032319627300001512
最后可确定所有沉淀物的体积浓度
Figure BDA00032319627300001513
其中，Ni为离子i与其发生沉淀反应的位于储层中的离子的个数；以及M为所述外来流体中的多个离子的个数。通过上述无机沉淀损害储层的建模方法建立的时空演化模拟方程综合考虑了储层内发生无机沉淀时多种物理化学因素对储层损害的影响，由此通过该步骤S201求解得到的无机沉淀的体积浓度非常精确。
步骤S202，基于所确定的所述无机沉淀的体积浓度，确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数。
其中，所述特征参数可为所述储层的渗透率和/或所述储层的滤失系数。
在一实施例中，所述特征参数可为所述储层的渗透率。
对于步骤S202，所述确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数包括：基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure BDA0003231962730000161
及公式(15)，确定所述储层的渗透率
Figure BDA0003231962730000162
Figure BDA0003231962730000163
在一实施例中，所述特征参数可为所述储层的渗透率。
对于步骤S202，所述确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数包括：基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure BDA0003231962730000164
及公式(16)，确定所述储层的滤失系数
Figure BDA0003231962730000165
Figure BDA0003231962730000166
其中，φ0为所述储层的孔隙度的初始值；Cdmax为所述无机沉淀的最大体积浓度；mk与mK分别为第一经验值与第二经验值；
Figure BDA0003231962730000167
为所述储层的渗透率的初始值；以及
Figure BDA0003231962730000168
所述储层的滤失系数的初始值。
其中，所述特征参数为所述储层的表皮系数。
对于步骤S202，所述确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数可包括：基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure BDA0003231962730000169
及公式
Figure BDA00032319627300001610
确定所述储层的渗透率
Figure BDA00032319627300001611
以及基于所述储层的渗透率
Figure BDA00032319627300001612
及公式(17)，确定所述储层的表皮系数
Figure BDA00032319627300001613
Figure BDA0003231962730000171
其中，
Figure BDA0003231962730000172
为所述储层的渗透率的初始值，
Figure BDA0003231962730000173
rw为所述待诊断井的井筒半径，以及rsw为所述储层的损害半径。
通过该步骤S202得到的特征参数(例如所述储层的渗透率
Figure BDA0003231962730000174
与表皮系数
Figure BDA0003231962730000175
)是时空演化4D定量模拟的结果(未示出)。因此，可根据渗透率或表皮系数的演化特点进行储层损害定量预测和损害规律时空推演，为预防或避免储层损害、制定油藏的开发方案以及之后增产措施具有科学指导意义。
综上所述，通过所确定的时空演化模拟方程可确定无机沉淀的体积浓度，再基于所确定的所述无机沉淀的体积浓度，确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数(例如所述储层的渗透率和/或表皮系数)，由此可定量模拟由无机沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程，从而对未发生储层损害的井进行储层损害定量预测和损害规律时空推演，为预防或避免储层损害、制定油藏的开发方案以及之后增产措施具有科学指导意义，以及对已损害井优化设计解堵措施、提高或恢复油井产量和水井注水能力，以及提高油藏数值模拟精度都具有十分重大意义。
相应地，图3是本发明一实施例提供的无机沉淀损害储层的建模系统的结构图。如图3所示，所述建模系统可包括：速度确定装置10，用于确定待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度；第一建立装置20，用于确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失，其中所述离子浓度损失是由所述各个离子与所述储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应引起的；第二建立装置30，用于根据所述流体的达西表观速度、与所述各个离子相对应的离子浓度损失及所述各个离子的扩散系数，建立所述各个离子的运移方程；以及模拟方程确定装置40，用于根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程，其中所述时空演化模拟方程用于模拟由所述多个离子产生的相应沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程。
所述无机沉淀储层的建模系统与上述无机沉淀损害储层的建模方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
相应地，图4是本发一实施例提供的确定储层损害程度的系统的结构图。如图4所示，所述系统可包括：浓度确定装置50，用于基于根据所述的无机沉淀损害储层的建模系统建立的时空演化模拟方程，确定所述无机沉淀的体积浓度；以及特征参数确定装置60，用于基于所述无机沉淀的体积浓度，计算表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数。
