1、鍵入公司名稱鍵入文檔標題數值模擬作業題目數值模擬在致密氣田中的運用學生姓名學 號教學院系石油與天然氣工程專業年級單 位石工院 第一章 非常規油氣藏數模概況非常規油氣藏地質建模與數值模擬是通過對地質、地震、油藏綜合研究，建立儲層精細地質模型。首先建立構造模型，同時運用地震反演的成果結合單井巖相數據建立巖相模型，利用鉆井泥漿漏失、油氣田和單井的實際生產情況和微地震監測，描述油氣藏內發育的天然裂縫和人工壓裂裂縫，最終利用巖相模型控制建立孔隙度和飽和度等屬性模型!為數值模擬提供能夠反映與實際地質情況相符的三維油氣藏粗化地質模型。在此模型的基礎上，進行生產歷史擬合、產量預測，并制定合理的開發方案。1.1

2、網格劃分構造模型是油氣藏地質建模的研究內容之一，精細的構造描述是油氣藏評價的基礎。根據油氣藏發育特點，需要建立起地層的地質模型。考慮到地質模型的一致性以及有限的鉆井數，采用：“構造、沉積相、相控屬性整體建模”的研究思路，將目的層段建立起一個統一的構造地質模型，在此基礎上分別計算目的層段的屬性模型并分別計算地質儲量和地質模型粗化。采用角點網格的剖分算法建立油藏的三維模型網格，能夠處理各種復雜的斷層情況和各種地層接觸關系，適應不同的沉積模式；網格剖分結果能夠很好地描述油藏三維空間的構造模型（圖1.1）。圖1.1 適應于各種復雜斷層和地層的焦點網格劃分角點網格的均勻性和正交性都比較好，而且網格拓撲剖

3、分自動程度高，交互編輯功能強大；能夠適應正斷層、逆斷層、削截斷層、分支、交切斷層、增長斷層的網格剖分，適應不同沉積模式的地層接觸關系來劃分小層；斷面構建適應多種數據源，包括斷層多邊形、斷層柱條、散點數據、地震解釋數據、規則化數據，并且可以選擇多條主斷層作為網格劃分的趨勢方向；井數據作為硬數據能有效地約束構造層面，對模型進行質量控制，具有層面交叉錯誤的自動檢查功能；數據格式方面，可加載和輸出VIP、Eclipse、CMG等網格數據格式。1.2 離散裂縫描述和建模針對非常規油氣藏的裂縫模型，目前國內外主流技術都是以雙孔介質模型，這樣做的特點是使大規模的流動僅在裂縫之中發生，由基質向縫洞之間的流動由

4、“傳輸方程”描述，而缺點則顯而易見，模型過于理想化“傳輸方程”難以確定，不能反映油氣藏裂縫（洞）的真實分布情況。隨著石油勘探開發技術的發展，各種測試手段越來越豐富，同時，各種算法及計算機模擬技術的快速發展為離散裂縫模型提供了支持，使得對縫洞的描述成為可能（圖1.2）。圖1.2 非常規裂縫建模的流程井周裂縫系統描述的數據來源是成像測井及生產測井解釋數據，包括裂縫傾角、方位角、開度，依據經驗關系推算出裂縫的長度、寬度、開度等參數，最終獲得過井的每條裂縫的完整參數描述（圖1.3）。圖1.3 井周裂縫系統描述地震反演裂縫描述的數據來源硬數據成像測井解釋，軟數據是地震反演數據體，根據數據分析，得出過井解

5、釋裂縫幾何參數（縫長、縫寬、開度）與地震解釋裂縫強度的關系。利用這一關系得出三維空間內的裂縫長/寬/高分布，將地震解釋的裂縫密度及方位用成像測井解釋成果進行校正，根據校正后的裂縫密度和方位，以及三維空間內的裂縫長/寬/高分布，完成三維空間內的裂縫展布（圖1.4）。結合三維地震預測及成像測井解釋成果，建立離散的裂縫模型，對油氣藏中的裂縫系統進行三維精細描述（圖1.5）。圖1.4 地震反演裂縫描述圖1.5 裂縫網絡模型利用測井數據和地震解釋成果進行三維地質網格空間的屬性插值。屬性建模算法包括最近點方法、移動平均法、克里金及協同克里金方法、高斯、序貫高斯模擬等方法。提供各種測井曲線粗化、數據統計分析

