一种基于流体势场的剩余油表征方法及装置

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，尤其涉及一种基于流体势场的 剩余油表征方法及装置。

背景技术

油气田在开发中后期，大量的油气被采出，但仍有相当数量的油 气滞留于地下，如何预测地下剩余油的分布早已成为油气田开发工作 的重点内容。油气在地下分布复杂，油藏在三维空间上存在着非均质 性，从宏观规模的层间非均质性、层内非均质性、平面非均质性到微 观规模的微观非均质性，因此，不能通过直接观察的手段来预测其三 维空间内的分布情况。而且，由于开发方案的部署差异，也会形成由 开发工程形成的非均质性，导致地下剩余油的分布难以预测。目前针 对剩余油的预测发展了很多方法，主要的方法包括开发地质分析方法 及油藏数值模拟方法。

开发地质方法是从地质角度出发，通过研究油藏的微构造、沉积 微相、储层非均质性等，研究剩余油形成的原因，总结剩余油在三维 空间内的分布模式。但是，开发地质方法更侧重于通过地质规律来间 接的、定性的、静态的预测地下剩余油的分布，而不能直接定量的描 述剩余油的分布情况，甚至油藏在开发过程中油水流体势不断在运动 的，而开发地质方法侧重于静态的描述，显而是无法准确预测剩余油 分布，因此开发地质方法更倾向于“人为的判断”，与人的地质知识 及经验有关，对于同一个研究区，不同的人便会得出不同的预测结果。

油藏数值模拟方法是以多相渗流理论为基础，定量描述在非均质 地层中多相流体流动规律的方法，该方法近些年得到了广泛的应用， 是随着电子计算机的出现和发展而形成的一种新的方法，通过计算机 求解油藏数学模型，模拟油藏中的油水运动，从而预测油藏的油水分 布状况。但是，油藏数值模拟方法更侧重于通过物理定律来定量的、 动态的预测地下剩余油的分布，但通过油田开发的实践证明，通过数 值模拟技术确定的剩余油饱和度的分布并未达到研究者预期的效果。 数值模拟技术从其计算模型本身来看，已经非常成熟，但数值模拟结 果的精度取决于油藏地质模型的精度，由于计算机运行速度的限制， 油藏地质模型在进行数值模拟之前，会进行粗化，粗化后必然会丢失 很多地质信息，或者粗化后的地质模型违背了地质规律的认识，必然 难以准确模拟剩余油饱和度的分布特征，进而导致模拟结果不如预 期。同时油藏地质模型是在油藏描述的基础上建立的，而油藏描述过 程中“人为的判断”占了很大的比重，因此也难以准确预测剩余油的 分布。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者 至少部分地解决或者减缓上述问题的基于流体势场的剩余油表征方 法及装置，准确预测剩余油的分布。

