一種油藏數值模擬方法及系統與流程
2024-02-24 00:31:15
本發明涉及油藏領域，特別是涉及一種油藏數值模擬方法及系統。
背景技術：
在油藏數值模擬中，近井區域的非均質性和射孔壓裂等情況對模擬精度的影響很大。現有的油藏數值模擬技術，由於計算能力的限制，不能將複雜的近井情況考慮進去，因此模擬的結果並不準確。
因此，如何提供一種計算量小、模擬精度高的油藏數值模擬方法及系統，成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種油藏數值模擬方法，該模擬方法的計算量小，模擬精度高。
為實現上述目的，本發明提供了如下方案：
一種油藏數值模擬方法，所述方法包括：
根據近井效應發生區域確定初選近井區域；
根據井筒直徑及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定所述初選近井區域內的壓力等勢線；
根據各所述壓力等勢線確定最終近井區域；
根據所述最終近井區域內的壓力等勢線建立最終近井區域的近井粗網格模型；
對所述最終近井區域以外的油藏區域建立遠井區域模型；
根據所述近井粗網格模型和所述遠井區域模型確定關於油藏數值的滲流模型，以預測所述油藏區域的壓力分布和產量。
可選的，所述近井效應發生區域包括：井筒、壓裂裂縫及地層汙染地帶中的至少一個，所述地層汙染地帶為因完井方式或增產措施而引起的地層汙染地帶。
可選的，所述根據井筒直徑及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定所述初選近井區域的壓力等勢線具體包括：
根據井筒直徑構建所述初選近井區域的精細網格模型，所述精細網格模型包括若干精細網格；
根據所述精細網格模型及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定各所述精細網格的壓力；
根據各所述壓力確定所述初選近井區域的壓力等勢線。
可選的，所述滲流方程為單相不可壓縮流體方程。
可選的，所述根據各所述壓力等勢線確定最終近井區域具體包括：
從各所述壓力等勢線中篩選出各所述壓力等勢線對應的區域包圍所述近井效應發生區域的初選壓力等勢線；
從各所述初選壓力等勢線中篩選出與井筒距離最小的次選壓力等勢線，所述次選壓力等勢線對應的區域為最終近井區域。
根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：
本發明首先根據近井效應發生區域確定初選近井區域，然後根據初選近井區域內的壓力等勢線確定最終近井區域，使最終近井區域的近井粗網格模型不僅能精確模擬近井效應的影響，而且網格數量少，計算量小。
本發明的目還在於提供一種油藏數值模擬系統，該模擬系統的計算量小，模擬精度高。
為實現上述目的，本發明提供了如下方案：
一種油藏數值模擬系統，所述系統包括：
初選近井區域確定模塊，用於根據近井效應發生區域確定初選近井區域；
壓力等勢線確定模塊，用於根據井筒直徑及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定所述初選近井區域內的壓力等勢線；
最終近井區域確定模塊，用於根據各所述壓力等勢線確定最終近井區域；
近井粗網格模型確定模塊，用於根據所述最終近井區域內的壓力等勢線建立最終近井區域的近井粗網格模型；
遠井區域模型確定模塊，用於對所述最終近井區域以外的油藏區域建立遠井區域模型；
滲流模型確定模塊，用於根據所述近井粗網格模型和所述遠井區域模型確定關於油藏數值的滲流模型，以預測所述油藏區域的壓力分布和產量。
可選的，所述近井效應發生區域包括：井筒、壓裂裂縫及地層汙染地帶中的至少一個，所述地層汙染地帶為因完井方式或增產措施而引起的地層汙染地帶。
可選的，所述壓力等勢線確定模塊具體包括：
細網格模型確定單元，用於根據井筒直徑構建所述初選近井區域的精細網格模型，所述精細網格模型包括若干精細網格；
網格壓力確定單元，用於根據所述精細網格模型及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定各所述精細網格的壓力；
等勢線生成單元，用於根據各所述壓力確定所述初選近井區域的壓力等勢線。
可選的，所述滲流方程為單相不可壓縮流體方程。
可選的，所述最終近井區域確定模塊具體包括：
第一篩選單元，用於從各所述壓力等勢線中篩選出各所述壓力等勢線對應的區域包圍所述近井效應發生區域的初選壓力等勢線；
