• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看

      ?

      基于格子Boltzmann法的碳酸鹽巖氣藏多層合采模擬

      2022-11-30 05:43:04孫天禮陳偉華黃仕林方鴻銘張濤趙玉龍
      斷塊油氣田 2022年6期
      關鍵詞:產量比縫洞質性

      孫天禮 ,陳偉華 ,黃仕林 ,方鴻銘 ,張濤 ,趙玉龍

      (1.中國石化西南油氣分公司,四川 閬中 637400;2.中國石油西南油氣田公司工程技術研究院,四川 成都 610017;3.中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院,四川 成都 610041;4.西南石油大學油氣藏地質與開發(fā)國家重點實驗室,四川 成都 610500)

      0 引言

      碳酸鹽巖氣藏是我國常規(guī)天然氣氣藏的重要組成部分,在四川盆地天然氣增儲上產之中扮演著重要角色[1-3]。多層合采是多產層氣藏增加氣井單井產能、降低氣井成本的有效措施[4-5]。近些年,氣藏多層合采問題的研究手段主要包括氣藏數(shù)值模擬[6]、室內實驗[7]、氣藏工程方法[8]等,針對的對象主要包括致密氣藏、煤層氣藏和頁巖氣藏。楊學峰等[6]結合數(shù)值模擬和穩(wěn)態(tài)管流模擬方法,對兩層組氣藏的分采與合采效果進行了評價,發(fā)現(xiàn)當兩層的含水飽和度相近時,適合采用合采。王銘顯[8]研究了致密氣藏多層合采對物質平衡法、產量遞減分析計算動態(tài)儲量的影響,指出在合采早期時對預測結果的影響較大。徐兵祥等[9]基于數(shù)值模擬手段分析了物性差異、倒灌現(xiàn)象、開發(fā)方式對致密氣-煤層氣合采效果的影響,結果表明只要倒灌不形成水鎖,短時間倒灌現(xiàn)象對合采效果影響不大。Wang等[10]分析了鄂爾多斯盆地致密氣的三層合采案例,發(fā)現(xiàn)合采引起的地層水倒灌至產氣層使得氣井產量大幅度降低。徐小虎等[11]采用全直徑物理實驗模型研究了多壓力系統(tǒng)對致密氣藏多層合采效果的影響,提出了遞進合采的方式有助于抑制氣層發(fā)生倒灌。Liu等[12]利用3塊致密砂巖開展并聯(lián)合采實驗,結果發(fā)現(xiàn)生產過程盡量不要關井,避免倒灌對多層合采效果的影響??梢园l(fā)現(xiàn),上述的研究方法均為非直接方法,無法直接觀察多層合采時流體倒灌現(xiàn)象及其對產氣效果的影響。碳酸鹽巖氣藏孔-縫-洞匹配復雜,層間非均質性強,多層合采難度大[13]。因此,有必要采用更加直觀的手段研究多層合采的流體運移規(guī)律,揭示影響合采效果的因素。

      本文采用格子玻爾茲曼方法對不同孔-縫-洞組合模式的碳酸鹽巖氣藏開展多層合采模擬。該方法是一種孔隙尺度的直觀模擬方法,可以直接觀察流體在多孔介質的運移行為。首先,介紹多松弛顏色梯度LBM及其驗證,給出3種合采模式(裂縫-孔洞合采、裂縫-縫洞合采以及縫洞-孔洞合采)的數(shù)字巖心刻畫方法;然后,在此基礎上分別研究不同層間非均質性、生產壓差及壓力系統(tǒng)的合采效果,揭示氣體在多層系合采條件下的動態(tài)流動特征。

      1 數(shù)學模型

      LBM是模擬流體在復雜幾何空間流動最直接的方法,廣泛應用于多孔介質的流動模擬[14-18]。水侵是影響多層合采的一個重要因素,但是模擬真實氣水性質下兩相流的LBM仍需要進一步研究[19]。本文采用單相LBM方法重點研究水侵未發(fā)生時單相氣的合采特征。

      表征流體流動的Navier-Stokes方程可以由離散的格子玻爾茲曼方程推導得到。LBM的計算過程分為:第1步為遷移,粒子分布按照一定的格式遷移至相鄰的網格;第2步為碰撞,不同方程的粒子相遇后發(fā)生碰撞實現(xiàn)能量交換。流體的宏觀參數(shù)(密度、速度)可以通過碰撞后的準平衡分布函數(shù)獲取。將位置x、時間t、方向 i的粒子分布函數(shù) fi(x,t)分配至每個格子中,分布函數(shù)的遷移過程[20]可以表示為