6、功能。建模過程可采用地震數據作為約束條件進行協同模擬，可以自動優化計算、擬合變差函數的塊金值、變程、基臺值、各向異性等參數（圖1.6）；屬性建模可以按層、分相進行控制模擬；可以按地層或地質屬性的展布選擇不同的插值方向；克里金類算法的參數包括變差函數類型、參數和趨勢都可以很方便的調整；用于地震屬性約束建模的協克里金算法，可以快速擬合、選擇協同變量的權重；支持并行高性能計算（圖1.7）。圖1.6 變差函數自動擬合結果和各向異性圖圖1.7 地震反演波阻抗約束相控模擬生成的空隙度模型1.3 MSR裂縫粗化技術及離散裂縫數值模擬1.3.1 MSR裂縫粗化技術基于快速流動計算的結果對地質模型網格進行粗化，

7、粗化后的模型能夠極高的提高流動數值模擬的計算效率；同時保持地質模型的關鍵特征，以及單井及全區塊數值模擬的精度。非結構化網格（四面體網格）粗化基于FRS、FMI建立裂縫網絡進行平面網格粗化，針對每一個粗網格范圍，給定一口生產井（注入或開發井）使之流動，假定粗化網格為封閉邊界，進行擬穩態壓力模擬（PSS；Pseudo Steady State），根據模擬的壓力場將模型分成幾個壓力區，循環對其他粗網格進行模擬（圖1.8，圖1.9）最后根據壓力分布，進行屬性粗化，求取K或傳導率等。基于流動模擬的網格粗化有二種粗化方式，一是基于幾何特征的粗化（K-upscaling），二是基于流動計算結果（T-upsc

8、aling）的粗化，其具有智能的縱向多層合并技術，能有效反映裂縫、斷層、高滲層、隔擋層等關鍵地質因素的分布及影響；基于多重網格的高精度、高效率的粗化算法，能夠處理結構化和非結構化網格，能夠對多相流的近井區域網格進行粗化，粗化的結果可以輸出為主流數值模擬軟件的網格格式。針對非結構網格采用多重次級網格（MSR）進行粗化，通過改變邊界條件，使流體從裂縫注入并沿垂向線性流動，并改變相應的連通表（圖1.10、圖1.11）。圖1.8 基于流動模擬的網格粗化流程圖1.9 壓力區分布圖圖1.10 MSR流程示意圖圖1.11 MSR聯通圖1.3.2 離散裂縫數值模擬常規油氣藏數值模擬軟件的井筒壓力剖面都是先計算

9、出來一個數據表，如VFPi，根據需要，模擬的時候從這個表中查詢相應的壓力數據，這就存在一個滯后效應，是流體流動后，再去表中查詢前一階段的壓力數據；而實際上，隨著開采過程的推進，井筒壓力是不斷變化的，多段井模擬技術可以隨時計算并更新壓力剖面，井筒模擬與油藏模擬同步進行(圖1.12)。圖1.12 多段井模擬技術用多段井模型對井筒進行離散，是對多分枝水平井等復雜結構井進行精確模擬的最有效方法 (圖1.13)。在這個過程中，既考慮了壓頭、摩擦力、加速度，也考慮了井筒的滑脫效應。歷史擬合采用集合卡爾曼濾波方法進行擬合(圖1.14)，可以在每個步長進行邊擬合邊預測，同時可以根據預測的成果對模型不斷進行調整