第二篩選單元，用於從各所述初選壓力等勢線中篩選出與井筒距離最小的次選壓力等勢線，所述次選壓力等勢線對應的區域為最終近井區域。
根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：
相對於現有技術，本發明的油藏數值模擬系統與上述油藏數值模擬方法的有益效果相同，在此不再贅述。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明實施例1油藏數值模擬方法的流程圖；
圖2為本發明實施例1步驟12的流程圖；
圖3為本發明實施例2油藏數值模擬系統的結構框圖；
圖4為本發明實施例2壓力等勢線確定模塊22的結構框圖；
圖5為本發明實施例3初選近井區域的示意圖；
圖6為本發明實施例3壓力等勢線的示意圖；
圖7為本發明實施例3最終近井區域的示意圖；
圖8為本發明實施例3近井粗網格模型的網格分布圖；
圖9為本發明實施例3近井粗網格模型的網格連接關係圖；
圖10為本發明實施例3近井粗網格模型和遠井區域模型的網格分布圖；
圖11為本發明實施例3近井粗網格模型和遠井區域模型的網格連接關係圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明的目的是提供提供一種油藏數值模擬方法，該模擬方法的計算量小，模擬精度高。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
實施例1：
如圖1所示，油藏數值模擬方法包括：
步驟11：根據近井效應發生區域確定初選近井區域，其中，近井效應發生區域包括：井筒、壓裂裂縫及地層汙染地帶中的至少一個，地層汙染地帶為因完井方式或增產措施而引起的地層汙染地帶；
步驟12：根據井筒直徑及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定初選近井區域內的壓力等勢線，本實施例中，滲流方程為單相不可壓縮流體方程；
步驟13：根據各壓力等勢線確定最終近井區域；
步驟14：根據最終近井區域內的壓力等勢線建立最終近井區域的近井粗網格模型；
步驟15：對所最終近井區域以外的油藏區域建立遠井區域模型；
步驟16：根據近井粗網格模型和遠井區域模型確定關於油藏數值的滲流模型，以預測油藏區域的壓力分布和產量。
如圖2所示，步驟12：根據井筒直徑及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定初選近井區域內的壓力等勢線包括：
步驟121：根據井筒直徑構建初選近井區域的精細網格模型，精細網格模型包括若干精細網格；
步驟122：根據精細網格模型及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定各精細網格的壓力；
步驟123：根據各壓力確定初選近井區域的壓力等勢線。
具體地，步驟13：根據各壓力等勢線確定最終近井區域具體包括：
從各壓力等勢線中篩選出各壓力等勢線對應的區域包圍近井效應發生區域的初選壓力等勢線；
從各初選壓力等勢線中篩選出與井筒距離最小的次選壓力等勢線，所述次選壓力等勢線對應的區域為最終近井區域。
現有的方法中近井模型的範圍是人為選定的，選小了不能充分模擬近井效應的影響，計算結果不精確；選大了會造成網格數量過多，計算量巨大。本發明中近井模型的邊界與近井模型區域的等壓面相吻合，精確地給定了對油氣生產有很大影響的近井區域的最小範圍，節省了計算時間。
實施例2：
如圖3所示，本發明的油藏數值模擬系統包括：
初選近井區域確定模塊21，用於根據近井效應發生區域確定初選近井區域，其中，近井效應發生區域包括：井筒、壓裂裂縫及地層汙染地帶中的至少一個，地層汙染地帶為因完井方式或增產措施而引起的地層汙染地帶；
壓力等勢線確定模塊22，用於根據井筒直徑及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定所述初選近井區域內的壓力等勢線；
最終近井區域確定模塊23，用於根據各所述壓力等勢線確定最終近井區域；
近井粗網格模型確定模塊24，用於根據所述最終近井區域內的壓力等勢線建立最終近井區域的近井粗網格模型；
遠井區域模型確定模塊25，用於對所述最終近井區域以外的油藏區域建立遠井區域模型；
滲流模型確定模塊26，用於根據所述近井粗網格模型和遠井區域模型確定關於油藏數值的滲流模型，以預測所述油藏區域的壓力分布和產量。
