一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法

摘要

本发明涉及数据计算技术领域，具体涉及一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法，包括获取不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、不同实验净应力和不同实验净应力对应的覆压孔隙度；建立实验岩样的不可逆孔隙度损失率模型和建立岩石初始覆压孔隙度计算模型，然后基于上述两个模型建立初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型；基于初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型和岩石初始覆压孔隙度计算模型建立储气库注采动态库容计算模型；将储气单元平均参数输入储气库注采动态库容计算模型得到特定储层孔隙度和特定储气库运行周期的储气库库容，解决了因缺乏储气库动态库容评价方法而导致无法准确制定储气库运行方案的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及数据计算技术领域，尤其涉及一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法。

背景技术

油气藏型地下储气库周期性注采运行特征，致使储层岩石的净应力周期性变化，从而产生交变应力敏感，严重损害其岩石物性，导致储气库运行过程中储气库库容大幅减小，影响储气库的正常运行。因此，理清油气藏型储气库多周期注采过程中的库容动态变化规律是准确预测和把握储气库运行动态，保证储气库安全高效运行的重要前提。

目前，现有技术公开的计算储气库库容的方法有基于储层参数的静态法和基于动态监测资料的动态法，但目前缺乏储气库动态库容评价方法，会导致在储气库运行过程中无法准确把握库容动态变化情况，进而造成无法准确制定储气库运行方案的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法，旨在解决因缺乏储气库动态库容评价方法而导致无法准确制定储气库运行方案的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法，包括以下步骤：

获取不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度；

基于所述不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、所述不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度建立所述实验岩样的不可逆孔隙度损失率模型；

基于所述不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度和所述不同实验岩样的初始覆压孔隙度建立岩石初始覆压孔隙度计算模型；

基于所述不可逆孔隙度损失率模型和所述岩石初始覆压孔隙度计算模型建立初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型；

基于所述初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型建立储气库注采动态库容计算模型；

将储气单元平均参数输入所述储气库注采动态库容计算模型得到特定储层孔隙度和特定储气库运行周期的储气库库容。

其中，所述获取不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、所述不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度的具体方式为：

对实验岩样开展常压孔隙度测试实验，得到常压孔隙度；

对所述实验岩样开展多周期循环载荷覆压孔隙体积实验，得到覆压孔隙体积；

基于所述覆压孔隙体积计算所述实验岩样在不同净应力状态下对应的岩石常压覆压孔隙度。

其中，所述基于所述不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、所述不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度建立所述实验岩样的不可逆孔隙度损失率模型的具体方式为：

基于所述岩石不同净应力及其对应的覆压孔隙度拟合覆压孔隙度比值与无因次净应力关系，得到第一拟合参数；

基于所述岩石覆压孔隙度拟合孔隙度应力敏感指数与常压孔隙度关系，得到第二拟合参数；

基于所述第一拟合参数和所述第二拟合参数建立所述实验岩样的不可逆孔隙度损失率模型。

其中，所述基于所述岩石覆压孔隙度拟合覆压孔隙度比值与无因次净应力关系，得到第一拟合参数的具体方式为：

将所述岩石覆压孔隙度除以初始覆压孔隙度，得到覆压孔隙度比值；

将净应力除以初始净应力得到无因次净应力；

基于所述覆压孔隙度比值和所述无因次净应力，得到第一拟合参数。

其中，所述基于所述岩石常压覆压孔隙度拟合孔隙度应力敏感指数与常压孔隙度关系，得到第二拟合参数的具体方式为：

采用幂函数回归分析建立所述净应力增大过程应力敏感指数与常压孔隙度的关系模型，得到净应力增大过程应力敏感指数关系模型；

将所述净应力减小过程的系数进行算术平均处理，建立净应力减小过程应力敏感指数的关系模型，得到净应力减小过程应力敏感指数关系模型；

基于所述净应力增大过程应力敏感指数关系模型和所述净应力减小过程应力敏感指数关系模型得到第二拟合参数。

本发明的一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法，通过包括获取不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度；基于所述不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、所述不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度建立所述实验岩样的不可逆孔隙度损失率模型；基于所述不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、所述不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度建立初始覆压孔隙度计算模型；基于所述不可逆孔隙度损失率模型和所述岩石初始覆压孔隙度计算模型建立初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型；基于所述初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型计算储气库运行周期初始覆压孔隙度；基于所述初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型建立储气库注采动态库容计算模型；将储气单元平均参数输入所述储气库注采动态库容计算模型得到特定储层孔隙度和特定储气库运行周期的储气库库容，解决了因缺乏储气库动态库容评价方法而导致无法准确制方案的问题。

