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研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

針對目前縫洞型油藏仍采用常規油藏數值模擬器的現狀，提出了更符合縫洞型油藏大尺度縫洞體流體流動規律的等效數值模擬方法。該方法是在分析縫洞型油藏儲滲空間類型和流體流動規律的基礎上，對大尺度縫洞體等效滲透率大小的確定和分布進行研究。分析表明對大尺度縫洞體進行等效模擬時可以基于Possuellie方程設置等效滲透率近似值；通過模型方案對比，在采用滲流模型等效模擬Darcy-Stokes模型時，等效滲透率分布應設置為縫洞體中間大、邊部小。該方法從縫洞型油藏流體流動規律的角度出發尋找到了對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規律極其復雜的典型特征[1]。目前在該類油藏縫洞系統流動特征的研究方面雖然提出了滲流和自由流動耦合的Darcy-Stokes油水兩相流模型，但是都還沒有形成成熟的流動理論和數值模擬方法，對該類油藏的數值模擬方面基本搬用多重連續介質理論即采用常規油藏模擬方法。大尺度縫洞體為縫洞型油藏一類極其重要的儲集體，因此利用現有的油藏數值模擬軟件實現對該類儲集體流動規律等效模擬方法的研究更具有現實意義。

1　縫洞型油藏典型特征

1.1儲滲空間類型

塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏是經多期構造運動和古巖溶共同作用形成的一種特殊類型的油藏。其基質不具有儲滲能力，裂縫-溶洞既是主要儲油空間，也是主要的流動通道[1,2]。對溶洞可分為溶蝕孔隙、溶蝕孔洞、大尺度縫洞，通過鉆井、錄井、測井、地震解釋以及動態分析研究證實，有直徑達數米以上的大尺度縫洞存在；對裂縫可分為溶蝕裂縫和寬度相對較大的構造裂縫。

1.2流體流動規律分析

在縫洞型油藏中儲滲空間分布不僅具有強烈的非均質性而且縫洞本身具有多尺度性?？p洞儲集體的組合關系將是影響認識流體流動規律的主要因素之一。根據研究的需要將縫洞儲集體按不同的組合方式和規模分成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規律都符合滲流規律，可分別采用裂縫溶洞雙重介質滲流模型模擬。

大尺度縫洞型包括了半填充和未填充的大裂縫和大溶洞，其特征尺度達數米以上，分布的間距大，儲集能力和流動能力遠遠高于微小裂縫和孔洞?？p洞內流體流動規律已不單屬于滲流或自由流動，而是滲流和自由流動的耦合流動，對大尺度縫洞可以采用Darcy-Stokes油水兩相流模型來模擬[3～5]，但是該模型的運用還不夠成熟到商業運用階段。

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　多孔介質壁面平行板模型

在大尺度縫洞體中流體流動包含了邊界微小縫洞的滲流和大尺度縫洞內的自由流動。當只關注流體的宏觀流動規律時，對模型進行簡化可以將三維的問題轉化為二維，流體的流動可以認為是平板狀或管流流動模式。

如果平行板模型中的邊界不是固壁，而是以多孔介質作為壁面，在壁面附近的流動特征則應符合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。該值就是滲流力學常用來研究微觀滲流時確定平行板滲透率的計算公式及Possuellie方程?？梢钥闯龃蟪叨瓤p洞內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的動態值。而滲流模型中滲流區域的滲透率卻是一個定值。如果以整個大尺度縫洞為參考對象,則可以得到縫洞總體平均的等效滲透率為一個定值，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　機理模型

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

分析認為達西滲流定律所反映的流速是平均流速，對于那些不需要關注內部流動細節的流動系統，滲流模型可簡單快速地實現那些復雜模型的功能。對于多相流動，需要關注流體的分布形態，而流速的差異對于流體的分布具有重要的影響。多孔介質壁面速度為定值其實反映了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壁面的流體速度不是漸變為零，而是存在一個與多孔介質滲流區域有關的一個定值[6])；平板中心的流速高于邊部的流速體現了流體黏性應力的作用。因此，通過建立機理模型加以說明。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區域且在溶洞另一端存在一個邊水水體(圖2)。模型設計2個計算方案，即分別采用Darcy-Stokes模型計算(基于Fluent UPF編程實現)和滲流模型計算，滲流模型溶洞的滲透率按b2/12取值，計算結果如圖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模型出現溶洞中心流速大于邊部的現象，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。

在水驅油階段中，Darcy-Stokes模型油水前緣在溶洞中心的推進速度高于邊部，出現水趨向溶洞中心流動的現象；滲流模型中溶洞內流速基本相同，考慮重力的作用，水將趨向溶洞底部流動。因此Darcy-Stokes模型預測的油井見水時間必定要早于滲流模型的結果[7]。

基于對比分析認為，依據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，應考慮這種“非均質性”。對于大尺度縫洞應考慮流體在其內部的流速差異，這種差異可以等效地理解為介質的非均質性，即用滲流模型等效模擬大尺度縫洞體時設置滲透率值應中間大、邊部小。

3　實例應用

將上述大尺度縫洞體的等效模擬方法應用到模擬塔河碳酸鹽巖縫洞型油藏M井縫洞單元中。對識別的大尺度管流通道設置等效滲透率值進行模擬，統計不同時間點的含水率和油井的見水時間，模擬結果如圖4所示。等效模擬方法和常規模擬方法對比，在油井見水時間上，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際生產特征是一致的。結果表明，采用等效模擬方法能較真實地反映縫洞型油藏大尺度縫洞體流體流動規律。

4　結論

1)縫洞型油藏大尺度縫洞體內流體流動規律包含了滲流和自由流動，對其進行等效滲流數值模擬時，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)通過對滲流模型和Darcy-Stokes模型對比分析，認為用滲流模型進行等效模擬大尺度縫洞體設置等效滲透率值時應中間大、邊部小。

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

[2]魯新便.塔河油田奧陶系稠油油藏地質特征及開發技術對策探討[J].新疆地質,2003,21(3):329～334.

[3]彭小龍.縫洞雙重介質數值模型及滲流特征研究[J].西南石油學院學報,2009,31(1):61～64.

[4]劉學利，彭小龍，杜志敏，等.油水兩相流DARCY-STOKES模型[J].西南石油大學學報,2007,29(6):89～93.

[5]Peng X L. A new Darcy-Stokes flow model for cavity-fractured reservoir[J].SPE106751,2007.

[6]Saffman P G.On the boundary condition at the surface of a porous medium[J].Studies in Applied Mathematics,1971,50(2):93～101.

[7]Peng X L, Du Z M.Darcy-Stokes streamline simulation for the Tahe fractured reservoir with cavities [J].SPE107314,2007.

[編輯]帥群

2015-12-12

國家科技重大專項(2011ZX05049)。

高艷霞(1980-)，女，碩士，工程師，現從事油氣田開發研究工作，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].長江大學學報(自科版), 2016,13(14):66～69.