CN103745082A - 非均相复合驱油体系数值模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非均相复合驱油体系数值模拟方法，该方法包括:求解水相压力方程和油相压力方程；求解相饱和度方程和各个组分的质量守恒方程，计算当前时间步的预交联凝胶颗粒浓度；根据预交联凝胶颗粒残余阻力系数曲线来插值计算当前时间步的预交联凝胶颗粒残余阻力系数；计算预交联凝胶颗粒悬浮液的粘度；以及修正达西定律的流度系数，并根据达西定律计算水相流动速度，转入下一个时间步的相压力方程计算，直至非均相复合驱模拟时间结束。该非均相复合驱油体系数值模拟方法建立了描述非均相复合驱封堵调剖、运移调驱特征的数学模型，提出了有效表征预交联凝胶颗粒驱替机理的数值模拟方法。
Description
技术领域
本发明涉及油藏数值模拟理论研究、技术应用及油气田开发提高油藏采收率领域，特别是涉及到一种非均相复合驱油体系数值模拟方法。
背景技术
随着化学驱油技术研究的日益深入，以非均相（预交联凝胶颗粒+聚合物+表面活性剂）复合驱为代表的新型驱油体系快速发展，并在机理研究、矿场试验等方面取得重大进展。非均相复合驱是油田近几年发展的新型调驱体系，其主要驱替剂为支化半交联的粘弹性预交联凝胶颗粒（B-PPG），预交联凝胶颗粒在多孔介质中流动时是以固体颗粒的形式悬浮在溶液中，随着驱替液流动，在运移过程中由于表面沉积和颗粒聚集会对孔喉产生堵塞，而随着压力的升高，颗粒会变形通过孔喉，继续运移。相比传统的凝胶类颗粒，预交联凝胶颗粒在粘弹性上具有更好的表现，从室内实验上来看，其运移呈现出时堵时驱的非连续性特征，能够有效调节地层的非均质性。如何准确地描述非均相体系的驱替机理，定量区分体系各个物化参数的影响作用，需要借助数值模拟的手段。目前国内外有关于传统的PPG处理方法，主要是将其作为凝胶对地层进行封堵。尚未发现描述预交联凝胶颗粒非连续性运移调驱机理的数值模拟方法。研究非均相复合驱数值模拟方法，有助于深入认识非均相复合驱的驱油机理，指导聚合物驱后油藏开发方式调整与优化。为此我们发明了一种新的非均相复合驱油体系数值模拟方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种建立了描述非均相复合驱封堵调剖、运移调驱特征的数学模型的非均相复合驱油体系数值模拟方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：非均相复合驱油体系数值模拟方法，该非均相复合驱油体系数值模拟方法包括:步骤1，求解水相压力方程和油相压力方程；步骤2，求解相饱和度方程和各个组分的质量守恒方程，计算当前时间步的预交联凝胶颗粒浓度；步骤3，根据预交联凝胶颗粒残余阻力系数曲线来插值计算当前时间步的预交联凝胶颗粒残余阻力系数；步骤4，根据预交联凝胶颗粒表观粘度-浓度曲线和当前时间步的预交联凝胶颗粒浓度来计算预交联凝胶颗粒悬浮液的粘度；以及步骤5，将预交联凝胶颗粒残余阻力系数和预交联凝胶颗粒悬浮液的粘度反应在水相流动方程的流度中，修正达西定律的流度系数，并根据达西定律计算水相流动速度，转入下一个时间步的相压力方程计算，直至非均相复合驱模拟时间结束。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤2中，在求解预交联凝胶颗粒质量守恒方程时，根据通过因子来描述预交联凝胶颗粒在多孔介质中的滞留与再运移，以及预交联凝胶颗粒与水运移的不同步性，在计算通过因子后，将其带入质量守恒方程计算当前时间步的预交联凝胶颗粒浓度。
