專利名稱：裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其為油氣 田開發(fā)領(lǐng)域中油藏滲流和開發(fā)過程研究的新型物理實驗方法，同時也適用于其它與裂縫滲 流現(xiàn)象有關(guān)的研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
裂縫性介質(zhì)油氣藏普遍存在于世界各地，占已探明未開采儲量的一半以上。由于 具有雙重介質(zhì)特點，相對于一般油氣藏來說，此類油氣藏內(nèi)油氣水等流體的滲流特征和滲 流過程更為復(fù)雜，開發(fā)難度也更大。為此，人們一直在嘗試利用物理實驗方法對裂縫性油藏 滲流和開發(fā)過程進行模擬和預(yù)測，即通過較短時間的小模型試驗，使實際油藏中所發(fā)生的 物理過程按照一定的相似關(guān)系在模型中再現(xiàn)，以便迅速、直觀地觀測油藏滲流與開發(fā)過程， 研究預(yù)測開發(fā)前景，指導(dǎo)開發(fā)實踐。但是，此前尚未發(fā)現(xiàn)成功的油藏可預(yù)測物理模擬研究報 道。裂縫性油藏可預(yù)測物理模擬難以實現(xiàn)的主要原因是，所建物理模型不能充分滿足 相似性要求，因而無法在物理模型和實際油藏之間建立直接的對應(yīng)關(guān)系。由于在實驗室內(nèi)同時嚴格滿足多種相似條件是非常困難的，此前的模擬研究大都 只針對少部分相似準(zhǔn)數(shù)建立模型，所以只能在某個方面在一定程度上反映流體在油藏中的 運動規(guī)律，而無法全面模擬實際油藏的滲流特征和開發(fā)過程，也無法預(yù)測實際油藏開發(fā)效^ ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型 建立方法，全面模擬裂縫性油藏的滲流特征和開發(fā)過程，研究預(yù)測開發(fā)方案的實施效果，指 導(dǎo)開發(fā)實踐。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立 方法，該方法包括(a)根據(jù)裂縫性油藏水驅(qū)油開發(fā)過程的特點，利用滲流力學(xué)理論和相似 性分析，建立裂縫性油藏開發(fā)模擬的相似性準(zhǔn)則，所述相似性準(zhǔn)則包括外形與空間相似、井 筒幾何相似、巖石物性相似、油水粘度相似、重力_壓力相似、基質(zhì)與裂縫可動油量比相似、 基質(zhì)內(nèi)含油量分布的相似、基質(zhì)滲吸與裂縫驅(qū)替特征時間相似、滲吸強度分布相似及時間 過程相似；(b)相似性準(zhǔn)則的實現(xiàn)及模型參數(shù)設(shè)計方法；(c)建立滿足多重相似性的油藏宏 觀物理模型，以全面模擬預(yù)測實際裂縫性油藏的滲流特征和開發(fā)過程。本發(fā)明針對裂縫各向異性油藏注水開發(fā)特點，根據(jù)滲流力學(xué)理論和實驗研究，提 出全面滿足多重相似性要求的裂縫油藏注水開發(fā)過程物理模型的建立方法。其是在模型幾 何形態(tài)與油藏區(qū)塊相似的基礎(chǔ)上，抓住裂縫油藏的雙重介質(zhì)特點，圍繞基質(zhì)與裂縫的相互 作用問題，從流體力學(xué)的理論出發(fā)，根據(jù)相似原理，提出相似準(zhǔn)數(shù)，建立多重相似模型，從而 使物理模擬結(jié)果可以直接用于預(yù)測和指導(dǎo)實際油藏開發(fā)過程。利用本方法建立的物理模型可以全面模擬裂縫性油藏的滲流特征和開發(fā)過程，研究預(yù)測開發(fā)方案的實施效果，指導(dǎo)開 發(fā)實踐。本發(fā)明的效果具體如下(1)本發(fā)明提供了一套技術(shù)方法，使人們利用物理模擬手段模擬和預(yù)測裂縫各向 異性油藏的滲流和開發(fā)過程成為可能。(2)本發(fā)明確立了裂縫各向異性油藏可預(yù)測物理模擬的相似準(zhǔn)則體系，奠定了物 理模擬的理論基礎(chǔ)。(3)利用有限真空飽和技術(shù)和天然砂巖選擇方法，實現(xiàn)了滲吸作用的相似性，解決 了裂縫_基質(zhì)原油儲量和供液能力的相似性這一長期存在的核心技術(shù)難題。(4)本發(fā)明給出了定量化、可操作的的技術(shù)方法和實施步驟。(5)本發(fā)明不僅適用于油田開發(fā)研究領(lǐng)域，還可以供其它與滲流現(xiàn)象有關(guān)的研究 領(lǐng)域使用和參考，例如煤礦瓦斯排采研究、水利工程研究等。


