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文档序号:36265764发布日期:2023-12-06 09:23阅读:1来源:国知局
基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法与流程
基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法、装置和设备
技术领域
1.本发明涉及油气田勘探开发技术领域,具体来讲,涉及一种基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法

一种基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价装置

一种实现储层产能评价方法的计算机设备和一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质



背景技术:

2.在非常规油气资源成为国家重要能源接替和力争实现“双碳”目标的双重背景下,作为清洁能源的页岩气是我国油气资源领域的重点勘探开发对象

由于页岩气储层具有致密

超低孔和超低渗的特点,必须通过水力压裂技术对其进行储层改造,实现页岩气储层增产建产和有效开发

压裂过程中向地层注入高压流体压开裂缝,同时注入大量支撑剂颗粒支撑裂缝,为压后裂缝提供支撑导流能力,保证获得有效产能

与常规低渗储层压裂不同,页岩储层压裂通常采用“大排量

大液量

低粘度

强加砂”的模式,通过打碎储层

形成复杂裂缝网络并扩大改造体积,支撑剂只能在裂缝网络局部形成支撑,部分裂缝闭合后依靠裂缝面错位形成自支撑,裂缝网络整体呈现混合支撑模式

由于目前对混合支撑模式下裂缝网络导流能力认识不清

多依赖经验估算,缺乏有效理论指导缝网导流能力计算,导致压裂设计和产能预测不准确,限制了页岩气资源的高效利用

因此,准确评估页岩裂缝网络产能具有重要意义

3.目前预测油气井产能的方法主要有递减经验法

解析法和数值模拟法

递减经验分析法,运用常规的
arps
递减模型或者针对页岩气井的
du-ong、ple、sepd

lgm
等产量递减模型对页岩气井进行产量递减分析和技术可采储量评价

例如,
2021
年2月
10
日公开的名称为基于物质平衡原理的页岩气井产能评价方法的论文文献中记载了一种基于物质平衡理论的页岩气井产能评价新方法,该方法能准确有效地评价页岩气井产能和地层能量的下降,但需要生产井的历史数据和生产资料

由于中国页岩气井采用定产量或变产量的生产制度,其拟合效果和评价结果均难以取得理想效果

解析法基于渗流理论建立页岩气井的产能预测模型,考虑页岩气的吸附解吸和扩散等特点,经过严格的公式推导得到产能表达式,再带入所需参数计算达到预测产能的目的

在利用解析

半解析解求解压裂井产能的方法中,点源解

拉式空间变换

格林函数

数值反演等方法得到较多的应用

例如,
2021
年7月
25
日公开的名称为页岩气非均匀压裂水平井非稳态产能评价方法的论文文献中记载了一种产能评价方法,胡小虎在考虑吸附气解吸

扩散

渗透率应力敏感等影响,在双重介质页岩气藏综合渗流微分方程的基础上,运用源函数势叠加方法建立并求解了非均匀压裂水平井非稳态产能预测方法

4.目前对人工压裂井动态研究大多都采用数值模拟,即用一条高渗透网格条带来描述裂缝

将储层离散成节点,通过节点上的渗流方程和守恒方程的结合实现储层流动和产能的模拟

产能预测理论也是基于单缝产量预测,以上所述的研究工作都是以恒定裂缝宽度作为假设,但实际上支撑裂缝宽度从缝端到缝口逐渐变化,恒定缝宽模型假设与实际不符

例如,曾凡辉等于
2013
年9月公开的名称为致密砂岩气藏水平井分段压裂优化设计与应
用的论文文献中采用不同渗流模型开展了致密气

页岩气等储层产能预测研究,并将所建产量预测模型计算结果与实例井和传统模型计算结果进行了对比,其吻合程度高

可靠性强

郭建春等于
2013
年3月公开的名称为楔形裂缝压裂井产量预测模型的论文文献中基于压降叠加原理和直接边界元法建立了拟稳定状态下楔形垂直裂缝压裂井产量预测模型

该模型假设裂缝水平剖面为楔形,将裂缝视为若干线汇,耦合线汇在油藏中产生的压降以及裂缝中的流动压降,求解出压裂井在拟稳定状态下的无因次产量,使用该楔形裂缝模型可以快速计算不同缝宽和穿透比的压后产量,确定最优的裂缝宽度变化量和穿透比

5.解析法求解速度快,但建立混合支撑复杂裂缝网络产能模型复杂,而模型简化后也与实际差异较大

现有数值模拟方法未考虑页岩裂缝网络混合支撑的特征

6.基于此,本发明提供一种用于页岩气储层混合支撑裂缝网络产能预测的方法,旨在为页岩气储层压力设计和压后产能评估提供指导



技术实现要素:

7.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项

例如,本发明的目的之一在于提供一种油气藏储层混合支撑裂缝网络产能预测的方法,以实现油气藏储层压后的混合支撑裂缝网络产能预测

8.为了实现上述目的,本发明一方面提供了一种基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法,所述储层产能评价方法包括以下步骤:
s1、
确定支撑前页岩储层区块的几何参数,建立第一几何模型,其中,支撑前页岩储层区块由基质区和裂缝区构成;
s2、
对第一几何模型进行离散化,使用欧拉数值方法模拟支撑剂在复杂缝网中的运移和铺置形态,确定有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的几何参数;
s3、
基于有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的几何参数,建立支撑后页岩储层区块的第二几何模型;
s4、
确定基质区

有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的粘性阻力系数和惯性阻力系数;
s5、
对第二几何模型进行离散化,建立储层支撑后的多重介质单向流动的有限元数值模型,经迭代计算不同时刻的储层残余流体质量

9.在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例中,所述储层产能评价方法还可包括步骤
s6
:根据不同时刻储层残余流体质量计算产出流体质量,并预测不同区块不同时刻下累计产出流体体量

10.在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例中,所述步骤
s4
可包括以下子步骤:
s41、
确定有效支撑裂缝区孔隙度;
s42、
基于自支撑裂缝区的长度和宽度,确定自支撑裂缝区孔隙度;
s43、
基于压裂施工资料,确定地层孔隙度;
s44、
基于储层各区域孔隙度和颗粒直径,分别确定储层各区域的粘性阻力系数和惯性阻力系数,其中,储层各区域包括基质区

有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区

11.在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例中,当闭合压力趋于零时,有效支撑裂缝区孔隙度的表达式可为:式中,
φ0为闭合压力为0时裂缝孔隙度,无量纲;
r1为支撑剂半径,
mm
;当闭合压力大于零时,有效支撑裂缝区孔隙度的表达式可为:式中,
φ
为孔隙
度,无因次;w为裂缝初始宽度,
mm

β
为支撑剂变形量,
mm
;k为距离系数,无量纲,取1;
p1为闭合压力,
mpa

e1为杨氏模量,
mpa

v1为泊松比;dp
为颗粒直径,
mm。
12.在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例中,可采用
ergun
公式计算裂缝区与基质区的粘性阻力系数和惯性阻力系数,所述
ergun
公式如下所示:式中,
1/
α
为惯性阻力系数,
1/m

φ
为孔隙度,无因次;dp
为颗粒直径,
mm

c2为粘性阻力系数,
1/m2。
13.在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例中,所述步骤
s3
中,支撑剂有效铺置高度的计算式可为:自支撑裂缝高度的计算式可为:其中,
he为支撑剂有效铺置高度,m;
hf为自支撑裂缝高度,m;
l
为施工后水力裂缝的缝长,m;s为支撑剂在裂缝中的铺置可视面积,
m2。
14.在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例中,所述储层支撑后的多重介质单向流动的有限元数值模型可包括连续性方程

动量方程

能量方程和
laminar
层流瞬态模型,且整个数值模型采用
simple
求解

15.本发明另一方面提供了一种基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价装置,所述储层产能评价装置包括第一几何模型构建模块

第一网格模型构建模块

缝网形态模拟模块

裂缝高度确定模块

第二几何模型构建模块

第二网格模型构建模块

基本储层参数确定模块

流出速度计算模块和储层残余质量计算模块,其中,所述第一几何模型构建模块,被配置为根据支撑前页岩储层区块的几何参数,建立第一几何模型;所述第一网格模型构建模块与所述第一几何模型构建模块连接,被配置为针对第一几何模型进行离散化,并设置压力出口边界和壁面边界,以获得第一网格模型;所述缝网形态模拟模块与所述第一网格模型构建模块连接,被配置为根据欧拉数值方法模拟支撑剂在复杂缝网中的运移和铺置形态;所述裂缝高度确定模块与所述缝网形态模拟模块连接,被配置为根据支撑剂的铺置形态确定有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的几何参数;所述第二几何模型构建模块与所述裂缝高度确定模块连接,被配置为根据有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的几何参数,建立支撑后页岩储层区块的第二几何模型;所述第二几何模型构建模块与所述第二网格模型构建模块连接,被配置为针对第二几何模型进行离散化,并设置压力出口边界和壁面边界,以获得第二网格模型;所述基本储层参数确定模块,被配置为获取基本储层参数,所述基本储层参数包括基质区

