大裂缝油藏数值模拟方法及适应性探讨

董亚娟

【摘要】本文归纳总结了目前油藏数值模拟中对大裂缝的几种处理方式，重点介绍了一种单重介质传导型裂缝模型，并通过实例从计算效果、计算速度、收敛性、直观性等方面对各种方法进行对比，总结得到了各方法的优缺点及适用情况。在此基础上提出了大裂缝油藏数值模拟技术的改进方向。【关键词】大裂缝 油藏数值模拟 单重介质传导型裂缝模型

以裂缝为主要渗流通道的裂缝性油藏在碳酸盐岩油藏、低渗透性油藏中都占据着相当大的比例，而压裂开发又是其重要的开发方式。如何对大裂缝（包括天然大裂缝及人工压裂裂缝）进行科学而有效的模拟是影响开发效果预测的重要问题。

1 大裂缝油藏数值模拟处理方法

1.1 网格化表征法

网格化表征法主要采用裂缝网格化技术来显式地描述大裂缝的性质（包括走向，形态，开度、长度等），主要有密网格法，局部网格加密法，非结构网格法等。本文中以局部网格加密法为代表。

局部网格加密法可以显式地对裂缝进行建模和描述，在描述及显示驱替过程方面表现较好。但有可能因为局部裂缝孔隙体积过小而引起收敛性困难，特别是在裂缝中的重力分异过程描述水线突进时。另外对于复杂裂缝系统，局部网格加密法对于裂缝的描述非常复杂。

1.2 等效渗流特征描述法

等效渗流特征描述法主要采用流动能力的等效计算对裂缝的渗流能力进行等价。

等效级差法是该类方法的代表。主要做法是在原有网格系统的基础上，根据传导率等效原则，修改包含裂缝网格的渗透率，近似地等价裂缝渗流效果。该方法由于使用方便，只需要修改网格的渗透率，因此仍然是目前经常使用的近似裂缝模拟方法之一。但该方法在计算的过程中经常会出现即使将裂缝处的渗透率改的很大，仍见水时间晚的情况。

1.3 双重介质描述方法

双重介质模型把发育的互相连通的裂缝看成是一种连续介质，同时把被裂缝切割的岩块也看作一种连续介质。两个连续介质在空间上是重叠的，即每个几何点既属于裂缝连续介质也属于基质。裂缝和岩块中的流体按照一定规律进行交换。

它能够既能体现裂缝系统高渗高速流动的特性，同时还能反映渗吸效应、重力效应、分子扩散效应（气驱）等驱替机理，是目前裂缝性油藏描述中较完善的模型，但它更适用于中小裂缝且均匀分布的情况，在大裂缝非均质性较强的情况下对裂缝位置难以准确描述，表现水突进的直观性差，且计算收敛性较差。

2 单重介质传导型裂缝模型

Paul V. L.[1]等人提出了一种提出的一种在单重介质模型中加入传导型裂缝的新的处理方法。这种方法是针对裂缝尺寸与网格块相比较大，使用传统的方法已经无法描述的情况提出的，主要适用于基质作为主要储油介质，且裂缝之间距离较大（数十米）的油藏。

该方法中裂缝的处理方式与断层类似，主要考虑裂缝的传导性。具体应用通过修改网格的属性、生成拟相对渗透率曲线函数、修改井的生产指数来实现。

使用E c l i p s e数值模拟软件建立8×8×1的正方形概念模型，网格大小为22m×22m×9m。设计一注一采两口井位于对角线两端，定注采比为1，裂缝沟通注水井和生产井。假定裂缝的开度为0.01m，设计裂缝的有效渗透率为50MD，500MD，5000MD，计算对比各方案的含水上升情况。

模型对裂缝渗透率因素敏感，裂缝有效渗透率越大，生产水见水越早，含水上升越快。

3 各种方法综合对比与适应性分析3.1 概念模型建立

为适应网格化表征法，表现出基质储油，裂缝导流的机理，建立以下的概念模型：x方向平行于裂缝，y方向垂直于裂缝，在y方向将裂缝划分为一个网格，网格宽度为裂缝缝宽，x方向划分为多个网格。为减少数值困难，y方向网格划分时，网格大小在裂缝附近选小些，离裂缝越远，网格尺寸变大[2]。设置一口注水井，一口生产井，均完井于裂缝上。裂缝缝宽取0.01m，有效渗透率为5000md。

运用网格加密法、等效级差法、双重介质模型及单介质传导模型分别进行计算。3.2 计算结果分析

图1 四种方法计算含水上升规律

四种方法计算的含水上升规律如图1所示，单重介质传导型裂缝模型与局部网格加密法及双重介质模型计算结果基本一致，在计算结果上都能达到对真实裂缝的达西渗流规律的描述。而实际应用中常用的等效级差法见水晚且后期含水高，其中小网格的计算效果又好于大网格。

从计算效果、计算速度、收敛性、直观性等方面综合对比以上几种方法：

（1）局部网格加密法是对裂缝最直接的描述，且能显式地表现出油水的流动，计算结果最能反映真实的地下达西流动。但当裂缝尺度较小时，模型收敛性差；当裂缝条数多时难以操作。

（2）等效级差法优点是操作简单。但使用基质网格来等效裂缝增加了裂缝的储油能力，计算结果欠佳。但网格较小时也可以做一定程度的近似。

（3）单重介质传导型裂缝模型使用方便，且可以达到与局部网格加密法近似的计算效果，计算速度比双重介质模型要快。但在对裂缝的显示及油水运动描述方面存在不足。

（4）双重介质模型仍然是计算效果最好的模型，尤其适用于裂缝较多，难以逐条描述的情况，对大裂缝的计算效果也不比其它方式逊色。但在裂缝的显示及油水运动描述方面表现欠佳，且计算速度较慢。

上述几种方法仍存在着共同的缺点：

（1）仍然建立在达西流的基础上，因此对于大裂缝类管流的流动特征难以反映。

（2）对于裂缝形态的描述困难，对于不同方向的多条裂缝难以处理，更适用于简单的压裂裂缝。

4 结论

（1）在大裂缝的模拟中，单重介质传导型裂缝模型与局部网格加密法及双重介质模型可以反映真实裂缝的达西渗流规律，其中单重介质传导型裂缝模型计算综合性能最优，可操作性最强。

（2）以上几种方法在大裂缝高速非达西流描述、裂缝的形态描述方面还存在共同的缺陷，将是新一代裂缝性油藏数值模拟软件需要解决的问题。

参考文献

[1] van Lingen，P.，Sengul，M.，Daniel，J. and Cosentino，L. Single Medium Simulation of Reservoirs with Conductive Faults and Fractures. SPE 68165，SPE Middle East Oil Show，Bahrain. March 2001

[2] 李留仁，等. 低渗透油田水力压裂垂直缝增产效果的数值模拟评价[J].西安石油学院学报（自然科学版）2000.9第15卷 第5期