專利名稱：裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法
技術領域：
本發明涉及一種裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其為油 氣田開發領域中油藏滲流和開發過程研究的新型物理實驗方法，同時也適用于其它與裂 縫滲流現象有關的研究領域。
背景技術：
裂縫性介質油氣藏普遍存在于世界各地，占已探明未開采儲量的一半以上。由 于具有雙重介質特點，相對于一般油氣藏來說，此類油氣藏內油氣水等流體的滲流特征 和滲流過程更為復雜，開發難度也更大。為此，人們一直在嘗試利用物理實驗方法對裂 縫性油藏滲流和開發過程進行模擬和預測，即通過較短時間的小模型試驗，使實際油藏 中所發生的物理過程按照一定的相似關系在模型中再現，以便迅速、直觀地觀測油藏滲 流與開發過程，研究預測開發前景，指導開發實踐。但是，此前尚未發現成功的油藏可 預測物理模擬研究報道。
裂縫性油藏可預測物理模擬難以實現的主要原因是，所建物理模型不能充分滿 足相似性要求，因而無法在物理模型和實際油藏之間建立直接的對應關系。
由于在實驗室內同時嚴格滿足多種相似條件是非常困難的，此前的模擬研究大 都只針對少部分相似準數建立模型，所以只能在某個方面在一定程度上反映流體在油藏 中的運動規律，而無法全面模擬實際油藏的滲流特征和開發過程，也無法預測實際油藏 開發效果。發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模 型建立方法，全面模擬裂縫性油藏的滲流特征和開發過程，研究預測開發方案的實施效 果，指導開發實踐。
本發明的技術解決方案是一種裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建 立方法，該方法包括(a)根據裂縫性油藏水驅油開發過程的特點，利用滲流力學理論和 相似性分析，建立裂縫性油藏開發模擬的相似性準則，所述相似性準則包括外形與空間 相似、井筒幾何相似、巖石物性相似、油水粘度相似、重力-壓力相似、基質與裂縫可 動油量比相似、基質內含油量分布的相似、基質滲吸與裂縫驅替特征時間相似、滲吸強 度分布相似及時間過程相似；0))相似性準則的實現及模型參數設計方法；(c)建立滿足 多重相似性的油藏宏觀物理模型，以全面模擬預測實際裂縫性油藏的滲流特征和開發過 程。
本發明針對裂縫各向異性油藏注水開發特點，根據滲流力學理論和實驗研究， 提出全面滿足多重相似性要求的裂縫油藏注水開發過程物理模型的建立方法。其是在模 型幾何形態與油藏區塊相似的基礎上，抓住裂縫油藏的雙重介質特點，圍繞基質與裂縫 的相互作用問題，從流體力學的理論出發，根據相似原理，提出相似準數，建立多重相似模型，從而使物理模擬結果可以直接用于預測和指導實際油藏開發過程。利用本方法 建立的物理模型可以全面模擬裂縫性油藏的滲流特征和開發過程，研究預測開發方案的 實施效果，指導開發實踐。本發明的效果具體如下
(1)本發明提供了一套技術方法，使人們利用物理模擬手段模擬和預測裂縫各向 異性油藏的滲流和開發過程成為可能。
(2)本發明確立了裂縫各向異性油藏可預測物理模擬的相似準則體系，奠定了物 理模擬的理論基礎。
(3)利用有限真空飽和技術和天然砂巖選擇方法，實現了滲吸作用的相似性，解 決了裂縫-基質原油儲量和供液能力的相似性這一長期存在的核心技術難題。
(4)本發明給出了定量化、可操作的的技術方法和實施步驟。
(5)本發明不僅適用于油田開發研究領域，還可以供其它與滲流現象有關的研究 領域使用和參考，例如煤礦瓦斯排采研究、水利工程研究等。


圖1為不同井徑與壓力的關系示意圖。
圖2為飽和驅替液后基質巖塊內的氣液分布示意圖。
圖3為飽和驅替液和被驅替液后巖塊內三相流體分布示意圖。
具體實施方式
本發明提出一種裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，該方法 包括(a)根據裂縫性油藏水驅油開發過程的特點，利用滲流力學理論和相似性分析，建 立裂縫性油藏開發模擬的相似性準則；出)根據相似性關系計算確定設計模型的各項參 數；(c)建立滿足多重相似性的油藏宏觀物理模型，以全面模擬實際裂縫性油藏的滲流特 征和開發過程。
應用時，前述相似性準則包括外形與空間相似、井筒幾何相似、巖石物性相似 (裂縫滲透率分布相似、裂縫孔隙度相似)、油水粘度相似、重力-壓力相似、基質與裂 縫可動油量比相似、基質內含油量分布的相似、基質滲吸與裂縫驅替特征時間相似、滲 吸強度分布、時間過程相似等。
下面結合現有滲流力學理論和相似性分析理論并配合附圖對本發明的裂縫各向 異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法的基本原理、理論體系、實現方法、實施步 驟做進一步的詳細說明。
