本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著常規(guī)油田開發(fā)進(jìn)入中后期及水平井和水力壓裂等油氣田開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，頁巖油氣等非常規(guī)油氣資源已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前頁巖油氣的流動(dòng)模擬主要面臨兩個(gè)問題，一是由于頁巖儲(chǔ)層的致密性，孔隙尺寸極小，多為納米級(jí)，導(dǎo)致頁巖油氣流動(dòng)受應(yīng)力敏感、油相啟動(dòng)壓力梯度、氣相努森擴(kuò)散及吸附等多種特殊機(jī)理的影響；二是對(duì)于揮發(fā)油及凝析氣等特殊油氣藏類型，頁巖油氣相態(tài)規(guī)律受流體組分及受限微納米孔隙的影響明顯。由于頁巖油氣流動(dòng)受多種機(jī)理影響，其流動(dòng)規(guī)律明顯不同于常規(guī)油氣，導(dǎo)致常規(guī)的流動(dòng)模擬方法不適用于頁巖油氣藏。

而現(xiàn)有的模擬器無法對(duì)頁巖油氣進(jìn)行準(zhǔn)確的流動(dòng)模擬，不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油藏的流動(dòng)值，從而影響頁巖油氣開發(fā)的正常進(jìn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬方法，可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬方法，所述模擬方法包括：

獲取油藏的流體類型及流體的狀態(tài)參數(shù)；所述狀態(tài)參數(shù)包括壓力、溫度；

對(duì)所述流體的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)擬合，確定油藏流體的相態(tài)參數(shù)；所述相態(tài)參數(shù)包括臨界溫度、臨界壓力、偏心因子及等張比容；

根據(jù)所述油藏的流體類型及油藏儲(chǔ)層特征確定油藏的機(jī)理特性；

根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，求解不同時(shí)間步下的基本變量；

根據(jù)所述基本變量及相態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)計(jì)算，更新輔助變量，以實(shí)現(xiàn)所述頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

可選的，所述油藏儲(chǔ)層特征根據(jù)鉆取巖心和/或測(cè)井方式獲得。

可選的，所述頁巖油氣組分模型包括烴類組分及水組分的質(zhì)量守恒方程、油氣水三相的運(yùn)動(dòng)方程及輔助方程；

其中，烴類組分的質(zhì)量守恒方程：

水組分的質(zhì)量守恒方程：

油氣水三相運(yùn)動(dòng)方程：

輔助方程：

其中，xi、yi和zi分別表示烴類i組分在油相、氣相及油氣兩相中總的摩爾分?jǐn)?shù)；nc表示組分?jǐn)?shù)；ρo、ρg和ρw分別表示油相、氣相及水相的摩爾密度；vo、vg和vw分別表示油氣水相的滲流速度；so、sg和sw分別表示油氣水相的飽和度；φ和k表示孔隙度和滲透率張量；deff,i表示氣相中i組分的分子擴(kuò)散系數(shù)；qads,i表示頁巖單位質(zhì)量上氣相中i組分的摩爾吸附量；qi和qw分別表示頁巖中烴類i組分及水組分的源匯項(xiàng)；μo、μg和μw分別表示油氣水相的粘度；kro、krg和krw分別表示油氣水相的相對(duì)滲透率；po、pg和pw分別表示油氣水相的壓力；k∞表示固有滲透率；b表示為滑脫因子，取決于孔隙結(jié)構(gòu)、氣體性質(zhì)和氣體壓力；和分別表示油氣相的摩爾分?jǐn)?shù)；ψβ＝pβ-ρgz；pcgw和pcgo分別表示氣水和油氣的毛管力；和分別表示油相和氣相中i組分的逸度系數(shù)，由狀態(tài)方程計(jì)算得到。

可選的，所述根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，求解不同時(shí)間步下的基本變量，具體包括：

將運(yùn)動(dòng)方程代入到質(zhì)量守恒方程得到組分模型的基本方程，并劃分對(duì)應(yīng)的基本變量及輔助變量；其中，基本變量為sw,po,z1,z2,,輔助變量為xi,yi,so,sg,pg,pw；其中，xi、yi和zi分別表示烴類i組分在油相、氣相及油氣兩相中總的摩爾分?jǐn)?shù)；nc表示組分?jǐn)?shù)；so、sg和sw分別表示油氣水相的飽和度；

采用有限體積法對(duì)基本方程進(jìn)行數(shù)值離散，并采用牛頓迭代法進(jìn)行全隱式求解，得到不同時(shí)間步下的基本變量。

可選的，所述油藏的機(jī)理特性包括氣相的應(yīng)力敏感、努森擴(kuò)散、吸附或解析效應(yīng)、分子擴(kuò)散，油水相的應(yīng)力敏感及啟動(dòng)壓力梯度的影響，使頁巖油氣組分模型反映出頁巖油氣的流動(dòng)特征。

可選的，所述根據(jù)所述基本變量及相態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)計(jì)算，具體包括采用考慮受限微納孔隙影響的閃蒸計(jì)算方法進(jìn)行相態(tài)計(jì)算。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬方法根據(jù)所述油藏的流體類型及油藏儲(chǔ)層特征確定油藏的機(jī)理特性，根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，根據(jù)所述頁巖油氣組分模型可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

本發(fā)明的目的是提供一種考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬系統(tǒng)，可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬系統(tǒng)，所述模擬系統(tǒng)包括：

獲取單元，用于獲取油藏的流體類型及流體的狀態(tài)參數(shù)；所述狀態(tài)參數(shù)包括壓力、溫度；

擬合單元，用于對(duì)所述流體的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)擬合，確定油藏流體的相態(tài)參數(shù)；所述相態(tài)參數(shù)包括臨界溫度、臨界壓力、偏心因子及等張比容；

確定單元，用于根據(jù)所述油藏的流體類型及油藏儲(chǔ)層特征確定油藏的機(jī)理特性；

建立單元，用于根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，求解不同時(shí)間步下的基本變量；

更新單元，用于根據(jù)所述基本變量及相態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)計(jì)算，更新輔助變量，以實(shí)現(xiàn)所述頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬系統(tǒng)通過設(shè)置獲取單元、擬合單元和確定單元，可根據(jù)所述油藏的流體類型及油藏儲(chǔ)層特征確定油藏的機(jī)理特性；通過設(shè)置建立單元和更新單元，可根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，根據(jù)所述頁巖油氣組分模型可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬方法的流程圖；

圖2為相態(tài)計(jì)算流程圖；

圖3為變量更新流程圖；

圖4為頁巖油氣組分模型求解流程圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖。

符號(hào)說明：

獲取單元—1，擬合單元—2，確定單元—3，建立單元—4，更新單元—5。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬方法，根據(jù)所述油藏的流體類型及油藏儲(chǔ)層特征確定油藏的機(jī)理特性，根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，根據(jù)所述頁巖油氣組分模型可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬方法包括：

步驟100：獲取油藏的流體類型及流體的狀態(tài)參數(shù)；所述狀態(tài)參數(shù)包括壓力、溫度。

步驟200：對(duì)所述流體的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)擬合，確定油藏流體的相態(tài)參數(shù)；所述相態(tài)參數(shù)包括臨界溫度、臨界壓力、偏心因子及等張比容。

步驟300：根據(jù)所述油藏的流體類型及油藏儲(chǔ)層特征確定油藏的機(jī)理特性。

步驟400：根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，求解不同時(shí)間步下的基本變量。

步驟500：根據(jù)所述基本變量及相態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)計(jì)算，更新輔助變量，以實(shí)現(xiàn)所述頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

其中，在步驟300中，儲(chǔ)層特征包括儲(chǔ)層的礦物組成及孔隙分布的特征，例如頁巖中有機(jī)質(zhì)的含量多少將會(huì)影響吸附/解析效應(yīng)的強(qiáng)度，頁巖的孔隙大小將影響氣體努森效應(yīng)，孔隙越小，努森效應(yīng)越明顯，這些特征對(duì)決定需要考慮的機(jī)理特性具有重要的參考意義?？蛇x地，儲(chǔ)層特征一般可通過鉆取巖心和/或測(cè)井等方式獲得。

油藏的流體類型主要包括油藏中流體為單純氣相、油相或者在開采過程中會(huì)發(fā)生相變出現(xiàn)油氣兩相，根據(jù)流體類型，考慮對(duì)應(yīng)流體類型的機(jī)理特性，進(jìn)而根據(jù)儲(chǔ)層特征確定機(jī)理特性。

所述油藏的機(jī)理特性包括氣相的應(yīng)力敏感、努森擴(kuò)散、吸附或解析效應(yīng)、分子擴(kuò)散，油水相的應(yīng)力敏感及啟動(dòng)壓力梯度的影響，使頁巖油氣組分模型反映出頁巖油氣的流動(dòng)特征。

機(jī)理特性的存在會(huì)影響頁巖油氣藏中的油氣流動(dòng)規(guī)律，例如應(yīng)力敏感使頁巖儲(chǔ)層的滲透率隨開發(fā)過程下降，而努森擴(kuò)散的存在會(huì)促進(jìn)頁巖氣的流動(dòng)等等，這些都導(dǎo)致頁巖油氣的流動(dòng)與常規(guī)的油氣流動(dòng)存在很大的不同，若在模擬預(yù)測(cè)中不考慮的話，會(huì)使預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大誤差，不利于對(duì)頁巖油氣的生產(chǎn)進(jìn)行有效、正確的指導(dǎo)。

本發(fā)明在建立模型時(shí)，充分考慮了頁巖油氣機(jī)理特性，即氣相的應(yīng)力敏感、努森擴(kuò)散、吸附/解析效應(yīng)及分子擴(kuò)散，油水相的應(yīng)力敏感及啟動(dòng)壓力梯度的影響，使建立的模型能準(zhǔn)確反映出頁巖油氣的流動(dòng)特征。

在步驟400中，所述頁巖油氣組分模型包括烴類組分及水組分的質(zhì)量守恒方程、油氣水三相的運(yùn)動(dòng)方程及輔助方程；

其中，烴類組分的質(zhì)量守恒方程：

水組分的質(zhì)量守恒方程：

油氣水三相運(yùn)動(dòng)方程：

輔助方程：

其中，xi、yi和zi分別表示烴類i組分在油相、氣相及油氣兩相中總的摩爾分?jǐn)?shù)；nc表示組分?jǐn)?shù)；ρo、ρg和ρw分別表示油相、氣相及水相的摩爾密度；vo、vg和vw分別表示油氣水相的滲流速度；so、sg和sw分別表示油氣水相的飽和度；φ和k表示孔隙度和滲透率張量；deff,i表示氣相中i組分的分子擴(kuò)散系數(shù)；qads,i表示頁巖單位質(zhì)量上氣相中i組分的摩爾吸附量；qi和qw分別表示頁巖中烴類i組分及水組分的源匯項(xiàng)；μo、μg和μw分別表示油氣水相的粘度；kro、krg和krw分別表示油氣水相的相對(duì)滲透率；po、pg和pw分別表示油氣水相的壓力；k∞表示固有滲透率；b表示為滑脫因子，取決于孔隙結(jié)構(gòu)、氣體性質(zhì)和氣體壓力；和分別表示油氣相的摩爾分?jǐn)?shù)；ψβ＝pβ-ρgz；pcgw和pcgo分別表示氣水和油氣的毛管力；和分別表示油相和氣相中i組分的逸度系數(shù)，由狀態(tài)方程計(jì)算得到。

其中，根據(jù)建立的頁巖油氣組分模型，通過加入機(jī)理特性，如在烴類組分質(zhì)量守恒方程中考慮了氣體擴(kuò)散及吸附/解析效應(yīng)，在油水相運(yùn)動(dòng)方程中考慮了啟動(dòng)壓力梯度，氣相運(yùn)動(dòng)方程中考慮了努森擴(kuò)散的影響，三相運(yùn)動(dòng)方程中的固有滲透率考慮應(yīng)力敏感效應(yīng)，使建立的組分模型適用于頁巖油氣的流動(dòng)模擬。

其中，所述根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，求解不同時(shí)間步下的基本變量，具體包括：

將運(yùn)動(dòng)方程代入到質(zhì)量守恒方程得到組分模型的基本方程，并劃分對(duì)應(yīng)的基本變量及輔助變量；其中，基本變量為sw,po,z1,z2,,zn-1，輔助變量為zn,xi,yi,so,sg,pg,pw；其中，xi、yi和zi分別表示烴類i組分在油相、氣相及油氣兩相中總的摩爾分?jǐn)?shù)；nc表示組分?jǐn)?shù)；so、sg和sw分別表示油氣水相的飽和度；

采用有限體積法對(duì)基本方程進(jìn)行數(shù)值離散，并采用牛頓迭代法進(jìn)行全隱式求解，得到不同時(shí)間步下的基本變量。

根據(jù)求解得到的基本變量及相態(tài)擬合得到的相態(tài)參數(shù)，采用考慮受限微納孔隙影響的閃蒸計(jì)算方法進(jìn)行相態(tài)計(jì)算(如圖2所示)，更新輔助變量(如圖3所示)，完成頁巖油氣組分模型流動(dòng)數(shù)值模擬(如圖4所示)。更新輔助變量的閃蒸計(jì)算中，考慮了受限微納孔隙對(duì)頁巖油氣相態(tài)變化規(guī)律的影響，使建立的組分模型能反映頁巖油氣特殊的相態(tài)變化特征。

如圖3所示，當(dāng)通過求解基本方程得到基本變量時(shí)，便可通過如圖2所示的相態(tài)計(jì)算流程得到相組分參數(shù)，如油氣相中各烴類組分的摩爾分?jǐn)?shù)x，y及油氣相的摩爾分?jǐn)?shù)no、ng，根據(jù)相組分參數(shù)，利用lbc粘度模型可得到油氣的粘度，利用peng-robinson狀態(tài)方程(preos)可計(jì)算得到相摩爾密度，然后根據(jù)油氣相的摩爾分?jǐn)?shù)及相摩爾密度，便可計(jì)算得到相飽和度，然后根據(jù)實(shí)測(cè)的不同飽和度下油、氣、水三相相對(duì)滲透率和毛管力數(shù)據(jù)，插值得到當(dāng)前飽和度下的相對(duì)滲透率及毛管力。

如圖4所示，在頁巖油氣組分模型的有限體積法求解過程中，首先輸入油藏、流體基本參數(shù)及初始基本變量分布，然后初始化基本變量，根據(jù)圖3所述的變量更新方法得到輔助變量，然后根據(jù)基本方程離散得到的線性代數(shù)方程組，利用牛頓迭代法迭代求解下一時(shí)間步(即下一時(shí)刻)的基本變量。其中求解線性方程組的主要工作為雅克比矩陣的計(jì)算，這需要用到上一時(shí)刻的基本變量及輔助變量；計(jì)算得到基本變量后，再更新輔助變量，如此循環(huán)往復(fù)，直到達(dá)到指定的時(shí)刻便結(jié)束計(jì)算。

此外，本發(fā)明還提供一種考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬系統(tǒng)，可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。如圖5所示，本發(fā)明考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬系統(tǒng)包括獲取單元1、擬合單元2、確定單元3、建立單元4及更新單元5。

其中，所述獲取單元1用于獲取油藏的流體類型及流體的狀態(tài)參數(shù)；所述狀態(tài)參數(shù)包括壓力、溫度；所述擬合單元2用于對(duì)所述流體的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)擬合，確定油藏流體的相態(tài)參數(shù)；所述相態(tài)參數(shù)包括臨界溫度、臨界壓力、偏心因子及等張比容；所述確定單元3用于根據(jù)所述油藏的流體類型及油藏儲(chǔ)層特征確定油藏的機(jī)理特性；所述建立單元4用于根據(jù)所述油藏的機(jī)理特性建立頁巖油氣組分模型，求解不同時(shí)間步下的基本變量；所述更新單元5用于根據(jù)所述基本變量及相態(tài)參數(shù)進(jìn)行相態(tài)計(jì)算，更新輔助變量，以實(shí)現(xiàn)所述頁巖油氣組分的流動(dòng)數(shù)值模擬。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬系統(tǒng)與上述考慮油藏機(jī)理的頁巖油氣組分模擬方法的有益效果相同，在此不再贅述。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。