CN108266185A - 一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，首先基于有效应力原理及改造区流动特征，建立非常规储层岩土变形场(应力场)与流体流动场(渗流场)之间相互作用的流固耦合数学模型；然后通过求解通式形式的流‑固全耦合偏微分方程组，实现渗流场和应力场的全耦合法求解；最后模拟不同孔隙介质组合情况下的流固耦合作用，得到基质、天然裂缝和网络裂缝三个***对体积改造井累积产量的贡献比例。最终建立一套非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法。本发明具有模型因素考虑全面、评价方法简单和结果可定量化等优点，可及时指导油气田进行开发措施调整及综合管理，对非常规储层实现规模经济开采提供理论基础与技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及油井的开发领域，特别涉及一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法。
背景技术
致密油气储层和页岩油气储层等非常规油气藏单井产能低、有效动用难度大，其储层复杂、非均质性强、渗透率极低，有效开发面临巨大挑战。体积压裂技术作为开发这类非常规储层的有效途径，是通过形成多段天然裂缝与人工裂缝相互交错的空间裂缝网络来增加储层改造体积，以达到增产的目的。非常规储层开发过程中与常规储层的孔隙空间有很大不同。致密油气藏和页岩油气藏等非常规储层中伴生的天然裂缝和体积改造产生的人工网络裂缝共同构成了极为复杂的多尺度网络***，体积改造后储层中存在基质、天然裂缝和网络裂缝的多种孔隙介质***。
我国西部鄂尔多斯盆地非常规储层普遍发育天然微裂缝，采油井进行体积改造后，储层岩石空间类型主要包括基质微观孔隙、天然微裂缝和水力压裂产生的人工诱导缝等多重孔隙空间，各孔隙***在储层中具有不同的受力情况及内部流体渗流规律，共同影响着油井的开发效果。因此，揭示这种多重孔隙介质***各自在体积改造油井产能中的贡献程度，搞清其产量在不同开发阶段的组成比例，及时指导油气田开发措施调整及综合管理，对合理开发非常规储层具有重要的现实意义。
目前，体积改造井产能预测方法主要分为以物理模型假设为前提的解析/半解析方法和以网格离散化等效模拟的数值方法。解析/半解析模型主要分为两类：一类是基于现场经验的矿场统计经验方法，利用改进的Arps递减曲线来估算单井产量，其代表人物是Ambrose，但由于该方法预测非常规储层改造的复杂缝网压裂井的产能与实际相差较大，因此较少采用；另一类是通过物理模型及假设条件来建立相应的数学模型，用压力或产量来描述油气在储层和裂缝中的渗流，并进行求解得到特定的函数关系式，利用该方法建立的产能预测模型被称为解析/半解析模型。解析模型虽然方便快捷，但过于理想，与实际缝网形态相差较大；半解析模型虽然计算精度较高，但只适用于单井单相产能预测。与解析/半解析方法相比，数值方法能够处理更为复杂的缝网形态及多相流体流动问题，可以考虑基质、天然裂缝和人工裂缝三个独立***之间的流体传输关系，但只是进行各***间简单的耦合叠加，仅能得到体积改造油井的整体产能，对于多重孔隙介质***各自的产能贡献程度无法精细的定量描述。
现有的技术方法仅能得到体积改造油井的整体产能，无法揭示这种多重孔隙介质***(基质、天然裂缝和网络裂缝)各自在产能中的贡献程度，进而不能定量描述与评价油井产能组成。迄今为止还没有可用于非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献的评价方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，对非常规储层发育天然裂缝、开发过程中存在应力敏感现象等问题，利用流固耦合数值模拟模型，分别模拟三种情况下水平井的生产过程：即仅存在基质***、存在基质-天然裂缝***和同时存在基质-天然裂缝-网络裂缝***，分别得到耦合模型中基质、天然裂缝和网络裂缝三个***对水平井累积产量的贡献比例，进而深入认识储层开发过程中的动态能量变化问题，能够及时指导油气田进行开发措施调整及综合管理，对提高油气田单井产能和最终采收率具有一定的指导意义，对非常规储层规模经济开采提供理论基础与技术支持，具有模型因素考虑全面、评价方法简单和结果可定量化等优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，包括以下步骤：
