压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法，包括以下步骤：获取产能预测数值模拟的输入参数；将所述输入参数输入预先建立的裂缝、油藏和井筒三者之间耦合的耦合模型；对所述耦合模型进行全隐式差分求解获取压裂水平井产能预测的数值模拟结果。本发明专利技术在预先建立的完整的裂缝-油藏-井筒耦合的耦合模型的基础上，对于输入参数，利用N-R迭代方法对耦合模型进行了全隐式差分，从而实现了对油藏、裂缝、井筒参数的同时求解。本发明专利技术考虑到了油藏、裂缝、井筒之间的耦合关系，即不仅考虑到油藏和裂缝，还考虑到了油藏-裂缝之间的流量以及裂缝-井筒之间的流量，从而使其获得的井产能预测数值模结果与压裂水平井实际情况更加吻合。

【技术实现步骤摘要】
压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法
本专利技术涉及地质勘探数值模拟
，尤其是涉及一种压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法。
技术介绍
20世纪90年代以来，水平井技术广泛应用于油气田的开发。水平井增加了井与油藏的接触面积、提高了油气产量和最终采收率，水平井技术的发展，解决了一些直井不能有效解决的问题。但对于低渗透油藏，单纯依靠水平井开发，单井产能依然很低，这是由低渗透油藏的自身特点所决定的，由于渗透率低，渗流阻力大，连通性差，需要利用水平井对低渗透油藏进行压裂改造以进一步增加产量和最终采收率，通常需要压开多条裂缝以增加渗流通道。尤其对于薄互层低渗透油藏，利用直井压裂不能达到很好的效果，利用水平井分段压裂技术可以沟通多个油层，并且产能可以达到直井产能的三倍，产能的递减速度显著低于直井。但是，水平井的压裂费用较高，是否对水平井进行压裂，除了需要考虑油藏条件、技术条件，还需要进行经济评价，因此需要对水平井压裂后的产能进行准确地预测。对压裂水平井进行产能预测和经济评价，一方面可以提高压裂决策的科学性，使得经济效益最大化，另一方面为优选水平井压裂工艺参数等提供可靠的依据。目前，压裂水平井产能预测的现有技术方法主要有两种方法：数值模拟方法和解析模型方法。其中，解析模型的形式比较简单，计算时所需参数少，计算量小，计算得到的水平井产能，可以作为筛选水平井时的参考。但是，解析模型需要的假设条件较多，并且通常只能得到单相流动、稳定条件下的结果，与生产的实际情况相差较大，而数值模拟方法可以考虑多相流动，预测压裂水平井的生产动态，并且考虑的因素相对比较全面，包括油藏的非均质性等。而采用数值模拟方法能更加准确地模拟压裂水平井的生产动态，通过数值模拟方法计算得到的产油量、产液量、含水率、累积产油量、累积产液量、地层压力等参数是随时间的变化而变化的，是一个动态的结果，并且数值模拟方法的精确性也要比解析模型方法要高。数值模拟方法方法又可以分为两类，一类方法将油藏和裂缝看作同一渗流体系，另一类方法是分别建立油藏和裂缝的渗流体系。水力压裂在井下形成的裂缝的渗透率远大于地层，而宽度很小，一般只有0.002-0.005m，在实际计算中，如果把裂缝和地层看作同一渗流体系，在网格划分中把裂缝单独作为一排网格，需要对裂缝网格进行设置使得其宽度很小而渗透率很大，为了保证计算的收敛和稳定性，必须要求靠近裂缝壁面的油藏网格宽度也很小，形成从裂缝壁面向外网格尺寸逐渐增大的油藏网格系统，同时要求计算的时间步长也很小。很小的时间步长和小尺寸的网格必然会增加总的时间不长和总的网格数，因此也就增加了计算和内存占有量和计算时间。目前，一些学者对第二类处理方法进行了研究，针对压裂水平井分别建立了地层、裂缝内的渗流模型，以及水平井筒内的流动模型，利用油藏数值模拟方法进行求解。但是对于模型的求解，实际上是对地层内的渗流方程、裂缝内的渗流方程以及井筒内的压降方程分别进行求解，通过反复计算，直至两次计算的水平井产量差值在一定的误差范围内，计算结束。可见，从对数值模型的处理和求解过程来看，已有的模型没有实现油藏、裂缝和井筒之间的真正耦合，不能实现对油藏、裂缝和井筒内的压力、饱和度等参数的同时计算。