如圖4所示，壓力等勢線確定模塊22具體包括：
細網格模型確定單元221，用於根據井筒直徑構建所述初選近井區域的精細網格模型，所述精細網格模型包括若干精細網格；
網格壓力確定單元222，用於根據所述精細網格模型及井筒生產達到穩態時的滲流方程，確定各所述精細網格的壓力；
等勢線生成單元223，用於根據各所述壓力確定所述初選近井區域的壓力等勢線。
具體地，最終近井區域確定模塊23具體包括：
第一篩選單元，用於從各壓力等勢線中篩選出各壓力等勢線對應的區域包圍近井效應發生區域的初選壓力等勢線；
第二篩選單元，用於從各初選壓力等勢線中篩選出與井筒距離最小的次選壓力等勢線，次選壓力等勢線對應的區域為最終近井區域。
本發明將精確模擬結果的等壓面作為近井模型的邊界，確保了近井模型的準確性的同時，還減少了網格的數量，提高了計算效率。
實施例3：油藏數值模擬方法包括：
(1)根據近井效應發生區域確定初選近井區域：
如圖5所示，本實施例的研究對象為油藏中有一口帶有壓裂裂縫52的垂直井筒51，初選近井區域54的範圍應該比近井效應發生區域53的範圍更大一些，即初選近井區域54應該包圍近井效應發生區域53，以使後續步驟對精細網格的計算，外邊界不會對近井區域的流動造成影響。實際模型為三維模型，為了方便理解，本實施例將示意圖畫成簡單的二維概念模型，圖5所示為俯視圖。
(2)根據井筒直徑構建初選近井區域的精細網格模型：
採用tetgen方法建立高精度的非結構化三維四面體網格，網格的尺寸小到井筒尺寸，因此不需要井指數。
現有技術中都是對整個油藏劃分粗網格，在井的周圍進行局部網格加密，或者分別建立精細的細網格近井模型和粗網格油藏模型，通過適當的網格粗化方法減少近井區域的網格數量，以提高計算效率。
由於現有的方法中井筒所在的網格尺寸還是遠大於井筒的尺寸，因此一般採用peaceman井筒模型，引入一個井指數，通過公式：將井底壓力與井網格的壓力通過井筒流量聯繫起來，其中，wi是井指數，μ表示流體粘度，p1和p2分別表示井網格的壓力和井筒的壓力。
由於peaceman模型求井指數是基於穩態求解的，而且與網格的大小也有很大的關係，因此並不準確。本發明提供的模擬方法不需要計算井指數，將井筒單元顯示處理，井指數變成了井筒網格與周圍網格之間的傳導率，提高了模擬的準確度。
基於初選近井區域的精細網格模型，求解井筒生產達到穩態時的滲流方程解：
考慮單相不可壓縮流體方程：
其中，表示拉普拉斯算子，k表示地層滲透率，p為壓力。
同時給定合適的內外邊界條件，為了方便計算，本實施例將外邊界條件設置為pω＝1，內邊界條件為：pw＝0
採用有限體積法將方程(1)進行數值離散求解，求出每一個細網格的壓力，畫出壓力等勢線圖，如圖6所示。
根據壓力等勢線的走向，確定最終近井區域的具體範圍：
如圖7所示，從各壓力等勢線中篩選出各壓力等勢線對應的區域包圍近井效應發生區域53的初選壓力等勢線，初選壓力等勢線包括：第一壓力等勢線71、第二壓力等勢線72和第三壓力等勢線73；
從各初選壓力等勢線中篩選出與井筒51距離最小的次選壓力等勢線，即第三壓力等勢線73，次選壓力等勢線即第三壓力等勢線73對應的區域為最終近井區域，最終近井區域必須包圍近井效應發生區域53。
對於有長裂縫貫穿的井來說，近井模型構建存在困難。因為近井模型若包含裂縫會造成計算量巨大，並且難以實現。若不包含裂縫，那麼分布在粗網格中的裂縫很難被準確的模擬，有較大的誤差。本發明提供的有效的近井模型建立方法，可以獲取既能充分反映近井特徵，又能減少計算量的近井模型的最佳範圍。
確定最終近井區域的近井粗網格模型：
如圖8所示，按照等壓線的分布劃分徑向環狀網格，以確保在同一個網格內各點的壓力是相等的。根據需要可以將每個環狀的網格再分成幾個網格，也可以不細分。如圖9所示，本實施例的近井區域共劃分了5個網格，分別為1個井筒網格90和4個近井網格，4個近井網格包括：第一近井網格91、第二近井網格92、第三近井網格93和第四近井網格94。其中，井筒網格90的大小就是井筒實際大小，各網格之間的連接關係如圖9所示。
確定近井粗網格模型的等效參數：
粗網格的等效參數可由其所包含的所有的細網格的參數計算得到，具體計算過程如下：
令i、j分別表示相鄰的兩個粗網格的序號，i、j分別表示相鄰的兩個細網格的序號。
(1)粗網格的體積等於其所包含的所有細網格的體積之和：
其中，vi表示第i個粗網格的體積，vi表示第i個細網格的體積。
