完全各向异性的基质裂缝渗流模型制作方法与流程

本发明涉及油田开发，特别涉及到一种完全各向异性的基质裂缝渗流模型制作方法。

背景技术：

1、各向异性油藏是渗透率具有方向性的油藏。各向异性油藏分布范围广，开发潜力大，在世界和我国石油工业中均占有重要地位。与常规油藏相比，各向异性油藏开发面临的主要困难是地层内流体运移方向的掌握与调整，而影响流体运移方向、决定注采井间流动关系的主要因素是渗透率各向异性。因此必须有针对性的对各向异性油藏渗流机理与开发规律进行研究。

2、现阶段，各向异性油藏渗流与开发物理模拟实验仍难以实现，其根本原因是难以建立与实际油藏相似的各向异性物理模型。各向异性油藏储层往往发育有多组具有方向性的天然裂缝，裂缝系统与基质系统均存在不同程度的各向异性，二者耦合形成的复杂完全各向异性决定了流体在其中的渗流规律。在此之前，各向异性渗流介质的制作方法主要包括以下四种：预置裂缝填充物的填埋压制方法、机械式拉压造缝方法、平行板叠置成缝方法和立方体岩块的选择性粘接方法。上述四种方法均存在一定的缺陷：或无法定量化控制裂缝分布，或只能实现简单裂缝各向异性，无法模拟完全各向异性特征。

3、在申请号：201010190001.9的中国专利申请中，涉及到一种裂缝各向异性渗流介质制作方法，该方法采用天然地层岩石作为原材料加工制作小岩块，再将这些小岩块以预定方式按顺序连结形成大尺度岩体，使小岩块之间的缝隙在大岩体内构成三维的裂缝系统，并定量控制大岩体内裂缝的分布，形成裂缝分布定量化的非均质裂缝各向异性渗流介质。该发明只考虑了裂缝系统的各向异性，无法模拟基质系统各向异性对流体渗流的影响。

4、在申请号：201910236413.2的中国专利申请中，涉及到一种各向异性油藏物理模型制作方法与装置。该方法包括：将各向异性油藏参数转换为各向同性油藏参数；其中，所述各向同性油藏参数中的各向同性油藏地层厚度大于所述各向异性油藏参数中的各向异性油藏地层厚度；根据所述各向同性油藏参数，基于相似准则制作各向异性油藏物理模型。该发明同样也未能考虑基质各向异性对整个油藏的影响。

5、在申请号：cn201010560496.x的中国专利申请中，涉及到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。

6、以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的完全各向异性的基质裂缝渗流模型制作方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是建立一种完全各向异性的基质裂缝渗流模型制作方法，能够实现模拟实际裂缝性油藏的复杂完全各向异性渗透率特点，用于研究该类油藏渗流及开发规律。

2、本发明的目的可通过如下技术措施来实现：完全各向异性的基质裂缝渗流模型制作方法，该完全各向异性的基质裂缝渗流模型制作方法包括：

3、步骤1，建立一个直角坐标系，确定渗流模型总体参数；

4、步骤2，确定基质系统物性参数；

5、步骤3，确定裂缝系统物性参数，进行裂缝系统设计；

6、步骤4，进行物理模型的切割和粘接。

7、本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

8、在步骤1，以大地为参照物建立一个直角坐标系以东、北、上三个方向为坐标线，分别对应三个单位坐标向量已知待模拟的裂缝性油藏在大地坐标系下的完全各向异性渗透率张量为(1)式：

9、

10、式中，为基质裂缝渗流模型的总体渗透率张量。

11、对于要制作的基质裂缝渗流模型，需要满足：

12、

13、其中，为渗流模型基质系统的渗透率张量；为渗流模型裂缝系统的渗透率张量。

14、在步骤2，作为制作基质裂缝渗流模型基质系统的原材料，要求天然岩石具有较弱的非均质性；分别平行和垂直于天然岩石的沉积方向，钻取标准岩心柱，通过岩心气测渗透率实验，测量天然岩石的水平渗透率kmh和垂向渗透率kmv。

15、在步骤2，以岩石沉积平面γm为参照系建立一个直角坐标系以沉积平面γm与水平面的交线为一条坐标线，对应单位坐标向量在平面γm内取与垂直的方向为另一条坐标线，对应单位坐标向量再取垂直于沉积平面的方向为第3条坐标线，对应单位坐标向量则基质系统在γm坐标系下的各向异性渗透率张量为：

16、

17、基质系统的各向异性系数可表示为：

18、

19、(3)式可化简为：

20、

21、岩石沉积平面γm相对于地平面的倾角为αm，方位角为βm，则任意张量由γm直角坐标系变换至大地直角坐标系的张量时的张量计算公式为(6)式，其中坐标变换系数为(7)式，：

22、

23、

24、联立(5)～(7)式，计算获取基质系统在大地坐标系下的各向异性渗透率张量：

25、

26、在步骤3，裂缝系统渗透率张量可表示为：

27、

28、式中的kfh为裂缝系统的等效渗透率，通过(10)式确定：

29、

30、该模型裂缝系统由单组指定方向的平行裂缝构成，其等效渗透率kfh也可表示为：

31、

32、式中：nf为裂缝密度，b为裂缝开度。

33、在步骤3，要制作的基质裂缝渗流模型裂缝系统需要满足的大地坐标系下的渗透率张量可由(1)～(2)式及(8)式联立求得：

34、

35、联立(10)～(12)式可求得，模型裂缝系统的裂缝密度nf和裂缝开度b的对应关系：

36、

37、裂缝系统的单组平行裂缝在以裂缝平面γf为参照物建立的直角坐标系内的各向异性渗透率张量为(14)式：

38、

39、即：

40、

41、假设裂缝系统的裂缝平面γf在大地坐标系内的倾角为αf，方位角为βf；联立(6)～(7)、(15)式，得到裂缝系统在大地坐标系下的各向异性渗透率张量：

42、

43、联立(12)和(16)式，可得：

44、

45、求解方程组(17)可得，裂缝系统平行裂缝的倾角：

46、当kfxy>0，kfxz>0和

47、当kfxy>0，kfxz<0和

48、当kfxy<0，kfx<0和

49、当kfxy<0，kfx>0和

50、裂缝系统平行裂缝的方位角：

51、当kfxy>0，kfxz>0和

52、当kfxy>0，kfxz<0和

53、当kfxy<0，kfxz<0和

54、当kfxy<0，kfxz>0和

55、在步骤4，人为给定裂缝系统的裂缝密度nf，根据(13)、(18)～(19)式计算获取平行裂缝的开度、倾角、方位角这些参数。

56、在步骤4，将大尺度的立方岩体定向切割加工成等厚的岩石平板，保证切割平面的倾角、方位角与设计的裂缝平面的倾角、方位角相等；切割平面的间距即岩石平板的厚度与给定的裂缝密度nf的倒数相等。

57、本发明中的完全各向异性的基质裂缝渗流模型制作方法，同时适用于其它与各向异性渗流现象有关的研究领域，能够实现模拟实际裂缝性油藏的复杂完全各向异性渗透率特点，用于研究该类油藏渗流及开发规律。

58、本发明的先进性至少表现在以下三个方面：可以定量控制渗流模型中的裂缝分布参数，包括方向、密度和开度等，所建立的物理模型具有可重复性；考虑了基质系统各向异性对流体渗流的影响，能够模拟实际裂缝性油藏的复杂完全各向异性渗透率特点；采用天然岩石作为原材料，所制作的渗流介质具有天然岩石的属性，可以更真实地表达油藏的天然物性特征。