公开/公告号CN105089595A
专利类型发明专利
公开/公告日2015-11-25
原文格式PDF
申请/专利权人 中国石油天然气股份有限公司;
申请/专利号CN201510280351.7
申请日2015-05-27
分类号E21B43/26(20060101);E21B47/00(20120101);E21B49/00(20060101);
代理机构11127 北京三友知识产权代理有限公司;
代理人王涛
地址 100007 北京市东城区东直门北大街9号
入库时间 2023-12-18 12:26:02
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-04-12
授权
授权
2015-12-23
实质审查的生效 IPC(主分类):E21B43/26 申请日:20150527
实质审查的生效
2015-11-25
公开
公开
技术领域
本发明涉及油藏数值模拟技术,尤其涉及一种水平压裂裂缝导流作用下的油藏数 值模拟方法及装置。
背景技术
低渗油层已经成为特高含水期多层非均质油藏的主要潜力,如大庆杏树岗油田、 东营胜坨油田以及中原濮城油田等。采用直井开发物性差的非主力油层时,通常需要 水力压裂增产以获得经济产能,形成的裂缝主要包括垂直于井筒的水平缝以及平行于 井筒的垂直缝。在埋深浅、油层破裂压力梯度小的低渗油层压裂时容易形成水平裂缝, 如大庆油田、玉门油田、克拉玛依油田等,这对于水驱开发效果影响很大,因而亟需 一种精确的油藏数值模拟方法。
针对以上问题,国内外许多学者对于垂直缝的产能进行了大量研究,如M.PRATS (M.Prats,MemberAime,P.hazebroek,W.R.Strickler.EffectofVerticalFractureson ReservoirBehavior-Compressible-FluidCase[C].SPE98,1962.)、KyleE.Friehasuf、Ajay Suri(KyleE.Friehauf,AjaySuri,MukulM.Sharma.ASimpleandAccurateModelfor WellProductivityforHydraulicallyFracturedWells[C].SPEProduction&Operations, 2010,25(4):453-460.)、邓英尔和刘慈群(邓英尔,刘慈群.垂直裂缝井开发低渗油藏 非线性渗流压力分析[J].石油勘探与开发,2003,30(1):81-83.)等,但对于水平缝的产 能研究很少,主要集中在产能研究方面,如1987年W.Sung用数值模拟的方法对比 了水平裂缝和垂直裂缝的增产效果(W.Sung,T.Ertekin.PerformanceComparisonof VerticalandHorizontalHydraulicFracturesandHorizontalBoreholesinLowPermeability Reservoirs:ANumericalStudy[C].SPE16407,1987.),存在的主要问题包括:①压裂油 藏数值模拟研究主要集中垂直缝,并且商业化的数值模拟软件只能考虑垂直裂缝;② 对于水平裂缝的研究全部是简单的机理研究,不能对全区压裂后进行大型油藏数值模 拟;③对于水平裂缝内流动模拟精度很低,通常是直接将裂缝处理为高渗透率条带, 裂缝内的流动仍然视为达西流;④没有考虑井筒内的多相管流。
发明内容
本发明实施例提供了一种水平压裂裂缝导流作用下的油藏数值模拟方法,以实现 对水力压裂井及油藏进行高精度数值模拟,为科学的使用井下流量控制设备提供依 据,达到提高采收率的目的。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种水平压裂裂缝导流作用下的油藏数值 模拟方法,所述油藏数值模拟方法包括:
获取井和油藏的动静态数据,确定裂缝参数;
根据流体特征及所述裂缝参数中的导流能力建立水平裂缝内的流体流动方程;
根据井筒管流特征建立井筒流动方程;
根据井眼轨迹、完井位置、所述流体流动方程、井筒流动方程及裂缝参数建立扩 展井模型;
根据油藏的静态参数建立地质模型,并根据原始地层压力分布或者压力与深度的 关系,以及岩石、流体属性对所述地质模型进行初始化;
将所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型耦合并求解耦合结果。
在一实施例中,所述确定裂缝参数,包括:根据所述动静态数据中的试井解释数 据和微地震解释数据确定所述裂缝参数,其中,所述裂缝参数包括:裂缝支撑宽度、 裂缝密度、裂缝半长、裂缝导流能力,裂缝的延展特征及分布层位。
在一实施例中,根据流体特征及所述裂缝参数中的导流能力建立水平裂缝内的流 体流动方程,包括:
根据所述动静态数据中的流体特征及所述裂缝导流能力,利用雷诺数流型判断准 则确定裂缝内流体流动方式;
根据所述裂缝内流体流动方式建立水平裂缝内的流体流动方程;
根据所述流体流动方程计算裂缝内压力分布和流体流动。
在一实施例中,根据所述流体流动方程计算裂缝内压力分布和流体流动,包括:
利用二项式高速非线性渗流模型计算裂缝内压力分布和流体流动,忽略z方向的 流动,所述二项式高速非线性渗流模型如下:
其中,x,y分别表示x方向和y方向,μ为流体黏度,kf为裂缝渗透率,ρ为 流体密度,v为渗流速度,ζ为高速非线性渗流系数。
在一实施例中,根据井筒管流特征建立井筒流动方程,包括:
根据井筒管流特征建立m相井筒流动方程:
根据所述井筒流动方程计算压力分布;
其中,ρmgsin(θ)为静水力,为摩擦压力损失,为加速 度压力损失,g为重力加速度;θ为井筒与地层之间的夹角,A为井筒截面积,D为 井筒直径,ρm为m相流体密度,ftp为摩擦压损系数,Vm为m相单位体积。
在一实施例中,根据井眼轨迹、完井位置、所述流体流动方程、井筒流动方程及 裂缝参数建立扩展井模型,包括:
根据裂缝尺寸、裂缝延展特征以及与井筒的接触方式划分裂缝网格,并对所述裂 缝网格进行剖分;
利用流体流动方程在所述裂缝网格内离散化形成数值模型;
将裂缝数值模型与基于所述井筒流动方程的井模型耦合为所述扩展井模型。
在一实施例中,将所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型耦合并求解耦合结 果,包括:
基于所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型建立带有稀疏系数矩阵的非线 性方程组;
采用解耦全隐式算法求解所述非线性方程组。
在一实施例中,所述动静态数据包括:每口井的井位坐标、完井方式、射孔深度、 井头、井深、井斜及井轨迹数据,油藏目的层位的构造形态、测井解释数据、地震解 释数据、断层数据,目的层位的孔隙度、渗透率、含油饱和度及原始地层压力参数, 地层内岩石和流体的高压物性数据、流体特征数据、井筒管流特征,单井生产动态数 据、试井解释数据和微地震解释数据。
为了实现上述目的,本发明实施例还提供了一种水平压裂裂缝导流作用下的油藏 数值模拟装置,所述油藏数值模拟装置包括:
裂缝参数确定单元,用于获取井和油藏的动静态数据,确定裂缝参数;
流体流动方程建立单元,用于根据流体特征及所述裂缝参数中的导流能力建立水 平裂缝内的流体流动方程;
井筒流动方程建立单元,用于根据井筒管流特征建立井筒流动方程;
扩展井模型建立单元,用于根据井眼轨迹、完井位置、所述流体流动方程、井筒 流动方程及裂缝参数建立扩展井模型;
地质模型生成单元,用于根据油藏的静态参数建立地质模型,并根据原始地层压 力分布或者压力与深度的关系,以及岩石、流体属性对所述地质模型进行初始化;
耦合单元,用于将所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型耦合并求解耦合结 果。
在一实施例中,所述裂缝参数确定单元具体用于:根据所述动静态数据中的试井 解释数据和微地震解释数据确定所述裂缝参数,其中,所述裂缝参数包括:裂缝支撑 宽度、裂缝密度、裂缝半长、裂缝导流能力,裂缝的延展特征及分布层位。
在一实施例中,所述流体流动方程建立单元包括:
流动方式确定模块,用于根据所述动静态数据中的流体特征及所述裂缝导流能 力,利用雷诺数流型判断准则确定裂缝内流体流动方式;
流体流动方程建立模块,用于根据所述裂缝内流体流动方式建立水平裂缝内的流 体流动方程;
第一计算模块,用于根据所述流体流动方程计算裂缝内压力分布和流体流动。
在一实施例中,所述第一计算模块具体用于:
利用二项式高速非线性渗流模型计算裂缝内压力分布和流体流动,忽略z方向的 流动,所述二项式高速非线性渗流模型如下:
其中,x,y分别表示x方向和y方向,μ为流体黏度,kf为裂缝渗透率,ρ为 流体密度,v为渗流速度,ζ为高速非线性渗流系数。
在一实施例中,所述井筒流动方程建立单元包括:
方程建立模块,用于根据井筒管流特征建立m相井筒流动方程:
第二计算模块,用于根据所述井筒流动方程计算压力分布;
其中,ρmgsin(θ)为静水力,为摩擦压力损失,为加速 度压力损失,g为重力加速度;θ为井筒与地层之间的夹角,A为井筒截面积,D为 井筒直径,ρm为m相流体密度,ftp为摩擦压损系数,Vm为m相单位体积。
在一实施例中,所述扩展井模型建立单元包括:
网格划分模块,用于根据裂缝尺寸、裂缝延展特征以及与井筒的接触方式划分裂 缝网格,并对所述裂缝网格进行剖分;
离散化模块,用于利用流体流动方程在所述裂缝网格内离散化形成数值模型;
