大裂縫油藏?cái)?shù)值模擬方法及適應(yīng)性探討

董亞娟

【摘要】本文歸納總結(jié)了目前油藏?cái)?shù)值模擬中對(duì)大裂縫的幾種處理方式，重點(diǎn)介紹了一種單重介質(zhì)傳導(dǎo)型裂縫模型，并通過(guò)實(shí)例從計(jì)算效果、計(jì)算速度、收斂性、直觀性等方面對(duì)各種方法進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)得到了各方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用情況。在此基礎(chǔ)上提出了大裂縫油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)的改進(jìn)方向?！娟P(guān)鍵詞】大裂縫 油藏?cái)?shù)值模擬 單重介質(zhì)傳導(dǎo)型裂縫模型

以裂縫為主要滲流通道的裂縫性油藏在碳酸鹽巖油藏、低滲透性油藏中都占據(jù)著相當(dāng)大的比例，而壓裂開(kāi)發(fā)又是其重要的開(kāi)發(fā)方式。如何對(duì)大裂縫（包括天然大裂縫及人工壓裂裂縫）進(jìn)行科學(xué)而有效的模擬是影響開(kāi)發(fā)效果預(yù)測(cè)的重要問(wèn)題。

1 大裂縫油藏?cái)?shù)值模擬處理方法

1.1 網(wǎng)格化表征法

網(wǎng)格化表征法主要采用裂縫網(wǎng)格化技術(shù)來(lái)顯式地描述大裂縫的性質(zhì)（包括走向，形態(tài)，開(kāi)度、長(zhǎng)度等），主要有密網(wǎng)格法，局部網(wǎng)格加密法，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格法等。本文中以局部網(wǎng)格加密法為代表。

局部網(wǎng)格加密法可以顯式地對(duì)裂縫進(jìn)行建模和描述，在描述及顯示驅(qū)替過(guò)程方面表現(xiàn)較好。但有可能因?yàn)榫植苛芽p孔隙體積過(guò)小而引起收斂性困難，特別是在裂縫中的重力分異過(guò)程描述水線突進(jìn)時(shí)。另外對(duì)于復(fù)雜裂縫系統(tǒng)，局部網(wǎng)格加密法對(duì)于裂縫的描述非常復(fù)雜。

1.2 等效滲流特征描述法

等效滲流特征描述法主要采用流動(dòng)能力的等效計(jì)算對(duì)裂縫的滲流能力進(jìn)行等價(jià)。

等效級(jí)差法是該類方法的代表。主要做法是在原有網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)傳導(dǎo)率等效原則，修改包含裂縫網(wǎng)格的滲透率，近似地等價(jià)裂縫滲流效果。該方法由于使用方便，只需要修改網(wǎng)格的滲透率，因此仍然是目前經(jīng)常使用的近似裂縫模擬方法之一。但該方法在計(jì)算的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)即使將裂縫處的滲透率改的很大，仍見(jiàn)水時(shí)間晚的情況。

1.3 雙重介質(zhì)描述方法

雙重介質(zhì)模型把發(fā)育的互相連通的裂縫看成是一種連續(xù)介質(zhì)，同時(shí)把被裂縫切割的巖塊也看作一種連續(xù)介質(zhì)。兩個(gè)連續(xù)介質(zhì)在空間上是重疊的，即每個(gè)幾何點(diǎn)既屬于裂縫連續(xù)介質(zhì)也屬于基質(zhì)。裂縫和巖塊中的流體按照一定規(guī)律進(jìn)行交換。

它能夠既能體現(xiàn)裂縫系統(tǒng)高滲高速流動(dòng)的特性，同時(shí)還能反映滲吸效應(yīng)、重力效應(yīng)、分子擴(kuò)散效應(yīng)（氣驅(qū)）等驅(qū)替機(jī)理，是目前裂縫性油藏描述中較完善的模型，但它更適用于中小裂縫且均勻分布的情況，在大裂縫非均質(zhì)性較強(qiáng)的情況下對(duì)裂縫位置難以準(zhǔn)確描述，表現(xiàn)水突進(jìn)的直觀性差，且計(jì)算收斂性較差。

2 單重介質(zhì)傳導(dǎo)型裂縫模型

Paul V. L.[1]等人提出了一種提出的一種在單重介質(zhì)模型中加入傳導(dǎo)型裂縫的新的處理方法。這種方法是針對(duì)裂縫尺寸與網(wǎng)格塊相比較大，使用傳統(tǒng)的方法已經(jīng)無(wú)法描述的情況提出的，主要適用于基質(zhì)作為主要儲(chǔ)油介質(zhì)，且裂縫之間距離較大（數(shù)十米）的油藏。

該方法中裂縫的處理方式與斷層類似，主要考慮裂縫的傳導(dǎo)性。具體應(yīng)用通過(guò)修改網(wǎng)格的屬性、生成擬相對(duì)滲透率曲線函數(shù)、修改井的生產(chǎn)指數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