有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的粘性阻力系数

惯性阻力系数和孔隙度;所述流出速度计算模块与所述基本储层参数确定模块连接,被配置为建立储层支撑后的多重介质单向流动的有限元数值模型,模拟获得不同时刻的流体流出速度;所述储层残余质量计算模块与所述流出速度计算模块连接,被配置为根据流体流出速度与模拟时间的关系曲线,计算获得储层残余流体质量

16.在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价装置的一个示例性实施例中,所述储层产能评价装置还可包括储层产能预测模块,所述储层产能预测模块与所述储层残余质量计算模块连接,被配置为根据不同时刻储层残余流体质量计算产出流体质量,并计
算输出不同区块不同时刻下累计产出流体体量

17.本发明再一方面提供了一种计算机设备,所述计算机设备包括:处理器;存储器,存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如上所述的储层产能评价方法

18.本发明再一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,其特征在于,当计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的储层产能评价方法

19.与现有技术相比,本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项:
20.(1)
本发明基于计算流体力学数值模拟方法,实现了储层压后的混合支撑裂缝网络产能预测,提高了产能预测的准确性;
21.(2)
本发明为其他类型油气井产能预测提供了一种新思路和方法,能够为页岩气和页岩油井合理配产制度的科学制定提供理论依据

附图说明
22.通过下面结合附图进行的描述,本发明的上述和其他目的和
/
或特点将会变得更加清楚,其中:
23.图1示出了本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例的流程示意图

24.图
2a
示出了本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例的区块第一几何模型示意图;
25.图
2b
示出了本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例的区块第二几何模型示意图

26.图3示出了本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例的区块裂缝网格示意图

27.图4示出了本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例的区块累计产量曲线图

具体实施方式
28.在下文中,将结合示例性实施例来详细说明本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法

装置和设备

29.需要说明的是,“第一”、“第二”等仅仅是为了方便描述和便于区分,而不能理解为指示或暗示相对重要性
。“上”、“下”、“左”、“右”仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系,而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置

对于本领域普通技术人员而言,本文中的部分术语“压力”相当于压强

30.本发明通过获取水力体积压裂储层及裂缝的几何结构及物性参数,通过模拟支撑剂在复杂裂缝内的铺置形态获取裂缝内的有效支撑区域和自支撑区域的几何参数

由此,将页岩储层分为基质

自支撑及有效支撑三个区域

首先,通过有限体积法离散多孔介质单向流动方程组

其次,采用
icem
软件对复杂裂缝网络模型剖分,将网格模型导入计算流体动力学
(computational fluid dynamics

cfd)
软件中,使用欧拉数值方法模拟支撑剂在复杂缝网中的运移和铺置形态

根据支撑剂铺置形态,再次使用
icem
将简化储层模型裂缝划分
为有效支撑区域和自支撑区域;在流体力学计算软件中,根据气体状态方程考虑气体压缩性,采取
laminar
层流模型计算支撑裂缝中气体流动能力,并通过
ergun
模型计算基质

有效支撑裂缝及自支撑区域的惯性阻力系数和粘性阻力系数

根据地层实际设置压力出口和壁面边界条件,对不同时刻的气体流出速度进行数值模拟

计算完成后,导出气流速度与时间关系曲线,并对该曲线面积积分,即可获得不同时刻下气井产量

31.为了实现上述目的,本发明一方面提供了一种基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法

32.在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价方法的一个示例性实施例中,储层产能评价方法包括以下步骤

33.步骤
s1、
确定支撑前页岩储层区块的几何参数,建立第一几何模型,其中,支撑前页岩储层区块由基质区和裂缝区构成

34.几何参数可包括支撑前页岩储层区块的长度
l、
支撑前页岩储层区块的高度
h、
支撑前页岩储层区块的宽度
w、
水力裂缝的缝宽
w2、
缝长
l2、
缝高
h2、
射孔数
n、
射孔间距d间
和射孔直径d孔

其中,支撑前页岩储层区块的宽度w应由基质区的宽度
w1和裂缝区的宽度
w2组成,支撑前页岩储层区块的长度
l
可与基质区的长度
l1、
裂缝区的长度
l2相等,支撑前页岩储层区块的高度h可与基质区的高度
h1、
裂缝区的高度
h2相等

35.例如,根据施工现场的地质特征

测井资料进行施工参数设计,获取射孔数
n、
射孔间距d间
和孔眼直径d孔
;根据所需压裂液支撑剂种类以及现场加砂压裂泵注程序等,采用压裂设计软件
(

fracpropt)
模拟获得施工后水力裂缝的缝高
h2、
缝宽
w2和缝长
l2。
36.根据所确定的水力裂缝几何结构缝宽
w2、
缝长
l2、
缝高
h2,以及设计给定的射孔位置