因此，现有的压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法均为对裂缝、油藏和井筒的参数分别进行求解，而不是同时求解，因此，其难以实现油藏、裂缝和井筒之间的耦合，得到的模拟结果难以与压裂水平井实际情况相吻合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法以实现获得的井产能预测数值模结果能与压裂水平井实际情况更吻合。为达到上述目的，本专利技术提供了一种压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法，包括以下步骤：获取产能预测数值模拟的输入参数；将所述输入参数输入预先建立的裂缝、油藏和井筒三者之间耦合的耦合模型；对所述耦合模型进行全隐式差分求解获取压裂水平井产能预测的数值模拟结果。本专利技术的压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法，所述耦合模型包括三维两相油藏模型、二维两相裂缝模型，一维井筒变质量流模型、油藏与裂缝之间流量的第一流量模型以及裂缝与井筒之间流量的第二流量模型，所述两相为油和水。本专利技术的压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法，所述三维两相油藏模型预先通过以下方式建立：选取一个由若干个三维网格单元体堆叠而成的三维两相油藏，所述三维两相油藏内设有一维井筒和二维两相裂缝，所述二维两相裂缝与所述一维井筒交汇；根据两相的质量守恒方程推导出所述三维两相油藏中两相的流动方程；获取所述三维两相油藏与所述二维两相裂缝的流量交换项；将所述流量交换项代入所述流动方程得到三维两相油藏模型：水相：油相：其中，φr为油藏孔隙度，Brw、Bro分别为油藏中水相、油相体积系数；Srw、Sro分别为油藏中水相、油相饱和度；qrfw、qrfo分别为单位时间从油藏流出到裂缝的水相、油相体积流量，Trw、Tro分别为油藏内水相和油相的在单位压差下从油藏网格ri流动到相邻油藏网格rj的体积流量，prw、pro分别为油藏内水相和油相的压力。其中Ar为油藏网格ri与相邻网格rj交界面的面积，Lr为油藏网格ri与相邻油藏格rj和之间的长度，Kri为油藏网格ri渗透率，Krj为油藏网格rj渗透率，krrw为油藏水相相对渗透率，krro为油藏油相相对渗透率，μrw为油藏水相粘度，μro为油藏油相粘度。本专利技术的压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法，所述二维两相裂缝模型预先通过以下方式建立：根据两相的质量守恒方程推导出所述二维两相裂缝中两相的连续性方程；分别获取所述二维两相裂缝与所述三维两相油藏的第一流量交换项、所述二维两相裂缝与所述一维井筒的第二流量交换项、以及所述二维两相裂缝中以达西公式表示的运动方程；将所述第一流量交换项、所述第二流量交换项以及所述运动方程代入所述连续性方程得到二维两相裂缝模型：水相：油相：其中，φf为裂缝孔隙度，Sfw、Sfo分别为裂缝中水相、油相饱和度，qfww、qfwo分别为单位时间从裂缝流出到水平井筒的水相、油相体积流量，Tfw、Tfo分别为裂缝内水相和油相的在单位压差下从裂缝网格fi流动到相邻裂缝网格fj的体积流量，Pfw、pfo分别为裂缝内水相和油相的压力。其中Af为裂缝网格fi与相邻网格fj交界面的面积，Lf为油藏网格fi与相邻网格fj之间的长度，Kfi为裂缝网格fi渗透率，Kfj为裂缝网格fj渗透率，μfw为裂缝中水相粘度，μfo为裂缝中油相粘度，Bfw、Bfo分别为裂缝中水相、油相体积系数。本专利技术的压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法，所述一维井筒变质量流模型中一维井筒被n条二维两相裂缝分成n+1段，该模型预先通过以下方式建立：分别计算每段一维井筒的摩擦压降和加速压降，第wi段与相邻上游井段第wi-1段产生的压力降为；其中，pw，wi为第wi段井筒压力，pw，wi-1为第wi-1段井筒压力，Δpw，wi为第wi段和第wi-1段之间的压力降，fwi为第wi段一维井筒的摩擦系数，ρwi为第wi段一维井筒内两相混合流体的混合密度，D为一维井筒的井筒直径，Qwi为第wi段一维井筒之前所有井段内两相混合流体的流量之和，qwi为第wi段一维井筒内两相混合流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：获取产能预测数值模拟的输入参数；将所述输入参数输入预先建立的裂缝、油藏和井筒三者之间耦合的耦合模型；对所述耦合模型进行全隐式差分求解获取压裂水平井产能预测的数值模拟结果。