步骤一、建立非常规储层多重孔隙介质流固耦合力学模型；基于有效应力原理及改造区流动特征，建立非常规储层岩土变形场(应力场)与流体流动场(渗流场)的流固耦合数学模型，其中：岩土变形场模型综合考虑孔隙基质-天然裂缝-人工裂缝的多尺度介质变形特征，流动场数学模型考虑具有启动压力的基质***、符合达西渗流的天然裂缝***和基于离散裂缝模型的缝网改造***的多重孔隙介质特征，流固耦合数学模型包括孔隙度、渗透率、压缩系数和裂缝开度模型；
步骤二、流固耦合数学模型的全耦合有限元数值求解；将流体流动计算与固体变形计算联立求解，通过单元矩阵或载荷向量把渗流场-应力场耦合作用即流体动力方程和结构动力方程统一构造到控制方程中，然后对控制方程进行直接求解，通过求解通式形式的流-固全耦合偏微分方程组，同时得到渗流场与应力场分布，实现渗流场和应力场的全耦合法求解；
步骤三、体积改造多重孔隙介质产能贡献定量评价；利用流固全耦合模型分别模拟三种情况下非常规储层体积改造井的生产过程，即仅存在基质***、存在基质-天然裂缝***和同时存在基质-天然裂缝-网络裂缝***，分别得到全耦合模型中基质、天然裂缝和网络裂缝三个***对水平井累积产量的贡献比例，基于模拟结果，最后统计得到不同开发阶段体积改造井的产量贡献比例。
所述的步骤一具体步骤如下：
(1)建立基于多重孔隙介质的非常规储层流-固耦合体积改造井的物理模型及其假设条件；
(2)建立体积改造多重孔隙介质流固耦合变形数学模型，对于多孔介质流固耦合变形场而言，其数学模型主要由储层骨架连续性方程、本构关系、几何方程、应力平衡方程及定解条件组成；
(3)建立体积改造多重孔隙介质流固耦合渗流数学模型，对于多孔介质流固耦合渗流场而言，其数学模型主要由渗流场运动速度方程、多重孔隙介质***的流体流动数学方程(运动方程、状态方程和连续方程)及定解条件组成；
(4)建立体积改造多重孔隙介质渗流场-应力场动态流固交叉耦合模型，其中：基质和天然裂缝***的应力场-渗流场交叉耦合项包括孔隙度、渗透率和压缩系数变化模型，网络裂缝***的应力-渗流交叉耦合项体现在裂缝开度变化数学模型。
所述的步骤二具体步骤为：
(1)有限单元力学平衡方程及网格划分，根据虚位移原理，建立耦合***中的固相力学平衡方程和流体质量守恒方程；并考虑井、网络裂缝和油藏单元特征，分别用线、三角形和四面体单元进行描述，将连续的无限自由度求解单元离散为有限个单元体；
(2)渗流场和应力场数学模型的有限元空间离散，利用流固耦合数学模型及其边界条件的等价积分方程，分别形成渗流微分方程和应力微分方程的弱积分形式，最终建立渗流场和应力场数学模型的有限元离散计算格式；
(3)全耦合有限元平衡方程组矩阵形式，联立渗流场数学模型的有限元空间离散式和应力场数学模型的有限元空间离散式，得到基于基质-天然裂缝-网络裂缝多重多尺度孔隙介质的体积改造多重孔隙介质流体渗流场-固体变形场全耦合有限元平衡方程组矩阵形式；
(4)全耦合有限元控制方程时间域离散及求解，将原来在时间域上连续的物理量的场，用一系列有限个时间步的集合来代替，建立起关于这些离散时间步上场变量之间关系的代数方程组，然后求解该代数方程组来最终获得物理场变量的数值解。
所述的步骤三具体步骤为：
(1)输入非常规储层体积改造多重孔隙介质流固全耦合数值模拟基础地质及开发参数，包括储层及流体参数、岩石力学特性参数和体积改造井开发参数；
(2)利用上述流固全耦合数值模型，分别模拟预测存在基质***、存在基质-天然裂缝***和存在基质-天然裂缝-网络裂缝***的生产过程，得到三种情况下体积改造井的累积产量；
(3)计算得到基质、天然裂缝和网络裂缝三个***在不同开发阶段对体积改造井累积产量的贡献比例，对非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献进行定量分析及评价。
本发明的有益效果是：本发明所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，考虑储层岩石变形场与内部流体渗流场相互的流固耦合作用机理，弥补了以往模型考虑不全面的缺点；并通过逐步增加孔隙介质的模拟方法来定量描述与评价油井产能组成，形成了非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法。该方法揭示了非常规储层多重孔隙介质***各自在体积改造油井产能中的贡献程度，搞清了储层开发过程中的动态能量变化问题，可及时指导油气田进行开发措施调整及综合管理，对合理开发非常规储层具有重要现实意义，具有一定的推广价值。与现有方法相比较，具有以下优点：
1、非常规储层多重孔隙介质流固耦合力学模型；
2、流固耦合数学模型的全耦合有限元数值求解；
3、体积改造多重孔隙介质产能贡献定量评价。
附图说明
图1是基于多重孔隙介质的体积改造井物理模型示意图。
图2是流固耦合模型区域网格剖分示意图。
图3是体积改造井近井区域网格剖分示意图。
图4是流固全耦合有限元数值求解流程图。
图5是体积改造多重孔隙介质产量贡献比例图。
具体实施方式
下文将结合附图详细描述本发明的实施例。
一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，包括以下步骤：
步骤一、建立非常规储层多重孔隙介质流固耦合力学模型。基于有效应力原理及改造区流动特征，建立非常规储层岩土变形场(应力场)与流体流动场(渗流场)的流固耦合数学模型，其中：岩土变形数学模型综合考虑孔隙基质-天然裂缝-人工裂缝的多尺度介质变形特征，渗流数学模型考虑具有启动压力的基质***、符合达西渗流的天然裂缝***和基于离散裂缝模型的缝网改造***的多重孔隙介质特征，动态流固交叉耦合模型包括孔隙度、渗透率、压缩系数和裂缝开度模型。
所述的步骤一具体步骤如下：
(1)建立基于多重孔隙介质的非常规储层流-固耦合体积改造井的物理模型及其假设条件；
参照图1：该物理模型利用DFN模型描述网络裂缝***，用双重连续介质模型描述基质与天然裂缝***。可以考虑区域最大水平主应力方向，能够控制和模拟天然裂缝与人工裂缝交错的复杂程度，充分考虑裂缝与基质的渗流特征。体积改造主、次裂缝形成的复杂缝网同时融合在基质块与裂缝块***中，储层压裂改造体积(SRV)范围内外采取不同的网格排列方式，水力压裂增产措施处理后的储层可以用复杂的裂缝网格***和基质***两部分组合起来来代表，即在SRV内部采用粗化、局部网格加密的基质-天然裂缝-人工裂缝网络***，而在SRV外部采用的是基质-天然裂缝网络***。
假设条件：①多重孔隙介质是完全饱和且各向同性的线弹性体；②储层基质骨架、裂缝和流体微可压缩；③岩石骨架的变形为线弹性微变形，遵从Terzaghi有效应力原理；④基质孔隙渗流考虑启动压力，裂缝内渗流服从Darcy定律，同时存在基质与裂缝间的拟稳态窜流；⑤初始应力场均匀分布，整个过程为等温单相渗流且不考虑重力影响；⑥多重孔隙介质的孔隙度、渗透率和压缩系数是动态变化的。
(2)建立体积改造多重孔隙介质流固耦合变形数学模型。对于多孔介质流固耦合变形场而言，其数学模型主要由储层骨架连续性方程、本构关系、几何方程、应力平衡方程及定解条件组成；
①储层骨架连续性方程。用来描述孔隙度与固体骨架位移速度之间的关系，即：
式中：φ为固体骨架孔隙度；εv为岩石骨架体积应变。
②本构关系(应力-应变关系)。对于非常规储层岩石，室内实验及矿场资料均表明其形变是不可逆的。因此，这里的应力-应变本构关系采用弹塑性本构方程，其常用增量表达式为：
dσij＝Dijkldεkl (2)
式中：dσij为有效应力增量；dεkl为应变增量；Dijkl为弹塑性系数矩阵张量。
③几何方程(应变-位移关系)。基于小变形理论，流固耦合岩土变形位移与应变分量关系可由以下方程组描述：
④应力平衡微分方程。假设油藏为饱和单相流体的多孔介质，其受到的总应力应该由多孔介质内部流体和岩石骨架两部分组成。引入修正的Terzaghi有效应力方程：
σij,j+fi-(αδijpe),j＝0 (4)
式中：σij为各应力分量的总应力；fi为某一面体力分量，即重力项；α为Biot系数；δij为Kronecker数；pe为等效孔隙压力。
⑤变形场求解定解条件。主要包括位移边界条件和应力边界条件。把整个储层固体骨架所占的空间区域表示为Ωe。
位移边界条件指岩土骨架表面位移量已知：
应力边界条件指岩土骨架表面力已知：
(3)建立体积改造多重孔隙介质流固耦合渗流数学模型对于多孔介质流固耦合渗流场而言，其数学模型主要由渗流场运动速度方程、多重孔隙介质***的流体流动数学方程(运动方程、状态方程和连续方程)及定解条件组成；
①流固耦合渗流场运动速度方程。流体质点的真实速度等于以岩石固相为参考的真实速度与岩石质点的速度之和，即：
式中：U是流体的绝对真实速度；Ur为流体以岩石固相为参考的真实速度；v为流体渗流的视速度或达西速度。
②多重孔隙介质渗流场数学模型。将多重孔隙介质***的流体流动数学模型(运动方程、状态方程和连续方程)统计于表1。
表1多重孔隙介质渗流数学模型
式中：Qm、Qn、Qf分别表示基质、天然裂缝和网络裂缝的质量源项，kg/(m3·s)；▽T表示沿裂缝面切向上的梯度算子。
③渗流场求解定解条件。对于渗流场而言，其定解条件主要包括初始条件、内边界条件和外边界条件。
初始条件。主要是油藏初始压力已知为原始地层压力：
pm(x,y,z；t＝0)＝pn(x,y,z；t＝0)＝pf(x,y,z；t＝0)＝pi (8)
内边界条件。包括两种情况：
A.井底定压生产
p|bottom＝pw (9)
式中：pw为井底流压。
B.井底定流量生产
式中：n为法线方向；C为常数；N0为法线方向上的质量通量，kg/(m·s)。
外边界条件。若整个油藏区域Ω由未改造的双重介质渗流***Ωm,n和改造的网络裂缝***Ωf组成，则外边界条件包括两种情况：
A.第一类边界条件(在端点，待求变量的值被指定)
B.第二类边界条件(待求变量边界外法线的方向导数被指定)
(4)建立体积改造多重孔隙介质渗流场-应力场动态流固交叉耦合模型。其中：基质和天然裂缝***的应力场-渗流场交叉耦合项包括孔隙度、渗透率和压缩系数变化模型，网络裂缝***的应力-渗流交叉耦合项体现在裂缝开度变化数学模型。
①基质应力场-渗流场交叉耦合项。将体积应变定义为油藏岩土在变形过程中单位体积的体积改变，其数学表达式为：
式中：Vb为岩土总体积；ΔVb为岩土的总体积变化；εx、εy、εz、εv分别为x、y、z方向上的正应变和体积应变。
A.交叉耦合项——孔隙度模型。当孔隙压力发生改变时，孔隙度由初始状态变为当前状态若产生的体积应变量为εv，则当前状态下基质孔隙度计算公式为：
B.交叉耦合项——渗透率模型。可通过Kozeny-Carman方程推导得到渗透率计算公式：
C.交叉耦合项——压缩系数模型。在一个时间步长内压缩系数近似为常数，结合储层基质孔隙的压缩系数定义得到：
②天然裂缝应力-渗流交叉耦合项。同理，可得到天然裂缝应力-渗流交叉耦合项(孔隙度、渗透率和压缩系数)数学计算公式：
③网络裂缝应力-渗流交叉耦合项。如果不考虑缝内流体的化学反应，则裂缝开度与应力-应变呈一定的函数关系。Willis-Richards、Jing和Hicks等在热干岩油藏数值模型中考虑了正、剪应力对裂缝开度动态变化的影响，提出了裂缝开度随应力改变的数学计算模型：
式中：df0为裂缝初始开度；σ'n为有效正应力，即裂缝面正应力σn与缝内流体压力p之差；σ'nref为使裂缝开度降低90％的有效正应力。上式右边第一项反映法向正应力对裂缝开度的影响，第二项是由剪切位移引起的开度增量，第三项为残余隙宽，代表裂缝表面承受最大正应力时的裂缝开度。
上述渗流-应力动态耦合辅助方程与流固耦合作用下的岩层骨架变形和流体渗流的控制方程及其定解条件(初始条件和边界条件)构成了完整的非常规储层体积改造多重孔隙介质流固耦合数学模型。
步骤二、流固耦合数学模型的全耦合有限元数值求解。将流体流动计算与固体变形计算联立求解，通过单元矩阵或载荷向量把渗流场-应力场耦合作用(流体动力方程和结构动力方程)统一构造到控制方程中，然后对控制方程进行直接求解，通过求解通式形式的流-固全耦合偏微分方程组，可同时得到渗流场与应力场分布，实现渗流场和应力场的全耦合法求解。
所述的步骤二具体步骤为：
(1)有限单元力学平衡方程及网格划分。根据虚位移原理，建立耦合***中的固相力学平衡方程和流体质量守恒方程；并考虑井、网络裂缝和油藏单元特征，分别用线、三角形和四面体单元进行描述，将连续的无限自由度求解单元离散为有限个单元体；
①耦合***中的固相力学平衡方程。利用有效应力原理和虚位移原理建立有限单元结点力和结点位移关系式，得到流固耦合问题单元的平衡方程：
式中：上式左边第二项即为增加的流固耦合项，该项反映与常规岩石平衡方程不同之处。
②耦合***中的流体质量守恒方程。非常规储层开发过程中，由于应力场主要对网络裂缝导流能力(裂缝开度)产生影响，且网络裂缝面分别与基质、天然裂缝形成两个连续介质***，此处仅考虑这两个***内流体质量守恒。得到以质量守恒形式表示的基质和天然裂缝内流体渗流方程：
式中：下标m、n分别代表基质和天然裂缝***；αB为Biot系数；Ct为综合压缩系数；εp为塑性应变量；Kd为多孔介质排水体积模量；Qmn表示基质***向天然裂缝***的窜流量，Qmn＝-Qnm。
③有限元网格划分及边界条件。参照图2和图3：考虑水平井、网络裂缝和油藏单元特征，分别用线、三角形和四面体单元进行描述，将连续的无限自由度求解单元离散为有限个单元体进行求解。由于应力边界条件和位移边界条件的限制，用大模型嵌套小模型来模拟体积改造井在无限大油藏生产时的边界条件，整个大模型尺寸为10000m×10000m，体积改造井所在的研究区尺寸为4000m×4000m，水平井段长800m。采用三角形前沿推进网格划分算法，在井和网络裂缝处进行加密处理，利用三角形单元对模型进行剖分，得到整个模型区域网格剖分结果以及体积改造井近井区域有限元网格剖分结果。
基质-天然裂缝双重介质模型和人工裂缝裂隙流模型共同组成了体积改造井应力场-渗流场全耦合模型。此类问题要求上述平衡控制方程在连续区域上满足连续性条件，在区域边界上满足边界条件：①存在基质和天然裂缝两套连续且相互重叠的网格***，且二者之间存在窜流；②整个模型初始水平最大、最小主应力已知，初始应变为零；③整个模型初始孔隙压力已知，初始位移为零；④大模型外边界固定，且无流动；⑤研究区外边界为不固定，流体自由流动；⑥研究区内有一井段和五条压裂网络裂缝，井筒为无限导流，油井定流压生产。
(2)渗流场和应力场数学模型的有限元空间离散。利用流固耦合数学模型及其边界条件的等价积分方程，分别形成渗流微分方程和应力微分方程的弱积分形式，最终建立渗流场和应力场数学模型的有限元离散计算格式；
①渗流场数学模型的有限元空间离散。利用Galerkin有限元方法推导得到渗流场数学模型的有限单元积分形式：
式中：q为边界流量；m＝[1 1 1 0 0 0]T；N为位移场的形函数；B为应变矩阵；C为柔度张量；存在关系式
②应力场数学模型的有限元空间离散。由虚功原理可推导得到应力场数学模型的有限单元积分形式：
(3)全耦合有限元平衡方程组矩阵形式。联立渗流场数学模型的有限元空间离散式和应力场数学模型的有限元空间离散式，得到基于基质-天然裂缝-网络裂缝多重多尺度孔隙介质的体积改造多重孔隙介质流体渗流场-固体变形场全耦合有限元平衡方程组矩阵形式；
考虑在三维基质-天然裂缝***中加入具有一定开度的二维离散网络裂缝***的单元特性矩阵，则渗流场数学模型的有限元空间离散式(3)可写为：
式中：
在三维空间中应力场数学模型有限元空间离散式(4)可简写为：
式中：
联渗流场数学模型的有限元空间离散式(5)和应力场数学模型的有限元空间离散式(6)，得到基于基质-天然裂缝-网络裂缝多重多尺度孔隙介质的非常规储层体积改造多重孔隙介质单相流体渗流场-应力场全耦合有限元平衡方程组矩阵形式：
(4)全耦合有限元控制方程时间域离散及求解。将原来在时间域上连续的物理量的场，用一系列有限个时间步的集合来代替，建立起关于这些离散时间步上场变量之间关系的代数方程组，然后求解该代数方程组来最终获得物理场变量的数值解。
当对方程式(7)进行时间步积分，整理得到全耦合有限元控制方程时间域离散形式：
对于求解区域及边界上的所有有限元结点，都需要建立上式这样的控制方程时间域离散形式来求解未知的结点位移和孔隙压力。方程总数与求解***未知变量的总数(***总的自由度)一致。
参照图4：根据渗流场-应力场全耦合有限元平衡方程组统一矩阵及其时间域离散求解方程组矩阵形式，制定非常规储层体积改造多重孔隙介质产能模型流固全耦合有限元数值求解流程图及步骤：
①将求解过程划分成若干个时间步增量，T＝0，t1，t2，…，tn；
②对任一时间步[ti，ti+1]，利用ti时刻求得到的量计算未知矩阵K、H、L、M和力矢量；
③利用第②步中得到的各矩阵值按式(8)组装成整体矩阵和右端矩阵，形成时刻ti+1的有限元代数方程组；
④利用消去法求解上述方程组，得到时刻ti+1的变量：和
⑤利用第④步得到的计算该时刻固相应力σi+1和应变εi+1，更新参数；
⑥重复第②至第⑤步，直至tn求解时间结束。
步骤三、体积改造多重孔隙介质产能贡献定量评价。利用流固全耦合模型分别模拟三种情况下非常规储层体积改造井的生产过程，即仅存在基质***、存在基质-天然裂缝***和同时存在基质-天然裂缝-网络裂缝***，分别得到全耦合模型中基质、天然裂缝和网络裂缝三个***对水平井累积产量的贡献比例。基于模拟结果，最后统计得到不同开发阶段体积改造井的产量贡献比例。
所述的步骤三具体步骤为：
(1)输入非常规储层体积改造多重孔隙介质流固全耦合数值模拟基础地质及开发参数，包括储层及流体参数、岩石力学特性参数和体积改造井开发参数；
以我国鄂尔多斯盆地陇东非常规致密储层为例，根据实际地质参数及水平井体积改造微地震监测数据，确定体积改造多重孔隙介质流固全耦合数值模拟基础地质及开发参数。主要参数如下：
①储层及流体参数。油藏面积大小4000m×4000m，油藏埋深2300m，油层厚度15m，原始地层压力20MPa，流体密度1000kg/m3，流体粘度1mPa·s，流体压缩系数0.001MPa-1，基质、天然裂缝和网络裂缝孔隙度分别为0.07、0.0001、0.38，压缩系数均为0.00075MPa-1，基质、天然裂缝渗透率分别为0.2mD、2mD；
②岩石力学特性参数。最大、最小水平主应力分别为35.2MPa、30.2MPa，基质、天然裂缝***岩石平均杨氏模量分别为20GPa、10GPa，岩石泊松比0.25，岩石密度2000kg/m3；
③施工开发参数。压裂段数5段，段间距160m，缝网带长300m，带宽100m，布缝形式为均匀等长型，缝网开度0.0002m，采油井井底流压12MPa。
(2)利用上述流固全耦合数值模型，分别模拟预测存在基质***、存在基质-天然裂缝***和存在基质-天然裂缝-网络裂缝***的生产过程，得到三种情况下体积改造井的累积产量；
(3)计算得到基质、天然裂缝和网络裂缝三个***在不同开发阶段对体积改造井累积产量的贡献比例，对非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献进行定量分析及评价。
参照图5。模拟结果表明：天然裂缝和网络裂缝***对体积改造井产能贡献大，基质***产能贡献最小。开发初期主要依靠网络裂缝和天然裂缝的高速导流能力快速供液，第1年二者产能贡献比相差不大，均达到40％以上；之后由于网络裂缝一定程度的闭合，其产能贡献比下降，油井主要依靠天然裂缝***供液，第5年天然裂缝产能贡献比最高，达到50％左右；基质***在水平井整个开发阶段产能贡献均最小，但随着天然裂缝和网络裂缝物性参数变差，基质产能贡献比相应有所增加，第10年基质产能贡献比增大到20％以上；
当考虑流固耦合作用时，应力-应变作用对网络裂缝开度(决定缝网导流能力)影响较大。考虑应力场时，由于开发初期网络裂缝内压差大，缝内孔隙压力下降迅速，导致网络裂缝快速闭合，整个开发过程中，缝网***对产能贡献比例下降较快，第1年到第10年中由41.79％下降到25.74％，降低幅度在6-7个百分点；基质和天然裂缝***产能贡献相应提升，开发后期(第10年)天然裂缝***产能贡献最大，到达53.02％，而基质和网络裂缝***对油井产量的贡献比例相差不大，在21～26％之间。定量描述及评价多重孔隙介质对产量的这种贡献比例关系，在一定程度上反映了油井不同开发阶段的动态能量变化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，在上述说明书的描述中提到的数值及数值范围并不用于限制本发明，只是为本发明提供优选的实施方式。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、非常规储层多重孔隙介质流固耦合力学模型；基于有效应力原理及改造区流动特征，建立非常规储层岩土变形场与流体流动场的流固耦合数学模型，其中：岩土变形数学模型综合考虑孔隙基质-天然裂缝-人工裂缝的多尺度介质变形特征，渗流数学模型考虑具有启动压力的基质***、符合达西渗流的天然裂缝***和基于离散裂缝模型的缝网改造***的多重孔隙介质特征，动态流固交叉耦合模型包括孔隙度、渗透率、压缩系数和裂缝开度模型；
步骤二、流固耦合数学模型的全耦合有限元数值求解；将流体流动计算与固体变形计算联立求解，通过单元矩阵或载荷向量把渗流场-应力场耦合作用(流体动力方程和结构动力方程)统一构造到控制方程中，然后对控制方程进行直接求解；通过求解通式形式的流-固全耦合偏微分方程组，可同时得到渗流场与应力场分布，实现渗流场和应力场的全耦合法求解；
步骤三、体积改造多重孔隙介质产能贡献定量评价；利用流固全耦合模型分别模拟三种情况下非常规储层体积改造井的生产过程，即仅存在基质***、存在基质-天然裂缝***和同时存在基质-天然裂缝-网络裂缝***，分别得到全耦合模型中基质、天然裂缝和网络裂缝三个***对水平井累积产量的贡献比例；基于模拟结果，最后统计得到不同开发阶段体积改造井的产量贡献比例。
2.根据权利要求1所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，所述的步骤一具体步骤如下：
(1)建立基于多重孔隙介质的非常规储层流-固耦合体积改造井的物理模型及其假设条件；
物理模型利用DFN模型描述网络裂缝***，用双重连续介质模型描述基质与天然裂缝***；可以考虑区域最大水平主应力方向，能够控制和模拟天然裂缝与人工裂缝交错的复杂程度，充分考虑裂缝与基质的渗流特征；体积改造主、次裂缝形成的复杂缝网同时融合在基质块与裂缝块***中，储层压裂改造体积SRV范围内外采取不同的网格排列方式，水力压裂增产措施处理后的储层可以用复杂的裂缝网格***和基质***两部分组合起来来代表，即在SRV内部采用粗化、局部网格加密的基质-天然裂缝-人工裂缝网络***，而在SRV外部采用的是基质-天然裂缝网络***；
(2)建立体积改造多重孔隙介质流固耦合变形数学模型；对于多孔介质流固耦合变形场而言，其数学模型主要由储层骨架连续性方程、本构关系、几何方程、应力平衡方程及定解条件组成；
(3)建立体积改造多重孔隙介质流固耦合渗流数学模型对于多孔介质流固耦合渗流场而言，其数学模型主要由渗流场运动速度方程、多重孔隙介质***的流体流动数学方程及定解条件组成；
(4)建立体积改造多重孔隙介质渗流场-应力场动态流固交叉耦合模型；其中：基质和天然裂缝***的应力场-渗流场交叉耦合项包括孔隙度、渗透率和压缩系数变化模型，网络裂缝***的应力-渗流交叉耦合项体现在裂缝开度变化数学模型。
3.根据权利要求1所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，所述的步骤二具体步骤为：