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是本发明提供的一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法的流程图。

图2是覆压孔隙度与净应力关系曲线图。

图3是覆压孔隙度比值与无因次净应力关系曲线图。

图4是孔隙度应力敏感指数与常压孔隙度关系图。

图5是系数c和d差值与净应力变化过程关系图。

图6是孔隙度应力损失率与孔隙度关系图。

图7是储层A库容随储气库运行周期变化曲线图。

图8是储层B库容随储气库运行周期变化曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图8，本发明提供一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法，包括以下步骤：

S1获取不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度；

具体方式为：

S11对实验岩样开展常压孔隙度测试实验，得到常压孔隙度；

S12对所述实验岩样开展多周期循环载荷覆压孔隙体积实验，得到覆压孔隙体积；

具体的，开展不同物性实验岩样多周期循环载荷覆压孔隙体积实验：根据现有实验测试系统和实验测试方法，开展不同物性实验岩样多周期循环载荷覆压孔隙体积实验，获取不同物性实验岩样在不同净应力下的覆压孔隙体积。

S12基于所述覆压孔隙体积计算所述实验岩样在不同净应力状态下对应的岩石常压覆压孔隙度；

具体的，计算不同物性实验岩样各净应力状态下覆压孔隙度：

根据实验测定的不同物性实验岩样各净应力状态下覆压孔隙体积，通过下式计算不同物性实验岩样各净应力状态下覆压孔隙度：

式中：

S2基于所述不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度、所述不同实验净应力和所述不同实验净应力对应的覆压孔隙度建立所述实验岩样的不可逆孔隙度损失率模型；

具体方式为：

S21基于所述岩石不同净应力及其对应的覆压孔隙度拟合覆压孔隙度比值与无因次净应力关系，得到第一拟合参数；

具体方式为：

S211将所述岩石覆压孔隙度除以初始覆压孔隙度，得到覆压孔隙度比值；

具体的，初始覆压孔隙度为第1个净应力变化过程初始净应力下的覆压孔隙度。

S212将净应力除以初始净应力得到无因次净应力；

S213基于所述覆压孔隙度比值和所述无因次净应力，得到第一拟合参数。

具体的，绘制覆压孔隙度比值与无因次净应力关系曲线，通过下式拟合覆压孔隙度比值与无因次净应力关系，获取拟合参数。

式中：

S22基于所述岩石覆压孔隙度拟合孔隙度应力敏感指数与常压孔隙度关系，得到第二拟合参数；

具体方式为：

S221采用幂函数回归分析建立所述净应力增大过程应力敏感指数与常压孔隙度的关系模型，得到净应力增大过程应力敏感指数关系模型；

具体的，绘制应力敏感指数与孔隙度关系曲线，通过下式拟合孔隙度应力敏感指数与常压孔隙度关系，获取应力敏感指数与孔隙度拟合参数。

式中：c

净应力增大时，随着净应力变化过程数增多，净应力对岩样造成了不同程度的塑性形变，因而应力敏感指数随净应力变化过程数的增多而逐渐降低，随着净应力变化过程数增多，岩样致密程度增大，岩样越来越难以被压缩，塑性形变越来越小，应力敏感指数随净应力变化过程数的增多而降低的趋势逐渐减缓；净应力下降时，仅弹性变形可以恢复，而各净应力上升过程的应力变化相同，各净应力上升过程的弹性变形规律基本相同，净应力下降时弹性变形恢复规律也基本相同，因而孔隙度应力敏感指数基本不随净应力变化过程数的增多而改变。

