CN115935857A - 一种基于edfm的非常规油气藏产能快速模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，以嵌入式离散裂缝模型为基础，结合微分法，将各水力裂缝分成若干微元后，根据实际基质网格尺寸划分各基质网格内水力裂缝微元数量，进一步计算网格内水力裂缝长度、平均正交距离等参数，从而计算水力裂缝网格与基质网格间发生窜流时体积系数。耦合连续介质模型，克服了传统嵌入式离散裂缝模型的不足，表征水力裂缝时采用嵌入式离散裂缝模型、表征天然微裂缝时采用连续介质模型，所得模型可以准确表征储层中各类裂缝，这样获得的数值模型计算结果更加合理可靠。本发明的方法有助于研究复杂水力压裂缝网地层中的渗流规律。

Description

一种基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法

技术领域

本发明涉及非常规油气勘探开发技术领域，尤其是一种基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法。

背景技术

随着我国油气对外依存度逐年升高以及常规油气资源逐渐衰竭，提升非常规油气藏产量对我国能源战略安全至关重要。非常规油气藏具有超低孔、超低渗的特点，一般采用多级压裂水平井技术以获取工业产能。鉴于非常规油气藏渗流机理复杂，采用数值模拟方法对其进行生产模拟研究必不可少。

相较于离散裂缝模型，嵌入式离散裂缝模型，即EDFM，在模拟水力压裂缝时不需要对网格进行加密，仅牺牲较小计算精度以换取计算速度的大幅提升，在非常规油气藏模拟中得到广泛应用。然而，在采用EDFM表征水力裂缝时，存在着水力裂缝网格与基质网格间几何参数难以快速计算的问题，目前学者仍根据各水力裂缝在基质网格中位置及长度手动计算几何参数，这种方法的工作量巨大，给相关研究带来不便，造成油气藏产能模拟耗时耗力。因此，有必要开展相关研究工作，解决EDFM中几何参数快速计算问题，实现非常规油气藏产能的快速模拟。

发明内容

为了解决EDFM中几何参数快速计算问题，本发明提供一种基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法。

本发明提供的基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，步骤如下：

S1：获取基质和裂缝的孔隙度、渗透率、含油饱和度、含气饱和度、含水饱和度，获取相渗曲线、毛管力曲线、流体PVT数据、岩石压缩系数。

S2：根据目标储层流体组分推导相应渗流方程，采用全隐式差分方法进行求解。具体方法如下：

根据目标储层流体组分推导得到的相应渗流方程如下：

式中，M为介质类型，基质为m、天然微裂缝为f、水力裂缝为F；l为流体类型，油、气、水；q_l为与本网格相连接其他介质类型网格和本网格间流体交换量，m³/d；p_l为l相压力，MPa；k_M为M类介质的绝对渗透率，D；K_rl为l相的相对渗透率，无量纲；u_l为l相的流体粘度，mpa.s；B_l为l相的流体体积系数，无量纲；S_l为l相的饱和度，无量纲；φ_M为M类介质的孔隙度，无量纲。

所推导的渗流方程采用全隐式差分求解，全隐式差分方法流程如下：

在全隐式方法中，对于任意变量X，定义其n时步到n+1时步之间的差值为：

δX＝Xⁿ⁺¹-Xⁿ

第v次迭代步与第v+1次迭代步的差值为：

当v＝0时，

即：

当迭代满足精度

要求时，即得到

由于

和

表达过于繁琐，因此本发明中以下都分别由

X^(v+1)和X^(v)代替，即：

因此，在全隐式方法中，当满足迭代精度要求时，n+1时步的值与v+1迭代步的值近似相等。例如，在模拟过程中当第n+1时步的压力p满足pⁿ⁺¹-p^(v+1)＜ε关系，则有：

其中：p⁽⁰⁾＝pⁿ

所推导的渗流方程，流体交换项处理后结果如下：

油相：

式中：q_op为油相流体体积，m³；p_o1、p_o2分别为主网格、与主网格相邻网格的油相压力，MPa；S_w1、S_w2分别为主网格、与主网格相邻网格的含水饱和度，无量纲；S_g1、S_g2为主网格、与主网格相邻网格的含气饱和度，无量纲；T_op＝G·f_p(p_o)·f_s(s_w,s_g)＝G·f_p·f_s，G为几何参数，f_p为与压力有关的函数，f_s为与饱和度有关的函数。