本发明提供了一种基于流体势场的剩余油表征方法，该方法包 括：

建立油藏开发阶段的油水两相流体渗流数学模型；

根据所述油水两相流体渗流数学模型获取开发流体势中各参数 的取值；

根据所述开发流体势中各参数的取值建立油藏的实际流体势场 的分布模型；

根据所述实际流体势场的分布模型分析流体势场的高势区与低 势区的分布，以实现剩余油的表征。

可选的，所述建立油藏开发阶段的油水两相流体渗流数学模型， 具体为：

根据油藏开发阶段流体势的修正方程以及油水两相的平衡方 程、连续方程和运动方程，建立油水两相流体渗流数学模型。

可选的，所述根据油藏开发阶段流体势的修正方程以及油水两 相的平衡方程、连续方程和运动方程，建立油水两相流体渗流数学 模型，具体为：

将油藏开发阶段流体势的修正方程以及油水两相的平衡方程、 连续方程和运动方程进行联立，建立油水两相流体渗流数学模型。

可选的，所述根据所述油水两相流体渗流数学模型获取开发流 体势中各参数的取值，具体包括：

根据所述油水两相流体渗流数学模型，利用辅助方程计算开发 流体势中各参数的取值；

所述辅助方程包括：饱和度约束方程、毛细管压力方程、初始 条件、外边界条件以及内边界条件。

可选的，所述根据所述开发流体势中各参数的取值建立油藏的 实际流体势场的分布模型，具体包括：

根据所述开发流体势中各参数的取值，获取压力在空间上的分 布特征，建立压能场的分布；

根据所述开发流体势中各参数的取值，获取渗流速度在空间上 的分布特征，建立动能场的分布；

根据所述开发流体势中各参数的取值，获取油水界面张力σ、 润湿接触角θ及孔隙半径r，根据油水界面张力σ、润湿接触角θ及 孔隙半径r，建立界面场的分布。

此外，本发明还提供了一种基于流体势场的剩余油表征装置，所 述装置包括：

第一模型建立单元，用于建立油藏开发阶段的油水两相流体渗 流数学模型；

计算单元，用于根据所述油水两相流体渗流数学模型获取开发 流体势中各参数的取值；

第二模型建立单元，用于根据所述开发流体势中各参数的取值 建立油藏的实际流体势场的分布模型；

处理单元，用于根据所述实际流体势场的分布模型分析流体势 场的高势区与低势区的分布，以实现剩余油的表征。

可选的，所述第二模型建立单元包括：

压能场的分布模型建立模块，用于根据所述开发流体势中各参 数的取值，获取压力在空间上的分布特征，建立压能场的分布；

动能场的分布模型建立模块，用于根据所述开发流体势中各参 数的取值，获取渗流速度在空间上的分布特征，建立动能场的分布；

界面场的分布模型建立模块，用于根据所述开发流体势中各参 数的取值，获取油水界面张力σ、润湿接触角θ及孔隙半径r，根据 油水界面张力σ、润湿接触角θ及孔隙半径r，建立界面场的分布。

本发明的有益效果为：

本发明提供的基于流体势场的剩余油表征方法及装置，基于流体 流动的本质即流体势能存在区别，流体总是由流体势高的地方流向流 体势低的地方，通过建立油藏开发阶段的流体势的理论模型，进而建 立油藏的实际流体势场的分布，分析流体势场的高势区与低势区的分 布，从而准确地预测剩余油的分布特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处 对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施 方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用 相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提出的一种基于流体势场的剩余油表征方法 的流程图；

图2为本发明实施例提出的一种基于流体势场的剩余油表征装置 的结构框图。

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， 仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数 形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理 解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整 数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或 多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有 术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通 技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中 定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一 致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含 义来解释。

流体势(Fluid potential)指单位质量或单位体积流体相对于基准 面所具有的机械能总和，由Hubbert于1940年提出，Hubbert流体势表 达式为：

${\Phi }_m=\mathrm{gz}+\underset{0}{\overset{p}{\int }}\frac{\mathrm{dp}}{\rho }+\frac{v^2}{2}$

其中，Φ_m为Hubbert流体势(J)，ρ为流体密度，g为重力加速度 (m/s²)，z为地层中某点A到基准面的距离(m)，p为深度z处的地层压力 (Pa)，v为地层流体速度(m/s)。

地下流体的渗流是一个机械过程，流体总是自发的由机械能高的 地方流向机械能低的地方。油藏的注水开发过程中，流体流动本质上 都遵循了由高势区向低势区运聚的流体势原理，势能差异控制着油藏 开发过程中油水的运动方向。以M.K.Hubbert流体势理论基础，以渗 流力学、流体力学等理论为依据，分析了流体在开发过程中受力情况 的变化，从受力上分析，地下任一深度的流体受到的作用力具体包括 重力、驱动力、粘滞力、毛细管力和地质体运动的惯性力等，依据流 体受力分析提出了油藏开发阶段流体势的修正方程，其中四项分别代 表重力能，压力能，动能与界面能：

$\phi =\mathrm{\rho gz}+\rho \underset{0}{\overset{p}{\int }}\frac{\mathrm{dp}}{\rho \left(p\right)}+\rho \frac{v2}{2}+\frac{2\sigma \cos \theta }{r}$

其中，Φ为修正流体势(J)，ρ为流体密度，g为重力加速度(m/s²)， z为地层中某点A到基准面的距离(m)，p为深度z处的地层压力(Pa)， v为地层流体速度(m/s)，ρ(Ρ)为流体密度随压力变化的函数 (kg/m³)，σ为界面张力(N/m)，θ为润湿角，r为A点处岩石孔隙毛 细管半径(m)。

为表征开发阶段流体势场分布，提出基准势的概念，将其定义为 静水条件下油水平衡状态原始油藏流体势。根据流体势基本原理，当 流体处于静止状态时，其油藏内部油势和水势均相等，且为一常数， 此时开发过程中流体势方程可修正为：