      式中:fi(x,t )和分別為非平衡函數(shù)和平衡函數(shù);△t為時間步;τ為碰撞時間,與動力黏度有關;ei為模型中的格子離散速度。

      為提高常規(guī)LBM的數(shù)值計算穩(wěn)定性,本文采用多松弛碰撞格式MRT。MRT框架下式(1)可表示為

      式中:m ( x,t )和meq(x,t )分別為矩函數(shù)和平衡態(tài)矩函數(shù);S為對角向量;M為變換矩陣,將速度空間向量f映射到矩空間向量m。

      本文模擬為二維空間,采用著名的D2Q9格子模型,模型中的格子離散速度 ei表示[21]為

      在標準的D2Q9框架中,平衡分布函數(shù)feq定義為

      式中:wi為權重因子。

      流體的宏觀密度ρ是各方向分布函數(shù)的總和,宏觀速度u則與帶方向權重分布函數(shù)的平均值相關:

      為了驗證模型的可靠性,進行二維狹縫孔隙的單相流動模擬,獲取界面速度分布,并與壓力驅動下的Poiseuille解析公式的計算結果進行對比[22]。計算的格子步長、時間步長及松弛時間均設置為1,進口與出口采用Zou-He定壓邊界條件[23],狹縫壁面采用碰撞邊界條件。模擬的結果與解析公式計算的結果如圖1所示,可以發(fā)現(xiàn),拋物線形的模擬結果與解析解一致,驗證了多松弛LBM的可靠性。

      圖1 二維狹縫孔的Poiseuille流LBM驗證

      2 二維數(shù)字巖心

      本次多層合采模擬的模型尺寸為10 mm×20 mm,模型由裂縫、縫洞和孔洞模式組合而成。這3種基本模式為基于真實碳酸鹽巖掃描電鏡提取的[13],通過采用灰度識別的方法獲取了3種模式的數(shù)字巖心,組合得到多層模型(裂縫-孔洞合采、裂縫-縫洞合采及縫洞-孔洞合采),如圖2所示,圖中綠色為固相。

      圖2 不同孔-縫-洞組合模型的合采模式及邊界條件

      LBM采用碰撞邊界條件處理固體壁面的非滑移邊界。模型有2個進口壓力邊界(pin1,pin2)和1個出口壓力邊界 (pout),2個左側的進口壓力邊界分別用以表征2個層系的定壓邊界,出口壓力邊界設置在模型右端井筒的上部,用以表征井口壓力(井深忽略),壓力邊界采用Zou-He定壓邊界條件。井筒右側設置一層固體網格表示井筒壁面,與儲層固體壁面一樣采用碰撞邊界條件。為了使壓力均勻作用于多孔介質,在模型的左端設置了20個網格的緩沖層,用于施加進出口定壓邊界[24]。模擬溫度和壓力分別為 150 °C,50 MPa,是四川盆地碳酸鹽巖氣藏的典型溫壓條件。

      3 結果與討論

      3.1 層間非均質性

      當上層與下層的生產壓力梯度都為0.02 MPa/m的等壓合采時,不同孔-縫-洞組合模型的合采結果如圖3所示。每個合采模型中生成了100條流線,流線越密集表明流速越大,無流線處表明流動很微弱或沒有。

      圖3 不同孔-縫-洞組合模型的合采壓力及流線分布

      裂縫-孔洞合采模型:裂縫層(上層)的流線很少,僅形成了3條主要的流動通道,并且上面2條通道中的氣體運移至井筒端時,被井筒中的高速流動阻擋,形成了渦流。孔洞層(下層)形成了多條主流通道,特別是在中部區(qū)域,幾個洞穴的存在大大增加了流動能力,形成了密集的流線。

      縫洞-孔洞合采模型:相對于裂縫-孔洞合采結果,裂縫與縫洞間的滲流能力差異性沒有那么明顯??p洞層(上層)形成了3~4條主流通道,而孔洞層(下層)的流動情況與裂縫-縫洞合采時的流線分布基本一致。值得注意的是,盡管縫洞層(上層)中有多個洞穴,但是與壓力梯度方向呈一定角度的3個洞穴基本未起到增加流動能力的作用,也即洞穴的分布形式對流動的影響較大。