孔口尺寸及间距,采用计算机软件
(

autocad、proe
或者
gambit、icem)
建立简化后具有水力裂缝的第一几何模型

37.步骤
s2、
对第一几何模型进行离散化,使用欧拉数值方法模拟支撑剂在复杂缝网中的运移和铺置形态,确定有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的几何参数

38.具体来讲,可以采用结构化网格技术对第一几何模型进行离散化,也可以采用非结构化网格技术对第一几何模型进行离散化

39.将建立的第一几何模型在
gambit

icem
软件中进行网格划分

在网格划分软件中将第一几何模型的射孔位置定义为速度进口边界,裂缝末端则定义为压力出口边界条件,输出
msh
格式的网格文件

40.采用
cfd
软件
(

fluent、cfx

)

msh
格式网格文件读入,根据软件对多相流模拟流场的设置方法结合物性参数依次进行设置

完成泵注程序模拟计算后,得到该情况下的支撑剂在裂缝中的铺置形态

41.根据模拟得到的支撑剂在裂缝中的铺置形态,可确定支撑剂有效铺置高度和自支撑裂缝高度

例如,若支撑剂在裂缝中的铺置可视面积为s,则支撑剂有效铺置高度的计算式可为:
42.自支撑裂缝高度的计算式可为:
43.其中,
he为支撑剂有效铺置高度,m;
hf为自支撑裂缝高度,m;
l
为施工后水力裂缝的
缝长,m;s为支撑剂在裂缝中的铺置可视面积,
m2。
44.综上,可把裂缝区域简化为高度为
he的有效支撑裂缝和高度为
hf的自支撑裂缝

即根据模拟得到的支撑剂在裂缝中的铺置形态,通过上述支撑剂有效铺置高度和自支撑裂缝高度的计算式可分别计算获得支撑剂有效铺置高度和自支撑裂缝高度

45.步骤
s3、
基于有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的几何参数,建立支撑后页岩储层区块的第二几何模型

46.根据步骤
s1
和步骤
s2
中所确定的水力裂缝几何结构缝宽
w2、
缝长
l2、
缝高
h2、
有效支撑裂缝高度
he、
自支撑裂缝高度
hf,结合现场压裂施工相关资料确定射孔数
n、
射孔间距d间

孔眼直径d孔

井筒波及范围r波

地层孔隙度
φ
等参数,采用几何建模软件
(

autocad、pro-e、gambit、icem

)
建立多重介质流动
(
基质

有效支撑裂缝

自支撑
)
的第二几何模型

47.步骤
s4、
确定基质区

有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的粘性阻力系数和惯性阻力系数

48.具体来讲,各区域
(
基质区

有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区
)
的粘性阻力系数和惯性阻力系数的确定可包括以下子步骤

49.子步骤
s41、
确定有效支撑裂缝区孔隙度

50.当闭合压力趋于零时,有效支撑裂缝区孔隙度的表达式可为:
[0051][0052]
式中,
φ0为闭合压力为0时裂缝孔隙度,无量纲;
r1为支撑剂半径,
mm。
[0053]
压裂施工结束后,支撑剂支撑的水力裂缝在闭合压力作用下缝宽发生变化

[0054]
当闭合压力大于零时,裂缝中支撑剂堆积体里孔隙度
(
即有效支撑裂缝区孔隙度
)
近似满足以下关系:
[0055][0056][0057]
式中,
φ
为孔隙度,无因次;w为裂缝初始宽度,
mm

β
为支撑剂变形量,
mm
;k为距离系数,无量纲,取1;
p1为闭合压力,
mpa

e1为杨氏模量,
mpa

v1为泊松比;dp
为颗粒直径,
mm。
[0058]
通过对实验测得岩石的杨氏模量

泊松比等参数,即可获取裂缝内支撑剂孔隙度

[0059]
子步骤
s42、
基于自支撑裂缝区的长度和宽度,确定自支撑裂缝区孔隙度

[0060]
复杂裂缝网络中局部未获得支撑剂支撑的裂缝壁面因剪切滑移,在闭合应力作用下仍能保持残余缝宽,从而形成具有一定导流能力的自支撑裂缝

该模型中,自支撑裂缝孔隙度满足以下关系:
[0061][0062]
式中,a为自支撑区域的长度,m;b为自支撑区域的宽度,m;
φ
为孔隙度,无因次

[0063]
子步骤
s43、
基于压裂施工资料,确定地层孔隙度

[0064]
子步骤
s44、
基于储层各区域孔隙度和颗粒直径,分别确定储层各区域的粘性阻力
系数和惯性阻力系数,其中,储层各区域包括基质区

有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区

[0065]
粘性阻力系数和惯性阻力系数可以采用
ergun
公式计算,其表达式如下

[0066]
惯性阻力系数:
[0067][0068]
粘性阻力系数:
[0069][0070]
式中,
1/
α
为惯性阻力系数,
1/m

φ
为孔隙度,无因次;dp
为颗粒直径,
mm

c2为粘性阻力系数,
1/m2。
[0071]
因此,只需要得到裂缝支撑剂孔隙度和基质孔隙度,就可以计算得到对应区域的惯性阻力系数和粘性阻力系数

[0072]
步骤
s5、
对第二几何模型进行离散化,建立储层支撑后的多重介质单向流动的有限元数值模型,经迭代计算不同时刻的储层残余流体质量

[0073]
将第二几何模型导入
cfd
软件前处理软件
(gambit

icem)
,对第二几何模型的边界条件进行定义,定义射孔孔眼处为出口
(outlet)
,其余为壁面
(wall)。
定义完成后进行网格划分,为计算结果更加精确,采用六面体结构化网格划分流体域,并在裂缝区域

不同介质交界处等位置对网格适当进行加密处理

完成网格划分后,进行网格质量检测,要求不能存在网格负体积

网格最长和最短边之比
(edge ratio)
不大于
5、
网格歪斜度
(equisize skew)
不得大于
0.4。
一旦上述条件不能满足,则需重新进行网格划分,直到满足上述条件为止

质量检测合格后,导出
msh
格式网格文件

[0074]
所述储层支撑后的多重介质单向流动的有限元数值模型可包括连续性方程

动量方程

能量方程和
laminar
层流瞬态模型,且整个数值模型采用
simple
求解

[0075]
例如,针对页岩气储层支撑后的多重介质单向流动的有限元数值模型如式
(7)

(11)
所示

[0076]
(1)
连续性方程
[0077][0078]
式中,
ρg为气体的密度,
kg/m3;v为气体的速度矢量,
m/s

t
为时间,
s。
[0079]
(2)
动量方程
[0080]
微元体中流体的动量对时间的变化,等于外界作用在该微元体上的各种力之和,实际是牛顿第二定律

[0081][0082]
式中,
p
为流体压力,
pa
;g为重力加速度,
m/s2;
τ
l
为液相粘性应力张量,
pa。
[0083]
(3)
能量方程
[0084]
[0085]
式中,keff
为有效热导率系数,
w/m-k
;jj
为物质j的扩散通量,
kg/m
2-s
;hj
为物质j的焓,j;
sh为总熵,
j/k

ea为总能量,j;
t
为温度,k;
τ
eff
为有效应力张量,
pa。
[0086]
(4)
气体状态方程
[0087]
范德华针对理想气体的两个基本假设,对理想气体状态方程式进行了修正,提出实际气体的范德瓦尔方程式:
[0088][0089]
式中,
a、b
是取决于气体类型的常数

[0090]
在高压下需对理想气体状态方程进行修正,即引入一系数z,从而得到天然气的压缩状态方程为:
[0091]
pv

znrt
ꢀꢀꢀ
(11)
[0092]
式中,z通常称为压缩因子,它是给定压力和温度下,实际气体占有的体积与相同压力和温度下的理想气体所占有的体积之比

[0093]
上述模型的对象为气藏,利用该模型可以即可以实现对压裂改造后储层的产能进行预测

也可以利用上述模型实现对未改造油藏的储层产能预测,只需要根据实际情况,通过计算式
(5)
和式
(6)
调整粘性阻力系数和惯性阻力系数值的大小即可

[0094]
采用
cfd
软件
(

fluent、cfx

)

msh
格式网格文件读入,根据软件对单相流模拟流场的设置方法结合物性参数依次进行设置

具体设置步骤可包括:

网格检查;

打开
energy
模型;

选择流态为
laminar
层流瞬态模型;

定义气体物性,材料选择甲烷,其气体密度采用考虑压力变化的实际气体
pr
方程;

将三个流体域定义为多孔介质区域,并输入计算所得到的有效支撑裂缝

自支撑裂缝和基质惯性阻力和粘性阻力系数大小;

确定储集体出口压力大小并设置其为压力出口边界的值;

选择高于二阶的离散格式和小于
10-4
的残差收敛标准;

采用
simple
算法进行迭代求解;

根据地层实际压力情况对计算流体域进行压力初始化;

