专利名称：裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法
技术领域：
本发明涉及一种裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其为油气 田开发领域中油藏渗流和开发过程研究的新型物理实验方法，同时也适用于其它与裂缝渗 流现象有关的研究领域。
背景技术：
裂缝性介质油气藏普遍存在于世界各地，占已探明未开采储量的一半以上。由于 具有双重介质特点，相对于一般油气藏来说，此类油气藏内油气水等流体的渗流特征和渗 流过程更为复杂，开发难度也更大。为此，人们一直在尝试利用物理实验方法对裂缝性油藏 渗流和开发过程进行模拟和预测，即通过较短时间的小模型试验，使实际油藏中所发生的 物理过程按照一定的相似关系在模型中再现，以便迅速、直观地观测油藏渗流与开发过程， 研究预测开发前景，指导开发实践。但是，此前尚未发现成功的油藏可预测物理模拟研究报 道。裂缝性油藏可预测物理模拟难以实现的主要原因是，所建物理模型不能充分满足 相似性要求，因而无法在物理模型和实际油藏之间建立直接的对应关系。由于在实验室内同时严格满足多种相似条件是非常困难的，此前的模拟研究大都 只针对少部分相似准数建立模型，所以只能在某个方面在一定程度上反映流体在油藏中的 运动规律，而无法全面模拟实际油藏的渗流特征和开发过程，也无法预测实际油藏开发效^ ο
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型 建立方法，全面模拟裂缝性油藏的渗流特征和开发过程，研究预测开发方案的实施效果，指 导开发实践。本发明的技术解决方案是一种裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立 方法，该方法包括(a)根据裂缝性油藏水驱油开发过程的特点，利用渗流力学理论和相似 性分析，建立裂缝性油藏开发模拟的相似性准则，所述相似性准则包括外形与空间相似、井 筒几何相似、岩石物性相似、油水粘度相似、重力_压力相似、基质与裂缝可动油量比相似、 基质内含油量分布的相似、基质渗吸与裂缝驱替特征时间相似、渗吸强度分布相似及时间 过程相似；(b)相似性准则的实现及模型参数设计方法；(c)建立满足多重相似性的油藏宏 观物理模型，以全面模拟预测实际裂缝性油藏的渗流特征和开发过程。本发明针对裂缝各向异性油藏注水开发特点，根据渗流力学理论和实验研究，提 出全面满足多重相似性要求的裂缝油藏注水开发过程物理模型的建立方法。其是在模型几 何形态与油藏区块相似的基础上，抓住裂缝油藏的双重介质特点，围绕基质与裂缝的相互 作用问题，从流体力学的理论出发，根据相似原理，提出相似准数，建立多重相似模型，从而 使物理模拟结果可以直接用于预测和指导实际油藏开发过程。利用本方法建立的物理模型可以全面模拟裂缝性油藏的渗流特征和开发过程，研究预测开发方案的实施效果，指导开 发实践。本发明的效果具体如下(1)本发明提供了一套技术方法，使人们利用物理模拟手段模拟和预测裂缝各向 异性油藏的渗流和开发过程成为可能。(2)本发明确立了裂缝各向异性油藏可预测物理模拟的相似准则体系，奠定了物 理模拟的理论基础。(3)利用有限真空饱和技术和天然砂岩选择方法，实现了渗吸作用的相似性，解决 了裂缝_基质原油储量和供液能力的相似性这一长期存在的核心技术难题。(4)本发明给出了定量化、可操作的的技术方法和实施步骤。(5)本发明不仅适用于油田开发研究领域，还可以供其它与渗流现象有关的研究 领域使用和参考，例如煤矿瓦斯排采研究、水利工程研究等。
图1为不同井径与压力的关系示意图。图2为饱和驱替液后基质岩块内的气液分布示意图。图3为饱和驱替液和被驱替液后岩块内三相流体分布示意图。
具体实施例方式本发明提出一种裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，该方法包 括(a)根据裂缝性油藏水驱油开发过程的特点，利用渗流力学理论和相似性分析，建立裂 缝性油藏开发模拟的相似性准则；(b)根据相似性关系计算确定设计模型的各项参数；(C) 建立满足多重相似性的油藏宏观物理模型，以全面模拟实际裂缝性油藏的渗流特征和开发 过程。应用时，前述相似性准则包括外形与空间相似、井筒几何相似、岩石物性相似(裂 缝渗透率分布相似、裂缝孔隙度相似)、油水粘度相似、重力_压力相似、基质与裂缝可动油 量比相似、基质内含油量分布的相似、基质渗吸与裂缝驱替特征时间相似、渗吸强度分布、 时间过程相似等。下面结合现有渗流力学理论和相似性分析理论并配合附图对本发明的裂缝各向 异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法的基本原理、理论体系、实现方法、实施步骤做 进一步的详细说明。1 原理首先利用渗流力学理论和相似性分析，建立裂缝性油藏开发模拟的相似性准则， 包括外形与内部空间几何相似、井筒几何相似、裂缝各向异性渗透率及孔隙度分布相似、油 水粘度(运动阻力)相似、重力-压力(动力系统)相似、基质与裂缝可动油量比(储存作 用)相似、基质渗吸与裂缝驱替特征时间比相似、基质含油量分布相似、渗吸作用强度分布 相似、时间相似、饱和度分布相似及位势分布相似等相似准数；然后研究实现相似准则的途 径，提供一套建立满足相似性的油藏宏观物理模型的方法。本发明的相似性准则中包含全 面的相似关系，所建油藏物理模型全面满足多重相似性，可以全面模拟实际裂缝性油藏的 渗流特征和开发过程，研究预测开发方案的实施效果，指导开发实践。