      裂縫-縫洞合采模型:由于裂縫層(上層)與縫洞層(下層)的層間非均質性更小,相對于裂縫-孔洞合采,裂縫層(上層)的流動通道明顯增加,模型上部的渦流消失。相對于裂縫-孔洞合采,縫洞層(下層)的流動通道也明顯增加。

      圖4展示了這3個合采模型隨著計算時間步的層間產量之比??梢园l(fā)現(xiàn),隨著計算時間步增加,層間產量差異逐漸增加,當計算時間步達到30 000時,各模型的合采基本達到穩(wěn)定流動。裂縫-孔洞合采模型的層間非均質性差異最大,流動穩(wěn)定時的產量比為5.8,即裂縫層(上層)對產量貢獻很小,這也是該合采模型的裂縫層(上層)有多個旋渦的原因。裂縫-縫洞合采模型與縫洞-孔洞合采模型的層間非均質性小,流動穩(wěn)定時的產量比都為2.1左右,兩層基本可以實現(xiàn)均衡開發(fā),流線分布穩(wěn)定。值得注意的是,在生產早期,縫洞-孔洞合采模型的產量波動比裂縫-縫洞合采模型大,說明其非均質性更大。因此,如果層間非均質性太大,合采時低滲透率層系對產量的貢獻小,甚至可忽略不計。

      圖4 不同孔-縫-洞合采模型的下層產量與上層產量比

      3.2 生產壓差

      生產壓差是礦場氣井管理的最基本指標,明確合采生產壓差對產層產量貢獻的影響具有重要的意義。

      圖5為不同生產壓差縫洞模型與孔洞模型的合采產量比。由圖5發(fā)現(xiàn),隨著合采壓差的增加,氣層的產量比逐漸降低,有助于低滲產層的氣體產出。即生產壓差增加,產層之間趨向于均勻產氣,不過產量比降低的幅度不大。當壓力梯度增加1倍時(0.02 MPa/m增加至0.04 MPa/m),產量比僅降低了8%。圖6為不同生產壓差下不同合采模型的合采產量比。由圖6發(fā)現(xiàn),增加生產壓差使得不同層間非均質合采組合的產量比有所降低,但對層間非均質性更強的合采組合敏感性更強。

      圖5 不同生產壓力梯度與合采產量比

      圖6 不同生產壓力梯度下的不同合采模型的合采產量比

      總體而言,在本文模擬的生產壓差范圍內,生產壓差對合采效果的影響很小。在實際生產過程中,由于儲層邊界不是定壓邊界,隨著生產進行,儲層壓力會有下降。產量較大時,對于層間非均質較強的層系,高滲層的氣體快速產出,低滲層的氣體供給能力有限,難以保證氣井持續(xù)穩(wěn)產[7]。另外,過高生產壓差還易導致應力敏感、出砂、非達西效應等[25]。因此,不是生產壓差越大合采效果越好,而是要綜合考慮制定合理的生產壓差。

      3.3 初始壓力

      如果層間壓力不連通且層間距離較大時,層系間的原始地層壓力差異可能很大。為了研究不同氣層間初始地層壓力對合采效果的的影響,設置合采模型的上層生產壓力梯度為0.02 MPa/m,下層為0.04 MPa/m,模擬的結果如圖7所示。

      圖7 合采模型的模擬結果

      同樣,對每個合采模型生成100條流線,用以觀察氣體流速及方向??梢园l(fā)現(xiàn),裂縫-孔洞合采模型與縫洞-孔洞合采模型發(fā)生了明顯的倒灌現(xiàn)象,即下層系高壓層的氣體產出后經井筒反滲至上層系低壓層中,特別是低壓層的下部區(qū)域,倒灌流線密集。倒灌量的計算結果表明,縫洞-孔洞合采模型的倒灌量為孔洞層(下層)的1/8,而裂縫-孔洞合采模型的倒灌量為孔洞層(下層)的1/20。值得注意的是,同樣的不等壓合采條件下,盡管裂縫-縫洞合采模型以9.5的產量比生產,但該合采模型未發(fā)生倒灌。