1 原理
首先利用滲流力學理論和相似性分析，建立裂縫性油藏開發模擬的相似性準 則，包括外形與內部空間幾何相似、井筒幾何相似、裂縫各向異性滲透率及孔隙度分布 相似、油水粘度(運動阻力)相似、重力-壓力(動力系統)相似、基質與裂縫可動油量 比(儲存作用)相似、基質滲吸與裂縫驅替特征時間比相似、基質含油量分布相似、滲吸 作用強度分布相似、時間相似、飽和度分布相似及位勢分布相似等相似準數；然后研究 實現相似準則的途徑，提供一套建立滿足相似性的油藏宏觀物理模型的方法。本發明的 相似性準則中包含全面的相似關系，所建油藏物理模型全面滿足多重相似性，可以全面模擬實際裂縫性油藏的滲流特征和開發過程，研究預測開發方案的實施效果，指導開發 實踐。
具體地，本發明的一具體實施例中，該相似性準則包括表1所示的22項相似準 數，其具體的建立方法可以參照下文所述內容。
表1裂縫各向異性油藏水驅油模擬相似準則
權利要求
1.一種裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特征在于，該方法 包括(a)根據裂縫性油藏水驅油開發過程的特點，利用滲流力學理論和相似性分析，建 立裂縫性油藏開發模擬的相似性準則，所述相似性準則包括外形與空間相似、井筒幾何 相似、巖石物性相似、油水粘度相似、重力-壓力相似、基質與裂縫可動油量比相似、 基質內含油量分布的相似、基質滲吸與裂縫驅替特征時間相似、滲吸強度分布相似及時 間過程相似；(b)相似性準則的實現及模型參數設計方法；(c)建立滿足多重相似性的油 藏宏觀物理模型，以全面模擬預測實際裂縫性油藏的滲流特征和開發過程。
2.如權利要求1所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(a)中所述巖石物性分布相似包括裂縫滲透率分布相似及裂縫孔隙度相 似，且所述相似性準則還包括飽和度分布相似及位勢分布相似，該相似性準則共包括下 面的裂縫各向異性油藏水驅油模擬相似性準則表中所列的22個相似準數。裂縫各向異性油藏水驅油模擬相似性準則表
3.如權利要求2所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(a)中包括(al)確定相似性準則的建模條件，所述建模條件包括(all)油藏介質為雙孔單滲，即基質和裂縫均為流體存儲空間，裂縫系統是滲流通道；(al2)考慮基質-裂縫間的滲吸作用； (al3)考慮重力及油水重度差的影響； (al4)考慮裂縫滲透率的各向異性； (al5)忽略裂縫中的毛管力； (al6)忽略流體及巖石的壓縮性。
4.如權利要求3所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(a)中，還包括(a2)建立無量綱化滲流數學模型裂縫中的油水運動方程
5.如權利要求1所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(b)中相似性準則的實現方法包括(bll)各向異性滲透率相似性(π 7 π 11)的實現方法相似準數 π 11要求裂縫性油藏物理模型與實際油藏保持滲透率分布的非均質 性及各向異性相似，即在任意區域滿足
6.如權利要求5所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(b)中相似性準則的實現方法還包括(bl2)裂縫孔隙度相似性(π 12)的 實現方法，具體為相似準數π 12要求模型內裂縫孔隙度分布與實際油藏保持相似，即在任意區域滿足
7.如權利要求6所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(b)中相似性準則的實現方法還包括(bl3)油水粘度比相似性(π 13)的 實現方法因為不計流體的壓縮性，所以可認為驅替液和被驅替液的粘度均為常數；根據相似 準則η 13，選擇粘度合適的流體作為驅替液和被驅替液，使得油藏和模型的油水粘度比 滿足下述關系模型=油藏(34)考慮到安全性，具有較強揮發性和毒性的輕質烴組分不適合在實驗室內使用，因此 選擇柴油或更重的原油成分進行調合后作為被驅替液，以模擬油藏內的原油；選擇水和 適當的增粘劑進行調合后作為驅替液，以模擬油藏內的水；如果實際油藏的原油粘度大于或等于柴油的粘度，則根據(34)式，物理模型可用純 水作為驅替液，可用柴油和重質油調合后做被驅替液，便可使之滿足油水粘度比的相似 性要求；如果實際油藏的原油粘度小于柴油的粘度，則根據(34)式，物理模型用柴油做被驅 替液，其常溫下粘度最小約為3.0mP · s,用純水和適當的增粘劑調合后作為驅替液，便 可使之滿足油水粘度比的相似性要求；反復試驗證明，用蔗糖作為增粘劑可以滿足一般 油藏模擬對驅替液粘度的要求，且糖水使用安全，對物理模型傷害小，因此最終確定用 糖水做驅替液。