使用E c l i p s e數(shù)值模擬軟件建立8×8×1的正方形概念模型，網(wǎng)格大小為22m×22m×9m。設(shè)計(jì)一注一采兩口井位于對(duì)角線兩端，定注采比為1，裂縫溝通注水井和生產(chǎn)井。假定裂縫的開(kāi)度為0.01m，設(shè)計(jì)裂縫的有效滲透率為50MD，500MD，5000MD，計(jì)算對(duì)比各方案的含水上升情況。

模型對(duì)裂縫滲透率因素敏感，裂縫有效滲透率越大，生產(chǎn)水見(jiàn)水越早，含水上升越快。

3 各種方法綜合對(duì)比與適應(yīng)性分析3.1 概念模型建立

為適應(yīng)網(wǎng)格化表征法，表現(xiàn)出基質(zhì)儲(chǔ)油，裂縫導(dǎo)流的機(jī)理，建立以下的概念模型：x方向平行于裂縫，y方向垂直于裂縫，在y方向?qū)⒘芽p劃分為一個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)格寬度為裂縫縫寬，x方向劃分為多個(gè)網(wǎng)格。為減少數(shù)值困難，y方向網(wǎng)格劃分時(shí)，網(wǎng)格大小在裂縫附近選小些，離裂縫越遠(yuǎn)，網(wǎng)格尺寸變大[2]。設(shè)置一口注水井，一口生產(chǎn)井，均完井于裂縫上。裂縫縫寬取0.01m，有效滲透率為5000md。

運(yùn)用網(wǎng)格加密法、等效級(jí)差法、雙重介質(zhì)模型及單介質(zhì)傳導(dǎo)模型分別進(jìn)行計(jì)算。3.2 計(jì)算結(jié)果分析

圖1 四種方法計(jì)算含水上升規(guī)律

四種方法計(jì)算的含水上升規(guī)律如圖1所示，單重介質(zhì)傳導(dǎo)型裂縫模型與局部網(wǎng)格加密法及雙重介質(zhì)模型計(jì)算結(jié)果基本一致，在計(jì)算結(jié)果上都能達(dá)到對(duì)真實(shí)裂縫的達(dá)西滲流規(guī)律的描述。而實(shí)際應(yīng)用中常用的等效級(jí)差法見(jiàn)水晚且后期含水高，其中小網(wǎng)格的計(jì)算效果又好于大網(wǎng)格。

從計(jì)算效果、計(jì)算速度、收斂性、直觀性等方面綜合對(duì)比以上幾種方法：

（1）局部網(wǎng)格加密法是對(duì)裂縫最直接的描述，且能顯式地表現(xiàn)出油水的流動(dòng)，計(jì)算結(jié)果最能反映真實(shí)的地下達(dá)西流動(dòng)。但當(dāng)裂縫尺度較小時(shí)，模型收斂性差；當(dāng)裂縫條數(shù)多時(shí)難以操作。

（2）等效級(jí)差法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單。但使用基質(zhì)網(wǎng)格來(lái)等效裂縫增加了裂縫的儲(chǔ)油能力，計(jì)算結(jié)果欠佳。但網(wǎng)格較小時(shí)也可以做一定程度的近似。

（3）單重介質(zhì)傳導(dǎo)型裂縫模型使用方便，且可以達(dá)到與局部網(wǎng)格加密法近似的計(jì)算效果，計(jì)算速度比雙重介質(zhì)模型要快。但在對(duì)裂縫的顯示及油水運(yùn)動(dòng)描述方面存在不足。

（4）雙重介質(zhì)模型仍然是計(jì)算效果最好的模型，尤其適用于裂縫較多，難以逐條描述的情況，對(duì)大裂縫的計(jì)算效果也不比其它方式遜色。但在裂縫的顯示及油水運(yùn)動(dòng)描述方面表現(xiàn)欠佳，且計(jì)算速度較慢。

上述幾種方法仍存在著共同的缺點(diǎn)：

（1）仍然建立在達(dá)西流的基礎(chǔ)上，因此對(duì)于大裂縫類管流的流動(dòng)特征難以反映。

（2）對(duì)于裂縫形態(tài)的描述困難，對(duì)于不同方向的多條裂縫難以處理，更適用于簡(jiǎn)單的壓裂裂縫。

4 結(jié)論

（1）在大裂縫的模擬中，單重介質(zhì)傳導(dǎo)型裂縫模型與局部網(wǎng)格加密法及雙重介質(zhì)模型可以反映真實(shí)裂縫的達(dá)西滲流規(guī)律，其中單重介質(zhì)傳導(dǎo)型裂縫模型計(jì)算綜合性能最優(yōu)，可操作性最強(qiáng)。

（2）以上幾種方法在大裂縫高速非達(dá)西流描述、裂縫的形態(tài)描述方面還存在共同的缺陷，將是新一代裂縫性油藏?cái)?shù)值模擬軟件需要解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] van Lingen，P.，Sengul，M.，Daniel，J. and Cosentino，L. Single Medium Simulation of Reservoirs with Conductive Faults and Fractures. SPE 68165，SPE Middle East Oil Show，Bahrain. March 2001

[2] 李留仁，等. 低滲透油田水力壓裂垂直縫增產(chǎn)效果的數(shù)值模擬評(píng)價(jià)[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2000.9第15卷 第5期