水相：

式中：q_wp为水相流体体积，m³；p_w1、p_w2分别为主网格、与主网格相邻网格水相压力，MPa；S_w1、S_w2为主网格、与主网格相邻网格的含水饱和度，无量纲；T_wp＝G·f_p(p_w)·f_s(s_w)＝G·f_p·f_s。

气相：

式中：q_gp为气相流体体积，m³；p_g1、p_g2分别为主网格、与主网格相邻网格的气相压力，MPa；S_g1、S_g2分别为主网格、与主网格相邻网格的含气饱和度，无量纲；

T_gp＝G·f_p(p_g)·f_s(s_g)＝G·f_p·f_s。

所推导的渗流方程，质量累计项处理后结果如下：

油相：

式中：B_o为原油体积系数，无量纲；S_w为含水饱和度，无量纲；S_g为含气饱和度，无量纲；φ为孔隙度，无量纲。

气相：

上述公式中采用1-s_g-s_w替代含油饱和度。

式中：B_g为地层气体积系数，无量纲；R_s为溶解气油比，无量纲。

水相：

式中：B_w为地层水体积系数，无量纲。

S3：获取各水力裂缝的逢高、缝长、方位角，确定目标储层大小与基质网格尺寸。

S4：依据基质网格尺寸确定微分单位长度，根据微分单位长度、水力裂缝端点位置、水力裂缝方位角计算标定点坐标。

微分单位长度d_l计算公式如下所示：

d_l＝(d_x+d_y)/200

式中，d_l为微分单位长度，m；d_x为基质网格在x方向上的长度，m；d_y为基质网格在y方向上的长度，m。

确定标定点时，自水力裂缝任一端点为起始标定点，沿水力裂缝每间隔一微分单位长度所在点即为一标定点，以水力裂缝另一端点为最后一标定点。

S5：结合步骤S3中划分基质网格尺寸和步骤S4中所获得的各基质网格内标定点坐标集合，确定各基质网格内水力裂缝起点与终点坐标、缝长。具体操作时，以各基质网格边界为水力裂缝网格划分边界，基质网格中起始标定点、末端标定点为该基质网格中水力裂缝两端点。

S6：根据各水力裂缝缝长、方位角及在模型中位置，确定不同水力裂缝相交情况。判断不同裂缝相交情况时，根据方位角判定水力裂缝是否平行；如两裂缝不平行则计算出两水力裂缝所在直线的交点坐标并判定该点是否在水力裂缝上。

S7：使用嵌入式离散裂缝模型表征水力裂缝，使用连续介质模型表征天然裂缝，建立数值模型。

基质与水力裂缝网格连接对几何参数G_mF如下所示：

式中，β_c为传导率转换因子，β_c＝86.4×10^-6；A_mF为水力裂缝网格与基质网格交面的面积，m²；k_mF为裂缝网格和基质网格连接对的渗透率，k_mF≈k_m，D；d_mF为平均正交距离，基质网格与裂缝网格间的等效距离，m；