具体地，本发明的一具体实施例中，该相似性准则包括表1所示的22项相似准数， 其具体的建立方法可以参照下文所述内容。表1裂缝各向异性油藏水驱油模拟相似准则
权利要求
一种裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特征在于，该方法包括(a)根据裂缝性油藏水驱油开发过程的特点，利用渗流力学理论和相似性分析，建立裂缝性油藏开发模拟的相似性准则，所述相似性准则包括外形与空间相似、井筒几何相似、岩石物性相似、油水粘度相似、重力 压力相似、基质与裂缝可动油量比相似、基质内含油量分布的相似、基质渗吸与裂缝驱替特征时间相似、渗吸强度分布相似及时间过程相似；(b)相似性准则的实现及模型参数设计方法；(c)建立满足多重相似性的油藏宏观物理模型，以全面模拟预测实际裂缝性油藏的渗流特征和开发过程。
2.如权利要求1所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特 征在于，所述步骤(a)中所述岩石物性分布相似包括裂缝渗透率分布相似及裂缝孔隙度相 似，且所述相似性准则还包括饱和度分布相似及位势分布相似，该相似性准则共包括下面 的裂缝各向异性油藏水驱油模拟相似性准则表中所列的22个相似准数。裂缝各向异性油藏水驱油模拟相似性准则表
3.如权利要求2所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特征 在于，所述步骤(a)中包括(al)确定相似性准则的建模条件，所述建模条件包括(all)油藏介质为双孔单渗，即基质和裂缝均为流体存储空间，裂缝系统是渗流通道；(al2)考虑基质-裂缝间的渗吸作用；(al3)考虑重力及油水重度差的影响；(al4)考虑裂缝渗透率的各向异性；(al5)忽略裂缝中的毛管力；(al6)忽略流体及岩石的压缩性。
4.如权利要求3所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特征 在于，所述步骤(a)中，还包括(a2)建立无量纲化渗流数学模型裂缝中的油水运动方程
5.如权利要求1所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特征 在于，所述步骤(b)中相似性准则的实现方法包括(bll)各向异性渗透率相似性(π 7 π 11)的实现方法相似准数 π 11要求裂缝性油藏物理模型与实际油藏保持渗透率分布的非均质 性及各向异性相似，即在任意区域满足
6.如权利要求5所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特征 在于，所述步骤(b)中相似性准则的实现方法还包括(bl2)裂缝孔隙度相似性(π 12)的实 现方法，具体为相似准数η 12要求模型内裂缝孔隙度分布与实际油藏保持相似，即在任意区域满足(於/Λ模型=(《/ )油藏(33)根据裂缝渗流理论，当模型内裂缝分布满足渗透率的相似性时，其孔隙度相似性会同 时得到满足。
7.如权利要求6所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特征 在于，所述步骤(b)中相似性准则的实现方法还包括(bl3)油水粘度比相似性(π 13)的实 现方法因为不计流体的压缩性，所以可认为驱替液和被驱替液的粘度均为常数；根据相似准 则η 13，选择粘度合适的流体作为驱替液和被驱替液，使得油藏和模型的油水粘度比满足 下述关系
8.如权利要求7所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特征 在于，所述步骤(b)中相似性准则的实现方法还包括(bl4)利用有限真空饱和技术和天然 砂岩选择方法实现模型和油藏的裂缝_基质可动原油储量的相似性(η 15和π 16)。根据相似性准则η 15和π 16，实际油藏和实验模型的基质-裂缝可动油量比以及基质 含可动油量分布应满足(38)式
9.如权利要求8所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特 征在于，所述步骤(b)中相似性准则的实现方法还包括(bl5)裂缝-基质供液能力相似性 (π 17和π 18)的实现方法根据相似准则η 17和η 18要求实际油藏和实验模型的渗吸半周期-裂缝驱替特征时 间比应满足(39)式
