【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油勘探
中的一种，尤其是一种采用三维有限元数值方法模拟电缆地层测试器测试过程得到测试压力变化与地层参数及仪器参数之间关系、优化测试器仪器参数的方法。
技术介绍
自从1955年第一个商用地层测试器问世以来，地层测试器从最初的只能进行采样的仪器逐渐发展到具有多种功能的、油藏地层评价中不可缺少的仪器。为了评价油藏地层，需要利用地层测试器准确的测试出地层参数，在测试时，通过检测地层测试器的压力，根据给定的流量，利用地层渗流理论即可直接测量出该层段地层渗透率、污染系数、采液指数等地层参数，因此，对地层测试器压力响应与待测地层的性质之间关系的研究也不断地发展。目前，研究测试压力与待测地层参数之间的关系主要通过解析和有限差分两类方法。解析方法根据渗流力学原理，建立测试过程的数学模型，通过解析方法求解数学模型来获得测试中地层压力变化与地层参数的关系。有限差分方法对上述所建立的测试过程的数学模型进行差分，然后用数值的方法求解得到地层压力变化与地层参数的关系。然而，上述两种方法都存在一定的不足。由于井筒的存在，使最感兴趣的压力变化区域——地层、井筒和测试探针接触面处的几何形状非常复杂，很难用数学方法描述。解析方法通常对模型进行简化，考虑地层中只存在一个球形源或笼统地引入一个几何形状因子来代表这种几何形状的复杂性，这些简化使所得到的结果与实际数据存在一定的偏差，特别是在各向异性地层中，由于无法找到椭球形流的椭球半径与实际圆盘探针半径的匹配关系，只能求助于数值方法。有限差分方法可以求解复杂的微分方程，但是求解几何形状复杂的问题时，其精度将降低，甚至发生困...
【技术保护点】
一种模拟电缆地层测试器测试的方法，其特征在于：包括如下的步骤：步骤１、建立电缆地层测试器测试过程的有限元模型，具体的建立过程为：步骤１１、根据电缆地层测试器测试中抽吸流体的状态方程、流体的运动方程和质量守恒定律，建立电缆地层 测试器测试渗流过程中的数学模型（１）：＊＊＊其中ｘ，ｙ，ｚ是坐标轴方向，ｚ与井筒方向相同，Ｋ↓［ｈ］是ｘ，ｙ方向的地层渗透率，Ｋ↓［ｖ］是ｚ方向的地层渗透率，Ｐ是地层的压力，φ是地层的孔隙度，μ是地层中流体的粘度，Ｃ↓［ｔ］ 是地层的综合压缩系数，ｔ是测试时间，Ｐ↓［０］是初始时刻和无穷远处地层的压力值，ｒ↓［ｓ］是抽吸探针的半径，ｎ↓［ｘ］、ｎ↓［ｙ］、ｎ↓［ｚ］分别是压力与ｘ，ｙ，ｚ方向夹角的余弦，ｑ是地层测试器工作时抽吸探针的流量，Ｖ是地层测试器内管线的体积，Ｃ↓［ｓ］为仪器管线中液体的压缩系数。步骤１２、建立地层测试器测试区域的几何模型；步骤１３、根据步骤１１中的数学模型（１０），给步骤１２中测试区域的几何模型加初始和边界条件，所述的内边界条件为步骤１１中方程（１３），外边 ...