10、，擬合流程是在初始時刻t0，由狀態向量S的先驗信息生成S的一系列實現S1，S2，Sn。對每一次實現，應用預測模型得到下一時刻t1的預報。整合t1時刻的觀測值和預報值，通過數據同化更新該時刻的狀態向量，優化對狀態向量的估計。反復進行這個迭代過程，就可以得到更精確的預測結果（圖1.15）。圖1.13 多段井模型對井筒進行離散圖1.14 集合卡爾曼濾波理論流程圖1.15 某煤層氣藏產量擬合成果根據離散裂縫建模及基質建模成果，在三維空間內生成四面體非結構化網格系統，計算基質-基質、裂縫-基質、裂縫-裂縫網格之間的傳導率，通過基于聯通表（Connection List）的數值模擬進行精細的流動數值模擬。

11、基于復雜裂縫分布約束下的非結構化網格，具備大型非結構、非線性系統的高效求解，可以考慮天然及人工壓裂裂縫精細描述的數值模擬，也考慮到低滲及超低滲基質中的非線性滲流，可以在任意形態及相互位置關系下，計算多面體網格之間的傳導率，計算平板及管道流動裂縫等效滲透率，同時，基于聯通表的油藏數值模擬也兼容傳統的雙孔雙滲模型。針對非常規油氣藏的復雜流動機理及特殊開采方式，特別是煤層中大規模的構造裂縫、壓裂裂縫，以及頁巖氣藏中天然-壓裂裂縫網絡的離散建模及精細模擬時，采用水平井的多段壓裂-微地震描述及改造體積（SRV）技術，應用多段井模型模擬羽狀、魚骨狀等復雜結構的煤層氣井，考慮吸附/解吸、擴散、達西及非達西滲

12、流等多種復雜機理的煤層氣及頁巖氣藏進行數值模擬，具有非常規油氣藏的產能規律和影響因素敏感性分析，可以為非常規油氣藏開發方案的制定提供強大的定量支持，能夠基于數值模擬及壓裂評估的頁巖氣高效開發生產控制條件進行優化。1.4 一體化裂縫油藏地質建模及數值模擬最新進展及應用1) 根據微地震偵測的不同層段和不同時期的壓裂裂縫，按照低、中、高三種密度分別生成的離散裂縫模型（圖1.16）。2) 考慮天然及壓裂裂縫的頁巖氣數值模擬及產能分析（圖1.17）。3) 吸附-解析曲線及歷史擬合。歷史擬合采用擴展的蘭格繆爾等溫曲線模擬吸附-解吸效應，同時考慮地應力變化對孔隙度和滲透率的影響，根據低、中、高三種密度分別生

13、成離散裂縫模型進行數值模擬和歷史擬合（圖18、圖19）。4) 煤層氣藏多分支水平開采的數值模擬成果（圖1.20）。5) 碳酸鹽巖的油藏數值模擬成果（圖1.21）。圖1.16 微地震偵測生成的離散裂縫模型圖1.17 頁巖氣數值模擬及產能分析流程圖1.18 頁巖氣吸附/解吸曲線及煤層氣的對比圖1.19 頁巖氣產能預測及歷史擬合圖1.20 煤層氣藏多分支水平井開采的數值模擬成果圖1.21 碳酸鹽巖的油藏數值模擬成果第二章 致密砂巖氣藏數值模擬研究2.1 解決問題的方法根據生產、測試資料，壓裂生產井的井區滲透性能在生產過程中動態變化，且隨地層壓力呈一定規律變化。在同一地區和儲層條件，各井的滲透率變化規

14、律是類似的。如圖2.1所示。圖2.1 滲透率曲線圖參考致密儲層的相關資料，在生產、測試數據的基礎上建立典型井的滲透率變化曲線，應用ECLIPSE數模軟件的ROCKTAB關鍵字來描述井區附近滲透率隨地層壓力降低的變化規律，然后與主模型耦合進行模擬計算。研究發現這種方法能夠比較好的反映實際情況，生產歷史擬合結果較好。在進行方案預測時，對設計新井也應采用這一方法，計算結果的穩產時間較短，采收率較低，與實際情況更符合。因此，提出在進行致密氣藏壓裂井的生產歷史擬合時，可以應用數模軟件提供的特殊功能來描述在生產過程中多因素引發的儲層滲透率動態變化，從而進行開采指標計算。儲層滲透率變化曲線應由現場實際數據來

