缝洞型油藏大尺度缝洞体等效模拟方法研究

高艳霞，李小波,彭小龙，张晓

(中石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011)



缝洞型油藏大尺度缝洞体等效模拟方法研究

高艳霞，李小波,彭小龙，张晓

(中石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011)

针对目前缝洞型油藏仍采用常规油藏数值模拟器的现状，提出了更符合缝洞型油藏大尺度缝洞体流体流动规律的等效数值模拟方法。该方法是在分析缝洞型油藏储渗空间类型和流体流动规律的基础上，对大尺度缝洞体等效渗透率大小的确定和分布进行研究。分析表明对大尺度缝洞体进行等效模拟时可以基于Possuellie方程设置等效渗透率近似值；通过模型方案对比，在采用渗流模型等效模拟Darcy-Stokes模型时，等效渗透率分布应设置为缝洞体中间大、边部小。该方法从缝洞型油藏流体流动规律的角度出发寻找到了对大尺度缝洞体等效模拟的有效途径。

缝洞型油藏；大尺度缝洞体；等效模拟；等效渗透率

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏储渗空间主要为岩溶缝洞、缝洞又具有多尺度性和连通多样性以及流体流动规律极其复杂的典型特征[1]。目前在该类油藏缝洞系统流动特征的研究方面虽然提出了渗流和自由流动耦合的Darcy-Stokes油水两相流模型，但是都还没有形成成熟的流动理论和数值模拟方法，对该类油藏的数值模拟方面基本搬用多重连续介质理论即采用常规油藏模拟方法。大尺度缝洞体为缝洞型油藏一类极其重要的储集体，因此利用现有的油藏数值模拟软件实现对该类储集体流动规律等效模拟方法的研究更具有现实意义。

1　缝洞型油藏典型特征

1.1储渗空间类型

塔河缝洞型碳酸盐岩油藏是经多期构造运动和古岩溶共同作用形成的一种特殊类型的油藏。其基质不具有储渗能力，裂缝-溶洞既是主要储油空间，也是主要的流动通道[1,2]。对溶洞可分为溶蚀孔隙、溶蚀孔洞、大尺度缝洞，通过钻井、录井、测井、地震解释以及动态分析研究证实，有直径达数米以上的大尺度缝洞存在；对裂缝可分为溶蚀裂缝和宽度相对较大的构造裂缝。

1.2流体流动规律分析

在缝洞型油藏中储渗空间分布不仅具有强烈的非均质性而且缝洞本身具有多尺度性。缝洞储集体的组合关系将是影响认识流体流动规律的主要因素之一。根据研究的需要将缝洞储集体按不同的组合方式和规模分成4类：裂缝型、裂缝-孔洞型、溶洞-裂缝型、大尺度缝洞型。前3种缝洞组合类型中流体流动规律都符合渗流规律，可分别采用裂缝溶洞双重介质渗流模型模拟。

大尺度缝洞型包括了半填充和未填充的大裂缝和大溶洞，其特征尺度达数米以上，分布的间距大，储集能力和流动能力远远高于微小裂缝和孔洞。缝洞内流体流动规律已不单属于渗流或自由流动，而是渗流和自由流动的耦合流动，对大尺度缝洞可以采用Darcy-Stokes油水两相流模型来模拟[3～5]，但是该模型的运用还不够成熟到商业运用阶段。

2　大尺度缝洞体等效模拟方法

2.1等效渗透率大小的确定

图1　多孔介质壁面平行板模型

在大尺度缝洞体中流体流动包含了边界微小缝洞的渗流和大尺度缝洞内的自由流动。当只关注流体的宏观流动规律时，对模型进行简化可以将三维的问题转化为二维，流体的流动可以认为是平板状或管流流动模式。

如果平行板模型中的边界不是固壁，而是以多孔介质作为壁面，在壁面附近的流动特征则应符合Beaverse-Joseph-Sofman模型边界条件[6](图1)。在一些简单情况下可以得到具有多孔介质壁面的速度分布公式，可以看出在壁面上速度为一定值v0。

(1)

式中：v*为流体速度分布，m/s；v0为壁面速度，m/s；b为平行板间宽度，m；p为压力，MPa；μ为黏度，Pa·s；x为水平方向距离，m；y为垂直方向距离，m。

(2)

如不考虑式(1)第2项壁面流速，则可得到平行板间等效的渗透率值为b2/12。该值就是渗流力学常用来研究微观渗流时确定平行板渗透率的计算公式及Possuellie方程。可以看出大尺度缝洞内的等效渗透率值是与溶洞的半径大小、裂缝的宽度以及空间位置有关的动态值。而渗流模型中渗流区域的渗透率却是一个定值。如果以整个大尺度缝洞为参考对象,则可以得到缝洞总体平均的等效渗透率为一个定值，那么可采用b2/12来等效大尺度缝洞和裂缝的渗透率。