d_mF的计算式如下：

式中，dv为网格块内的体积微元，m³；x_n为微元体到裂缝面的法向距离，m；V为网格块体积，m³。

同一水力裂缝相邻网格连接对几何参数G_F如下所示：

式中，

为相邻的裂缝网格1和裂缝网格2的渗透率，D；A_F为两裂缝网格公共面面积，m²；

为裂缝网格1和裂缝网格2到公共面的的平均距离，m。

的计算式如下：

式中，ds_i为裂缝网格i中的面积微元(i＝1、2)，m²；S_i为裂缝网格i的面积(i＝1、2)，m²；x_n为微元面到公共面的距离，m。

不同水力裂缝相交时连接对几何参数G_FF如下所示

式中，

为裂缝网格1和裂缝网格2的渗透率，D；ω_F1、ω_F2为裂缝网格1和裂缝网格2的开度，m；L_int为两裂缝网格交线的长度，m；

当井网格仅与水力裂缝网格相连接时，水力裂缝网格与井网格间井指数计算公式如下：

其中：w为人工裂缝裂缝开度，m；L_F、h_F为人工裂缝段的长度、高度，m；Δθ为径向井包含在裂缝内的圆心角角度，rad；r_w为井半径，m

基质网格与天然裂缝网格间窜流系数计算公式如下：

其中：L_x、L_y、L_z为天然裂缝所在基质网格在x、y、z方向尺寸，m。

S8：使用步骤S7中建立的数值模型对非常规油气藏进行生产模拟。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明所提供的基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，以嵌入式离散裂缝模型为基础，结合微分法，将各水力裂缝分成若干微元后，根据实际基质网格尺寸划分各基质网格内水力裂缝微元数量，进一步计算网格内水力裂缝长度、平均正交距离等参数，从而计算水力裂缝网格与基质网格间发生窜流时体积系数。相较于手动计算水力裂缝与基质网格间窜流时几何参数，结合微分思想，在每一水力裂缝上选取大量标定点并根据网格尺寸确定每一基质网格内水力裂缝两端点的坐标，进而确定计算水力裂缝-基质间窜流时几何参数时所需参数。耦合连续介质模型，克服了传统嵌入式离散裂缝模型的不足，表征水力裂缝时采用嵌入式离散裂缝模型、表征天然微裂缝时采用连续介质模型，所得模型可以准确表征储层中各类裂缝，这样获得的数值模型计算结果更加合理可靠。本发明有助于研究复杂水力压裂缝网地层中的渗流规律。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为相渗曲线及毛管力曲线图。

图2为使用商业软件对所提出方法的正确性验证图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例所用数据来自公开文献(刘凌甫，2019)，目标区域相渗曲线、毛管力曲线如图1所示，地层原油属性如表1所示，模型参数设置如表2所示。

表1不同压力下地层原油属性

表2模型参数设置

推导出基于耦合嵌入式离散裂缝模型和连续介质模型的油水两相渗流微分方程，采用本发明所述方法计算各水力裂缝网格体积系数，使用Matlab计算机语言编写相关数值模拟器。设置油藏大小为1200m×1200m×10m(长×宽×高)，网格尺寸为40m×40m×10m，水力裂缝一条且位于模型中心，使用商业软件Saphir对所编写数值模拟器进行验证，验证结果如图2所示。可以看到，使用本发明方法所建立模型与商业软件拟合效果较好，说明本发明所得模型可以准确表征储层中各类裂缝，获得的数值模型计算结果合理可靠。

综上，本发明的基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，以嵌入式离散裂缝模型为基础，结合微分法，将各水力裂缝分成若干微元后，根据实际基质网格尺寸划分各基质网格内水力裂缝微元数量，进一步计算网格内水力裂缝长度、平均正交距离等参数，从而计算水力裂缝网格与基质网格间发生窜流时体积系数。耦合连续介质模型，克服了传统嵌入式离散裂缝模型的不足，表征水力裂缝时采用嵌入式离散裂缝模型、表征天然微裂缝时采用连续介质模型，所得模型可以准确表征储层中各类裂缝，这样获得的数值模型计算结果更加合理可靠。有助于开展采用多级压裂水平井技术开发非常规油气藏时渗流机理研究。

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)

1.一种基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，其特征在于，步骤如下：

S1：获取基质和裂缝的孔隙度、渗透率、含油饱和度、含气饱和度、含水饱和度，获取相渗曲线、毛管力曲线、流体PVT数据、岩石压缩系数；

S2：根据目标储层流体组分推导相应渗流方程，采用全隐式差分方法进行求解；

S3：获取各水力裂缝的逢高、缝长、方位角，确定目标储层大小与基质网格尺寸；

S4：依据基质网格尺寸确定微分单位长度，微分单位长度d_l计算公式如下：

d_l＝(d_x+d_y)/200

式中，d_l为微分单位长度，m；d_x为基质网格在x方向上的长度，m；d_y为基质网格在y方向上的长度，m；

然后，根据微分单位长度、水力裂缝端点位置、水力裂缝方位角计算标定点坐标；确定标定点时，自水力裂缝任一端点为起始标定点，沿水力裂缝每间隔一微分单位长度所在点即为一标定点，以水力裂缝另一端点为最后一标定点；

S5：结合步骤S3中划分基质网格尺寸和步骤S4中所获得的各基质网格内标定点坐标集合，确定各基质网格内水力裂缝起点与终点坐标、缝长；其中，以各基质网格边界为水力裂缝网格划分边界，基质网格中起始标定点、末端标定点为该基质网格中水力裂缝两端点；

S6：根据各水力裂缝缝长、方位角及在模型中位置，确定不同水力裂缝相交情况；

S7：使用嵌入式离散裂缝模型表征水力裂缝，使用连续介质模型表征天然裂缝，建立数值模型；

S8：使用步骤S7中建立的数值模型对非常规油气藏进行生产模拟。

2.如权利要求1所述的基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，其特征在于，所述步骤S6中，判断不同裂缝相交情况时，根据方位角判定水力裂缝是否平行；如两裂缝不平行则计算出两水力裂缝所在直线的交点坐标并判定该点是否在水力裂缝上。