10.如权利要求9所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特 征在于，所述步骤(b)中模型参数设计方法包括(b21)根据实际油藏的尺度和形状、实验室空间条件及关系式(25)，计算确定模型的 几何尺度(Lx，Ly, Lz)和形状，以及模型中小岩块的大小、数量；(b22)根据实际油藏及其井筒的几何参数确定模型内的井筒半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,则取rw模型=rwl，此时(30)式中rwl = rw2 ；如果rwl < 6. 0mm,则取rw 模型=rw2 = 6. 0mm，此时(30)式中 rwl Φ rw2 ；(b23)根据小岩块加工和粘接工艺过程，确定的值； (b24)根据实际油藏的裂缝渗透率与孔隙度分布及相似关系(32)、(33)式，计算确定 模型中渗透率分布、孔隙度分布和裂缝分布，确定模型中每个小岩块的粘结方式；(b25)根据实际油藏的油水粘度和(34)式，利用(bl3)所述方法，试验设计具有合适粘 度的驱替液和被驱替液；(b26)根据实际油藏的注采井底压力和油水密度，以及物理模型驱替液和被驱替液的 密度，并考虑扩大井径和表皮系数的影响，利用重力压差与注采压差之比的相似性计算确 定模型的注采压力；(b27)根据实际油藏参数及物理模型的裂缝孔隙度和水驱特征时间，利用(38)、(39) 式计算确定模型内每个区域的单位体积基质可动油储量和基质-裂缝渗吸半周期型°
11.如权利要求10所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特 征在于，所述步骤(C)中包括(Cl)天然砂岩的选择及小岩块的制备，具体为(cll)针对物理模型的每个区域，利用所述裂缝_基质原油储量和供液能力的相似性 (π15 π18)实现方法，在相同的操作条件，其两次抽真空的压力分别为f和&，对小岩 块进行饱和及渗吸半周期测试，选择合适的小岩块砂岩品种，使之同时满足单位体积基质 中可动油量Rtss和渗吸半周期T^s两方面的要求；(cl2)使用步骤(cll)中选定的天然砂岩加工制作正方形小岩块；小岩块的边长一般 可取25mm 50mm，同一物理模型中所有小岩块的尺寸必须严格相等；(cl3)在设计井筒穿过的小岩块上钻孔，形成预设的井眼；井径取步骤(b22)中的设计值；(cl4)对需要预设各种测试管线及流体饱和通道的小岩块进行加工处理。
12.如权利要求11所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特 征在于，所述步骤(c)中还包括(c2)物理模型制作过程，具体为(c21)根据步骤(b24)的设计方案，将小岩块顺序粘结形成大尺度的物理模型岩体； (c22)在模型岩体表面均勻涂刷环氧树脂胶，待其凝固形成封闭的模型边界； (c23)连接各井筒及测试点的管线，在模型底部和顶部设置流体饱和通道。
13.如权利要求12所述的裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，其特 征在于，所述步骤(c)中还包括(c3)流体饱和过程，具体为(c31)模型饱和过程采用有限真空技术，可采用与步骤(cll)相同的操作时间和同样 的真空度；(c32)饱和过程开始，首先利用真空泵从顶部饱和通道将模型内压力降至A，然后保 持压力A不变，向模型底部饱和通道注入驱替液，直到裂缝系统全部充满驱替液，形成底部 注、顶部采的循环流动，使得模型内每个小岩块所处的流体环境相同，然后关闭顶部通道， 模型内压力逐渐上升至初始状态，驱替液进入所有小岩块；(c33)利用真空泵从模型底部饱和通道抽取驱替液，将模型内压力降至凡-，然后保持 压力仄不变，向模型顶部饱和通道注入被驱替液，直到裂缝系统全部充满被驱替液，形成顶 部注入、底部采出的循环流动，使得模型内每个小岩块所处的流体环境相同，然后关闭顶部通道，模型内压力逐渐上升至初始状态，被驱替液进入所有小岩块，此时模型内每个小岩块 内的流体分布达到模型饱和要求。
全文摘要
一种裂缝各向异性油藏注水开发可预测物理模型建立方法，该方法包括(a)根据裂缝性油藏水驱油开发过程的特点，利用渗流力学理论和相似性分析，建立裂缝性油藏开发模拟的相似性准则，相似性准则包括外形与空间相似、井筒几何相似、岩石物性相似、油水粘度相似、重力-压力相似、基质与裂缝可动油量比相似、基质内含油量分布的相似、基质渗吸与裂缝驱替特征时间相似、渗吸强度分布相似及时间过程相似；(b)相似性准则的实现及模型参数设计方法；(c)建立满足多重相似性的油藏宏观物理模型，以全面模拟预测实际裂缝性油藏的渗流特征和开发过程。本发明建立了裂缝各向异性油藏可预测物理模拟相似准则体系，功能全面、易于实现。
文档编号E21B49/00GK101942991SQ20101022247
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者丁祖鹏, 刘月田, 张勇, 敖坤 申请人:中国石油大学(北京)