      分析發(fā)現(xiàn),裂縫-孔洞合采模型與縫洞-孔洞合采模型的層間非均質性均大于裂縫-縫洞合采模型,消耗在前二者高滲層的壓力小,消耗在低滲層的壓力大,導致兩層在近井筒壁面的壓力差更大,引起倒灌。當然,當下部層系的壓力比上部層系的壓力高于某值時,后者也會發(fā)生倒灌。層間初始壓差存在差異是導致合采倒灌的主要原因[12],但本文的模擬結果說明,多層合采的倒灌現(xiàn)象不僅與初始壓力相關,還與層間非均質相關,如果層間非均質性大且低滲層初始壓力更低時,則發(fā)生倒灌的可能性更大。

      當層間不存在壓力差合采時,隨著開采進行,產量比持續(xù)增加,穩(wěn)定流動的產量比為5.8(見圖8)。隨著下層壓力的增加,當合采壓力梯度差值為0.01 MPa/m時,穩(wěn)定流動的產量比增加至44,此時裂縫層(上層)的產量基本可以忽略不計。隨著下層壓力的進一步增加,合采壓力梯度差值為0.02 MPa/m時,不穩(wěn)定流動早期裂縫層(上層)還可以正常生產,但當時間步增加至10 000時,開始發(fā)生倒灌現(xiàn)象(產量比為負值),且隨著生產的進行,倒灌量越來越大。當穩(wěn)定生產時,裂縫層(上層)的倒灌量為孔洞層(下層)產量的1/20。

      圖8 不同壓力梯度差下裂縫-孔洞合采模型的合采產量比

      4 結論

      1)多層合采存在層間非均質時,各層的產量存在差異。模擬結果表明,裂縫-孔洞合采模型的層間非均質性最大,流動穩(wěn)定時的產量比為5.8,即裂縫層對產量貢獻很小。裂縫-縫洞合采模型與縫洞-孔洞合采模型的層間非均質性小,流動穩(wěn)定時的產量比都為2.1左右,兩層基本可以實現(xiàn)均衡開發(fā),流線分布穩(wěn)定。

      2)增加生產壓差,合采氣層的產量比降低,有助于低滲產層的氣體產出,且生產壓差對非均質強的合采組合敏感性更強。但總體而言,在模擬的生產壓差范圍內,生產壓差對合采效果的影響很小。在實際生產過程中,需要綜合考慮穩(wěn)產時間、應力敏感、出砂、非達西效應等因素制定合理的生產壓差。

      3)當合采模型的上、下層生產壓力梯度分別為0.02,0.04 MPa/m,裂縫-孔洞合采模型與縫洞-孔洞合采模型發(fā)生了明顯的倒灌現(xiàn)象,但裂縫-縫洞合采模型未發(fā)生倒灌。這表明多層合采的倒灌現(xiàn)象不僅與初始壓力相關,還與層間非均質相關,如果層間非均質性大且低滲層初始壓力更低時,則發(fā)生倒灌的可能性大。

      猜你喜歡
      產量比縫洞質性
      碳酸鹽巖縫洞儲集體分尺度量化表征
      哈拉哈塘奧陶系縫洞型成巖圈閉及其成因
      ◆2018 年全國糧食總產量65789 萬噸
      2017年5月汽車產量比上月略有下降銷量小幅增長
      汽車與安全(2017年7期)2017-08-03 17:20:12
      從量化機制到質性建構——情緒話語分析芻議
      新課程研究(2016年2期)2016-12-01 05:52:55
      AIDS患者內心真實體驗的質性研究
      天津護理(2016年3期)2016-12-01 05:39:52
      洋芋晚疫病藥效對比試驗總結
      維醫(yī)治療澀味黏液質性風濕性關節(jié)炎85例
      縫洞型介質結構對非混相氣驅油采收率的影響
      2015年1月臺灣省生活用紙產銷情況
      生活用紙(2015年5期)2015-03-09 11:41:43
      北流市| 灯塔市| 出国| 东乌| 昂仁县| 曲麻莱县| 武平县| 孝昌县| 丹东市| 永善县| 诸暨市| 宣威市| 葫芦岛市| 崇阳县| 青浦区| 梧州市| 库车县| 怀来县| 新泰市| 吉木萨尔县| 绥宁县| 德昌县| 文化| 滦南县| 土默特左旗| 秦安县| 鞍山市| 长葛市| 扎赉特旗| 永泰县| 蓝田县| 达州市| 日喀则市| 永靖县| 吉木乃县| 随州市| 海兴县| 漾濞| 金乡县| 云霄县| 昭觉县|