耦合模块,用于将裂缝数值模型与基于所述井筒流动方程的井模型耦合为所述扩 展井模型。
在一实施例中,所述的耦合单元包括:
方程组建立模块,用于基于所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型建立带有 稀疏系数矩阵的非线性方程组;
方程求解模块,用于采用解耦全隐式算法求解所述非线性方程组。
在一实施例中,所述动静态数据包括:每口井的井位坐标、完井方式、射孔深度、 井头、井深、井斜及井轨迹数据,油藏目的层位的构造形态、测井解释数据、地震解 释数据、断层数据,目的层位的孔隙度、渗透率、含油饱和度及原始地层压力参数, 地层内岩石和流体的高压物性数据、流体特征数据、井筒管流特征,单井生产动态数 据、试井解释数据和微地震解释数据。
本发明实现了对水力压裂井及油藏进行高精度数值模拟,为科学的使用井下流量 控制设备提供了依据,达到了提高采收率的目的。具体地,本发明针对低渗地层水力 压裂后形成的水平裂缝,提出了基于扩展井模型和油藏模型耦合的数值模拟方法,能 够模拟水平裂缝内的非达西多相流动,考虑井筒内的管流计算压力分布,提高了油藏 数值模拟技术中井的模拟精度。
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的前提 下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的油藏数值模拟方法流程图;
图2为本发明实施例的流体流动方程建立方法流程图;
图3为本发明实施例的扩展井模型建立方法流程图;
图4为本发明实施例的扩展井模型示意图;
图5为本发明实施例的耦合结果求解方法流程图;
图6为本发明另一实施例的油藏数值模拟方法流程图;
图7为本发明实施例的油藏数值模拟装置的结构框图;
图8为本发明实施例的流体流动方程建立单元702的结构框图;
图9为本发明实施例的井筒流动方程建立单元703的结构框图;
图10为本发明实施例的扩展井模型建立单元704的结构框图;
图11为本发明实施例的耦合单元706的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术中存在的问题,本发明实施例提供了一种水平压裂裂缝导流作 用下的油藏数值模拟方法,如图1所示,所述油藏数值模拟方法包括:
步骤101:获取井和油藏的动静态数据,确定裂缝参数;
步骤102:根据流体特征及所述裂缝参数中的导流能力建立水平裂缝内的流体流 动方程;
步骤103:根据井筒管流特征建立井筒流动方程;
步骤104:根据井眼轨迹、完井位置、所述流体流动方程、井筒流动方程及裂缝 参数建立扩展井模型;
步骤105:根据油藏的静态参数建立地质模型,并根据原始地层压力分布或者压 力与深度的关系,以及岩石、流体属性对所述地质模型进行初始化;
步骤106:将所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型耦合并求解耦合结果。
由图1所示的流程可知,本发明实施例的油藏数值模拟方法中,首先分别建立水 平裂缝内的流体流动方程、井筒流动方程及扩展井模型,然后建立油藏地质模型及数 值模拟模型
步骤101中的所述动静态数据包括:每口井的井位坐标、完井方式、射孔深度、 井头、井深、井斜及井轨迹数据,油藏目的层位的构造形态(顶面、底面构造图)、 测井解释数据、地震解释数据、断层数据,目的层位的孔隙度、渗透率、含油饱和度 及原始地层压力参数,地层内岩石和流体的高压物性资料(相渗曲线、毛管压力曲线、 PTV资料)、流体特征资料、井筒管流特征,单井生产动态数据(产油量、产水量、 产气量、气油比、含水率、油压、套压、井底流压、配注量)、试井解释资料和微地 震解释数据。
步骤101中,确定裂缝参数具体包括:根据所述动静态数据中的试井解释数据和 微地震解释数据确定所述裂缝参数,其中,所述裂缝参数包括:裂缝支撑宽度、裂缝 密度、裂缝半长、裂缝导流能力,裂缝的延展特征及分布层位。
一实施例中,如图2所示,步骤102中根据流体特征及所述裂缝参数中的导流能 力建立水平裂缝内的流体流动方程,包括如下步骤:
步骤201:根据所述动静态数据中的流体特征及所述裂缝导流能力,利用雷诺数 流型判断准则确定裂缝内流体流动方式。
渗流产生于毛细管中,储层中流态一般为渗流,由于流体物性(如粘度)、储层 物性不同,流体流速同压力关系不同,达西为线性,非达西非线性。
步骤202:根据所述裂缝内流体流动方式建立水平裂缝内的流体流动方程;
步骤203:根据所述流体流动方程计算裂缝内压力分布和流体流动。
步骤202及步骤203中,高导流能力裂缝通常会引发非达西流动,可利用二项式 高速非线性渗流模型计算裂缝内压力分布和流体流动,忽略z方向的流动,所述二项 式高速非线性渗流模型如下:
其中,x,y分别表示x方向和y方向,μ为流体黏度,kf为裂缝渗透率,ρ为 流体密度,v为渗流速度,ζ为高速非线性渗流系数。
一实施例中,步骤103中根据井筒管流特征建立井筒流动方程,具体包括:
根据井筒管流特征建立m相井筒流动方程:
根据所述井筒流动方程计算压力分布;
其中,ρmgsin(θ)为静水力,为摩擦压力损失,为加速 度压力损失,g为重力加速度;θ为井筒与地层之间的夹角,A为井筒截面积,D为 井筒直径,ρm为m相流体密度,ftp为摩擦压损系数,Vm为m相单位体积。
如图3所示,一实施例中,步骤104中根据井眼轨迹、完井位置、所述流体流动 方程、井筒流动方程及裂缝参数建立扩展井模型,具体包括:
步骤301:根据裂缝尺寸、裂缝延展特征以及与井筒的接触方式划分裂缝网格, 并对所述裂缝网格进行剖分,裂缝网格远小于油藏网格,如图4所示。图4中,1为 井筒,2为扩展井区域粗化网格,3为油藏区域网格。
步骤302:利用流体流动方程在所述裂缝网格内离散化形成数值模型。
步骤303:将裂缝数值模型与基于所述井筒流动方程的井模型耦合为所述扩展井 模型。
步骤105中,需要设置非线性分析控制参数:设置计算精度、迭代求解次数初始 化计算数据(初始化地质模型的三维压力及饱和度场数据和时间数据)。
一实施例中,具体实施时,步骤106包括:
步骤501:基于所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型建立带有稀疏系数矩 阵的非线性方程组;
步骤502:采用解耦全隐式算法求解所述非线性方程组。
具体实施时,对时间参数更新及初始化赋值如下:计算完某一时间步后,把这一 时间步计算的压力与饱和度数据赋值到下一时间步的各个网格,作为下一时间步的初 始值。
图1、图2、图3及图5可以通过图6所示的油藏数值模拟方法流程图进行概括, 图6中的方法流程分为左右两支,图中已经进行了详细说明,在此不再赘述。
本发明实现了对水力压裂井及油藏进行高精度数值模拟,为科学的使用井下流量 控制设备提供了依据,达到了提高采收率的目的。具体地,本发明针对低渗地层水力 压裂后形成的水平裂缝,提出了基于扩展井模型和油藏模型耦合的数值模拟方法,能 够模拟水平裂缝内的非达西多相流动,考虑井筒内的管流计算压力分布,提高了油藏 数值模拟技术中井的模拟精度。
本发明实施例提供了一种水平压裂裂缝导流作用下的油藏数值模拟装置,如图7 所示,所述油藏数值模拟装置包括:裂缝参数确定单元701,流体流动方程建立单元 702,井筒流动方程建立单元703,扩展井模型建立单元704,地质模型生成单元705 及耦合单元706。
裂缝参数确定单元701用于获取井和油藏的动静态数据,确定裂缝参数;
流体流动方程建立单元702用于根据流体特征及所述裂缝参数中的导流能力建 立水平裂缝内的流体流动方程;
井筒流动方程建立单元703用于根据井筒管流特征建立井筒流动方程;
扩展井模型建立单元704用于根据井眼轨迹、完井位置、所述流体流动方程、井 筒流动方程及裂缝参数建立扩展井模型;
地质模型生成单元705用于根据油藏的静态参数建立地质模型,并根据原始地层 压力分布或者压力与深度的关系,以及岩石、流体属性对所述地质模型进行初始化;
耦合单元706用于将所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型耦合并求解耦 合结果。
一实施例中,所述动静态数据包括:每口井的井位坐标、完井方式、射孔深度、 井头、井深、井斜及井轨迹数据,油藏目的层位的构造形态(顶面、底面构造图)、 测井解释数据、地震解释数据、断层数据,目的层位的孔隙度、渗透率、含油饱和度 及原始地层压力参数,地层内岩石和流体的高压物性资料(相渗曲线、毛管压力曲线、 PTV资料)、流体特征资料、井筒管流特征,单井生产动态数据(产油量、产水量、 产气量、气油比、含水率、油压、套压、井底流压、配注量)、试井解释资料和微地 震解释数据。
一实施例中,裂缝参数确定单元701具体用于:根据所述动静态数据中的试井解 释数据和微地震解释数据确定所述裂缝参数,其中,所述裂缝参数包括:裂缝支撑宽 度、裂缝密度、裂缝半长、裂缝导流能力,裂缝的延展特征及分布层位。
一实施例中,如图8所示,流体流动方程建立单元702包括:流动方式确定模块 801,流体流动方程建立模块802及第一计算模块803。
流动方式确定模块801用于根据所述动静态数据中的流体特征及所述裂缝导流 能力,利用雷诺数流型判断准则确定裂缝内流体流动方式;
流体流动方程建立模块802用于根据所述裂缝内流体流动方式建立水平裂缝内 的流体流动方程;
第一计算模块803用于根据所述流体流动方程计算裂缝内压力分布和流体流动。
一实施例中,第一计算模块803具体用于:
利用二项式高速非线性渗流模型计算裂缝内压力分布和流体流动,忽略z方向的 流动,所述二项式高速非线性渗流模型如下:
其中,x,y分别表示x方向和y方向,μ为流体黏度,kf为裂缝渗透率,ρ为 流体密度,v为渗流速度,ζ为高速非线性渗流系数。
一实施例中,如图9所示,井筒流动方程建立单元703包括:方程建立模块901 及第二计算模块902。
方程建立模块901用于根据井筒管流特征建立m相井筒流动方程:
第二计算模块902用于根据所述井筒流动方程计算压力分布;
其中,ρmgsin(θ)为静水力,为摩擦压力损失,为加速 度压力损失,g为重力加速度;θ为井筒与地层之间的夹角,A为井筒截面积,D为 井筒直径,ρm为m相流体密度,ftp为摩擦压损系数,Vm为m相单位体积。
一实施例中,如图10所示,所述扩展井模型建立单元704包括:网格划分模块 1001,离散化模块1002及耦合模块1003。
网格划分模块1001用于根据裂缝尺寸、裂缝延展特征以及与井筒的接触方式划 分裂缝网格,并对所述裂缝网格进行剖分;
离散化模块1002用于利用流体流动方程在所述裂缝网格内离散化形成数值模 型;
耦合模块1003用于将裂缝数值模型与基于所述井筒流动方程的井模型耦合为所 述扩展井模型。
一实施例中,如图11所示,所述的耦合单元706包括:方程组建立模块1101及 方程求解模块1102。
方程建立模块1101用于基于所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型建立带 有稀疏系数矩阵的非线性方程组;
方程求解模块1102用于采用解耦全隐式算法求解所述非线性方程组。
本发明实现了对水力压裂井及油藏进行高精度数值模拟,为科学的使用井下流量 控制设备提供了依据,达到了提高采收率的目的。具体地,本发明针对低渗地层水力 压裂后形成的水平裂缝,提出了基于扩展井模型和油藏模型耦合的数值模拟方法,能 够模拟水平裂缝内的非达西多相流动,考虑井筒内的管流计算压力分布,提高了油藏 数值模拟技术中井的模拟精度。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程 序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件 方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序 代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等) 上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流 程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的 每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些 计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设 备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执 行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方 框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特 定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包 括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一 个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计 算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算 机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或 方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例 的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术 人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述, 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
机译: 水力压裂中利用横向裂缝水平井开发低渗油藏的方法
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