设定模拟时间步长
dt
进行流动方程迭代求解,即可由软件计算得到任意时刻储层残余气体质量,以此来进行产能计算

[0095]
在本实施例中,所述储层产能评价方法还可包括步骤
s6
:根据不同时刻储层残余流体质量计算产出流体质量,并预测不同区块不同时刻下累计产出流体体量

[0096]
也就是说,完成模拟计算后,可根据不同时刻储集体中剩余气体质量求得产出气体质量,通过式
(12)
即可求取不同区块不同时刻下累产气体量,达到实现产能预测的目的

[0097][0098]
式中,qit
为标况下
t
时刻第i个区块累计产气量,
m3;mi0
为第i个储集体原始气体储量,
kg
;mit

t
时刻第i个储集体气体储量,
kg

ρm为标况下气体密度,
kg/m3。
[0099]
模型模拟的具体实际步长可根据所建立模型的大小及网格的划分进行调整,在保证模型收敛性的同时加快计算速度

如若时间步长过小,会导致计算资源的浪费和计算时间成本增加,若过大则会引起模拟精度不高

在本实施例中,通过调试,模拟时间步长
dt
设定为
0.0001s。
[0100]
本发明另一方面提供了一种基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价装置

[0101]
在本发明的基于复杂缝网支撑形态的储层产能评价装置的一个示例性实施例中,储层产能评价装置包括第一几何模型构建模块

第一网格模型构建模块

缝网形态模拟模块

裂缝高度确定模块

第二几何模型构建模块

第二网格模型构建模块

基本储层参数确定模块

流出速度计算模块和储层残余质量计算模块

[0102]
其中,第一几何模型构建模块,被配置为根据支撑前页岩储层区块的几何参数,建立第一几何模型

[0103]
第一网格模型构建模块与第一几何模型构建模块连接,被配置为针对第一几何模型进行离散化,并设置压力出口边界和壁面边界,以获得第一网格模型

[0104]
缝网形态模拟模块与第一网格模型构建模块连接,被配置为根据欧拉数值方法模拟支撑剂在复杂缝网中的运移和铺置形态

[0105]
裂缝高度确定模块与缝网形态模拟模块连接,被配置为根据支撑剂的铺置形态确定有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的几何参数

[0106]
第二几何模型构建模块与裂缝高度确定模块连接,被配置为根据有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的几何参数,建立支撑后页岩储层区块的第二几何模型

[0107]
第二几何模型构建模块与第二网格模型构建模块连接,被配置为针对第二几何模型进行离散化,并设置压力出口边界和壁面边界,以获得第二网格模型

[0108]
基本储层参数确定模块,被配置为获取基本储层参数

基本储层参数包括基质区

有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的粘性阻力系数

惯性阻力系数和孔隙度

[0109]
流出速度计算模块与基本储层参数确定模块连接,被配置为建立储层支撑后的多重介质单向流动的有限元数值模型,模拟获得不同时刻的流体流出速度

[0110]
储层残余质量计算模块与流出速度计算模块连接,被配置为根据流体流出速度与模拟时间的关系曲线,计算获得储层残余流体质量

[0111]
在本实施例中,储层产能评价装置还可包括储层产能预测模块

储层产能预测模块与储层残余质量计算模块连接,被配置为根据不同时刻储层残余流体质量计算产出流体质量,并计算输出不同区块不同时刻下累计产出流体体量

[0112]
根据本发明的油气藏压裂改造后储层产能评价方法可以被编程为计算机程序并且相应的程序代码或指令可以被存储在计算机可读存储介质中,当程序代码或指令被处理器执行时使得处理器执行上述储层产能评价方法,上述处理器和存储器可以被包括在计算机设备中

[0113]
根据本发明又一方面的示例性实施例还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质

该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的储层产能评价方法的计算机程序

该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置

计算机可读记录介质的示例包括:只读存储器

随机存取存储器

只读光盘

磁带

软盘

光数据存储装置和载波
(
诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输
)。
[0114]
根据本发明又一方面的示例性实施例还提供了一种计算机设备

该计算机设备包括处理器和存储器

存储器用于存储计算机程序

计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的储层产能评价方法的计算机程序

[0115]
为了更好地理解本发明,以下结合附图和示例进一步阐明本发明内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例

[0116]
示例1[0117]
如图1所示,一种针对页岩气储层压裂后,在复杂缝网支撑剂支撑形态下的储层产能评价方法具体包括以下步骤

[0118]
(1)
步骤一:确定计算产气量的区域,建立多重介质流动
(
基质

裂缝
)
的第一几何模型

[0119]
假设计算区域长
10m
,高
1m
,宽
5m
;经过压裂改造后形成长
10m
,高
1m
,宽
10mm(

0.010m)
的主缝,和长
2.5m
,高
1m
,宽
5mm(

0.005m)
的次级裂缝

[0120]
(2)
步骤二:对第一几何模型进行离散化,获得复杂裂缝网格模型,将复杂裂缝网格模型导入
cfd
软件中,使用欧拉数值方法完成泵注程序模拟计算,获得支撑剂在复杂缝网中的运移和铺置状态

