縫洞型油藏大尺度縫洞體等效模擬方法研究

高艷霞，李小波,彭小龍，張曉

(中石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

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縫洞型油藏大尺度縫洞體等效模擬方法研究

高艷霞，李小波,彭小龍，張曉

(中石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

針對(duì)目前縫洞型油藏仍采用常規(guī)油藏?cái)?shù)值模擬器的現(xiàn)狀，提出了更符合縫洞型油藏大尺度縫洞體流體流動(dòng)規(guī)律的等效數(shù)值模擬方法。該方法是在分析縫洞型油藏儲(chǔ)滲空間類型和流體流動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，對(duì)大尺度縫洞體等效滲透率大小的確定和分布進(jìn)行研究。分析表明對(duì)大尺度縫洞體進(jìn)行等效模擬時(shí)可以基于Possuellie方程設(shè)置等效滲透率近似值；通過模型方案對(duì)比，在采用滲流模型等效模擬Darcy-Stokes模型時(shí)，等效滲透率分布應(yīng)設(shè)置為縫洞體中間大、邊部小。該方法從縫洞型油藏流體流動(dòng)規(guī)律的角度出發(fā)尋找到了對(duì)大尺度縫洞體等效模擬的有效途徑。

縫洞型油藏；大尺度縫洞體；等效模擬；等效滲透率

塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏儲(chǔ)滲空間主要為巖溶縫洞、縫洞又具有多尺度性和連通多樣性以及流體流動(dòng)規(guī)律極其復(fù)雜的典型特征[1]。目前在該類油藏縫洞系統(tǒng)流動(dòng)特征的研究方面雖然提出了滲流和自由流動(dòng)耦合的Darcy-Stokes油水兩相流模型，但是都還沒有形成成熟的流動(dòng)理論和數(shù)值模擬方法，對(duì)該類油藏的數(shù)值模擬方面基本搬用多重連續(xù)介質(zhì)理論即采用常規(guī)油藏模擬方法。大尺度縫洞體為縫洞型油藏一類極其重要的儲(chǔ)集體，因此利用現(xiàn)有的油藏?cái)?shù)值模擬軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)該類儲(chǔ)集體流動(dòng)規(guī)律等效模擬方法的研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。

1　縫洞型油藏典型特征

1.1儲(chǔ)滲空間類型

塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏是經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和古巖溶共同作用形成的一種特殊類型的油藏。其基質(zhì)不具有儲(chǔ)滲能力，裂縫-溶洞既是主要儲(chǔ)油空間，也是主要的流動(dòng)通道[1,2]。對(duì)溶洞可分為溶蝕孔隙、溶蝕孔洞、大尺度縫洞，通過鉆井、錄井、測(cè)井、地震解釋以及動(dòng)態(tài)分析研究證實(shí)，有直徑達(dá)數(shù)米以上的大尺度縫洞存在；對(duì)裂縫可分為溶蝕裂縫和寬度相對(duì)較大的構(gòu)造裂縫。

1.2流體流動(dòng)規(guī)律分析

在縫洞型油藏中儲(chǔ)滲空間分布不僅具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性而且縫洞本身具有多尺度性?？p洞儲(chǔ)集體的組合關(guān)系將是影響認(rèn)識(shí)流體流動(dòng)規(guī)律的主要因素之一。根據(jù)研究的需要將縫洞儲(chǔ)集體按不同的組合方式和規(guī)模分成4類：裂縫型、裂縫-孔洞型、溶洞-裂縫型、大尺度縫洞型。前3種縫洞組合類型中流體流動(dòng)規(guī)律都符合滲流規(guī)律，可分別采用裂縫溶洞雙重介質(zhì)滲流模型模擬。

大尺度縫洞型包括了半填充和未填充的大裂縫和大溶洞，其特征尺度達(dá)數(shù)米以上，分布的間距大，儲(chǔ)集能力和流動(dòng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于微小裂縫和孔洞?？p洞內(nèi)流體流動(dòng)規(guī)律已不單屬于滲流或自由流動(dòng)，而是滲流和自由流動(dòng)的耦合流動(dòng)，對(duì)大尺度縫洞可以采用Darcy-Stokes油水兩相流模型來模擬[3～5]，但是該模型的運(yùn)用還不夠成熟到商業(yè)運(yùn)用階段。

2　大尺度縫洞體等效模擬方法

2.1等效滲透率大小的確定

圖1　多孔介質(zhì)壁面平行板模型

在大尺度縫洞體中流體流動(dòng)包含了邊界微小縫洞的滲流和大尺度縫洞內(nèi)的自由流動(dòng)。當(dāng)只關(guān)注流體的宏觀流動(dòng)規(guī)律時(shí)，對(duì)模型進(jìn)行簡化可以將三維的問題轉(zhuǎn)化為二維，流體的流動(dòng)可以認(rèn)為是平板狀或管流流動(dòng)模式。

如果平行板模型中的邊界不是固壁，而是以多孔介質(zhì)作為壁面，在壁面附近的流動(dòng)特征則應(yīng)符合Beaverse-Joseph-Sofman模型邊界條件[6](圖1)。在一些簡單情況下可以得到具有多孔介質(zhì)壁面的速度分布公式，可以看出在壁面上速度為一定值v0。

(1)

式中：v*為流體速度分布，m/s；v0為壁面速度，m/s；b為平行板間寬度，m；p為壓力，MPa；μ為黏度，Pa·s；x為水平方向距離，m；y為垂直方向距離，m。

(2)

