一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法，包括步骤如下：(1)对致密岩心扫描，得到二维电镜图片，获取多孔介质孔隙空间几何信息：(2)重构数字岩心，获得数字岩心的几何结构数据文件；(3)提取数字岩心的孔隙网络模型，获得致密岩心孔隙网络模型数据文件；(4)获得每个孔隙处的压力以及每个孔喉处体积流量，从而获得流体在纳米级孔隙网络模型中的流动情况；(5)获得孔隙网络模型出口端的流体体积流量Q，根据达西定律计算孔隙网络模型的表观渗透率。本发明专利技术全新开发的孔隙网络模型克服了传统孔隙网络模型无法考虑流体在纳米孔隙中流动时边界滑移及流体有效粘度变化等特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法
本专利技术涉及一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法，属于油气田开发工程数值模拟的

技术介绍
随着各种显微技术(扫描电镜、CT等)和计算机技术的迅速发展，建立与储层岩石内部特征吻合度较好的模型，并采用数值模拟方法来研究流体在多孔介质中的流动成为了可能。孔隙网络模型是微观层面研究多孔介质中流体流动的有效方法，为模拟流体在岩心内部的流动提供了重要研究平台。相比于物理岩心实验，具有实验成本低、操作简单且实验周期短的优势。相比于数字岩心，孔隙网络模型具有计算效率高的特点，计算时孔隙仅作为流体的储存空间而不作为流动空间，孔喉内的流动直接根据现有的流量公式计算而无需模拟具体的流动细节。孔隙网络模型是利用简单的几何体(如圆形、任意三角形或者正方形柱状体)代替岩心中的孔隙和喉道，并用它们组成的空间网络来代表岩石的复杂孔隙空间。目前很多研究已证明在特定情况下孔隙网络模型可以定量预测流体在多孔介质中的流动。但前提是孔隙网络模型必须在物理上真实反映它们所代表岩石的孔隙结构，以及输入的第一流动方程(孔喉传导率方程)必须能正确描述流体在每个孔喉中的流动。致密油的一大标志即储集层存在大量百纳米级别的孔隙，这使得孔隙壁面与流体分子的相互作用比常规储层更加重要。大量实验显示纳米通道中的流体流动规律显著偏离宏观流动方程，如纳米圆管中的水的流量显著高于Hagen-Poiseuille方程所预测的体积流量。纳米尺度流体流动与宏观流体流动的两个显著的区别是固—液界面上的速度滑移和由于界面层的存在所导致的流体有效粘度的变化，模拟流体在致密储层纳米级孔隙网络中的流动时，则还需要考虑多种多样的孔喉形状。传统的孔隙网络模型在计算流体在孔喉处流动的传导率时，采用有限元方法求解无滑移边界条件的N-S方程得到单管的流体流量，从而获得孔喉处的传导率(赵秀才.数字岩心及孔隙网络模型重构方法研究[D].)，并没有考虑流体在纳米通道中流动的特点，依靠其开发的孔隙网络模型并不能准确描述流体在纳米多孔介质中的流动。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法，克服了传统孔隙网络模型无法考虑流体在纳米孔隙中流动时边界滑移及流体有效粘度变化等特性；本专利技术通过计算流体动力学建模分析给出了不同截面形状的单管在纳米尺度条件下的传导率计算公式，考虑了流体在固液界面的速度滑移以及流体有效粘度的变化。并将其应用于孔隙网络建模分析。术语解释：1、传导率：流体沿毛细管流动时，单位压力梯度下的体积流量。2、形状因子：用以表征孔隙网络模型中孔隙和喉道的截面形状，表达式为：式中，P为截面周长，A为截面积。3、滑移长度：速度矢量的切向分量为0时的外推长度，是表征滑移效应对管中流体流动影响的一个度量，用Ls表示。4、无量纲滑移长度：滑移长度与通道横截面积的1/2次方的比值，表达式为：本专利技术的技术方案为：一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法，包括步骤如下：(1)通过扫描电镜对致密岩心扫描，得到二维电镜图片，获取多孔介质孔隙空间几何信息：多孔介质孔隙空间几何信息包括孔隙喉道形状、大小及其连接关系；(2)基于步骤(1)获得的二维电镜图片，采用马尔可夫链-蒙特卡洛法(MCMC)数值重构数字岩心，获得数字岩心的几何结构数据文件；所述几何结构数据文件包括每个像素点及该像素点对应的几何结构，几何结构包括岩心孔隙和岩石骨架；例如，所述几何结构数据文件中每个像素点分别对应着0和1，0表示当前像素点为孔隙空间，1表示当前像素点为岩石骨架。其中马尔可夫链-蒙特卡洛法(MCMC)的数字岩心重构技术参考文献为：WuK,DijkeMIJV,CouplesGD,etal.3DStochasticModellingofHeterogeneousPorousMedia–ApplicationstoReservoirRocks[J].TransportinPorousMedia,2006,65(3):443-467.(3)利用最大球法提取步骤(2)所述数字岩心的孔隙网络模型，获得致密岩心孔隙网络模型数据文件；所述孔隙网络模型数据文件包括孔隙喉道截面形状因子、孔隙喉道半径、孔隙喉道长度、孔隙喉道位置、孔隙喉道连接关系及孔喉平均配位数；其中，所述最大球算法的参考文献为：王晨晨.碳酸盐岩介质双孔隙网络模型构建理论与方法[D].青岛:中国石油大学(华东),2013.