[0121]
在第一几何模型的网格划分中,将水力裂缝的射孔位置定义为速度进口边界,裂缝末端则定义为压力出口边界条件

射孔中心具体在高
20mm

50mm

80mm


[0122]
由于裂缝部分区域未被支撑,经过地层压力闭合形成自支撑区域,经过支撑剂铺置形态的模拟预测,确定自支撑裂缝高度为
0.5m。
[0123]

2a
示出了区块第一几何模型示意图;图
2b
示出了区块第二几何模型示意图


2a
和图
2b
中编号1所指向的区域是基质区,编号2所指向的区域是有效支撑裂缝区,编号3所指向的区域是自支撑裂缝区,符号d所指向的区域是射孔位置,符号c所指向的区域是压力出口

可以看出,建立第一几何模型时
(
如图
2a
所示
)
,其实只划分出了基质区和裂缝区,并没有划分有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的具体高度;经过支撑剂铺置形态的模拟后,确定出有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的真实形态位置后,依据模拟结果,建立第二几何模型
(
如图
2b
所示
)。
[0124]
具体来讲,支撑剂铺置形态的模拟预测可具体包括以下子步骤:
[0125]
a)
导入
msh
文件,并对网格模型进行质量检测,设置瞬态计算并设置好重力方向

[0126]
b)
选择欧拉-欧拉多相流模型,该模型将固相考虑为连续相,与液相在同一个方程内计算,可以大幅度的加快计算速度

相关方程式如下:
[0127]
固相
(m

s)
和液相
(m

l)
的连续性方程为:
[0128][0129]
液相的动量方程为:
[0130][0131]
固相动量方程为:
[0132][0133]
式中,g为重力矢量,
m/s2;
ρm为液相或固相的密度,
kg/m3;
αm为液相或固相的体积浓度,无因次;
τm为液相或固相的剪切应力张量,
pa
;为液相或固相的速度矢量,
m/s

β
为两个阶段之间的动量交换系数,无因次

[0134]
固相的颗粒温度
θs代表固体颗粒随机运动的动能

由动力学理论导出的运输方程采用以下形式:
[0135][0136]
式中,
κs为扩散系数,
kg/(m
·
s)
;js
为每单位砂堤体积非弹性碰撞耗散颗粒能量的比率,
kg/(m
·
s3)

π
θ
为单位砂堤体积非弹性碰撞耗散颗粒能量的比率,
kg/(m
·
s3)。
[0137]
湍流动能k及其耗散率
ε
的预测是从以下改进的液相湍流模型获得的

[0138][0139][0140]
式中,为湍流粘度系数,
pa
·s;
μ
l
为液体分子粘度,
pa
·s;gk,l
为湍流动能的生产项;
πk和
π
ε
尚未考虑

[0141]
不同方程式中使用的常数参数如下:
[0142]
σk=
1.0

σ
ε

1.3
,cμ

0.09

c1ε

1.44

c2ε

1.44。
[0143]
c)
选择标准
k-ε
湍流模型,该模型无论在单相流

多相流都得到较多的实验验证和应用

[0144][0145][0146]
式中,k为液相的湍动能,
m2/s2;
ε
为湍流耗散率,
m2/s3;gk
为湍动能的产生项,
kg
·
/m
·
s3;
gb为浮力的产生项;
ym为可压湍流中脉动扩张项;
sk、s
ε
为为液固两相间湍流交换项,
kg/m
·
s3;为湍流粘度;cμ
为常数,无因次,取cμ

0.09

σk为湍动能对应的普朗特数,无因次,取
σk=
1.0

σ
ε
为湍动耗散率对应的普朗特数,无因次,取
σ
ε

1.3

c1ε
、c2ε
、c3ε
为经验常数,无因次,取
c1ε

1.44、c2ε

1.92。
对于不可压缩流体
gb=0,
ym=0,
c3ε

0。
[0147]
d)
设置物性材料,包括压裂液粘度

密度以及支撑剂的密度

粒径等参数

[0148]
e)
选择
gidaspow
曳力模型,其相关方程式如下:
[0149][0150]
式中,cd
为相间的阻力系数,无量纲;
ρ
l
为流体密度,
kg/m3;
α
l
为液相体积分数,%;
αs为固相体积分数,%;ds
为颗粒直径,m;
μ1为湍流粘度,
pa
·s;为液相速度,
m/s
;为固相速度