如不考慮式(1)第2項(xiàng)壁面流速，則可得到平行板間等效的滲透率值為b2/12。該值就是滲流力學(xué)常用來研究微觀滲流時(shí)確定平行板滲透率的計(jì)算公式及Possuellie方程。可以看出大尺度縫洞內(nèi)的等效滲透率值是與溶洞的半徑大小、裂縫的寬度以及空間位置有關(guān)的動(dòng)態(tài)值。而滲流模型中滲流區(qū)域的滲透率卻是一個(gè)定值。如果以整個(gè)大尺度縫洞為參考對(duì)象,則可以得到縫洞總體平均的等效滲透率為一個(gè)定值，那么可采用b2/12來等效大尺度縫洞和裂縫的滲透率。

2.2等效滲透率的分布

圖2　機(jī)理模型

等效滲透率計(jì)算公式可以確定等效滲透率的大小，但是還不能比較準(zhǔn)確地刻畫多相流體在大尺度縫洞內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)和充分解決等效滲透率如何取值的問題。

分析認(rèn)為達(dá)西滲流定律所反映的流速是平均流速，對(duì)于那些不需要關(guān)注內(nèi)部流動(dòng)細(xì)節(jié)的流動(dòng)系統(tǒng)，滲流模型可簡單快速地實(shí)現(xiàn)那些復(fù)雜模型的功能。對(duì)于多相流動(dòng)，需要關(guān)注流體的分布形態(tài)，而流速的差異對(duì)于流體的分布具有重要的影響。多孔介質(zhì)壁面速度為定值其實(shí)反映了Beaverse-Joseph-Sofman模型邊界條件(在流體速度分布的法線方向上多孔介質(zhì)壁面的流體速度不是漸變?yōu)榱?，而是存在一個(gè)與多孔介質(zhì)滲流區(qū)域有關(guān)的一個(gè)定值[6])；平板中心的流速高于邊部的流速體現(xiàn)了流體黏性應(yīng)力的作用。因此，通過建立機(jī)理模型加以說明。模型中油井直接鉆遇水平溶洞一端的頂部，溶洞邊界為多孔介質(zhì)區(qū)域且在溶洞另一端存在一個(gè)邊水水體(圖2)。模型設(shè)計(jì)2個(gè)計(jì)算方案，即分別采用Darcy-Stokes模型計(jì)算(基于Fluent UPF編程實(shí)現(xiàn))和滲流模型計(jì)算，滲流模型溶洞的滲透率按b2/12取值，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3　流體速度分布圖

可以看出不同的求解模型存在極大的差異。在圖3(a)中，Darcy-Stokes模型出現(xiàn)溶洞中心流速大于邊部的現(xiàn)象，壁面速度為一定值；圖3(b)中，滲流模型的溶洞中心和邊部的流速基本相同，且壁面速度基本為零；此外，Darcy-Stokes模型中心流度大于滲流模型平均流度。

在水驅(qū)油階段中，Darcy-Stokes模型油水前緣在溶洞中心的推進(jìn)速度高于邊部，出現(xiàn)水趨向溶洞中心流動(dòng)的現(xiàn)象；滲流模型中溶洞內(nèi)流速基本相同，考慮重力的作用，水將趨向溶洞底部流動(dòng)。因此Darcy-Stokes模型預(yù)測(cè)的油井見水時(shí)間必定要早于滲流模型的結(jié)果[7]。

基于對(duì)比分析認(rèn)為，依據(jù)Darcy-Stokes模型流體在溶洞中心的速度高于邊部，因此在采用滲流模型等效模擬Darcy-Stokes模型時(shí)，應(yīng)考慮這種“非均質(zhì)性”。對(duì)于大尺度縫洞應(yīng)考慮流體在其內(nèi)部的流速差異，這種差異可以等效地理解為介質(zhì)的非均質(zhì)性，即用滲流模型等效模擬大尺度縫洞體時(shí)設(shè)置滲透率值應(yīng)中間大、邊部小。

3　實(shí)例應(yīng)用

將上述大尺度縫洞體的等效模擬方法應(yīng)用到模擬塔河碳酸鹽巖縫洞型油藏M井縫洞單元中。對(duì)識(shí)別的大尺度管流通道設(shè)置等效滲透率值進(jìn)行模擬，統(tǒng)計(jì)不同時(shí)間點(diǎn)的含水率和油井的見水時(shí)間，模擬結(jié)果如圖4所示。等效模擬方法和常規(guī)模擬方法對(duì)比，在油井見水時(shí)間上，前者早于后者；在油井見水后含水上升速度上，前者快于后者；在后期含水率變化情況上基本一致。并且模擬井的見水特征和油藏實(shí)際生產(chǎn)特征是一致的。結(jié)果表明，采用等效模擬方法能較真實(shí)地反映縫洞型油藏大尺度縫洞體流體流動(dòng)規(guī)律。

4　結(jié)論

1)縫洞型油藏大尺度縫洞體內(nèi)流體流動(dòng)規(guī)律包含了滲流和自由流動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行等效滲流數(shù)值模擬時(shí)，滲透率取值采用b2/12來等效大尺度溶洞和裂縫的滲透率。

2)通過對(duì)滲流模型和Darcy-Stokes模型對(duì)比分析，認(rèn)為用滲流模型進(jìn)行等效模擬大尺度縫洞體設(shè)置等效滲透率值時(shí)應(yīng)中間大、邊部小。

[1]漆立新,云露.塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶發(fā)育特征與主控因素[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)),2010,31(1):1～12.

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[編輯]帥群

2015-12-12

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05049)。

高艷霞(1980-)，女，碩士，工程師，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)研究工作，260828289@qq.com。

TE311

A

1673-1409(2016)14-0066-04

[引著格式]高艷霞，李小波，彭小龍，等.縫洞型油藏大尺度縫洞體等效模擬方法研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(14):66～69.