基于基质-裂缝非稳态窜流油藏裂缝数值模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术属于复杂裂缝网络数值模拟技术领域，公开了一种基于基质‑裂缝非稳态窜流的致密油藏数值模拟方法及系统，储层中水力裂缝导流能力最大，天然裂缝导流能力次之，基质导流能力最低，模型用离散裂缝处理水力裂缝，用双重介质处理基质和天然裂缝；在网格剖分过程中，在水力裂缝处剖分较密的网格，即显式处理水力裂缝，而天然裂缝和基质共用一套网格；在获得离散方程后，通过添加井约束条件、辅助方程和边界条件可以获得封闭的方程系统，通过牛顿迭代法求取各个时间步的压力和饱和度。本发明专利技术提高了大数量级裂缝存在的油藏模拟效率；利用连续性介质假设处理基质和天然裂缝间的流量交换，模拟程序能准确表征基质和裂缝间的非稳态窜流问题。

Fracture numerical simulation method and system based on matrix fracture unsteady flow reservoir

【技术实现步骤摘要】
基于基质-裂缝非稳态窜流油藏裂缝数值模拟方法及系统
本专利技术属于水平井数值模拟
，尤其涉及一种基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法及系统。
技术介绍
随着我国国民经济不断发展，国内石油需求日益增加，但供需矛盾不断增大，仅2018年对外依存度高达70.9％，国家面临严峻的石油安全问题。我国常规石油资源量越来越少，接替石油资源逐年增加。致密油成为非常规油气勘探开发的新热点，我国在鄂尔多斯、渤海湾、准噶尔、四川、松辽等盆地获得致密油工业油流，地质资源量超过200亿吨。我国致密储层物性差、地层能量低、油水分布复杂，导致单井产量低、经济效益差，需要经过大规模压裂改造后才能形成有效产能。水平井技术和体积压裂技术作为致密储层改造的有效途径，目标是形成空间裂缝网络，增大油藏改造体积，从而增大储层泄流面积及区域整体泄油能力，提高单井产量和最终采收率。致密油一般具有人工压裂裂缝-天然裂缝-基质等流动空间，传统的数值模拟方法已不能适应致密油的产量预测，应该匹配新的数值模拟手段。目前，致密油数值模拟方法可以分为以下三类：扩展的连续介质模型，离散裂缝模型和嵌入式离散裂缝模型。1.扩展的连续介质模型连续介质模型主要基于双重介质模型发展来，模型将基质和天然裂缝看作两种独立的介质，通过定义窜流因子，计算基质和裂缝间的窜流量。模型对裂缝形态进行了简化，不能够精确的描述裂缝的位置信息，因此，是一种不精确的模型。但是基于该模型开发的数值模拟方法往往计算速度快，在天然裂缝发育时适用性强。后来，双重介质模型得到了进一步的发展，多重作用连续介质模型被提出，模型主要对基质系统进行细分，能够较好的模拟基质中的流动，但由于增加了计算网格数目，计算速度低。2.离散裂缝模型离散裂缝模型主要对裂缝进行显式处理，在裂缝附近进行网格加密以此准确计算裂缝周围的压力和饱和度值。离散裂缝模型的离散方法可以选择有限元、有限体积等方法，由于在裂缝附近网格需要加密，因此，计算过程中形成的矩阵规模往往较大，计算效率受到影响。3.嵌入式离散裂缝模型嵌入式离散裂缝模型是目前致密油数值模拟方面较为常用的方法，该方法利用结构网格对基质域进行离散，通过基质网格边界确定裂缝的离散结果。虽然在离散过程中裂缝进行了降维处理，但在计算过程中，裂缝仍然保持真实维度。在计算过程中，需要处理三类非相邻链接，即同一基质网格内裂缝链接、不同基质网格内裂缝间链接和基质网格和裂缝的链接。嵌入式离散裂缝模型操作简单，计算速度具有优势，但是在裂缝密度较大时，离散的单元过多，计算效率会降低。目前，上述方法在致密油藏压裂后水平井渗流规律方面都得到相应的应用，为致密油体积压裂水平井的产能分布及预测奠定了理论基础。但是仍然存在较多问题。综上所述，现有技术存在的问题是：基于连续介质模型的数值模拟方法不能够准确表征裂缝形态，因此，计算的准确性降低，而离散裂缝模型由于网格过多，在储层中存在大数量级天然裂缝的情况下模拟效率低。解决上述技术问题的难度：由于致密油藏的开发往往通过压裂获得产能，压裂后储层中存在水力压裂裂缝、天然裂缝和基质系统，流体在不同介质中流动，需要根据不同介质的特征建立相应的流动模型并对不同介质进行有效耦合，并建立计算效率高、精度高的数值模拟方法，以准确的预测产能。解决上述技术问题的意义：目前，针对水力裂缝-天然裂缝-基质的耦合渗流数值模拟方法仍然缺乏，本专利技术提供一种新的多尺度耦合流动计算方法，能够充分考虑不同介质中流体的流动特征，在计算效率和计算精度方法都具有优势，能够用来分析致密油藏压裂后产能特征，对致密油藏开发方案制定具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法。本专利技术是这样实现的，一种基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法，所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法包括以下步骤：第一步，储层中存在天然裂缝、基质和水力裂缝；储层中天然裂缝发育，在实际的网格剖分过程中，在水力裂缝处剖分较密的网格，即显式处理水力裂缝，而天然裂缝和基质将共用一套网格；第二步，按着双重介质处理天然裂缝与基质之间的流动；模型用离散裂缝模型处理水力裂缝，用双重介质模型处理基质和天然裂缝；第三步，在获得离散方程后，通过添加井约束条件、辅助方程和边界条件可以获得封闭的方程系统，求取各个时间步的压力。进一步，所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法的模型用离散裂缝模型处理水力裂缝，用双重介质模型处理基质和天然裂缝。进一步包括：裂缝系统流动满足达西定律：其中，Φ为势，Pa；稳态假设下，基质和裂缝之间的窜流满足：形状因子由下式确定：其中Lx，Ly，Lz为基质块特征长度，m；适应该该现象的数值模拟器具体如下：裂缝系统和基质系统的连续性方程为：得到完整的数学模型：对方程进行离散得：其中：在获得离散方程后后，通过添加井约束条件条件、辅助方程和边界条件获得封闭的方程系统，进而求取各个时间步的压力；求解流程进行求解。进一步，所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法的两相流动模拟，将模型扩展到油水两相流动，基质向裂缝的窜流模型分别考虑拟稳态模型和非稳态模型。进一步包括：对于裂缝和基质，两相流动方程满足如下方程：其中，kr为相对渗透率，在裂缝中连续性方程描述：基质中，油和水相方程满足：裂缝中油和水的数学模型为：在基质系统中满足：裂缝中的油水饱和度满足：Sof+Swf＝1；裂缝中的油水毛管力方程满足：pcowf＝pof-pwf；基质中的油水饱和度均满足：Som+Swm＝1；基质中的油水毛管力方程满足：pcowm＝pom-pwm；添加相应的边界条件即可构成封闭的方程组，离线求解；离散得：其中，Pcow为毛管力；与单向流动相比，λw,o和Tw,o应增加相对渗透率相，在获得离散方程后，在每一个时间步通过添加井控制条件，得到求解的方程组，在已知初始条件下，运用牛顿迭代方法进行求解。本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法的基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟系统，所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟系统包括：参数采集处理模块，用于采集致密油藏的储层参数、水力裂缝参数、天然裂缝参数、基质参数和井生产参数等，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法，其特征在于，所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法包括以下步骤：/n第一步，储层中存在天然裂缝、基质和水力裂缝；储层中天然裂缝发育，在网格剖分过程中，在水力裂缝处剖分较密的网格，即显式处理水力裂缝，而天然裂缝和基质将共用一套网格；/n第二步，按着双重介质处理天然裂缝与基质之间的流动；模型用离散裂缝模型处理水力裂缝，用双重介质模型处理基质和天然裂缝；/n第三步，在获得离散方程后，通过添加井约束条件条件、辅助方程和边界条件可以获得封闭的方程系统，求取各个时间步的压力和饱和度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法，其特征在于，所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法包括以下步骤：
第一步，储层中存在天然裂缝、基质和水力裂缝；储层中天然裂缝发育，在网格剖分过程中，在水力裂缝处剖分较密的网格，即显式处理水力裂缝，而天然裂缝和基质将共用一套网格；
第二步，按着双重介质处理天然裂缝与基质之间的流动；模型用离散裂缝模型处理水力裂缝，用双重介质模型处理基质和天然裂缝；
第三步，在获得离散方程后，通过添加井约束条件条件、辅助方程和边界条件可以获得封闭的方程系统，求取各个时间步的压力和饱和度。