15、提供，這種曲線規律可以在一定范圍內推廣。2.2川西致密砂巖氣藏實例分析2.2.1 地質模型模擬計算的工區是川西中深層致密砂巖某氣藏的一試驗區。綜合靜、動態特征可以確定氣藏屬于統一壓力系統背景下受構造巖性圈閉控制的致密異常高壓定容封閉彈性氣驅干氣藏。根據儲層、測井、試采和試井等多項研究，得到氣層靜態地質模型:孔隙度、含氣飽和度、有效厚度、滲透率等參數場的空間分布，天然氣高壓物性、地層水性質、相對滲透率及氣水毛管壓力由實驗分析處理獲得。2.2.2 數值模型因為工區邊界的不規則性，主要把工區邊界作為確定數值模擬網格形態的控制線。另外，考慮到氣藏的主滲流方向，來確定網格的方向，從根本上減少模擬計算誤差

16、。建立40 ×40的非均勻角點數值模擬網格系統，網格邊界與工區邊界吻合，網格方向與氣藏主滲方向一致。根據縱向上的氣層厚度變化建立3D 不規則角點網格系統，其網格形態與地質構造相吻合。這樣，避免模擬網格和實際地質構造的差異，利用網格技術減少模擬計算的誤差。分別對各屬性參數從精細的MESH分布粗化到數模網格上，根據各屬性參數的物理意義選擇不同的粗化模型。孔隙度、厚度、飽和度采用體積加權的數值計算方法，滲透率采用線性流動邊界的計算方法，建立符合氣藏地質特征和開發動態特征規律的網格數值模型。如圖2.2為工區滲透率分布(0.120.26 mD)及井位圖。圖2.2 川西某氣藏實驗區平面描述圖在所

17、有壓裂井附近網格采用ECLIPSE軟件的ROCKTAB關鍵字，根據圖2.1建立地層滲透率的變化模型，然后與主模型ECLIPSE100耦合進行模擬計算。2.2.3 生產歷史擬合根據上述方法對主要生產井進行了歷史擬合，從擬合結果來看，氣井實際生產曲線和模擬計算結果基本吻合。如圖2.3所示，如果不考慮井區附近地層滲透率隨地層壓力的降低，模擬計算結果將不能反映井底壓力的快速降低，即儲層滲透性改變對單井動態的擬合影響較大。因此，采用此方法，生產歷史擬合的誤差較小， 建立的地質模型更符合實際。圖2.3 儲層滲透性改變對單井動態的擬合影響2.2.4 模擬預測結果分析設計了不同井距， 不同采氣速度的開發方案，

18、 并分別進行了預測計算。所有新井均考慮為加砂壓裂井， 新井的產能預測也考慮井區附近地層滲透率的動態變化。由計算結果可知， 考慮儲層滲透性改變，生產井產能遞減快， 氣藏穩產時間較短， 預測的產氣量和累積產氣量較低， 采收率較低， 與實際情況更符合， 而且考慮儲層滲透性改變和不考慮儲層滲透性改變對開采指標的計算影響較大， 不能忽略。圖2.4 氣藏采氣速度與穩產年限的關系圖圖2.4為其中一套井網方案的氣藏采氣速度與穩產年限的關系，由圖可見儲層滲透性改變對穩產年限的影響較大，考慮井區附近地層滲透率隨地層壓力的降低， 更能正確預測氣藏動態，為決策提供依據。根據預測結果，應該調整部分氣井的生產制度，適當降