基于上述分析可以得出：对于净应力增大过程，系数c

因此，采用幂函数回归分析建立净应力增大过程应力敏感指数与常压孔隙度的关系模型：

式中：

S222将所述净应力减小过程的系数进行算术平均处理，建立净应力减小过程应力敏感指数的关系模型，得到净应力减小过程应力敏感指数关系模型；

具体的，将净应力减小过程的系数c

式中：

S223基于所述净应力增大过程应力敏感指数关系模型和所述净应力减小过程应力敏感指数关系模型得到第二拟合参数。

S23基于所述第一拟合参数和所述第二拟合参数建立所述实验岩样的不可逆孔隙度损失率模型。

具体的，建立实验岩样不可逆孔隙度损失率模型：

各净应力变化过程覆压孔隙度比值与无因次净应力关系曲线是连续的，净应力增大过程的终点即是下一个净应力减小过程的起点，净应力减小过程的终点又是下一个净应力增大过程的起点。第(2j-1)个净应力变化过程为净应力增大过程，第2j个净应力变化过程为净应力减小过程。根据覆压孔隙度比值与无因次净应力关系曲线的连续性，在最大无因次净应力下，净应力增大过程与下一个净应力减小过程的覆压孔隙度比值相等，即：

式中：

则第2j个净应力变化过程对应的孔隙度保持率为：

第1个净应力变化过程对应的孔隙度保持率始终为1，根据覆压孔隙度比值与无因次净应力关系曲线的连续性，可得第2j个净应力变化过程对应的孔隙度保持率为：

则第j个储气库运行周期的不可逆损失率为：

式中：

至此，根据不可逆孔隙度损失率计算模型和净应力增大过程的孔隙度应力敏感指数计算模型，可计算得到岩石相对于初始覆压孔隙度的不可逆孔隙度损失率。

S3基于所述不同物性实验岩样的岩石常压孔隙度和所述不同实验岩样的初始覆压孔隙度建立岩石初始覆压孔隙度计算模型；

具体的，拟合初始覆压孔隙度与常压孔隙度关系(初始覆压孔隙度计算模型)；

目前，油气田储量计算和储气库库容计算一般采用的孔隙度为室内实验测试所得岩样孔隙度的算术平均或加权平均值，而室内实验多为常压孔渗实验，测试结果与实际储层条件下的孔隙度差距较大。因此，需要建立岩石初始覆压孔隙度(第1个净应力变化过程初始净应力下的覆压孔隙度)与岩石常压孔隙度之间的转换关系式：

根据岩石初始覆压孔隙度(第1个净应力变化过程初始净应力下的覆压孔隙度)与岩石常压孔隙度转换关系式，即可通过室内实验常压孔隙度计算得到储气库储集层岩石的初始覆压孔隙度。

S4基于所述不可逆孔隙度损失率模型和所述岩石初始覆压孔隙度计算模型建立初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型；

储集层岩石在净应力增大时存在着一定的塑性变形，随着净应力变化周期数的增多，岩石累积塑性形变量增大，不可逆孔隙度损失率增大，储集层岩石不仅存在孔隙度应力敏感性，还存在一定的孔隙度交变应力敏感性。