[0151]
f)
设置边界条件,具体为设计入口端为速度进口,并设置速度大小,设置裂缝出口端为压力出口,其余为壁面边界

[0152]
g)
设置保存路径

[0153]
h)
流场初始化,设置计算时间步长,保证模型的收敛性并开始计算

[0154]
(3)
步骤三:根据支撑剂铺置形态,将储层裂缝划分为有效支撑区域和自支撑区域,建立多重介质流动
(
基质

有效支撑裂缝

自支撑裂缝
)
的第二几何模型

[0155]
使用
icem
软件中对第二几何模型进行建模及网格划分,为保证计算的准确性和效率,网格单元为六面体单元,区域宽度方向网格单元长度为
20mm
,长度方向网格单元长度为
20mm
,高度方向网格单元长度为
10mm
,对裂缝区域及自支撑区域进行加密以确保计算的准确性,设置为
2mm
一个网格

[0156]
另外,在第二几何模型的网格划分中,设置了三个射孔孔眼,其大小为
10mm
×
10mm
,均匀的分布在主缝区域左侧作为压力出口

[0157]
定义基质

有效支撑

自支撑区域,设定射孔位置为出口边界条件,所有外部位置定义为壁面边界条件,输出网格文件,通过网格无关性验证最终获得网格总数为
500000。
[0158]
形成的区块裂缝网格如图3所示,其中,图3中的符号a所指向的区域表示基质,符号
b1
所指向的区域表示主缝,符号
b2
所指向的区域表示次级裂缝

[0159]
(4)
步骤四:确定模型的相关输入系数,包括基质区

有效支撑裂缝区和自支撑裂缝区的粘性阻力系数和惯性阻力系数

[0160]
为了实施本发明,需要确定多孔介质的粘性阻力和惯性阻力

由于缺少实验数据,本示例选取
ergun
公式计算基质

有效支撑裂缝和自支撑区域的粘性阻力系数和惯性阻力系数

假定该气藏平均孔隙度为6%

以细砂岩为主其粒径取
0.15mm、
平均渗透率
0.2md、
闭合压力
40mpa、
支撑剂物性参数假定为:杨氏模量
30gpa、
泊松比
0.2、
支撑剂粒径
40/70


根据上述信息,最终计算得到基质和裂缝粘性阻力和惯性阻力如下表1所示

[0161]
表1模型的相关输入系数
[0162][0163]
(5)
步骤五:设置
cfd
参数,建立储层支撑后的多重介质单向流动的有限元数值模型,完成储层产能测试的数值模拟

[0164]
首先,需选择流体物性参数,甲烷是页岩气主要组分,甲烷空气密度为
0.717kg/m3。
因此,在本示例选取
cfd
软件中自带材料库中的甲烷作为本次实例中的模拟流体

[0165]
将导出的网格文件导入计算流体力学软件
fluent 19.2r2

3d
模块中,检查网格质量无误,设置长度单位为
mm
,设置重力加速度方向

打开能量方程
energy
,并选择层流
laminar
模型

由于气体在裂缝和基质中的流动速度很缓慢,其雷诺数小于
1000
,故选择层流模型模拟气体的湍流运动

[0166]
选择
fluent
材料库中甲烷材料,密度选择真实气体
pr
方程

将基质

裂缝及自支撑区域选择为多孔介质区域,并将上述表格1中计算的孔隙度

粘性阻力和惯性阻力输入

[0167]
其次,选择求解数值方案,选择
simple
算法对案例进行计算求解,空间离散中梯度项选择
least squares cell based(
基于网格中心计算
)
,压力项选择
second order
,密度项选择
second order upwind(
二阶迎风
)
,能量项则选择
second order upwind(
二阶迎风
)
格式

设置保存路径及保存时间

[0168]
最后,完成初始化及求解,对流场进行初始化,初始化压力项的值设定为
10mpa
,出口压力设置为
8mpa
,进行
2mpa
生产压差下的储层产能测试

设置完成后进行瞬态计算

由于受到计算机资源的限制,本示例设置初始计算时间步长为
dt

0.0001s
,待曲线收敛稳定后,调整
dt

0.01s
进行计算,总共计算时间
8200s。
[0169]
(6)
步骤六:提取模拟结果,完成储层产能评价

[0170]
数值模拟结束后,在
fluent

reports
版块下的
volume integrals
中提取不同时刻三个区域的总气体储集量

[0171]
计算完成后,导出气流速度与时间关系曲线,并对该曲线面积积分,即可获得不同时刻下气井产量

经处理后可得累计产气量曲线图如图4所示

[0172]
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明,但是本领域普通技术人员应该清楚,在不脱离权利要求的精神和范围的情况下,可以对上述实施例进行各种修改

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