博士论文第2章内容；(4)对于孔隙网络模型中的每个孔隙进行质量守恒，对于不可压缩流体，则必须满足体积守恒，如式(I)所示：式(I)中，i、j是指孔隙网络模型中任意相邻的两个孔隙；qij是通过其相互连接的喉部从相邻孔隙j流入孔隙i的体积流量，Pi是孔隙i中的压力，gij是连接孔隙i和孔隙j吼道的水力传导率；Pj是孔隙j中的压力；求解方程组以获得每个孔隙处的压力以及每个孔喉处体积流量，从而获得流体在纳米级孔隙网络模型中的流动情况；如图2所示，Ls为滑移长度。(5)获得孔隙网络模型出口端的流体体积流量Q，根据达西定律计算孔隙网络模型的表观渗透率。根据本专利技术优选的，所述步骤(4)中，连接孔隙i和孔隙j吼道的水力传导率gij通过计算流体动力学建模分析得到，在建模过程中考虑了固-液边界的速度滑移及由于界面层的存在所导致的流体有效粘度的变化，计算公式如式(II)所示：式(II)中，A是通道横截面积，μ是流体体相粘度；G为形状因子，k为界面层厚度，P为喉道截面周长，Lsd为无量纲的滑移长度，h为粘度系数，它是边界层流体粘度与宏观流体粘度的比值；a、b、c、d、e、f是拟合数据获得的经验常数，当G≥0.04时，a＝-0.16，b＝0.12，c＝6.4，d＝-0.0055，e＝-50，f＝1.7，当G<0.04时，a＝-0.012，b＝0.057，c＝2，d＝-0.0052，e＝-38，f＝3.2。根据本专利技术优选的，所述步骤(5)，根据达西定律计算孔隙网络模型的表观渗透率；计算公式如式(III)所示：式(III)中，K为孔隙网络模型表观渗透率，μ是流体体相粘度，L是模型长度，A为流动截面面积，△P是流动压差。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术给出了不同截面形状的单管在纳米尺度条件下的传导率计算公式，考虑了固液边界的速度滑移及由于界面层的存在所导致的流体有效粘度变化对流体流动的影响，并将该传导率计算公式用于孔隙网络建模分析。全新开发的孔隙网络模型克服了传统孔隙网络模型无法考虑流体在纳米孔隙中流动时边界滑移及流体有效粘度变化等特性。2、本专利技术所建立的孔隙网络模型已经发展到能模拟单相牛顿流体在致密岩石中的流动及渗透率预测，所预测的表观渗透率考虑了液体的滑移效应及流体有效粘度变化的影响，更加准确地描述了液体在纳米多孔介质中的流动。附图说明图1为本专利技术基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法的流程框图；图2为对比例不考虑流体在纳米尺度流动特性、实施例考虑流体在纳米尺度流动特性分别获取的模拟单相牛顿流体在纳米通道中流动效果的对比图；图3为对比例、实施例在纳米通道中流动的速度场对比示意图。图4为实施例建立的孔隙网络模型所求渗透率与对比例所求渗透率对比示意图。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)对致密岩心扫描，得到二维电镜图片，获取多孔介质孔隙空间几何信息：多孔介质孔隙空间几何信息包括孔隙喉道形状、大小及其连接关系；(2)基于步骤(1)获得的二维电镜图片，数值重构数字岩心，获得数字岩心的几何结构数据文件；所述几何结构数据文件包括每个像素点及该像素点对应的几何结构，几何结构包括岩心孔隙和岩石骨架；(3)提取步骤(2)所述数字岩心的孔隙网络模型，获得致密岩心孔隙网络模型数据文件；所述孔隙网络模型数据文件包括孔隙喉道截面形状因子、孔隙喉道半径、孔隙喉道长度、孔隙喉道位置、孔隙喉道连接关系及孔喉平均配位数；(4)对于孔隙网络模型中的每个孔隙进行质量守恒，对于不可压缩流体，则必须满足体积守恒，如式(I)所示：

【技术特征摘要】
1.一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)对致密岩心扫描，得到二维电镜图片，获取多孔介质孔隙空间几何信息：多孔介质孔隙空间几何信息包括孔隙喉道形状、大小及其连接关系；(2)基于步骤(1)获得的二维电镜图片，数值重构数字岩心，获得数字岩心的几何结构数据文件；所述几何结构数据文件包括每个像素点及该像素点对应的几何结构，几何结构包括岩心孔隙和岩石骨架；(3)提取步骤(2)所述数字岩心的孔隙网络模型，获得致密岩心孔隙网络模型数据文件；所述孔隙网络模型数据文件包括孔隙喉道截面形状因子、孔隙喉道半径、孔隙喉道长度、孔隙喉道位置、孔隙喉道连接关系及孔喉平均配位数；(4)对于孔隙网络模型中的每个孔隙进行质量守恒，对于不可压缩流体，则必须满足体积守恒，如式(I)所示：式(I)中，i、j是指孔隙网络模型中任意相邻的两个孔隙；qij是通过其相互连接的喉部从相邻孔隙j流入孔隙i的体积流量，Pi是孔隙i中的压力，gij是连接孔隙i和孔隙j吼道的水力传导率；Pj是孔隙j中的压力；求解方程组以获得每个孔隙处的压力以及每个孔喉的体积流量，从而获得流体在纳米级孔隙网络模型中的流动情况；(5)获得孔隙网络模型出口端的流体体积流量Q，根据达西定律计算孔隙网络模型的表观渗透率。2.根据权利要求1所述的一种基于孔隙网络模型的致密油流动模拟及渗透率预测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，连接孔隙i和孔隙j吼道的水力传导率gij通过计算流体动力学建模分析得...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚军，郭曜豪，张磊，孙海，杨永飞，杨谦洪，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37