(2)粗網格的孔隙度等於其所包含的所有細網格的滲透率對其體積的加權平均：
其中，表示第i個粗網格的平均孔隙度，φi表示第i個細網格的孔隙度。
(3)粗網格的壓力等於其所包含的所有細網格的壓力對其體積的加權平均：
其中，表示第i個粗網格的平均壓力，pi表示第i個細網格的壓力。
(4)兩相鄰粗網格之間的流量等於交界面上細網格之間的流量之和：
其中，qij表示相鄰的第i個粗網格和第j個粗網格之間的流量，qij表示在相鄰的第i個粗網格和第j個粗網格交界面兩端相鄰的兩個細網格第i個細網格和第j個細網格之間的流量，pj表示第j個細網格的壓力，tij表示第i個細網格和第j個細網格之間的傳導率：
其中，aij表示相鄰兩細網格第i個細網格和第j個細網格之間的接觸面積，di和dj分別為第i個細網格和第j個細網格的單元中心到交界面的垂直距離，kij+1/2為第i個細網格和第j個細網格沿連接方向的絕對滲透率的調和平均值，k表示滲透率，ki和kj分別表示第i個細網格和第j個細網格的滲透率：
其中，係數wi和wj為距離權函數：
(5)兩個相鄰粗網格之間的傳導率等於流經兩個粗網格接觸面的流量除以兩個粗網格之間的壓力差。
其中，tij表示相鄰的第i個粗網格和第j個粗網格之間的傳導率，表示第i個粗網格的平均壓力，表示第j個粗網格的平均壓力。
有了粗網格的體積、孔隙度和傳導率就可以進行後續的求解。目前的網格粗化方法是在兩個需要粗化的相鄰網格兩端施加假定的壓差作為邊界來求解流動方程，從而求出兩個相鄰的粗網格的傳導率。由於壓差是假定的，與實際情況可能不符，所以傳導率的計算並不精確。本發明提供了一種新的網格粗化方法，不需要人為地假定壓差，提高了計算的準確度。
建立遠井區域模型，並將近井粗網格模型和遠井區域模型結合：
遠井區域模型中粗網格的劃分和兩模型的結合如圖10所示，近井粗網格模型和遠井區域模型的網格連接關係如圖11所示。只有近井粗網格模型101中的第四近井網格94和遠井區域模型102中的網格1、2相連接，兩個模型之間的參數傳遞就在於這兩組相鄰網格中。第四近井網格94和遠井區域模型中的網格1之間，以及第四近井網格94和遠井區域模型中的網格2之間的傳導率的計算方法與確定近井粗網格模型的等效參數的計算方法相同。如圖10可見，由於初始近井區域54的範圍較大，網格1和2也被包括進去了，因此可以由細網格的參數算出這兩組相鄰粗網格的傳導率。
確定遠井區域模型的粗網格等效參數：
遠井區域模型的粗網格的體積和孔隙度參數很容易求出，而相鄰兩粗網格之間的傳導率可以用公式來計算，其中，aij表示相鄰兩粗網格第i個粗網格和第j個粗網格之間的接觸面積，kij+1/2為第i個粗網格和第j個粗網格沿連接方向的絕對滲透率的調和平均值，di和dj分別為第i個粗網格和第j個粗網格的單元中心到交界面的垂直距離。
在粗網格系統中求解滲流模型，可以計算出壓力，飽和度，產量等一系列參數，從而模擬和預測油藏區域的壓力分布和產量及油藏生產。
滲流模型包括：質量守恆方程和達西滲流方程。
本實施例採用控制體積法求解滲流模型，質量守恆方程的積分形式如下：
其中，dv表示選取的任意控制體單元，表示該控制體單元的邊界，da表示邊界上的面，ρ為流體密度；v為滲流速度；n為面da的單位外法線向量，因此上式左端項面積分中的負號表示流入；qm為源匯項，表示單位時間單位體積內增加的物質量，qm>0為源項，即注入為正；φ為多孔介質孔隙度。
達西滲流方程如下：
式中，k′為多孔介質的滲透率張量；u為流體粘度；p為流體壓力；d為深度；g為重力加速度常數。
將上述兩個方程結合後寫成差分形式：
式中，δt表示時間步間隔，v表示控制體單元體體積，λ表示流度，λ＝ρ/μ，n表示時間步，表示在第n+1時間步在網格i內的源匯項，在本實施例中，只有當i表示井筒網格90時才存在，並且等於井筒內的流量，其他情況下為0。tij為相鄰粗網格間的傳導率，φ為流動勢，例如第n+1時間步網格i的流動勢的定義如下：
其中，pin+1表示n+1時間步下網格i的壓力，表示n+1時間步下從網格i流入網格j的流體的密度的平均值，g表示重力加速度di表示單元i中心點的深度。
將公式(12)寫成殘差形式，構造jacobian矩陣，用newton-raphson方法迭代求解，就可以求出油藏不同時刻，不同位置處的的壓力和流量，從而模擬出油藏的長期生產動態。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。