(1)有限单元力学平衡方程及网格划分；根据虚位移原理，建立耦合***中的固相力学平衡方程和流体质量守恒方程；并考虑井、网络裂缝和油藏单元特征，分别用线、三角形和四面体单元进行描述，将连续的无限自由度求解单元离散为有限个单元体；
(2)渗流场和应力场数学模型的有限元空间离散；利用流固耦合数学模型及其边界条件的等价积分方程，分别形成渗流微分方程和应力微分方程的弱积分形式，最终建立渗流场和应力场数学模型的有限元离散计算格式；
(3)全耦合有限元平衡方程组矩阵形式；联立渗流场数学模型的有限元空间离散式和应力场数学模型的有限元空间离散式，得到基于基质-天然裂缝-网络裂缝多重多尺度孔隙介质的体积改造多重孔隙介质流体渗流场-固体变形场全耦合有限元平衡方程组矩阵形式；
(4)全耦合有限元控制方程时间域离散及求解；将原来在时间域上连续的物理量的场，用一系列有限个时间步的集合来代替，建立起关于这些离散时间步上场变量之间关系的代数方程组，然后求解该代数方程组来最终获得物理场变量的数值解。
4.根据权利要求3所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，所述的有限单元网格划分具体为：
考虑水平井、网络裂缝和油藏单元特征，分别用线、三角形和四面体单元进行描述，将连续的无限自由度求解单元离散为有限个单元体进行求解；由于应力边界条件和位移边界条件的限制，用大模型嵌套小模型来模拟体积改造井在无限大油藏生产时的边界条件，整个大模型尺寸为10000m×10000m，体积改造井所在的研究区尺寸为4000m×4000m，水平井段长800m；采用三角形前沿推进网格划分算法，在井和网络裂缝处进行加密处理，利用三角形单元对模型进行剖分，得到整个模型区域网格剖分结果以及体积改造井近井区域有限元网格剖分结果；
基质-天然裂缝双重介质模型和人工裂缝裂隙流模型共同组成了体积改造井应力场-渗流场全耦合模型；此类问题要求上述平衡控制方程在连续区域上满足连续性条件，在区域边界上满足边界条件：①存在基质和天然裂缝两套连续且相互重叠的网格***，且二者之间存在窜流；②整个模型初始水平最大、最小主应力已知，初始应变为零；③整个模型初始孔隙压力已知，初始位移为零；④大模型外边界固定，且无流动；⑤研究区外边界为不固定，流体自由流动；⑥研究区内有一井段和五条压裂网络裂缝，井筒为无限导流，油井定流压生产。
5.根据权利要求3所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，所述的渗流场数学模型的有限元空间离散具体为：
式中：
6.根据权利要求3所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，所述的应力场数学模型的有限元空间离散具体为：
式中：
7.根据权利要求3所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，所述的基于基质-天然裂缝-网络裂缝多重多尺度孔隙介质的体积改造多重孔隙介质流体渗流场-固体变形场全耦合有限元平衡方程组矩阵形式：
8.根据权利要求3所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，所述的全耦合有限元控制方程时间域离散具体形式：
9.根据权利要求1所述的一种非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献评价方法，其特征在于，所述的步骤三具体步骤为：
(1)输入非常规储层体积改造多重孔隙介质流固全耦合数值模拟基础地质及开发参数，包括储层及流体参数、岩石力学特性参数和体积改造井开发参数；
(2)利用上述流固全耦合数值模型，分别模拟预测存在基质***、存在基质-天然裂缝***和存在基质-天然裂缝-网络裂缝***的生产过程，得到三种情况下体积改造井的累积产量；
(3)计算得到基质、天然裂缝和网络裂缝三个***在不同开发阶段对体积改造井累积产量的贡献比例，对非常规储层体积改造多重孔隙介质产能贡献进行定量分析及评价。
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