一种分析缝洞型油藏剩余油分布的方法

摘要

本发明提供了一种分析缝洞型油藏剩余油分布的方法，属于油藏数值模拟及油气田开发领域。本发明将由溶洞、裂缝、孔隙三种介质类型组成的复杂介质在空间领域内划分为若干个空间单元块，每个块由三个单元V、F、M组成，分别表示块内的溶洞、裂缝和基质，即V-F-M模型；复杂介质内多相流体的流动，由块内单元之间流体的运动和块间单元之间流体的运动描述；单元之间流体的流动可考虑为渗流、管流或平行壁间层流、达西流或者非达西流。本发明实现了对缝洞型油藏的科学描述和准确的数值模拟，为通过数值模拟技术找准缝洞型油藏剩余油的分布位置、定量确定油藏的储量丰度并科学合理地开发这类油田、最终达到提高采收率奠定了技术基础。

主权项

1.一种分析缝洞型油藏剩余油分布的方法，其特征在于，所述分析处理方法包括：A划分复杂介质区域步骤：根据缝洞型油藏的介质类型，将所述复杂介质区域划分成若干空间单元块；对每个空间单元块建立以溶洞、裂缝和基质三个单元为基础的V-F-M模型,即溶洞-裂缝-基质模型；B建立所述复杂介质区域多相流体流动数学模型步骤：根据步骤A划分的空间单元块和建立的V-F-M模型，复杂介质内多相流体的流动划分为同一空间单元块内部的块内流动:块内溶洞、裂缝和基质单元之间多相流体的流动和相邻空间单元块之间的块间流动:不同空间单元块之间多相流体的流动，这两部分流动最终都归结为单元之间的流动；所述单元之间流体的流动为渗流、管流或平行壁间层流、达西流或者非达西流的多相流；并根据所述复杂介质区域单元块内溶洞、裂缝和基岩分布的几何特点，得到各块内单元分布模式，对于不同的分布模式，确定传导系数；C针对待测缝洞型油藏复杂介质区域，探测得到各项物性参数步骤：渗透率：岩心分析和不稳定试井；孔隙度和岩石压缩率：岩心分析和测井；相对渗透率和毛管压力：实验室岩心渗流测试；饱和度：测井和岩心分析；流体属性数据：油藏流体样品的实验室分析；断层、边界和流体接触面：地震方法和不稳定试井；含水层：地震方法和物质平衡计算；大裂缝和大洞穴分布：测井、地震方法、岩心分析、不稳定试井和井眼动态；D通过步骤B建立的模型，求取得到流体压力和饱和度分布的步骤：通过步骤B建立的数学模型，采用有限体积法对控制方程进行数值离散；采用牛顿－拉尔森方法全隐式迭代求解；得到缝洞型油藏复杂介质区域内流体压力和饱和度的分布、井口抽汲速率和压力；E判断结果和输出步骤：根据油田动态历史，判断步骤D得到的结果：缝洞型油藏复杂介质区域内流体压力和饱和度的分布、井口抽汲速率和压力是否准确可靠；如果符合油田的动态历史，则输出；如果与油田动态历史有偏差，则返回步骤B，调整物性参数，重新分析处理；所述步骤B中，包括如下，（1）建立单元间流体流动模型：气组分：$\frac{\partial }{\partial t}\left[\phi (S_o{\rho }_g^{\prime \prime }+S_g{\rho }_g)\right]=-▿·({\rho }_g^{\prime \prime }{v}_o+{\rho }_g{v}_g)+q_g---\left(1\right)$ρ_g的含义是气体密度；v_g的含义是气体速度；q_g的含义是气体源汇项；水组分：$\frac{\partial }{\partial t}\left(\phi S_w{\rho }_w\right)=-▿·\left({\rho }_w{v}_w\right)+q_w$ρ_w的含义是水的密度；v_w的含义是水的速度；q_w的含义是水的源汇项；油组分：$\frac{\partial }{\partial t}\left(\phi S_o{\rho }_o^{\prime }\right)=-▿·\left({\rho }_o^{\prime }{v}_o\right)+q_o$ρ′_o的含义是油的密度；v_o的含义是油的流速；q_o的含义是油的源汇项；达西定理:$v_l=-\frac{k{k}_l}{{\mu }_l}(▿P_l-{\rho }_l▿H)$l=o，w，g若${\lambda }_l=\frac{k{k}_{\mathrm{rl}}}{{\mu }_l},$$G=g▿H,$则$v_l=-{\lambda }_l(▿P_l-{\rho }_{l}G)---\left(4\right)$其中，下标l为o、w、g分别表示油相、水相、气相，S是饱和度，ρ_l是在油藏条件下的密度，ρ′_o是在油藏条件下脱去溶解气的油相密度，ρ′_g是在油藏条件下油相中溶解气的密度，φ是油层的有效孔隙度，μ_l是粘度，q_l是每单位体积汇点/源点项，g是重力加速度，k是油层的绝对渗透率，k_rl是相对渗透率，v_l表示速度，H是深度；G的含义是重力势；（2）采用有限体积法进行空间离散过程；根据上述的数学模型，无论是块间流动还是块内流动，都表现为单元之间流体的流动，所述采用有限体积法对控制方程进行离散步骤如下：多相流体在单元之间流动满足式（1）～式（4），亦即：$\mathrm{div}\left({\rho }_l{v}_l\right)+q_l=\frac{\partial }{\partial t}\left(\phi {\rho }_l{S}_l\right)$l=o，w，g(5-a)采用有限体积法，在体积为V、表面为A的单元内对上式进行积分得：$-{\int }_V\mathrm{div}\left({\rho }_l{v}_l\right)\mathrm{dV}+q_{l}V=V\frac{\partial }{\partial t}\left(\phi {\rho }_l{S}_l\right)---(5-b)$根据高斯定理，$-{\int }_V\mathrm{div}\left({\rho }_l{v}_l\right)\mathrm{dV}=-{\int }_A{\rho }_l(v_l·n)\mathrm{dA}={\int }_A{\rho }_l(v_l·(-n))\mathrm{dA}=\Sigma F_{l,\mathrm{ij}}$其中，n为表面A的外法线向量；单元i与单元j之间流体组分l的质量流动项为：$Q_{l,\mathrm{ij}}\text{=}{A}_{\mathrm{ij}}{\left({\rho }_l\frac{k{k}_{\mathrm{rl}}}{{\mu }_l}\right)}_{\mathrm{ij}+1/2}\frac{[(P_{\mathrm{lj}}-{\rho }_{l,\mathrm{ij}+1/2}{H}_j)-(p_{\mathrm{lj}}-{\rho }_{l,\mathrm{ij}+1/2}{H}_j)]}{d_i+d_j}$$={\left(\frac{{\rho }_l{k}_{\mathrm{rl}}}{{\mu }_l}\right)}_{\mathrm{ij}+1/2}\left(\frac{A_{\mathrm{ij}}{k}_{\mathrm{ij}+1/2}}{d_i+d_j}\right)[(P_{\mathrm{lj}}-{\rho }_{l,\mathrm{ij}+1/2}{H}_j)-(P_{\mathrm{li}}-{\rho }_{l,\mathrm{ij}+1/2}{H}_i)]$取${\xi }_{l,\mathrm{ij}+1/2}={\left(\frac{{\rho }_l{k}_{\mathrm{rl}}}{{\mu }_l}\right)}_{\mathrm{ij}+1/2},{\tau }_{\mathrm{ij}}=\frac{A_{\mathrm{ij}}{k}_{\mathrm{ij}+1/2}}{d_i+d_j},$则流体组分l为油、水、气；ρ_l,ij+1/2的含义是l相沿着单元i和j连通处的密度；H_i的含义是单元i中心的深度；H_j的含义是单元j中心的深度；d_i的含义是单元i中心到边界的距离；d_j的含义是单元j中心到边界的距离；A_ij的含义是单元i和单元j的界面面积；k_ij+1/2的含义是沿着单元i和j连通处的平均绝对渗透率；采用有限体积法进行空间离散后，采用向后一阶差分进行时间离散，得离散化后单元i的方程为：$\frac{V_i}{\mathrm{\Delta t}}[{\left(m_l\right)}_i^{n+1}-{\left(m_l\right)}_i^n]-\underset{j\in {\eta }_i}{\Sigma }{Q}_{l,i,j}^{n+1}-q_{\mathrm{li}}^{n+1}=0---\left(6\right)$其中，m是质量,上标n表示是前一时刻的量,上标n+1表示是当前时刻的量,V_i是单元i的体积,Δt是时间步长,η_i是同单元i相连接的单元j的集合，Q_l,ij是单元i同单元j之间l组分的质量流动项，q_li是单元i内l组分的源汇项；单元i为基质、裂缝或溶洞；（3）建立各单元块之间多相流体流动的数学模型a当流体流动为Darcy流时：$v_l=-{\lambda }_l(▿P_l-{\rho }_{l}G)$式（6）中单元之间通过连接(i,j)的流动项Q_l,ij表示为：其中传导系数为${\xi }_{l,\mathrm{ij}+1/2}={\left(\frac{{\rho }_l{k}_{\mathrm{rl}}}{{\mu }_l}\right)}_{\mathrm{ij}+1/2}$流度为①如果流动为管流，传导系数是${\tau }_{\mathrm{ij}}=\frac{{\mathrm{\pi r}}^4}{8(d_i+d_j)};$②如果流动是平行壁间层流，传导系数为${\tau }_{\mathrm{ij}}=\frac{{\mathrm{wb}}^3}{12(d_i+d_j)};$其中，A_ij是单元i和j的界面面积，d_i是单元i中心点到单元i和单元j之间界面的距离；w是平行壁的宽度；b是平行壁间的开度；r是圆管的半径；k_ij+1/2是沿着单元i和j连通处的平均绝对渗透率；式(6)中的流动势为：其中，H_i是单元i中心的深度；b当流体流动为高速非Darcy流时：采用Forchheimer公式如下描述多相流体高速非Darcy流动：$-({▿P}_l-{\rho }_{l}G)=\frac{1}{{\lambda }_l}{v}_l+{\beta }_l{\rho }_l{v}_l\left|v_l\right|$其中，β_l是多相流动条件下，l相流体的等效非Darcy流系数，单位为m^-1；非Darcy流时，式(5)中通过单元i和j连接的流动项Q_l定义为：其中传导系数为${\bar{\tau }}_{\mathrm{ij}}=\frac{4{\left(k^2{\rho }_l{\beta }_l\right)}_{\mathrm{ij}+1/2}}{d_i+d_j},$流度为${\bar{\lambda }}_l=\frac{k_{\mathrm{rl}}}{{\mu }_l};$①当流体流动为管流时：即连续型的溶洞中流体的流动近似用管流来描述，则${\bar{\lambda }}_{l,\mathrm{ij}}={\left(\frac{S_l}{{\mu }_l}\right)}_{\mathrm{ij}+1/2}$传导系数是${\bar{\tau }}_{\mathrm{ij}}=\frac{{\pi }^2{r}^4{\left({\rho }_l{\beta }_l\right)}_{\mathrm{ij}+1/2}}{16(d_i+d_j)};$②如果流动是平行壁间层流，传导系数为${\bar{\tau }}_{\mathrm{ij}}=\frac{b^4{\left({\rho }_l{\beta }_l\right)}_{\mathrm{ij}+1/2}}{36(d_i+d_j)};$其中，b是平行壁间的开度；r是圆管的半径；式（5）对于不同维数的区域都有着相同的形式，因此适用于一维、二维和三维缝洞型介质中多相流的分析和计算；（4）块内单元间流动的处理过程：根据复杂介质块内溶洞、裂缝和基岩分布的几何特点，归纳总结出若干个块内单元分布模式；对于不同的分布模式，确定传导系数，即：①基质－裂缝间的流动为：${\tau }_{\mathrm{mf}}=\frac{A_{\mathrm{mf}}{k}_m}{d_{\mathrm{mf}}}$其中，A_mf是裂缝单元和基质单元之间的连接面积；k_M是基质的绝对渗透率；d_mf是裂缝－基质间流动的特征距离；②裂缝－溶洞间的流动为：${\tau }_{\mathrm{fv}}=\frac{A_{\mathrm{fv}}{k}_v}{d_{\mathrm{fv}}}$其中，A_fv是裂缝单元和溶洞单元之间的连接面积；d_fv是裂缝－溶洞间流动的特征距离；k_V是溶洞的绝对渗透率，等于连接溶洞和裂缝之间小裂缝的渗透率；对于同裂缝隔绝的溶孔，则不需要计算裂缝－溶洞间的流动；③溶洞－基质间的流动为：${\tau }_{\mathrm{mv}}=\frac{A_{\mathrm{mv}}{k}_m}{d_{\mathrm{mv}}}$其中，A_vm是溶洞单元和基质单元之间的连接面积；d_vm是溶洞－基质间流动的特征距离；块内单元之间的流度、流动项的计算，同块间单元的计算方法相同。