通过因子表示预交联凝胶颗粒通过单位孔隙体积前后的浓度比，取值在[0,1]范围内,在数值模拟模型中，利用压差、渗透率、颗粒浓度因素计算颗粒通过因子。
在计算通过因子时，通过启动压力梯度描述预交联凝胶颗粒的非连续性流动，当油藏压力梯度小于启动压力梯度时，颗粒通过因子为0，颗粒在孔隙中聚集，形成封堵，当油藏压力梯度超过启动压力梯度时，颗粒开始运移，通过因子在(0,1]内变化。
通过不同的渗透率对应不同的启动压力梯度来描述预交联凝胶颗粒选择性封堵造成液流在非均质区域的转向，高渗透率区域启动压力梯度较低，颗粒容易聚集并形成封堵，使液流向低渗区域流动。
在步骤3中，通过实验室测量非均相复合驱段塞注入前后多孔介质的渗透率比值来计算残余阻力系数曲线，残余阻力系数曲线的大小与预交联凝胶颗粒浓度、地层渗透率因素有关，利用残余阻力系数修正绝对渗透率来表征预交联凝胶颗粒颗粒运移过程中对孔喉的封堵作用。
通过不同的渗透率对应不同的残余阻力系数来描述预交联凝胶颗粒选择性封堵造成液流在非均质区域的转向，高渗透率区域由于颗粒进入量较多，残余阻力系数相比低渗透区域更高，使向低渗区域流动的液量增大。
在步骤4中，通过实验室测定得到预交联凝胶颗粒表观粘度-浓度曲线，由于预交联凝胶颗粒会增加水相的粘度而在多孔介质中运移时会发生剪切降解，反映出剪切变稀的非牛顿流体的特性，通过实验测量结果插值计算或者利用实验结果拟合经验公式来描述剪切粘度，通过实验室测量结果插值计算预交联凝胶颗粒与聚合物复配时的复配粘度。
本发明中的非均相复合驱油体系数值模拟方法，根据非均相复合驱的基本渗流规律，引入预交联凝胶颗粒通过因子的概念，建立了描述非均相复合驱封堵调剖、运移调驱特征的数学模型，提出了有效表征预交联凝胶颗粒驱替机理的数值模拟方法。
附图说明
图1为本发明的非均相复合驱油体系数值模拟方法的一具体实施例的流程图；
图2是预交联凝胶颗粒通过孔喉运移与封堵机理示意图；
图3是数值模拟模型平面网格与井位分布图；
图4是不同驱替方式综合含水变化曲线；
图5是不同驱替方式采出程度变化曲线；
图6为聚合物驱后非均相复合驱高、低渗层液量变化曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
如图2所示，图2是预交联凝胶颗粒通过孔喉运移与封堵机理示意图。其中△P代表渗流场的压力梯度，Pmax代表颗粒变形运移压力梯度，可以通过室内渗流实验测量得到。当△P≤Pmax时，渗流场压力梯度不足以使颗粒发生运移，此时颗粒在孔隙中发生滞留，滞留的形式有堵塞、沉积、吸附等，驱替液体转向流入其他的孔隙；当△P>Pmax时，渗流场压力梯度达到颗粒运移的临界值，颗粒变形通过孔喉，开始运移。非均相体系在多孔介质中的运动形式主要有：运移、堵塞、变形通过、沉积（再运移），通过时堵时驱、液流转向的机理改善地层非均质性，提高波及系数。
如图1所示，图1为本发明的非均相复合驱油体系数值模拟方法的流程图。在步骤101，在化学驱油藏模拟过程中，首先求解水相压力方程，油相压力方程通过毛管压力来计算。将预交联凝胶颗粒视为水相中的组分，随水相流动，但与水相不同步运移。流程进入到步骤102。
在步骤102，其次，求解相饱和度方程和各个组分的质量守恒方程（即组分浓度方程）。在求解预交联凝胶颗粒质量守恒方程时，为描述预交联凝胶颗粒在多孔介质中的滞留与再运移，以及颗粒与水运移的不同步性，在组分浓度方程的对流项中引入通过因子的概念。通过因子表示预交联凝胶颗粒通过单位孔隙体积前后的浓度比，取值在[0,1]范围内,反映了颗粒通过孔喉或者数值模拟网格体的运移、沉积、堵塞能力。根据实验结果，其大小与压差、颗粒粒径、孔喉尺寸、颗粒浓度等因素有关；由于颗粒粒径的大小与孔喉尺寸的匹配与孔隙度、渗透率存在等价对应关系，因此在数值模拟模型中，可以利用压差、渗透率、颗粒浓度等因素计算颗粒通过因子。
