裂缝性油气藏离散裂缝数值模拟

摘要

裂缝性油气藏是全球油气资源的重要组成部分。由于天然裂缝网络的存在，裂缝性油气藏相对传统油气藏具有更高程度的非均质性，因此油气藏中的流动机理更加复杂。同时对页岩气和致密气藏，水平钻井和水力压裂措施的实施创造了大规模沟通页岩基质和水平井筒的高传导性人工裂缝，又增加了裂缝的多尺度效应。目前，人们对于裂缝性油气藏的复杂流动机理仍然缺乏深入认识，因此针对裂缝性油气藏渗流模型研究和数值模拟工作具有重要的科学意义和应用价值。
　　大规模水力压裂会产生不规则的裂缝网络，需要更高精度的模拟方法。离散裂缝模型(DFM)能够克服传统双重孔隙度(DPM)在描述大尺度裂缝时的不足。本文采用DFM建立裂缝性油气藏渗流模型，并用限定PEBI网格描述不规则离散化裂缝。采用有限体积方法离散偏微分方程组，并用全隐式格式迭代求解线性方程组。在建立方程时，还考虑页岩气的特殊流动机理，提供了可靠的气体物性参数计算方法。最后利用自主研发的软件，进行了一系列数值模拟研究，论文主要研究成果如下:
　　1.一些微地震资料显示致密气藏中的水力裂缝呈现树枝状分布，文中推导了相应的偏心井模型，并用该井模型和DFM耦合后用来预测水平井的生产动态。用商业软件ECLIPSE验证了本文所建立偏心井模型的正确性。对页岩气藏中一口多段压裂分支水平井进行模拟，给出了裂缝几何参数（如裂缝角度，裂缝不对称性以及裂缝数目等）对分支水平井产能的影响。
　　2.地质力学效应是页岩气藏中的一个重要机理，它通常和气体流动同时发生。地质力学效应不仅会导致产量变化，也对油藏动态产生影响。文中建立了耦合DFM和地质力学效应的数值模型，用以预测井产量和油藏动态。为了研究地质力学效应对存在复杂裂缝网络的致密气藏影响，进行了相关数值模拟计算。研究结果显示地质力学效应对井产量以及压力分布存在明显影响。随着油藏初始压力升高，地质力学效应引起的产量损失增加。随着基质渗透率或裂缝传导率升高，地质力学效应引起的产量损失减小。对于综合地质力学效应(IG)，天然裂缝(NFG)占主导地位，人工裂缝(HFG)影响较小，基质(MG)几乎可以忽略。IG引起的产量损失小于NFG、HFG和MG引起的产量损失之和。
　　3.建立两相不混溶离散裂缝模型，采用隐压显饱法求解离散化方程。对裂缝性油藏CO2驱油模拟结果显示，裂缝的存在、裂缝方向以及裂缝的传导率对最终采收率有重要影响。