缝洞型油藏流体流动规律darcy-sopes模型扩展

缝洞型油藏流体流动规律darcy-sopes模型扩展

渗流定律和渗流力学模型塔河油田的储水空间主要由裂缝和洞穴组成。裂缝和洞穴不仅是主要的储水空间，也是主要的流动通道。这些洞穴分为溶孔和小孔，以及大孔。通过钻井、测井、地震解释以及动态分析研究,大溶洞有部分被充填,也有部分没有被充填。对于缝洞型油藏一般采用双重介质渗流模型,溶洞中的孔隙空间虽然较大,一般油藏能达到厘米级,所以仍然可以处理为多孔介质。然而,塔河缝洞型油藏中的洞穴尺度可达几米甚至数十米,研究表明采用常规的多重介质渗流模型所预测的结果与实际情况往往存在较大的误差,例如根据多重连续介质渗流模型所做的试井解释与地质模型明显不相符合。采用常规的多重介质模型来研究塔河油田具有如下问题:(1)大洞穴以及大的裂缝特征尺度太大,不适合作为多孔连续介质。这种处理方法类似于井筒的处理,对于油井井筒,一般建立的数学模型都不将井筒与储层一起作为多孔介质处理(洞穴的特征尺度有可能超过井径)。(2)多重连续介质数学模型中的窜流是一个标量,只有当窜流的方向性可以忽略时,多重连续介质模型才可适用。裂缝与溶洞具有多种几何结构,裂缝与溶洞的窜流具有方向性,故不适于再将大溶洞和裂缝作为双重介质处理。(3)大洞穴的等效渗透率难以确定。大洞穴如果被充填,其渗透率就是充填物的渗流率,但是如果大洞穴没有被充填,则一般无法计算出等效的渗透率,对于不规则的洞穴,无法建立流速与压差的数学关系,故无法建立计算渗透率的公式。根据渗流力学中的特征尺度理论,特征尺度较小的介质包括溶蚀孔隙、裂缝和裂隙,被充填的溶洞或垮塌的角砾岩等也属于多孔介质范畴,其流动规律属于渗流。而对于未充填的大溶洞,内部不存在多孔介质,故不属于渗流,根据流体力学,其流动规律属于自由流动,流体流动符合Navier-Stokes方程。虽然理论上多孔介质内的流动也可以用Navier-Stokes模型来模拟,但是多孔介质边界复杂,很难建立流动边界,即使能够建立流动边界,也需要建立海量的网格才能将流动边界反应出来,所要求的计算量目前的计算机很难实现。而渗流定律是基于达西实验建立的定律,可以理解为多孔介质中无数个孔隙内流体的Navier-Stokes流动的宏观表现,所以对孔隙尺度较小的储集空间仍需要采用渗流模型模拟。因此塔河缝洞型油藏的流动模型应属于渗流和自由流动的耦合模型,即Darcy-Stokes模型。3r-st对微流体的基本分析模型的基本条件:未充填大溶洞中的流体流动符合Navier-Stokes方程;其余介质中的流体符合渗流运动规律。流体为牛顿流体,不考虑紊流。流体满足微可压缩。由于缝洞系统中油藏毛管力小,故加以忽略。只考虑质量守恒和动量守恒。4与三维地质模型的对比以塔河油田某井的试井数据为例,最初试井采用数据如表1,压力恢复测压数据采用井筒储集效应+表皮效应+径向复合油藏解释模型,在双对数图板上的拟合情况见图3,解析结果见表2。由图3可看出,采用双重介质渗流模型很好的拟合了该井的压力恢复试井曲线。但将解释得出结果与三维地质模型相比较(图4),不相吻合,所得到的参数不能反应出塔河油田缝洞系统的流动区域分布呈现为网络状大尺度的地质特征。本文采用Fluent流体力学软件结合UPF脚本编程语言,对该井采用Darcy-Stokes模型对压力恢复的压力数据进行数值试井解释,以地质建模所提供的渗流区域为基础,结合地震属性(波阻抗,震幅递减率等),同样计算结果较好,但所依据的地质模型和试井解释结果不同(见表3和图5)。5多孔介质流动方程(1)油藏中的流体流动一般符合渗流,但缝洞型油藏局部区域存在大尺度的储集空间类型,按特征尺度理论,如果不适合处理为多孔介质,就应该从Navier-Stokes方程入手推导出新的流动方程。(2)应用实例表明采用Darcy-Stokes模型为基础的数值试井所解释的地质参数比常规试井解释结果更接近地震和录井资料,说明本文模型能够反应塔河缝洞油藏中局部存在有大尺度未充填溶洞的中流体的流动特征。密度g/cmu=(u,v,w)T—流速,ml/min;K—渗透率,×10-3μm2;α—BJS系数;ρ—密度,g/cm3;μ—粘度,mPa·s;q—源汇项。下标por—渗流区;cav—自由流动区;k—油或水。3.1渗透区域的数学模型渗流区数学模型为其中3.2自由流动区域(1)质量常数守固定方程引入流体体积比的概念,则自由流动区物质守恒方程与渗流区非常相似(2)储层压力大小对密度和粘度的影响其中对于油藏,未经充填的大洞,压力的传播速度极快,远高于渗流区域压力的传播。在同一个大溶洞内压力的差异很小,因此油水的密度和粘度都不会相差太大。塔河油田储层压力大于50MPa,即使一个洞内的压差能达到1MPa,造成油水密度和粘度的差异都完全可以忽略。可认为洞内油水的密度和粘度相同,即有如下方程形式3.3微元中段aw的bj塔河油藏渗流区域毛管力小,在介质界面的两侧,油水界面相同,如图2所示,在分界面上油段(ao)和水段(aw)都分别符合BJS条件。微元中油段和水段长度的比例正好为微元中油水的体积比,因此可得到油水两相的BJS条件为式中一个对称的梯度矩阵式中τ—界面上的单位切向量;n—界面上的单位法向量。除了BJS条件,界面上还有以下2个限制条件在二维直角坐标系统,介质分界面与x轴平行时有如下的简化形式2darcy-stkies模型渗流和自由流动共存的系统在自然界和工业领域比较常见。比如:河道与河床沿岸岩土中的地下水所组成的流动系统;用于过滤的管子,其管壁具可渗透性,由管道与管壁构成的系统。最初人们认为在渗流区和自由流动区的分界面上,沿分界面切面上的流速为0,在建立数学模型时往往只关注在分界面法线上物质、动量及能量的守恒,直到1962年,Beavers和Joseph用实验方法得出分界面上的流速并不为0,而是存在如下数量关系(图1)1970年Saffman进而从理论上严格证明了Beavers和Joseph的实验结果,学术界将Bearvers、Joseph、Saffman的研究成果统一称为Beavers-JosephSaffman边界条件,本文简称为BJS条件。因此一般所说的Darcy-Stokes模型的数学方程组应包括:渗流方程、Navier-Stokes方程和BJS边界条件以及界面法线方向的质量动量的守恒条件。后来的研究者从多个角度对Darcy-Stokes模型进行了研究和应用,这些人包括Arbogast、Lehr、Brunson、HuangCS等Darcy-Stokes模型目前还没有应用于油藏。因为一般油藏的孔隙尺度只能达到厘米级,Arbogast研究了该尺度下,采用Navier-Stokes模型计算的结果和渗流模型所计算的差异很小。而塔河油藏由于其特殊的成藏条件,