$\Phi ={\Phi }_{\mathrm{BL}}+\rho *\mathrm{\Delta P}+\rho \frac{v^2}{2}+\frac{2\sigma \cos \theta }{r}$

其中，Φ为修正流体势(J)，Φ_BL为基准势，ρ为流体密度，ΔP 为开发前后压力场变化量。

油气运移主要受控于流体势场的变化率，与基准势大小无关，因 此可设定则上式进一步转换为:

$\Phi =\rho *\mathrm{\Delta P}+\rho \frac{v^2}{2}+\frac{2\sigma \cos \theta }{r}$

基于上述基本原理本发明提出了一种基于流体势场的剩余油表 征方法，实现传统剩余油研究中开发地质方法与油藏工程方法的融 合，通过流体势及流体势场将两者有机的结合起来，弥补单一方法研 究中的不足，从而达到在开发过程中将剩余油定量表征出来。

图1示出了本发明实施例的一种基于流体势场的剩余油表征方 法的流程图。

参照图1，本发明实施例提出的基于流体势场的剩余油表征方 法包括：

S11、建立油藏开发阶段的油水两相流体渗流数学模型；

S12、根据所述油水两相流体渗流数学模型获取开发流体势中各 参数的取值；

S13、根据所述开发流体势中各参数的取值建立油藏的实际流体 势场的分布模型；

S14、根据所述实际流体势场的分布模型分析流体势场的高势区 与低势区的分布，以实现剩余油的表征。

本发明通过建立油藏开发阶段的流体势的理论模型，进而建立 油藏的实际流体势场的分布，分析流体势场的高势区与低势区的分 布，从而准确地预测剩余油的分布特征。

其中，所述步骤S11建立油藏开发阶段的油水两相流体渗流数 学模型，具体为：

根据油藏开发阶段流体势的修正方程以及油水两相的平衡方 程、连续方程和运动方程，建立油水两相流体渗流数学模型。

进一步地，所述根据油藏开发阶段流体势的修正方程以及油水 两相的平衡方程、连续方程和运动方程，建立油水两相流体渗流数 学模型，具体为：

将油藏开发阶段流体势的修正方程以及油水两相的平衡方程、 连续方程和运动方程进行联立，建立油水两相流体渗流数学模型。

本发明实施例中，为了实现对开发流体势的表征，必须在考虑 实际情况的基础上建立油水两相流体渗流数学模型，以获得开发流 体势中的计算参数。建立油水两相流体渗流数学模型具体为：将油 藏开发阶段流体势的修正方程与油水两相的平衡方程、连续方程及 运动方程等联立，得到油水两相流体渗流数学模型，具体如下：

修正方程，$\Phi =\rho *\mathrm{\Delta P}+\rho \frac{v^2}{2}+\frac{2\sigma \cos \theta }{r}$

平衡方程，$(\mathrm{Xdx}+\mathrm{Ydy}+\mathrm{Zdz})-\frac{1}{\mathrm{\phi \rho }}\mathrm{dp}+\frac{\mu }{\mathrm{\phi \rho }}{▿}^{2}u=\frac{1}{2}d\left(u^2\right)$

连续方程，

连续方程，$\upsilon =K[\frac{K_{\mathrm{ro}}\left(S\right)}{{\mu }_o}+\frac{K_{\mathrm{rw}}\left(S\right)}{{\mu }_w}]\mathrm{dp}=K[\frac{K_{\mathrm{ro}}\left(S\right)}{{\mu }_o}+\frac{K_{\mathrm{rw}}\left(S\right)}{{\mu }_w}]\frac{P_t-P_{t-1}}{\mathrm{\Delta x}}$

其中，与为同一参数，与为同一参数，X为地层内任 意点横坐标，Y为地层内任意点纵坐标，Z为地层内任意点海拔深 度，u为流体流动速度，为油的流动速度(矢量)，为为油的流 动速度(矢量)，S_o为含油饱和度，为水的流动速度(矢量)，为水的流动速度(矢量)，S_w为含水饱和度，t为时间，K为渗透率， K_ro为油相相对渗透率，K_rw为水相相对渗透率，μ_o为油的粘度，μ_w为 水的粘度。

进一步地，所述根据所述油水两相流体渗流数学模型获取开发 流体势中各参数的取值，具体包括：

根据所述油水两相流体渗流数学模型，利用辅助方程计算开发 流体势中各参数的取值；

所述辅助方程包括：饱和度约束方程、毛细管压力方程、初始 条件、外边界条件以及内边界条件。

本步骤中，通过根据所述油水两相流体渗流数学模型，利用辅 助方程计算开发流体势中各参数的取值，其中，辅助方程包括饱和 度约束方程,毛细管压力方程,初始条件及外边界条件,公式如下:

饱和度约束方程：

S_o+S_w＝1

毛细管压力方程：

p_cow＝p_o-p_w

初始条件：

$\left(\begin{array}{c}{p}_w{|}_{t=0}=p_{\mathrm{wi}}(x,y,z)\\ S_w{|}_{t=0}=s_{\mathrm{wi}}(x,y,z)\\ S_o{|}_{t=0}=s_{\mathrm{oi}}(x,y,z)\end{array}\right)$

外边界条件：

$\left(\begin{array}{c}\frac{\partial (p_o-{\rho }_o\mathrm{gD})}{\partial n}{|}_r=0\\ \frac{\partial (p_w-{\rho }_w\mathrm{gD})}{\partial n}{|}_r=0\end{array}\right)$

内边界条件：采油井定井底流压生产、定产油量、定产液量生 产等，或者注水井定井底流压注水、定注入量注水等。

公式中，外边界条件中D为油藏深度，n为油藏外边界法线方向。

本发明实施例中，所述根据所述开发流体势中各参数的取值建 立油藏的实际流体势场的分布模型，具体包括：

根据所述开发流体势中各参数的取值，获取压力在空间上的分 布特征，建立压能场的分布；

根据所述开发流体势中各参数的取值，获取渗流速度在空间上 的分布特征，建立动能场的分布；

根据所述开发流体势中各参数的取值，获取油水界面张力σ、 润湿接触角θ及孔隙半径r，根据油水界面张力σ、润湿接触角θ及 孔隙半径r，建立界面场的分布。

油藏的实际流体势场的分布模型包括压能、动能及界面能，当 计算出开发流体势中各参数的取值后，则进一步根据所述开发流体 势中各参数的取值，在流体势场的建立过程中，分别建立压能、动 能及界面能的分布。从而预测油藏开发阶段剩余油潜力区的分布。 分析流体势场的高势区与低势区的分布，从而预测剩余油的分布特 征。

本发明通过油藏开发阶段的流体势的理论模型，建立油藏的实 际流体势场的分布，从而预测剩余油的分布特征,从而准确地在开 发过程中将剩余油定量表征出来。

图2示出了本发明实施例提出的一种基于流体势场的剩余油表征 装置的结构框图。

参见图2，本发明实施例提出的基于流体势场的剩余油表征装置 包括第一模型建立单元201、计算单元202、第二模型建立单元203 以及处理单元204，其中：

所述的第一模型建立单元201，用于建立油藏开发阶段的油水两 相流体渗流数学模型；

所述的计算单元202，用于根据所述油水两相流体渗流数学模型 获取开发流体势中各参数的取值；

所述的第二模型建立单元203，用于根据所述开发流体势中各参 数的取值建立油藏的实际流体势场的分布模型；

所述的处理单元204，用于根据所述实际流体势场的分布模型分 析流体势场的高势区与低势区的分布，以实现剩余油的表征。

在本发明实施例中，所述第二模型建立单元203包括：

压能场的分布模型建立模块，用于根据所述开发流体势中各参 数的取值，获取压力在空间上的分布特征，建立压能场的分布；

动能场的分布模型建立模块，用于根据所述开发流体势中各参 数的取值，获取渗流速度在空间上的分布特征，建立动能场的分布；

界面场的分布模型建立模块，用于根据所述开发流体势中各参 数的取值，获取油水界面张力σ、润湿接触角θ及孔隙半径r，根据 油水界面张力σ、润湿接触角θ及孔隙半径r，建立界面场的分布。

综上所述，本发明提供的基于流体势场的剩余油表征方法及装 置，基于流体流动的本质即流体势能存在区别，流体总是由流体势 高的地方流向流体势低的地方，通过建立油藏开发阶段的流体势的 理论模型，进而建立油藏的实际流体势场的分布，分析流体势场的 高势区与低势区的分布，从而准确地预测剩余油的分布特征。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解 到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台 的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品 的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可 以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一 台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行 本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附 图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的系统中的模块可以按照实 施例描述进行分布于实施例的系统中，也可以进行相应变化位于不同 于本实施例的一个或多个系统中。上述实施例的模块可以合并为一个 模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出 若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。