19、低配產，避免壓力漏斗過深造成裂縫閉合、水敏等儲層傷害，實現氣藏高產穩產。2.3 結論川西致密砂巖氣藏具有常規氣藏不具有的特征：孔滲性差、儲層敏感性等，在生產過程中隨地層壓力的降低，裂縫閉合、水敏效應等因素引發井附近儲層的滲透性能隨地層壓力的變化不能忽略，而常規數值模擬理論基礎是假定儲層孔隙度、滲透率為靜態模型，導致常常不能正確描述儲層真實滲流狀況，因此不能合理有效的進行生產歷史擬合和動態預測。考慮井區附近地層滲透率隨地層壓力的降低，對開采指標計算具有明顯影響，其生產歷史擬合和動態預測更加符合實際。第三章 致密低滲氣藏壓裂水平井數值模擬利用壓裂水平井開發致密低滲氣藏能有效減小生產壓差，提高開發動

20、用程度和采收率。但由于致密低滲氣藏壓裂投產后，裂縫的閉合以及儲層應力敏感等問題，在開發過程中如何進行動態預測，仍有待于進一步研究。筆者在致密低滲氣藏模型基礎上，對多段壓裂水平井進行開發歷史擬合，并對應力敏感與裂縫閉合對開發效果的影響進行分析。3.1 壓裂水平井數值模擬3.1.1 單井數值模型的建立根據氣田的地質特征、儲層特征及流體性質，采用三維兩相黑油模型進行模擬計算。研究目標是單井壓裂水平井，因此采用Eclipse 軟件的雙孔雙滲模型，用塊中心網格來描述單井的網格模型。D 井水平井裸眼井段為800m，但由于鉆遇率較低（65%左右），同時儲層存在污染，不能自然建產，因此進行了分段壓裂，共壓裂4

21、段，設計縫長60m。利用Eclipse軟件進行模擬計算，基質網格屬性模型根據測井解釋結果建立，裂縫網格屬性根據壓裂層位、加砂量等分析設定初值。該模型的網格節點為：100×100×5=50000，X方向網格大小為10m，Y方向網格按照鉆遇的水平井解釋層段建立；Z方向網格大小為2m（圖3.1）。近井部位以及壓裂層段，網格進行局部加密。圖3.1 D井單井三維地質模型模擬所應用的儲層流體參數均來自該氣田高壓物性實驗測試報告，氣相的高壓物性曲線見圖3.2。在建立數值模型過程中，考慮了儲層的應力敏感，詳細應力敏感數據來自巖心實驗數據（圖3.3）。按井距的一半設定泄氣范圍，以此來確定單井

22、的控制范圍。圖3.2 氣體高壓物性曲線圖3.3 應力敏感曲線3.1.2 開發動態歷史擬合數值模擬的生產歷史擬合是通過對地質模型的調整，得到更符合實際情況的數學模型，以提高方案預測結果的準確性。本次單井歷史擬合主要是在產量一定的條件下，擬合井底壓力和產水。目標井底壓力利用井口油壓數據通過井筒壓力計算得到。擬合中考慮了應力敏感及壓裂裂縫的閉合，達到了較好的擬合效果（圖3.4）。在此擬合地質模型基礎上進行氣藏動態預測能反映氣藏開發的實際情況。圖3.4 D井產氣量、產水量、井底流壓歷史擬合曲線3.2 儲層應力敏感對開發動態的影響儲層的應力敏感通常是在實驗室利用巖心實驗得到，而實際上，由于巖石類別、儲層物性的不同，所得到的結果千差萬別。筆者在上述壓裂水平井模型的基礎上，按照強、中、弱3 種應力敏感程度和4 個采氣速度情況設計12 套方案，分析其對開發動態的影響，結果見表3.1。從預測結果可以看出，應力敏感對開發動態指標影響很大，在采氣速度為5% 的情況下，強、中、弱3 種應力敏感程度對應的穩產時間分別為1.3 年、2.8 年和4.1 年，采收率分別為34.9%、41.2% 和45%，應力敏感的存在使氣田的開發效果明顯變差。因此，如何把應力敏感對開發