8.如權利要求7所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特征 在于，所述步驟(b)中相似性準則的實現方法還包括(bl4)利用有限真空飽和技術和天然 砂巖選擇方法實現模型和油藏的裂縫-基質可動原油儲量的相似性(η 15和π 16)；根據相似性準則η 15和π 16，實際油藏和實驗模型的基質-裂縫可動油量比以及基 質含可動油量分布應滿足(38)式
9.如權利要求8所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(b)中相似性準則的實現方法還包括(bl5)裂縫-基質供液能力相似性 (π 17和π 18)的實現方法根據相似準則η 17和η 18要求實際油藏和實驗模型的滲吸半周期-裂縫驅替特征時 間比應滿足(39)式
10.如權利要求9所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(b)中模型參數設計方法包括(b21)根據實際油藏的尺度和形狀、實驗室空間條件及關系式(25)，計算確定模型 的幾何尺度(Lx，Ly, Lz)和形狀，以及模型中小巖塊的大小、數量；(b22)根據實際油藏及其井筒的幾何參數確定模型內的井筒半徑rwiSS:首先利用 (25)式得到
11.如權利要求10所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(C)中包括(Cl)天然砂巖的選擇及小巖塊的制備，具體為(Cll)針對物理模型的每個區域，利用所述裂縫_基質原油儲量和供液能力的相似性 (π 15 π 18)實現方法，在相同的操作條件，其兩次抽真空的壓力分別為A和A，對小 巖塊進行飽和及滲吸半周期測試，選擇合適的小巖塊砂巖品種，使之同時滿足單位體積 基質中可動油量Rtss和滲吸半周期Ak兩方面的要求；(cl2)使用步驟(cll)中選定的天然砂巖加工制作正方形小巖塊；小巖塊的邊長一般 可取25mm 50mm，同一物理模型中所有小巖塊的尺寸必須嚴格相等；(cl3)在設計井筒穿過的小巖塊上鉆孔，形成預設的井眼；井徑取步驟(b22)中的設 計值；(cl4)對需要預設各種測試管線及流體飽和通道的小巖塊進行加工處理。
12.如權利要求11所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(C)中還包括(c2)物理模型制作過程，具體為(c21)根據步驟(b24)的設計方案，將小巖塊順序粘結形成大尺度的物理模型巖體； (c22)在模型巖體表面均勻涂刷環氧樹脂膠，待其凝固形成封閉的模型邊界； (c23)連接各井筒及測試點的管線，在模型底部和頂部設置流體飽和通道。
13.如權利要求12所述的裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，其特 征在于，所述步驟(C)中還包括(c3)流體飽和過程，具體為(c31)模型飽和過程采用有限真空技術，可采用與步驟(cll)相同的操作時間和同樣 的真空度；(c32)飽和過程開始，首先利用真空泵從頂部飽和通道將模型內壓力降至A，然后保 持壓力A不變，向模型底部飽和通道注入驅替液，直到裂縫系統全部充滿驅替液，形成 底部注、頂部采的循環流動，使得模型內每個小巖塊所處的流體環境相同，然后關閉頂 部通道，模型內壓力逐漸上升至初始狀態，驅替液進入所有小巖塊；(c33)利用真空泵從模型底部飽和通道抽取驅替液，將模型內壓力降至A—，然后保持壓力Α—不變，向模 型頂部飽和通道注入被驅替液，直到裂縫系統全部充滿被驅替液，形 成頂部注入、底部采出的循環流動，使得模型內每個小巖塊所處的流體環境相同，然后 關閉頂部通道，模型內壓力逐漸上升至初始狀態，被驅替液進入所有小巖塊，此時模型 內每個小巖塊內的流體分布達到模型飽和要求。
全文摘要
一種裂縫各向異性油藏注水開發可預測物理模型建立方法，該方法包括(a)根據裂縫性油藏水驅油開發過程的特點，利用滲流力學理論和相似性分析，建立裂縫性油藏開發模擬的相似性準則，相似性準則包括外形與空間相似、井筒幾何相似、巖石物性相似、油水粘度相似、重力-壓力相似、基質與裂縫可動油量比相似、基質內含油量分布的相似、基質滲吸與裂縫驅替特征時間相似、滲吸強度分布相似及時間過程相似；(b)相似性準則的實現及模型參數設計方法；(c)建立滿足多重相似性的油藏宏觀物理模型，以全面模擬預測實際裂縫性油藏的滲流特征和開發過程。本發明建立了裂縫各向異性油藏可預測物理模擬相似準則體系，功能全面、易于實現。
文檔編號E21B49/00GK102022107SQ20101056049
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年6月30日
發明者丁祖鵬, 劉月田, 張勇, 敖坤 申請人:中國石油大學(北京)