2.如权利要求1所述的基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法，其特征在于，所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法的模型用离散裂缝模型处理水力裂缝，用双重介质模型处理基质和天然裂缝。


3.如权利要求2所述的基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法，其特征在于，进一步包括：
裂缝系统流动满足达西定律：



其中，Φf为裂缝中流体的势；vf为流体流速；kf为裂缝渗透率；μ为流体粘度；稳态假设下，基质和裂缝之间的窜流满足：



其中，u*为基质和裂缝间的窜流量；km为基质渗透率；pf为裂缝压力；pm为基质压力；稳态假设下，基质和裂缝之间的窜流满足：
形状因子由下式确定：



其中Lx，Ly，Lz为基质块特征长度，m；
考虑基质与裂缝间的非稳态窜流，适应该现象的数值模拟器具体如下：



裂缝系统和基质系统的连续性方程为：






其中，ρ为流体密度；ρf为裂缝中流体密度；ρm为基质中流体密度；qm为源汇项；φf为裂缝孔隙度；φm为基质孔隙度；t为时间；pi为初始压力；
得到的完整数学模型为：






对方程进行离散得：






其中：






其中，Φm为基质中流体的势；Vb为网格体积；A为网格间接触面积；d为网格间距；n为时间步；
在获得离散方程后，通过添加井约束条件条件、辅助方程和边界条件获得封闭的方程系统，进而求取各个时间步的压力。


4.如权利要求1所述的基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法，其特征在于，所述基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法的两相流动模拟，将模型扩展到油水两相流动，基质向裂缝的窜流模型分别考虑拟稳态模型和非稳态模型。


5.如权利要求4所述的基于基质-裂缝非稳态窜流的致密油藏裂缝数值模拟方法，其特征在于，进一步包括：
对于裂缝和基质，两相流动方程满足如下方程：



其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建春，周文新，秦婳婷，潘广轩，
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