【技术特征摘要】
1.一种模拟电缆地层测试器测试的方法，其特征在于包括如下的步骤步骤1、建立电缆地层测试器测试过程的有限元模型，具体的建立过程为步骤11、根据电缆地层测试器测试中抽吸流体的状态方程、流体的运动方程和质量守恒定律，建立电缆地层测试器测试渗流过程中的数学模型(1) 其中x，y，z是坐标轴方向，z与井筒方向相同，Kh是x，y方向的地层渗透率，Kv是z方向的地层渗透率，P是地层的压力，φ是地层的孔隙度，μ是地层中流体的粘度，Ct是地层的综合压缩系数，t是测试时间，P0是初始时刻和无穷远处地层的压力值，rs是抽吸探针的半径，nx、ny、nz分别是压力与x，y，z方向夹角的余弦，q是地层测试器工作时抽吸探针的流量，V是地层测试器内管线的体积，Cs为仪器管线中液体的压缩系数。步骤12、建立地层测试器测试区域的几何模型；步骤13、根据步骤11中的数学模型(10)，给步骤12中测试区域的几何模型加初始和边界条件，所述的内边界条件为步骤11中方程(13)，外边界条件为步骤11中方程(12)，初始压力步骤11中方程(11)，并将所述测试区域的几何模型离散为有限个单元体，得到柱坐标系下测试过程的数学模型Σe∫∫∫ΩeφμCtrNTN∂Pe∂tdΩ+]]>Σe∫∫∫Ωe[Khr∂NT∂r∂T∂r+Khr∂NT∂o∂N∂o+Kvr∂NT∂z∂N∂z]PedΩ]]> 其中，P=P=Σi=1neNi(r,θ,z)Pi=NPe]]>N=[N1N2···Nne]]]>ne为单元结点个数；步骤14、将步骤13中的数学模型用矩阵形式表达测试器测试过程中的有限元数学模型[Cet]{P·e}+[Ke]{Pe}={Q}----(30)]]>其中[Cet]=Σe∫∫∫ΩφμCtNTNdΩ]]>为质量矩阵；[Ke]=Σe∫∫∫[B]T[K][B]dΩ]]>为刚度矩阵；[B]＝[L][N]，其中LT={∂∂x,∂∂y,∂∂z};]]> 为载荷向量； 为单元体压力对时间的导数向量；{Pe}为单元体压力向量；e为步骤13中离散后的单元；Ω为步骤12中所建几何模型的测试区域；Γ为步骤12中所建几何模型的测试区域的边界；T为向量转置符号；K为渗透率张量；q为地层测试器的抽吸流量；μ为地层流体的粘度；rs为抽吸探针的半径；V为地层测试器内的管线体积；Cs为地层测试器管线中流体的压缩系数；N为形函数矩阵；步骤2、设置有限元数学模型的地层和仪器参数，计算除压力和压力导数以外的各矩阵的值；步骤3、根据步骤2中的已知各矩阵值的有限元数学模型得到测试区域压力变化与地层参数及仪器参数之间的关系。2.根据权利要求1所述的模拟电缆地层测试器测试的方法，其特征在于在步骤3之后还包括通过显示单元显示步骤3中得到的测试区域压力变化与地层参数及仪器参数之间的关系。3.根据权利要求1或2所述的模拟电缆地层测试器测试的方法，其特征在于所述步骤11中的电缆地层测试器测试渗流过程中的数学模型(1)的建立过程为步骤110、建立状态方程ρ=ρ0e(Ct(P-P0))----(b)]]>式中ρ0是压力为P0时的地层密度Ct是地层的总压缩系数步骤111、建立测试过程中流体的运动方程，由于渗流过程遵循达西定律，该运动方程为式(c)v=-1μK·▿P----(c)]]>式中μ是流体的粘度K是地层的渗透率P是地层的压力步骤112、根据连续性方程即质量守恒方程式(a)和式(b)、(c)整理得到式(e)K▿2P=φμCt∂P∂t----(e)]]>其中，式(a)为∂(φρ)∂t+▿·(ρν)=0----(a)]]>式中φ是地层的孔隙度；ρ是地层的密度；v是流体的渗流速度；t是时间；步骤113、以抽吸探针的圆心为坐标原点，垂直地面的方向为z轴，x、y轴在水平方向建立坐标系，在各向异性地层中，假设渗透率的主轴方向与坐标系的主轴方向重合，考虑沉积岩储层的特点，渗透率在x，y方向上相同，为Kh，在z方向上不同，为Kv，则渗透率张量K=Kh000Kh000Kv,]]>得到各向异性地层中地层测试器测试过程渗流问题的数学表达式(10)Kh(∂2P∂x2+∂2P∂y2)+Kz∂2P∂z2=φμCt∂P∂t----(10)]]>步骤114、在抽吸探针处，抽吸探针与容积为V的管线相连，并以流量q抽吸地层流体，根据达西定律可以得到式(13) 式中rs是抽吸探针的半径；nx、ny、nz分别是压力与x，y，z方向夹角的余弦；Cs为仪器管线中液体的压缩系数；步骤115、结合初始条件和无穷远处的边界条件，获得地层测试器测试过程的数学模型(1)为4.根据权利要求1或2所述的模拟电缆地层测试器测试的方法，其特征在于步骤12中地层测试器测试区域几何模型的建立过程为步骤121、建立半径为re、高为h的圆柱体地层模型；步骤122、在该地层模型中减去一个与其同轴的、半径为rw的圆柱体作为地层中的井筒模型；步骤123、在上述的地层模型中，从井筒模型向内加入厚度可调的一薄层作为表皮层，其渗透率不同于地层渗透率。步骤124、取整个模型的1/4，并在井筒模型底部，建立一个半径为rs的圆形平面作为抽吸探针模型；5.根据权利要求1或2所述的模拟电缆地层测试器测试的方法，其特征在于所述步骤13中的数学模型(20)通过如下步骤得到步骤131、根据步骤11中测试渗流过程的数学模型和虚位移原理，建立该数学模型的等效积分的弱形式(21)∫∫∫...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶果，谷宁，刘书民，
申请(专利权)人：中海油田服务股份有限公司，石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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