2.2等效渗透率的分布

图2　机理模型

等效渗透率计算公式可以确定等效渗透率的大小，但是还不能比较准确地刻画多相流体在大尺度缝洞内的流动形态和充分解决等效渗透率如何取值的问题。

分析认为达西渗流定律所反映的流速是平均流速，对于那些不需要关注内部流动细节的流动系统，渗流模型可简单快速地实现那些复杂模型的功能。对于多相流动，需要关注流体的分布形态，而流速的差异对于流体的分布具有重要的影响。多孔介质壁面速度为定值其实反映了Beaverse-Joseph-Sofman模型边界条件(在流体速度分布的法线方向上多孔介质壁面的流体速度不是渐变为零，而是存在一个与多孔介质渗流区域有关的一个定值[6])；平板中心的流速高于边部的流速体现了流体黏性应力的作用。因此，通过建立机理模型加以说明。模型中油井直接钻遇水平溶洞一端的顶部，溶洞边界为多孔介质区域且在溶洞另一端存在一个边水水体(图2)。模型设计2个计算方案，即分别采用Darcy-Stokes模型计算(基于Fluent UPF编程实现)和渗流模型计算，渗流模型溶洞的渗透率按b2/12取值，计算结果如图3所示。

图3　流体速度分布图

可以看出不同的求解模型存在极大的差异。在图3(a)中，Darcy-Stokes模型出现溶洞中心流速大于边部的现象，壁面速度为一定值；图3(b)中，渗流模型的溶洞中心和边部的流速基本相同，且壁面速度基本为零；此外，Darcy-Stokes模型中心流度大于渗流模型平均流度。

在水驱油阶段中，Darcy-Stokes模型油水前缘在溶洞中心的推进速度高于边部，出现水趋向溶洞中心流动的现象；渗流模型中溶洞内流速基本相同，考虑重力的作用，水将趋向溶洞底部流动。因此Darcy-Stokes模型预测的油井见水时间必定要早于渗流模型的结果[7]。

基于对比分析认为，依据Darcy-Stokes模型流体在溶洞中心的速度高于边部，因此在采用渗流模型等效模拟Darcy-Stokes模型时，应考虑这种“非均质性”。对于大尺度缝洞应考虑流体在其内部的流速差异，这种差异可以等效地理解为介质的非均质性，即用渗流模型等效模拟大尺度缝洞体时设置渗透率值应中间大、边部小。

3　实例应用

将上述大尺度缝洞体的等效模拟方法应用到模拟塔河碳酸盐岩缝洞型油藏M井缝洞单元中。对识别的大尺度管流通道设置等效渗透率值进行模拟，统计不同时间点的含水率和油井的见水时间，模拟结果如图4所示。等效模拟方法和常规模拟方法对比，在油井见水时间上，前者早于后者；在油井见水后含水上升速度上，前者快于后者；在后期含水率变化情况上基本一致。并且模拟井的见水特征和油藏实际生产特征是一致的。结果表明，采用等效模拟方法能较真实地反映缝洞型油藏大尺度缝洞体流体流动规律。

4　结论

1)缝洞型油藏大尺度缝洞体内流体流动规律包含了渗流和自由流动，对其进行等效渗流数值模拟时，渗透率取值采用b2/12来等效大尺度溶洞和裂缝的渗透率。

2)通过对渗流模型和Darcy-Stokes模型对比分析，认为用渗流模型进行等效模拟大尺度缝洞体设置等效渗透率值时应中间大、边部小。

[1]漆立新,云露.塔河油田奥陶系碳酸盐岩岩溶发育特征与主控因素[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2010,31(1):1～12.

[2]鲁新便.塔河油田奥陶系稠油油藏地质特征及开发技术对策探讨[J].新疆地质,2003,21(3):329～334.

[3]彭小龙.缝洞双重介质数值模型及渗流特征研究[J].西南石油学院学报,2009,31(1):61～64.

[4]刘学利，彭小龙，杜志敏，等.油水两相流DARCY-STOKES模型[J].西南石油大学学报,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.

[编辑]帅群

2015-12-12

国家科技重大专项(2011ZX05049)。

高艳霞(1980-)，女，硕士，工程师，现从事油气田开发研究工作，260828289@qq.com。

TE311

A

1673-1409(2016)14-0066-04

[引著格式]高艳霞，李小波，彭小龙，等.缝洞型油藏大尺度缝洞体等效模拟方法研究[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(14):66～69.