所述确定储层损害程度的系统与上述确定储层损害程度的方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
相应地，本发明又一实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的无机沉淀损害储层的建模方法和/或所述的确定储层损害程度的方法。
所述机器可读存储介质包括但不限于相变内存(相变随机存取存储器的简称，Phase Change Random Access Memory，PRAM，亦称为 RCM/PCRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体(Flash Memory)或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备等各种可以存储程序代码的介质。
上述步骤S101-S104、步骤S201-S202均可通过计算机来执行。并且，步骤S101-S104所涉及的各种物理化学量的处理过程实现了对无机沉淀损害储层的时空演化场的模拟，以及步骤S201-S202所涉及的各种物理化学量的处理过程实现了对无机沉淀损害储层的时空演化的预测。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种无机沉淀损害储层的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：
确定待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度；
确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失，其中所述离子浓度损失是由所述各个离子与所述储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应引起的；
根据所述流体的达西表观速度、与所述各个离子相对应的离子浓度损失、所述各个离子的扩散系数，建立所述各个离子的运移方程；以及
根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程，其中所述时空演化模拟方程用于模拟由所述多个离子产生的相应沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程，
其中，所述确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失包括：
根据所述各个离子i的浓度
Figure FDA0003691870160000011
与所述各个离子i发生沉淀反应的至少一个离子中的离子j的浓度
Figure FDA0003691870160000012
及下式，确定与所述各个离子i相对应的离子浓度损失
Figure FDA0003691870160000013
Figure FDA0003691870160000014
kij为所述各个离子i与所述离子j的反应速率；Ni为与所述各个离子i发生沉淀反应的至少一个离子的个数；以及βi、βj分别为离子i与离子j的反应系数，
其中，所述建立所述各个离子的运移方程包括：
Figure FDA0003691870160000015
u为所述流体的达西表观速度；
Figure FDA0003691870160000021
为所述储层的孔隙度；Di为所述各个离子i的扩散系数；
Figure FDA0003691870160000022
为储层内的任一位置；以及t为时刻。
2.根据权利要求1所述的无机沉淀损害储层的建模方法，其特征在于，所述确定待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度包括：
建立所述流体进入所述储层的压力传导方程；以及
根据所述压力传导方程及达西公式，确定所述流体的达西表观速度。
3.根据权利要求1所述的无机沉淀损害储层的建模方法，其特征在于，所述各个离子i与所述离子j的反应速率kij由所述各个离子i与所述离子j产生的相应沉淀物的结垢指数决定。
4.根据权利要求3所述的无机沉淀损害储层的建模方法，其特征在于，所述各个离子i与所述离子j的反应速率kij满足以下关系式：
Figure FDA0003691870160000023
其中，kij0为常数；以及ISij为所述各个离子i与所述离子j产生的相应沉淀物的结垢指数。
5.根据权利要求4所述的无机沉淀损害储层的建模方法，其特征在于，所述结垢指数ISij由所述各个离子i的浓度、所述流体的离子强度、所述离子j的浓度、所述流体的温度及所述流体的压力决定。
6.根据权利要求1所述的无机沉淀损害储层的建模方法，其特征在于，所述确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程包括：
根据所述各个离子的运移方程，确定所述各个离子i的浓度
Figure FDA0003691870160000031
以及
根据所述各个离子i的浓度
Figure FDA0003691870160000032
及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数coij，确定下式表示的所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程，
Figure FDA0003691870160000033
其中，
Figure FDA0003691870160000034
为在时刻t且在储层内的任一位置
Figure FDA0003691870160000035
处，由离子i与离子j发生沉淀产生的沉淀物的浓度累积量；
Figure FDA0003691870160000036
为在时刻t+dt且在储层内的任一位置
Figure FDA0003691870160000037
处，由离子i与离子j发生沉淀产生的沉淀物的浓度累积量；以及φ为所述储层的孔隙度。