【技术特征摘要】
1.一种压裂水平井油藏、裂缝、井筒全耦合模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：获取产能预测数值模拟的输入参数；将所述输入参数输入预先建立的裂缝、油藏和井筒三者之间耦合的耦合模型；对所述耦合模型进行全隐式差分求解获取压裂水平井产能预测的数值模拟结果；所述耦合模型包括三维两相油藏模型、二维两相裂缝模型，一维井筒变质量流模型、油藏与裂缝之间流量的第一流量模型以及裂缝与井筒之间流量的第二流量模型，所述两相为油和水；其中：所述三维两相油藏模型预先通过以下方式建立：选取一个由若干个三维网格单元体堆叠而成的三维两相油藏，所述三维两相油藏内设有一维井筒和二维两相裂缝，所述二维两相裂缝与所述一维井筒交汇；根据两相的质量守恒方程推导出所述三维两相油藏中两相的流动方程；获取所述三维两相油藏与所述二维两相裂缝的流量交换项；将所述流量交换项代入所述流动方程得到三维两相油藏模型：水相：油相：其中，φr为油藏孔隙度，Brw、Bro分别为油藏中水相、油相体积系数；Srw、Sro分别为油藏中水相、油相饱和度；qrfw、qrfo分别为单位时间从油藏流出到裂缝的水相、油相体积流量，Trw、Tro分别为油藏内水相和油相的在单位压差下从油藏网格ri流动到相邻油藏网格rj的体积流量，prw、pro分别为油藏内水相和油相的压力；其中Ar为油藏网格ri与相邻网格rj交界面的面积，Lr为油藏网格ri与相邻油藏格rj和之间的长度，Kri为油藏网格ri渗透率，Krj为油藏网格rj渗透率，krrw为油藏水相相对渗透率，krro为油藏油相相对渗透率，μrw为油藏水相粘度，μro为油藏油相粘度；所述二维两相裂缝模型预先通过以下方式建立：根据两相的质量守恒方程推导出所述二维两相裂缝中两相的连续性方程；分别获取所述二维两相裂缝与所述三维两相油藏的第一流量交换项、所述二维两相裂缝与所述一维井筒的第二流量交换项、以及所述二维两相裂缝中以达西公式表示的运动方程；将所述第一流量交换项、所述第二流量交换项以及所述运动方程代入所述连续性方程得到二维两相裂缝模型：水相：油相：其中，φf为裂缝孔隙度，Sfw、Sfo分别为裂缝中水相、油相饱和度，qfww、qfwo分别为单位时间从裂缝流出到水平井筒的水相、油相体积流量，Tfw、Tfo分别为裂缝内水相和油相的在单位压差下从裂缝网格fi流动到相邻裂缝网格fj的体积流量，pfw、pfo分别为裂缝内水相和油相的压力；其中Af为裂缝网格fi与相邻网格fj交界面的面积，Lf为油藏网格fi与相邻网格fj之间的长度，Kfi为裂缝网格fi渗透率，Kfj为裂缝网格fj渗透率，μfw为裂缝中水相粘度，μfo为裂缝中油相粘度，Bfw、Bfo分别为裂缝中水相、油相体积系数；所述一维井筒变质量流模型中一维井筒被n条二维两相裂缝分成n+1段，该模型预先通过以下方式建立：分别计算每段一维井筒的摩擦压降和加速压降，第wi段与相邻上游井段第wi-1段产生的压力降为；pw,wi-pw,wi-1＝Δpw,wi其中，pw,wi为第wi段井筒压力，pw,wi-1为第wi-1段井筒压力，Δpw,wi为第wi段和第wi-1段之间的压力降，fwi为第wi段一维井筒的摩擦系数，ρwi为第wi段一维井筒内两相混合流体的混合密度，D为一维井筒的井筒直径，Qwi为第wi段一维井筒之前所有井段内两相混合流体的流量之和，qwi为第wi段一维井筒内两相混合流体的流量，Lwi为第wi段一维井筒的长度；所述第一流量模型预先通过以下方式建立：假设油藏网格ri与裂缝网格fi相邻，分别将油藏网格ri和相邻裂缝网格fi的水相压力、油相压力相减得到水相压差和油相压差；将油藏网格ri和相邻裂缝网格fi单位压差下的体积流量乘以所述压差得到所述第一流量模型：水相：qrfw＝Trfw[prw,ri-pfw,f...

【专利技术属性】
技术研发人员：安永生，吴晓东，韩国庆，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11