3.如权利要求1所述的基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据目标储层流体组分推导得到的相应渗流方程如下：

式中，M为介质类型，基质为m、天然微裂缝为f、水力裂缝为F；l为流体类型，油、气、水；q_l为与本网格相连接其他介质类型网格和本网格间流体交换量，m³/d；p_l为l相压力，MPa；k_M为M类介质的绝对渗透率，D；K_rl为l相的相对渗透率，无量纲；u_l为l相的流体粘度，mpa.s；B_l为l相的流体体积系数，无量纲；S_l为l相的饱和度，无量纲；φ_M为M类介质的孔隙度，无量纲。

4.如权利要求4所述的基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中所推导的渗流方程，流体交换项处理后结果如下：

油相：

式中：q_op为油相流体体积，m³；p_o1、p_o2分别为主网格、与主网格相邻网格的油相压力，MPa；S_w1、S_w2分别为主网格、与主网格相邻网格的含水饱和度，无量纲；S_g1、S_g2分别为主网格、与主网格相邻网格的含气饱和度，无量纲；T_op＝G·f_p(p_o)·f_s(s_w,s_g)＝G·f_p·f_s，G为几何参数，f_p为与压力有关的函数，f_s为与饱和度有关的函数；

水相：

式中：q_wp为水相流体体积，m³；p_w1、p_w2分别为主网格、与主网格相邻网格的水相压力，MPa；S_w1、S_w2分别为主网格、与主网格相邻网格的含水饱和度，无量纲；

T_wp＝G·f_p(p_w)·f_s(s_w)＝G·f_p·f_s；

气相：

式中：q_gp为气相流体体积，m³；p_g1、p_g2分别为主网格、与主网格相邻网格的气相压力，MPa；S_g1、S_g2分别为主网格、与主网格相邻网格的含气饱和度，无量纲；

T_gp＝G·f_p(p_g)·f_s(s_g)＝G·f_p·f_s。

5.如权利要求4所述的基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中所推导的渗流方程，质量累计项处理后结果如下：

油相：

式中：B_o为原油体积系数，无量纲；S_w为含水饱和度，无量纲；S_g为含气饱和度，无量纲；φ为孔隙度，无量纲；

气相：

上述公式中采用1-s_g-s_w替代含油饱和度；

式中：B_g为地层气体积系数，无量纲；R_s为溶解气油比，无量纲；

水相：

式中：B_w为地层水体积系数，无量纲。

6.如权利要求1所述的基于EDFM的非常规油气藏产能快速模拟方法，其特征在于，所述步骤S7中，基质与水力裂缝网格连接对几何参数G_mF如下所示：

式中，β_c为传导率转换因子，β_c＝86.4×10^-6；A_mF为水力裂缝网格与基质网格交面的面积，m²；k_mF为裂缝网格和基质网格连接对的渗透率，D；d_mF为平均正交距离，基质网格与裂缝网格间的等效距离，m；

d_mF的计算式如下：

式中，dv为网格块内的体积微元，m³；x_n为微元体到裂缝面的法向距离，m；V为网格块体积，m³；

同一水力裂缝相邻网格连接对几何参数G_F如下所示：

式中，

为相邻的裂缝网格1和裂缝网格2的渗透率，D；A_F为两裂缝网格公共面面积，m²；

为裂缝网格1和裂缝网格2到公共面的的平均距离，m；

的计算式如下：

式中，ds_i为裂缝网格i中的面积微元，i＝1、2，m²；S_i为裂缝网格i的面积，i＝1、2，m²；x_n为微元面到公共面的距离，m；

不同水力裂缝相交时连接对几何参数G_FF如下所示：

式中，

为裂缝网格1和裂缝网格2的渗透率，D；

为裂缝网格1和裂缝网格2的开度，m；L_int为两裂缝网格交线的长度，m；

当井网格仅与水力裂缝网格相连接时，水力裂缝网格与井网格间井指数计算公式如下：

其中：w为人工裂缝裂缝开度，m；L_F、h_F为人工裂缝段的长度、高度，m；Δθ为径向井包含在裂缝内的圆心角角度，rad；r_w为井半径，m；

基质网格与天然裂缝网格间窜流系数计算公式如下：

其中：L_x、L_y、L_z为天然裂缝所在基质网格在x、y、z方向尺寸，m。

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