无因次净应力为1时(也即初始净应力下)的覆压孔隙度计算模型为：

式中：

S5基于所述初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型建立储气库注采动态库容计算模型；

具体的，整理不可逆孔隙度损失率计算模型、岩石初始覆压孔隙度与岩石常压孔隙度转换关系以及无因次净应力为1时的覆压孔隙度计算模型，可得：

根据岩石室内实验常压孔隙度，采用上式可计算得到任意储气库运行周期初始净应力下的覆压孔隙度。

考虑孔隙度应力敏感性和孔隙度交变应力敏感性的储气库多周期注采动态库容评价模型为：

式中：G为储气库库容，m3；A

S6将储气单元平均参数输入所述储气库注采动态库容计算模型得到特定储层孔隙度和特定储气库运行周期的储气库库容。

具体的，根据研究目标地下储气库的储气单元平均参数，采用建立的多周期注采动态库容计算模型，计算储气库在未来多个注采周期内的动态库容，研究其变化规律。

实施案例：

根据建立的油气藏型地下储气库多周期注采动态库容评价方法，评价了中国中部地区XX气藏型地下储气库在运行过程中动态库容的变化情况。

(1)开展不同物性实验岩样多周期循环载荷覆压孔隙体积实验

选取了6块标准岩心样品(表1)。采用岩石周期载荷覆压孔隙体积实验测试系统及测试方法，测定了6块岩样每块岩样7个净应力变化过程的覆压孔隙体积。

表1实验岩心基础数据表

(2)计算不同物性实验岩样各净应力状态下覆压孔隙度

根据实验测试结果，采用下式计算了覆压孔隙度，绘制覆压孔隙度与净应力关系曲线(图2)。

(3)拟合覆压孔隙度比值与无因次净应力关系

根据实验测试结果，将覆压孔隙度除以初始覆压孔隙度(第1个净应力变化过程初始净应力下的覆压孔隙度)得到覆压孔隙度比值，将净应力除以初始净应力得到无因次净应力，绘制覆压孔隙度比值与无因次净应力关系曲线(图3)。

通过下式拟合覆压孔隙度比值与无因次净应力关系，获取拟合参数(表2～表3)。

表2不可逆孔隙度损失率计算结果

表3孔隙度应力敏感指数回归分析结果

(4)拟合孔隙度应力敏感指数与常压孔隙度关系

绘制应力敏感指数与常压孔隙度关系曲线(图4)，获取应力敏感指数与常压孔隙度拟合参数(表4)。

表4方程系数c和d回归分析结果统计表

对于净应力增大过程，系数c

对于净应力减小过程，将净应力减小过程的系数c

(5)建立实验岩样不可逆孔隙度损失率模型

基于应力敏感指数关系模型建立岩样孔隙度保持率计算模型：

则第j个储气库运行周期的不可逆损失率为：

(6)拟合初始覆压孔隙度与常压孔隙度关系(初始覆压孔隙度计算模型)

作用在岩石上的净应力从0增大到初始净应力，岩石被压缩，岩石孔隙度减小，引入岩石孔隙度应力损失率，定义式为：

式中：

根据XX储气库6块岩心样品覆压孔隙度测试结果(图1)，依据上式计算岩样孔隙度应力损失率(表5)，根据计算结果分析孔隙度应力损失率与常压孔隙度间成幂函数关系(图6)。

表5孔隙度应力损失率计算结果

采用幂函数分析建立孔隙度损失率与常压孔隙度关系式为：

结合岩石孔隙度应力损失率定义式与孔隙度损失率与常压孔隙度关系式可得初始覆压孔隙度计算式为：

(7)计算初始净应力下岩样覆压孔隙度(初始净应力下的岩石覆压孔隙度计算模型)

根据无因次净应力为1时的覆压孔隙度计算模型，结合不可逆孔隙度损失率计算模型、岩石初始覆压孔隙度与岩石常压孔隙度转换关系，可得：

(8)建立多周期注采动态库容计算模型

建立考虑孔隙度应力敏感性和孔隙度交变应力敏感性的储气库多周期注采动态库容计算模型为：

(9)计算油气藏型地下储气库多周期注采动态库容

根据表6所示的XX储气库储层平均参数，采用考虑孔隙度应力敏感性和孔隙度交变应力敏感性的储气库多周期注采动态库容评价模型计算考虑孔隙度应力敏感和交变应力敏感综合影响的第30个储气库运行周期XX储气库储层A和储层B的库容变化情况，根据计算结果绘制库容随储气库运行周期变化曲线(图7～图8)。

表6 XX储气库库容计算单元基本参数

XX储气库储层A的原始库容为105.85×108m3，储层B的原始库容为8.46×108m3，总原始库容为114.31×108m3。当XX储气库运行至第30个周期时，储层A和储层B库容分别为94.40×108m3和7.47×108m3，总库容为101.87×108m3，总库容损失将达到12.44×108m3，总库容损失率达10.89％。孔隙度应力敏感性和周期应力敏感性对储气库库容影响较大，要准确预测储气库运行动态，需要考虑孔隙度应力敏感性和周期应力敏感性的影响。

以上所揭露的仅为本发明一种油气藏型地下储气库多周期注采动态库容计算方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。