在通过因子的计算中引入启动压力梯度的概念，描述预交联凝胶颗粒的非连续性流动。当油藏压力梯度小于启动压力梯度时，颗粒通过因子为0，颗粒在孔隙中聚集，形成封堵，当油藏压力梯度超过启动压力梯度时，颗粒开始运移，通过因子在(0,1]内变化。由于启动压力梯度与预交联凝胶颗粒的运移有关，因此并不在水相流动方程，即达西定律中出现，而是在组分质量守恒方程中由通过因子来体现。
对于预交联凝胶颗粒选择性封堵造成液流在非均质区域的转向，在本步骤中通过不同的渗透率对应不同的启动压力梯度来描述。高渗透率区域启动压力梯度较低，颗粒容易聚集并形成封堵，使液流向低渗区域流动。在初始化的读入数据中，根据实验结果输入预交联凝胶颗粒通过因子的实验图版，即颗粒通过因子随渗透率、压差、颗粒浓度等因素的变化关系表，在主模型计算颗粒组分浓度时，根据渗透率、压差和上一时间步的颗粒浓度来计算通过因子，并带入质量守恒方程计算当前时间步的颗粒浓度。流程进入到步骤103。
在步骤103，根据实验结果在初始化文件中输入的预交联凝胶颗粒残余阻力系数曲线来插值计算当前时间步的残余阻力系数。残余阻力系数曲线通过实验室测量非均相复合驱段塞注入前后多孔介质的渗透率比值来计算，大小与预交联凝胶颗粒浓度、地层渗透率等因素有关。利用残余阻力系数修正绝对渗透率来表征预交联凝胶颗粒颗粒运移过程中对孔喉的封堵作用。
对于预交联凝胶颗粒选择性封堵造成液流在非均质区域的转向，本步骤通过不同的渗透率对应不同的残余阻力系数来描述。高渗透率区域由于颗粒进入量较多，残余阻力系数相比低渗透区域更高，使向低渗区域流动的液量增大。得到残余阻力系数后，流程进入到步骤104。
在步骤104，根据实验结果输入的预交联凝胶颗粒表观粘度-浓度曲线和当前时间步颗粒的浓度来计算颗粒悬浮液的粘度，预交联凝胶颗粒表观粘度-浓度曲线通过实验室测定得到。预交联凝胶颗粒会增加水相的粘度，在多孔介质中运移时会发生剪切降解，反映出剪切变稀的非牛顿流体的特性。剪切粘度通过实验测量结果插值计算或者利用实验结果拟合经验公式来描述。预交联凝胶颗粒与聚合物复配时，复配粘度通过实验室测量结果插值计算。流程进入到步骤105。
在步骤105，将预交联凝胶颗粒残余阻力系数和对水相粘度的影响反应在水相流动方程的流度中，修正达西定律的流度系数，并根据达西定律计算水相流动速度，转入下一个时间步的相压力方程计算，直至非均相复合驱模拟时间结束。
在应用本发明的一具体实施例中，图3是建立的数值模拟模型示意图。模型网格步长为20m×20m×4m，网格规模为15×15×2。平面上渗透率分布均匀，纵向上第一层渗透率为3000μm2，第二层渗透率为500μm2，反五点井网，b01井为定量注入井，日注入量150m3，b02-b05井为定压生产井，井底流压12Mpa。模拟时间7000天，注入段塞设置为：2600天到4000天注入浓度为2000ppm的聚合物，4000天到5500天注入浓度均为2000ppm的聚合物、预交联凝胶颗粒及0.2%的表面活性剂（图4中比较了将本段塞替换为仅注聚合物+表面活性剂的二元复合驱段塞的结果），其余时间水驱。