7.一种确定储层损害程度的方法，其特征在于，所述方法包括：
基于根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的无机沉淀损害储层的建模方法建立的时空演化模拟方程及储层内产生的各个沉淀物的摩尔质量与密度，确定无机沉淀的体积浓度，其中，所述各个沉淀物由外来流体中的多个离子中的各个离子与储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应而产生，以及所述无机沉淀的体积浓度为所述各个沉淀物的总体积浓度；以及
基于所确定的所述无机沉淀的体积浓度，确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数。
8.根据权利要求7所述的确定储层损害程度的方法，其特征在于，所述特征参数为所述储层的渗透率和/或所述储层的滤失系数，
相应地，所述确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数包括：
基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure FDA0003691870160000041
及公式
Figure FDA0003691870160000042
确定所述储层的渗透率
Figure FDA0003691870160000043
和/或
基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure FDA0003691870160000044
及公式
Figure FDA0003691870160000045
确定所述储层的滤失系数
Figure FDA0003691870160000046
其中，φ0为所述储层的孔隙度的初始值；Cdmax为所述无机沉淀的最大体积浓度；mk与mK分别为第一经验值与第二经验值；
Figure FDA0003691870160000047
为所述储层的渗透率的初始值；
Figure FDA0003691870160000048
所述储层的滤失系数的初始值；以及
Figure FDA0003691870160000049
为储层内的任一位置；以及t为时刻。
9.根据权利要求7所述的确定储层损害程度的方法，其特征在于，所述特征参数为所述储层的表皮系数，
相应地，所述确定表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数包括：
基于所述无机沉淀的体积浓度
Figure FDA00036918701600000410
及公式
Figure FDA00036918701600000411
确定所述储层的渗透率
Figure FDA00036918701600000412
以及
基于所述储层的渗透率
Figure FDA00036918701600000413
及公式
Figure FDA00036918701600000414
确定所述储层的表皮系数
Figure FDA00036918701600000415
其中，
Figure FDA00036918701600000416
为所述储层的渗透率的初始值，
Figure FDA00036918701600000417
rw为所述待诊断井的井筒半径，rsw为所述储层的损害半径；mK为第二经验值；φ0为所述储层的孔隙度的初始值；以及
Figure FDA0003691870160000051
为储层内的任一位置；以及t为时刻。
10.一种无机沉淀损害储层的建模系统，其特征在于，所述建模系统包括：
速度确定装置，用于确定待诊断井的预设区域内的储层中的流体的达西表观速度；
第一建立装置，用于确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失，其中所述离子浓度损失是由所述各个离子与所述储层中的流体中的相应离子发生沉淀反应引起的；
第二建立装置，用于根据所述流体的达西表观速度、与所述各个离子相对应的离子浓度损失及所述各个离子的扩散系数，建立所述各个离子的运移方程；以及
模拟方程确定装置，用于根据所述各个离子的运移方程及所述各个离子所产生的沉淀物的反应系数，确定所述无机沉淀损害储层的时空演化模拟方程，其中所述时空演化模拟方程用于模拟由所述多个离子产生的相应沉淀引起的储层损害特征的四维时空演化过程，
其中，所述确定与外来流体中的多个离子中的各个离子相对应的离子浓度损失包括：
根据所述各个离子i的浓度
Figure FDA0003691870160000052
与所述各个离子i发生沉淀反应的至少一个离子中的离子j的浓度
Figure FDA0003691870160000053
及下式，确定与所述各个离子i相对应的离子浓度损失
Figure FDA0003691870160000054
Figure FDA0003691870160000055
kij为所述各个离子i与所述离子j的反应速率；Ni为与所述各个离子i发生沉淀反应的至少一个离子的个数；以及βi、βj分别为离子i与离子j的反应系数，
其中，所述建立所述各个离子的运移方程包括：
Figure FDA0003691870160000061
u为所述流体的达西表观速度；
Figure FDA0003691870160000062
为所述储层的孔隙度；Di为所述各个离子i的扩散系数；
Figure FDA0003691870160000063
为储层内的任一位置；以及t为时刻。
11.一种确定储层损害程度的系统，其特征在于，所述系统包括：
浓度确定装置，用于基于根据权利要求10所述的无机沉淀损害储层的建模系统建立的时空演化模拟方程，确定所述无机沉淀的体积浓度；以及
特征参数确定装置，用于基于所述无机沉淀的体积浓度，计算表征待诊断井的预设区域内的储层的损害程度的特征参数。
12.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述权利要求1-6中任一项所述的无机沉淀损害储层的建模方法和/或上述权利要求7-9中任一项所述的确定储层损害程度的方法。
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