圖1為不同井徑與壓力的關(guān)系示意圖。圖2為飽和驅(qū)替液后基質(zhì)巖塊內(nèi)的氣液分布示意圖。圖3為飽和驅(qū)替液和被驅(qū)替液后巖塊內(nèi)三相流體分布示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，該方法包 括(a)根據(jù)裂縫性油藏水驅(qū)油開發(fā)過程的特點，利用滲流力學(xué)理論和相似性分析，建立裂 縫性油藏開發(fā)模擬的相似性準(zhǔn)則；(b)根據(jù)相似性關(guān)系計算確定設(shè)計模型的各項參數(shù)；(C) 建立滿足多重相似性的油藏宏觀物理模型，以全面模擬實際裂縫性油藏的滲流特征和開發(fā) 過程。應(yīng)用時，前述相似性準(zhǔn)則包括外形與空間相似、井筒幾何相似、巖石物性相似(裂 縫滲透率分布相似、裂縫孔隙度相似)、油水粘度相似、重力_壓力相似、基質(zhì)與裂縫可動油 量比相似、基質(zhì)內(nèi)含油量分布的相似、基質(zhì)滲吸與裂縫驅(qū)替特征時間相似、滲吸強度分布、 時間過程相似等。下面結(jié)合現(xiàn)有滲流力學(xué)理論和相似性分析理論并配合附圖對本發(fā)明的裂縫各向 異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法的基本原理、理論體系、實現(xiàn)方法、實施步驟做 進一步的詳細說明。1 原理首先利用滲流力學(xué)理論和相似性分析，建立裂縫性油藏開發(fā)模擬的相似性準(zhǔn)則， 包括外形與內(nèi)部空間幾何相似、井筒幾何相似、裂縫各向異性滲透率及孔隙度分布相似、油 水粘度(運動阻力)相似、重力-壓力(動力系統(tǒng))相似、基質(zhì)與裂縫可動油量比(儲存作 用)相似、基質(zhì)滲吸與裂縫驅(qū)替特征時間比相似、基質(zhì)含油量分布相似、滲吸作用強度分布 相似、時間相似、飽和度分布相似及位勢分布相似等相似準(zhǔn)數(shù)；然后研究實現(xiàn)相似準(zhǔn)則的途 徑，提供一套建立滿足相似性的油藏宏觀物理模型的方法。本發(fā)明的相似性準(zhǔn)則中包含全 面的相似關(guān)系，所建油藏物理模型全面滿足多重相似性，可以全面模擬實際裂縫性油藏的 滲流特征和開發(fā)過程，研究預(yù)測開發(fā)方案的實施效果，指導(dǎo)開發(fā)實踐。
具體地，本發(fā)明的一具體實施例中，該相似性準(zhǔn)則包括表1所示的22項相似準(zhǔn)數(shù)， 其具體的建立方法可以參照下文所述內(nèi)容。表1裂縫各向異性油藏水驅(qū)油模擬相似準(zhǔn)則
權(quán)利要求
一種裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特征在于，該方法包括(a)根據(jù)裂縫性油藏水驅(qū)油開發(fā)過程的特點，利用滲流力學(xué)理論和相似性分析，建立裂縫性油藏開發(fā)模擬的相似性準(zhǔn)則，所述相似性準(zhǔn)則包括外形與空間相似、井筒幾何相似、巖石物性相似、油水粘度相似、重力 壓力相似、基質(zhì)與裂縫可動油量比相似、基質(zhì)內(nèi)含油量分布的相似、基質(zhì)滲吸與裂縫驅(qū)替特征時間相似、滲吸強度分布相似及時間過程相似；(b)相似性準(zhǔn)則的實現(xiàn)及模型參數(shù)設(shè)計方法；(c)建立滿足多重相似性的油藏宏觀物理模型，以全面模擬預(yù)測實際裂縫性油藏的滲流特征和開發(fā)過程。
2.如權(quán)利要求1所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(a)中所述巖石物性分布相似包括裂縫滲透率分布相似及裂縫孔隙度相 似，且所述相似性準(zhǔn)則還包括飽和度分布相似及位勢分布相似，該相似性準(zhǔn)則共包括下面 的裂縫各向異性油藏水驅(qū)油模擬相似性準(zhǔn)則表中所列的22個相似準(zhǔn)數(shù)。裂縫各向異性油藏水驅(qū)油模擬相似性準(zhǔn)則表
3.如權(quán)利要求2所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(a)中包括(al)確定相似性準(zhǔn)則的建模條件，所述建模條件包括(all)油藏介質(zhì)為雙孔單滲，即基質(zhì)和裂縫均為流體存儲空間，裂縫系統(tǒng)是滲流通道；(al2)考慮基質(zhì)-裂縫間的滲吸作用；(al3)考慮重力及油水重度差的影響；(al4)考慮裂縫滲透率的各向異性；(al5)忽略裂縫中的毛管力；(al6)忽略流體及巖石的壓縮性。
4.如權(quán)利要求3所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(a)中，還包括(a2)建立無量綱化滲流數(shù)學(xué)模型裂縫中的油水運動方程
5.如權(quán)利要求1所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(b)中相似性準(zhǔn)則的實現(xiàn)方法包括(bll)各向異性滲透率相似性(π 7 π 11)的實現(xiàn)方法相似準(zhǔn)數(shù) π 11要求裂縫性油藏物理模型與實際油藏保持滲透率分布的非均質(zhì) 性及各向異性相似，即在任意區(qū)域滿足
6.如權(quán)利要求5所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(b)中相似性準(zhǔn)則的實現(xiàn)方法還包括(bl2)裂縫孔隙度相似性(π 12)的實 現(xiàn)方法，具體為相似準(zhǔn)數(shù)η 12要求模型內(nèi)裂縫孔隙度分布與實際油藏保持相似，即在任意區(qū)域滿足(於/Λ模型=(《/ )油藏(33)根據(jù)裂縫滲流理論，當(dāng)模型內(nèi)裂縫分布滿足滲透率的相似性時，其孔隙度相似性會同 時得到滿足。
7.如權(quán)利要求6所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(b)中相似性準(zhǔn)則的實現(xiàn)方法還包括(bl3)油水粘度比相似性(π 13)的實 現(xiàn)方法因為不計流體的壓縮性，所以可認為驅(qū)替液和被驅(qū)替液的粘度均為常數(shù)；根據(jù)相似準(zhǔn) 則η 13，選擇粘度合適的流體作為驅(qū)替液和被驅(qū)替液，使得油藏和模型的油水粘度比滿足 下述關(guān)系
8.如權(quán)利要求7所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(b)中相似性準(zhǔn)則的實現(xiàn)方法還包括(bl4)利用有限真空飽和技術(shù)和天然 砂巖選擇方法實現(xiàn)模型和油藏的裂縫_基質(zhì)可動原油儲量的相似性(η 15和π 16)。根據(jù)相似性準(zhǔn)則η 15和π 16，實際油藏和實驗?zāi)Ｐ偷幕|(zhì)-裂縫可動油量比以及基質(zhì) 含可動油量分布應(yīng)滿足(38)式
9.如權(quán)利要求8所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(b)中相似性準(zhǔn)則的實現(xiàn)方法還包括(bl5)裂縫-基質(zhì)供液能力相似性 (π 17和π 18)的實現(xiàn)方法根據(jù)相似準(zhǔn)則η 17和η 18要求實際油藏和實驗?zāi)Ｐ偷臐B吸半周期-裂縫驅(qū)替特征時 間比應(yīng)滿足(39)式
10.如權(quán)利要求9所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(b)中模型參數(shù)設(shè)計方法包括(b21)根據(jù)實際油藏的尺度和形狀、實驗室空間條件及關(guān)系式(25)，計算確定模型的 幾何尺度(Lx，Ly, Lz)和形狀，以及模型中小巖塊的大小、數(shù)量；(b22)根據(jù)實際油藏及其井筒的幾何參數(shù)確定模型內(nèi)的井筒半Srwiss 首先利用(25) 式得到rwi — Lr模型· rw油藏/Lr油藏如果rwl彡6. Omm,則取rw模型=rwl，此時(30)式中rwl = rw2 ；如果rwl < 6. 0mm,則取rw 模型=rw2 = 6. 0mm，此時(30)式中 rwl Φ rw2 ；(b23)根據(jù)小巖塊加工和粘接工藝過程，確定的值； (b24)根據(jù)實際油藏的裂縫滲透率與孔隙度分布及相似關(guān)系(32)、(33)式，計算確定 模型中滲透率分布、孔隙度分布和裂縫分布，確定模型中每個小巖塊的粘結(jié)方式；(b25)根據(jù)實際油藏的油水粘度和(34)式，利用(bl3)所述方法，試驗設(shè)計具有合適粘 度的驅(qū)替液和被驅(qū)替液；(b26)根據(jù)實際油藏的注采井底壓力和油水密度，以及物理模型驅(qū)替液和被驅(qū)替液的 密度，并考慮擴大井徑和表皮系數(shù)的影響，利用重力壓差與注采壓差之比的相似性計算確 定模型的注采壓力；(b27)根據(jù)實際油藏參數(shù)及物理模型的裂縫孔隙度和水驅(qū)特征時間，利用(38)、(39) 式計算確定模型內(nèi)每個區(qū)域的單位體積基質(zhì)可動油儲量和基質(zhì)-裂縫滲吸半周期型°
11.如權(quán)利要求10所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(C)中包括(Cl)天然砂巖的選擇及小巖塊的制備，具體為(cll)針對物理模型的每個區(qū)域，利用所述裂縫_基質(zhì)原油儲量和供液能力的相似性 (π15 π18)實現(xiàn)方法，在相同的操作條件，其兩次抽真空的壓力分別為f和&，對小巖 塊進行飽和及滲吸半周期測試，選擇合適的小巖塊砂巖品種，使之同時滿足單位體積基質(zhì) 中可動油量Rtss和滲吸半周期T^s兩方面的要求；(cl2)使用步驟(cll)中選定的天然砂巖加工制作正方形小巖塊；小巖塊的邊長一般 可取25mm 50mm，同一物理模型中所有小巖塊的尺寸必須嚴格相等；(cl3)在設(shè)計井筒穿過的小巖塊上鉆孔，形成預(yù)設(shè)的井眼；井徑取步驟(b22)中的設(shè)計值；(cl4)對需要預(yù)設(shè)各種測試管線及流體飽和通道的小巖塊進行加工處理。
12.如權(quán)利要求11所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(c)中還包括(c2)物理模型制作過程，具體為(c21)根據(jù)步驟(b24)的設(shè)計方案，將小巖塊順序粘結(jié)形成大尺度的物理模型巖體； (c22)在模型巖體表面均勻涂刷環(huán)氧樹脂膠，待其凝固形成封閉的模型邊界； (c23)連接各井筒及測試點的管線，在模型底部和頂部設(shè)置流體飽和通道。
13.如權(quán)利要求12所述的裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(c)中還包括(c3)流體飽和過程，具體為(c31)模型飽和過程采用有限真空技術(shù)，可采用與步驟(cll)相同的操作時間和同樣 的真空度；(c32)飽和過程開始，首先利用真空泵從頂部飽和通道將模型內(nèi)壓力降至A，然后保 持壓力A不變，向模型底部飽和通道注入驅(qū)替液，直到裂縫系統(tǒng)全部充滿驅(qū)替液，形成底部 注、頂部采的循環(huán)流動，使得模型內(nèi)每個小巖塊所處的流體環(huán)境相同，然后關(guān)閉頂部通道， 模型內(nèi)壓力逐漸上升至初始狀態(tài)，驅(qū)替液進入所有小巖塊；(c33)利用真空泵從模型底部飽和通道抽取驅(qū)替液，將模型內(nèi)壓力降至凡-，然后保持 壓力仄不變，向模型頂部飽和通道注入被驅(qū)替液，直到裂縫系統(tǒng)全部充滿被驅(qū)替液，形成頂 部注入、底部采出的循環(huán)流動，使得模型內(nèi)每個小巖塊所處的流體環(huán)境相同，然后關(guān)閉頂部通道，模型內(nèi)壓力逐漸上升至初始狀態(tài)，被驅(qū)替液進入所有小巖塊，此時模型內(nèi)每個小巖塊 內(nèi)的流體分布達到模型飽和要求。
全文摘要
一種裂縫各向異性油藏注水開發(fā)可預(yù)測物理模型建立方法，該方法包括(a)根據(jù)裂縫性油藏水驅(qū)油開發(fā)過程的特點，利用滲流力學(xué)理論和相似性分析，建立裂縫性油藏開發(fā)模擬的相似性準(zhǔn)則，相似性準(zhǔn)則包括外形與空間相似、井筒幾何相似、巖石物性相似、油水粘度相似、重力-壓力相似、基質(zhì)與裂縫可動油量比相似、基質(zhì)內(nèi)含油量分布的相似、基質(zhì)滲吸與裂縫驅(qū)替特征時間相似、滲吸強度分布相似及時間過程相似；(b)相似性準(zhǔn)則的實現(xiàn)及模型參數(shù)設(shè)計方法；(c)建立滿足多重相似性的油藏宏觀物理模型，以全面模擬預(yù)測實際裂縫性油藏的滲流特征和開發(fā)過程。本發(fā)明建立了裂縫各向異性油藏可預(yù)測物理模擬相似準(zhǔn)則體系，功能全面、易于實現(xiàn)。
文檔編號E21B49/00GK101942991SQ20101022247
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者丁祖鵬, 劉月田, 張勇, 敖坤 申請人:中國石油大學(xué)(北京)