由图4、图5可以看出，本发明中提出的方法能有效表征聚合物驱后非均相复合驱进一步降水增油、提高采收率的效果。由图6可以看出，预交联凝胶颗粒注入后能使高渗层与低渗层的液量发生转向，封堵高渗，增大对低渗层位的驱替。研究结果表明，考虑预交联凝胶颗粒通过因子、残余阻力系数、粘度等因素的数值模拟方法可以表征B-PPG的驱替机理，对于聚合物驱后油藏进一步提高采收率的数值模拟提供了有效手段。
Claims (8)
1.非均相复合驱油体系数值模拟方法，其特征在于，该非均相复合驱油体系数值模拟方法包括:
步骤1，求解水相压力方程和油相压力方程；
步骤2，求解相饱和度方程和各个组分的质量守恒方程，计算当前时间步的预交联凝胶颗粒浓度；
步骤3，根据预交联凝胶颗粒残余阻力系数曲线来插值计算当前时间步的预交联凝胶颗粒残余阻力系数；
步骤4，根据预交联凝胶颗粒表观粘度-浓度曲线和当前时间步的预交联凝胶颗粒浓度来计算预交联凝胶颗粒悬浮液的粘度；以及
步骤5，将预交联凝胶颗粒残余阻力系数和预交联凝胶颗粒悬浮液的粘度反应在水相流动方程的流度中，修正达西定律的流度系数，并根据达西定律计算水相流动速度，转入下一个时间步的相压力方程计算，直至非均相复合驱模拟时间结束。
2.根据权利要求1所述的非均相复合驱油体系数值模拟方法，其特征在于，在步骤2中，在求解预交联凝胶颗粒质量守恒方程时，根据通过因子来描述预交联凝胶颗粒在多孔介质中的滞留与再运移，以及预交联凝胶颗粒与水运移的不同步性，在计算通过因子后，将其带入质量守恒方程计算当前时间步的预交联凝胶颗粒浓度。
3.根据权利要求2所述的非均相复合驱油体系数值模拟方法，其特征在于，通过因子表示预交联凝胶颗粒通过单位孔隙体积前后的浓度比，取值在[0,1]范围内,在数值模拟模型中，利用压差、渗透率、颗粒浓度因素计算颗粒通过因子。
4.根据权利要求3所述的非均相复合驱油体系数值模拟方法，其特征在于，在计算通过因子时，通过启动压力梯度描述预交联凝胶颗粒的非连续性流动，当油藏压力梯度小于启动压力梯度时，颗粒通过因子为0，颗粒在孔隙中聚集，形成封堵，当油藏压力梯度超过启动压力梯度时，颗粒开始运移，通过因子在(0,1]内变化。
5.根据权利要求4所述的非均相复合驱油体系数值模拟方法，其特征在于，通过不同的渗透率对应不同的启动压力梯度来描述预交联凝胶颗粒选择性封堵造成液流在非均质区域的转向，高渗透率区域启动压力梯度较低，颗粒容易聚集并形成封堵，使液流向低渗区域流动。
6.根据权利要求1所述的非均相复合驱油体系数值模拟方法，其特征在于，在步骤3中，通过实验室测量非均相复合驱段塞注入前后多孔介质的渗透率比值来计算残余阻力系数曲线，残余阻力系数曲线的大小与预交联凝胶颗粒浓度、地层渗透率因素有关，利用残余阻力系数修正绝对渗透率来表征预交联凝胶颗粒颗粒运移过程中对孔喉的封堵作用。
7.根据权利要求6所述的非均相复合驱油体系数值模拟方法，其特征在于，通过不同的渗透率对应不同的残余阻力系数来描述预交联凝胶颗粒选择性封堵造成液流在非均质区域的转向，高渗透率区域由于颗粒进入量较多，残余阻力系数相比低渗透区域更高，使向低渗区域流动的液量增大。
8.根据权利要求1所述的非均相复合驱油体系数值模拟方法，其特征在于，在步骤4中，通过实验室测定得到预交联凝胶颗粒表观粘度-浓度曲线，由于预交联凝胶颗粒会增加水相的粘度而在多孔介质中运移时会发生剪切降解，反映出剪切变稀的非牛顿流体的特性，通过实验测量结果插值计算或者利用实验结果拟合经验公式来描述剪切粘度，通过实验室测量结果插值计算预交联凝胶颗粒与聚合物复配时的复配粘度。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |