CN116181324B - 一种压裂后储层等效渗透率评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储层渗透率评价技术领域，具体涉及一种压裂后储层等效渗透率评价方法，包括根据岩心裂缝参数资料和成像测井参数资料表征裂缝参数获取裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度和裂缝倾角，得到获取参数；根据测井、地震、岩心资料获得物性参数和地质力学参数建立储层模型；基于获取参数建立裂缝密度模型；基于裂缝密度模型和储层模型对基质和裂缝进行网格划分建立储层力学网格模型；根据储层模型开展不同物理量多尺度下耦合求解，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征；基于流量特征和压力特征明确储层渗透率变化特征，得到精确度高的渗透率评价结果，解决了现有的测井解释渗透率方法进行定量评价的精确度低的问题。

Description

一种压裂后储层等效渗透率评价方法

技术领域

本发明涉及储层渗透率评价技术领域，尤其涉及一种压裂后储层等效渗透率评价方法。

背景技术

储层渗透率是决定储层能否产出流体的主要因素，作为油气井生产中极其重要的评判指标，对油气田开发有着重要的指导意义。目前，国内外学者关于压裂改造形成裂缝对储层渗透率变化尚未形成统一的评判标准。

现有技术在评价储层渗透率时，多采用测井解释渗透率方法进行定量评价，但是通过岩石特性的某一方面来体现，忽略裂缝形态对储层渗透率的影响，不能代表储层的真实的渗透率定量特征，降低了定量评价的精确度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压裂后储层等效渗透率评价方法，旨在解决现有的测井解释渗透率方法进行定量评价的精确度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种压裂后储层等效渗透率评价方法，包括以下步骤：

根据岩心裂缝参数资料和成像测井参数资料表征裂缝参数获取裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度和裂缝倾角，得到获取参数；

根据测井、地震、岩心资料获得物性参数和地质力学参数建立储层模型；

基于所述获取参数建立裂缝密度模型；

基于所述裂缝密度模型和所述储层模型对基质和裂缝进行网格划分建立储层力学网格模型；

根据所述储层模型开展不同物理量多尺度下耦合求解，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征；

基于所述流量特征和所述压力特征明确储层渗透率变化特征，得到渗透率评价结果。

其中，所述根据岩心裂缝参数资料和成像测井参数资料表征裂缝参数测算裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度和裂缝倾角，得到测算参数，包括：

根据岩心裂缝参数资料利用岩心分析识别裂缝，通过显微镜下的统计岩样中的裂缝参数来测算储层的裂缝开度和裂缝密度；

根据所述成像测井参数资料利用成像测井识别裂缝，通过成像图像提取裂缝长度、裂缝密度、裂缝开度和裂缝倾角，得到获取参数。

其中，所述基于所述裂缝密度模型和所述储层模型对基质和裂缝进行网格划分建立储层力学网格模型，包括：

将所述裂缝密度模型和所述储层模型嵌入三维储层地质模型，得到带有裂缝的三维储层地质模型；

分析所述带有裂缝的三维储层地质模型的裂缝形态参数形成的影响，得到分析数据；

根据所述带有裂缝的三维储层地质模型的节点参数建立几何实体；

基于所述几何实体和所述分析数据利用高精度格林方法和f-f连接方法进行基质和裂缝网格划分建立储层力学网格模型。

其中，所述物性参数包括孔隙度、渗透率和饱和度。

其中，所述地质力学参数包括杨氏模量、泊松比、岩性、岩相和三向地应力。

其中，所述根据所述储层模型开展不同物理量多尺度下耦合求解，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征，包括：

根据所述储层模型基于固体动量守恒和流体质量守恒的直接耦合，进行多物理场多尺度耦合计算，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征。

本发明的一种压裂后储层等效渗透率评价方法，通过根据岩心裂缝参数资料和成像测井参数资料表征裂缝参数获取裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度和裂缝倾角，得到获取参数；根据测井、地震、岩心资料获得物性参数和地质力学参数建立储层模型；基于所述获取参数建立裂缝密度模型；基于所述裂缝密度模型和所述储层模型对基质和裂缝进行网格划分建立储层力学网格模型；根据所述储层模型开展不同物理量多尺度下耦合求解，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征；基于所述流量特征和所述压力特征明确储层渗透率变化特征，得到精确度高的渗透率评价结果，解决了现有的测井解释渗透率方法进行定量评价的精确度低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种压裂后储层等效渗透率评价方法的算法实例图。

图2是储层初始等效渗透率划分示意图的示意图。

图3是渗流场数值模拟图。

图4是储层等效渗透率与产量关系图。

图5是储层等效渗透率与单裂缝参数关系图。

图6是储层等效渗透率与双裂缝参数关系图。

图7是假设流体流动方向的示意图。

图8是本发明提供的一种压裂后储层等效渗透率评价方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图8，本发明提供一种压裂后储层等效渗透率评价方法，包括以下步骤：

S1根据岩心裂缝参数资料和成像测井参数资料表征裂缝参数获取裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度和裂缝倾角，得到获取参数；

具体的，根据岩心裂缝参数资料利用岩心分析识别裂缝，通过显微镜下的统计岩样中的裂缝参数来测算储层的裂缝开度和裂缝密度；根据所述成像测井参数资料利用成像测井识别裂缝，通过成像图像提取裂缝长度、裂缝密度、裂缝开度和裂缝倾角，得到获取参数。

S2根据测井、地震、岩心资料获得物性参数和地质力学参数建立储层模型；

具体的，所述物性参数包括孔隙度、渗透率和饱和度。所述地质力学参数包括杨氏模量、泊松比、岩性、岩相和三向地应力。

通过测井、地震和岩心资料获取储层物性参数、岩性参数、岩石力学参数、应力参数等，其中参数至少包括孔隙度、渗透率、饱和度、沉积相、岩石密度、杨氏模量、泊松比、岩性、三向地应力等，其中经过对属性粗化、插值计算方法，建立带有物性参数及地质力学参数的储层地质模型，且该地质模型中层位信息应与真实储层层位匹配。

针对储层属性数据，如孔隙度、渗透率、饱和度、岩石密度以及岩石力学参数，利用测井数据进行动静拟合、修正，以沉积相和岩相进行约束并将其粗化到储层地质网络模型中，选用克里金插值计算方法对其进行平面插值，生成储层地质网络属性模型即所述储层模型。

具体的，通过重复应用网格自适应库，在每个地质域内生成初始四面体网格，并对其进行约束以生成所需的自由度，并为每个域内的四面体单元分配与该域相关的基本参数。其中，根据需要指定边界，以控制最大和最小元素尺寸以及所需的自由度数和相邻元素之间的局部度量化。将这些约束组合在一起生成一个统一的度量字段，指定首选的各向异性网格分辨率，通过按照顺序应用局部网格重组网格，从现有网格生成新的计算网格。其中，自适应算法通过以下方式依次调整每个候选元素：通过切分割进行细化，在四面体边的中点插入一个新顶点，并生成将共享该边的附加四面体元素；通过边塌陷进行粗化，利用位于中点的新顶点替换四面体边，并去除由此产生的零体积元素；面/边和边/面交换，在形成凸壳的元素元组的顶点之间引入或删除边连接；在具有共同顶点的元素所跨越的空间内重新定位单个顶点。

S3基于所述获取参数建立裂缝密度模型；

具体的，基于数值流形的方法、裂缝的几何特征将裂缝分为三种不同形态下的系统，通过数学方程和控制方程建立裂缝模型。其中，裂缝位置由泊松过程和裂缝密度模型约束共同决定。泊松过程由随机确定裂缝中心位置后，由裂缝密度模型决定该点的有效性，将裂缝密度平面化进行极差正规化，归一化后裂缝密度得到裂缝密度模型；其中，裂缝形状为了便于后续分析，将其简化为凸多边形来表征三维裂缝。

S4基于所述裂缝密度模型和所述储层模型对基质和裂缝进行网格划分建立储层力学网格模型；

将由岩心——测井——地震资料所获取的裂缝特征模型嵌入三维储层地质模型，在带有裂缝特征模型的储层模型中形成带有裂缝的三维储层地质模型，并分析裂缝形态参数形成的影响；根据地质模型节点参数建立几何实体；进行网格划分建立有限元储层力学网格模型。根据储层模型建立油气两相渗流模型，并设置生产动态参数边界条件。具体的，将所述裂缝密度模型和所述储层模型嵌入三维储层地质模型，得到带有裂缝的三维储层地质模型；分析所述带有裂缝的三维储层地质模型的裂缝形态参数形成的影响，得到分析数据；根据所述带有裂缝的三维储层地质模型的节点参数建立几何实体；基于所述几何实体和所述分析数据利用高精度格林方法和f-f连接方法进行基质和裂缝网格划分建立储层力学网格模型。

基于数值流形方法，根据裂缝的几何特征，将裂缝分为连续-有限厚度、不连续间断界面、微尺度微凸体颗粒系统三种。但无论裂缝的尺度如何，耦合过程中都满足动量和质量守恒：

式中：σ表示总应力张量；f表示体积力；ρ表示固体密度；u表示位移矢量；v表示流体速度矢量；α表示Boit-Willis系数；εv表示体积应变；M表示比奥模量；p表示流体压力。

当裂缝属于连续-有限厚度时，满足下列关系式：

裂缝中流动满足：

当裂缝属于不连续间断界面时，裂缝段上不同接触状态的力学约束式：

张开时：δσ′_f＝k_f||u_f|| (6)

闭合时：d＝0∩||u_s||＝0 (7)

滑动时：

同样裂缝中流动满足式(5)。

当裂缝属于微尺度微凸体颗粒系统时，满足下列关系式：

u＝∫εds+u_cr+u_r (10)

F＝F_l+F_contact (11)

同样裂缝段上不同接触状态的力学约束满足式(6)～(8)，裂缝中流动满足式(5)。

将已建立好的裂缝模型嵌入到储层几何模型中，根据储层几何模型建立油气两相渗流模型，并设置生产动态参数边界条件。其中，利用物性参数再次对储层力学网络模型进行相关属性赋值修正。

储层力学模型的准应力平衡方程可表示为：

式中：σ′表示基于Biot理论的有效应力；τ表示剪应力。

对于横向同向异性材料，弹性应力——应变关系弹性应力——应变关系和弹性刚度矩阵可表示为：

σ＝D·ε (13)

式中：ν_i表示x、y、z方向上的泊松比；E_i表示x、y、z方向上的弹性模量。

对于横向同向异性材料，弹性刚度矩阵可表示为：

G＝E/2(1+ν) (17)

储层几何模型的便捷条件包括位移边界条件和应力边界条件，因此混合边界条件为：

T＝T_u+T_f (18)

储层非均质本构方程表达式为：

基于Navier-Stokes方程，将本构方程代入平衡方程得到位移场方程表达式：

考虑流体耗散函数式则连续性方程表达式为：

其中，裂缝位置由泊松过程和裂缝密度模型约束共同决定。具体步骤如下：

将裂缝密度平面化进行极差正规化，归一化后裂缝密度得到裂缝密度模型：

泊松过程从研究区内获取随机数(x，y，z)，泊松过程由随机确定裂缝中心位置后，由裂缝密度模型决定该点的有效性：

f(x,y,z)＝1/V (26)

式中：V表示研究区体积。

利用(x_i，y_i，z_i，P_i)插值算法计算所生成的裂缝中心位置(x，y，z)处的概率密度值P'(x，y，z)，若P'(x，y，z)＞rand，则生成的裂缝中心位置有效，否则无效，rand为区间[0,1]上的随机数。

将裂缝网格进行划分，具体步骤如下：

①计算裂缝面与基质网格线的交点；②计算网格线与裂缝所在平面的交点情况；③估算裂缝网格分布情况；④计算不同裂缝面之间的交线；⑤确定最终裂缝网格的分布情况。其中，给出四种不同网格的连接情况。

在实际中，由于基质网格之间的流动方程是利用块中心有限体积方法离散的，因此各裂缝网格单位面积油组分窜流量与基质网格中心油相压力采用隐式格林处理：

式中：

将不规则的四边形裂缝网格继续划分为两个三角形的子网格Ω₁和Ω₂，在裂缝面上，面积微元满足：

在三维模型情况下，需要分别计算裂缝网格在x方向、y方向、z方向上的投影面与裂缝网格所在平面的交线，然后判断这些交线的交点与裂缝网格中心的几何关系，这样极大增加了算法的复杂度，降低了计算效率。针对此情况，本专利提出一个简单且实用的算法，简记为“通路法”，具体步骤如下：

假设基质网格mi中有ni个裂缝网格(记作frmi，r＝1,2…ni)向Iij上投影，对应的投影区域分别记作相应的投影面积分别是/> 基质网格mj中有nj个裂缝网格(记作frmj，r＝1,2…ni)向Iij上投影，对应的投影区域分别记作相应的投影面积分别是/>

相较于目前常规的方法，本专利添加额外的mi中裂缝frmi与mj中frmj之间的连接mi+1网格，并将frmi和frm^j在脚面上投影区域交集的面积作为这两个裂缝网格之间的流体流动面积，又因为这两个裂缝网格分别在基质网格m_i和m_j中，因此定义f_r ^mi-fr^mj连接的几何因子为：

其中：

式中：裂缝网格渗透率/>

其中对于新加网格m_n+1特此说明，由于常规的pEDFM方法会使裂缝边缘——流动屏障消失，因此在裂缝流体流动方向边缘处网格法向量方向n重新构建一个小网格，假设流体流动方向为如图6所示m₁→m₂→m₃，则设边缘处网格中心坐标为(x，y，z)，法向量分量表示为(n_x，n_y，n_z)，则新生成的网格m_n+1的裂缝网格中心坐标为(x+2/L+Δc，y，z)，其中Δc是一个计算机能识别出差异极小的数，例如0.0001。

S5根据所述储层模型开展不同物理量多尺度下耦合求解，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征；

具体的，根据所述储层模型基于固体动量守恒和流体质量守恒的直接耦合，进行多物理场多尺度耦合计算，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征。

所述根据储层模型开展不同物理量多尺度下耦合求解包括如下步骤：

渗流场和应力场之间主要通过孔隙度和渗透率的动态变化相互影响，即有效应力是连接渗流场和应力场的纽带，多孔介质中有效应力原理可表示为：

式中：σ′_ij表示有效应力；δ_ij表示Kroneker符号。

运用体积应变概念得到孔隙度动态模型：

根据质量守恒定律推导连续性方程为：

根据所建模型，得到不同应力场条件下流量特征、压力特征，本发明着重点在于探究研究裂缝形态影响下储层渗透率变化情况，采用以下公式建立流量与压力之间的数学关系模型：

式中：Q表示流量；ΔP表示压力；R_ou+R_in为内外渗流区域阻力总和。

考虑采用等值渗流阻力法求取因裂缝形态影响的储层等效渗透率，对储层渗流条件进行简单假设，以裂缝半长L_f为界，将近井储层渗流区分为内外两部分，外渗流区分为I部分，渗流阻力视为串联；内渗流区分为II、III两部分，其中II代表裂缝区、III代表除裂缝外的原始储层区域，渗流阻力视为并联。I、II、III三部分的渗流阻力R_ou、R_inc、R_infi表达式分别为：

考虑因裂缝形态对储层初始渗透率的影响，建立含裂缝储层初始等效渗透率计算公式：

S6基于所述流量特征和所述压力特征明确储层渗透率变化特征，得到渗透率评价结果。

具体的，根据流量与压力之间的数学关系模型，得到储层等效渗透率变化数学模型：

式中：k^*代表储层等效渗透率；k、k_f代表储层渗透率和裂缝渗透率。

储层等效渗透率k^*定量表征了经裂缝形态影响下的流体流动能力，当储层等效渗透率k^*越大，流体流动性更强。

本发明与之前储层渗透率评价的方法比较，具有一定的优势。本发明考虑了裂缝形态以及储层非均质和应力场的变化。通过试验与数值模拟相结合的方式评价储层渗透率，使得对因裂缝形态影响的储层渗透率更加准确。

以上所揭露的仅为本发明一种压裂后储层等效渗透率评价方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种压裂后储层等效渗透率评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据岩心裂缝参数资料和成像测井参数资料表征裂缝参数获取裂缝密度、裂缝长度、裂缝开度和裂缝倾角，得到获取参数，包括：

根据岩心裂缝参数资料利用岩心分析识别裂缝，通过显微镜下的统计岩样中的裂缝参数来测算储层的裂缝开度和裂缝密度；

根据所述成像测井参数资料利用成像测井识别裂缝，通过成像图像提取裂缝长度、裂缝密度、裂缝开度和裂缝倾角，得到获取参数；

根据测井、地震、岩心资料获得物性参数和地质力学参数建立储层模型，包括通过测井、地震和岩心资料获取储层物性参数、岩性参数、岩石力学参数、应力参数，其中参数至少包括孔隙度、渗透率、饱和度、沉积相、岩石密度、杨氏模量、泊松比、岩性、三向地应力，其中经过对属性粗化、插值计算方法，建立带有物性参数及地质力学参数的储层地质模型，且储层地质模型中层位信息应与真实储层层位匹配；

针对储层属性数据，利用测井数据进行动静拟合、修正，以沉积相和岩相进行约束并将其粗化到储层地质网络模型中，选用克里金插值计算方法对其进行平面插值，生成储层地质网络属性模型即所述储层模型；

基于所述获取参数建立裂缝密度模型，包括基于数值流形的方法、裂缝的几何特征将裂缝分为三种不同形态下的系统，通过数学方程和控制方程建立裂缝模型，其中，裂缝位置由泊松过程和裂缝密度模型约束共同决定，泊松过程由随机确定裂缝中心位置后，由裂缝密度模型决定裂缝中心位置的有效性，将裂缝密度平面化进行极差正规化，归一化后裂缝密度得到裂缝密度模型；

基于所述裂缝密度模型和所述储层模型对基质和裂缝进行网格划分建立储层力学网格模型，包括：

将所述裂缝密度模型和所述储层模型嵌入三维储层地质模型，得到带有裂缝的三维储层地质模型；

分析所述带有裂缝的三维储层地质模型的裂缝形态参数形成的影响，得到分析数据；

根据所述带有裂缝的三维储层地质模型的节点参数建立几何实体；

基于所述几何实体和所述分析数据利用高精度格林方法和f-f连接方法进行基质和裂缝网格划分建立储层力学网格模型；

根据所述储层模型开展不同物理量多尺度下耦合求解，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征；

基于所述流量特征和所述压力特征明确储层渗透率变化特征，得到渗透率评价结果，包括

根据流量与压力之间的数学关系模型，得到储层等效渗透率变化数学模型：

式中：k^*代表储层等效渗透率；k、k_f代表储层渗透率和裂缝渗透率。

2.如权利要求1所述的压裂后储层等效渗透率评价方法，其特征在于，

所述物性参数包括孔隙度、渗透率和饱和度。

3.如权利要求1所述的压裂后储层等效渗透率评价方法，其特征在于，

所述地质力学参数包括杨氏模量、泊松比、岩性、岩相和三向地应力。

4.如权利要求1所述的压裂后储层等效渗透率评价方法，其特征在于，

所述根据所述储层模型开展不同物理量多尺度下耦合求解，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征，包括：

根据所述储层模型基于固体动量守恒和流体质量守恒的直接耦合，进行多物理场多尺度耦合计算，得到不同应力场条件下的流量特征和压力特征。