用于使用多重孔隙度手段模拟储层中的气体解吸的系统和方法

用于使用多重孔隙度手段模拟储层中的气体解吸的系统和方法
【专利摘要】描述了一种由具有至少四个不同类型的孔隙度节点的模型表示的油气页岩储层模拟系统和方法。该方法包括以下计算机实施的步骤：使模型内的孔隙度节点特征化为天然断裂孔隙系统、基质孔隙系统、诱导断裂孔隙系统或孔洞孔隙系统之一。识别节点之间的以下特征化传递项。传递项可以包括孔洞节点、基质节点、天然断裂节点以及诱导断裂节点之间的传递项。一旦指定了传递项，则能够利用线性求解器来求解模型的线性系统。该方法还包括以下步骤：利用特征化孔隙节点来限定表示储层内的地带的一个或多个子网格，其中该地带包括每一个孔隙度类型的至少一个节点，并且其中该线性求解器被用于子网格或关联子网格。
【专利说明】用于使用多重孔隙度手段模拟储层中的气体解吸的系统和方法
[0001]
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请是部分继续申请，并要求2011年7月15日提交的第PCT/US2011/44178号PCT申请的优先权，该PCT申请转让给本申请的受让人，并通过引用的方式整体并入此处。
【技术领域】【背景技术】
[0004]储层模拟是采用计算机模型来预测储层内的诸如石油、水和天然气等流体的运输的储层工程领域。储层模拟器被石油生产商用来确定如何最佳地开发新的区域以及用来产生产量预测，其中与开发的区域有关的投资决策是基于该产量预测的。
[0005]由于可能存在于这些类型的储层中的多重孔隙度系统或结构的原因，断裂性储层给模拟带来了特殊的挑战。断裂性储层通过使用经流动网络互连的两个共存的孔隙系统或结构表示多孔介质(被称为双重孔隙度分析)，对断裂性储层进行传统建模。现有技术中使用的一个类型的孔隙系统是被限定为具有基质节点的岩石基质，其特征为高孔隙体积和低导电性。现有技术中使用的另一个类型的孔隙系统是被限定为具有断裂节点的诱导断裂，其特征为低孔隙体积和高导电性。这些现有技术储层模拟方法和系统典型地将储层内的吸附气看成存在于储层的岩石基质孔隙中。例如，在称为双孔隙度、单渗透率(“DPSP”)的一个模拟表示中，基质模拟节点仅与断裂模拟节点相通，并且分析将着重于基质节点与断裂节点之间油气的质量传递(mass transfer)和流体流动。在DPSP中，断裂节点还能够与其它断裂相通，其与基质模拟节点以及其它断裂模拟节点相通。在称为双孔隙度、双渗透率(“DPDP”)的另一个模拟表示中，基质模拟节点与断裂模拟节点以及其它基质模拟节点相通，并且分析将着重于基质节点与断裂节点之间以及基质节点与其它基质节点之间油气的质量传递和流体流动。
[0006]本领域普通技术人员将理解本文所使用的“节点(node) ”是指模拟储层内的孔隙结构的元素表示，而“地带(zone)”是指模拟储层内的集合节点。在以期望时间和/或深度增量，典型地在逐个节点的基础上，求解诸如压力和成分等未知量。
[0007]在油气储层模拟中遇到的一个特定类型的储层是页岩储层。页岩储层典型地包括大的孔隙或孔洞。孔洞是比岩石基质的孔隙空间相对大的一种孔隙空间。油岩存在于多孔岩石基质内的该孔洞系统中。
[0008]孔洞可能彼此连接或者彼此不连接。“分离孔洞”是仅通过粒间孔隙度互连的孔洞，即，岩石基质孔隙度彼此不互连(基质孔隙度体积和断裂孔隙体积也是如此)。“碰触孔洞”是彼此互连的孔洞。由于其分离的物理和机械特性，孔洞孔隙度系统的流体保持(retention)和传输特性与基质系统和断裂系统都不同，并且使用仅利用基质孔隙度系统和诱导孔隙度系统的分析迄今为止尚未得到充分解决。换句话说，由于页岩储层的地质复杂性，传统的双重孔隙度储层建模技术不能充分预测页岩储层的质量传递和流体流动特性。

【发明内容】
【专利附图】

【附图说明】
[0009]通过参照结合附图的以下说明，可以获取对本公开文本及其优点更完整的理解，其中:
[0010]图1示出包括多个井的储层模拟模型的示例。
[0011]图2示出包括人工诱导断裂的复杂网络的示例地层的表示。
[0012]图3示出包括被天然断裂所包围的高度偏斜的井眼和人工诱导断裂的复杂网络的地层的模拟网格。
【具体实施方式】
[0013]为了克服当前手段的上述及其它限制，本文描述的一个或多个实施例包括储层模拟器，该储层模拟器包括一种通过严格地模拟其中发生的流动机理来处理页岩气储层模拟中的气体解吸的独特方式。
[0014]据发现，页岩气储层中的气体解吸的机理基于四个分离的孔隙度系统的存在，每一个孔隙度系统被并入本发明的方法和系统中。在本发明的方法和系统中，这四个孔隙度系统的每一个被分别特征化并且被并入模型中。这四个孔隙度系统是基质孔隙度系统、诱导断裂孔隙度系统、天然断裂孔隙度系统以及孔洞孔隙度系统。如上所说，迄今为止，只有基质孔隙度系统和诱导断裂孔隙度系统在过去用于储层建模。本发明的方法和系统包含天然断裂孔隙度系统和孔洞孔隙度系统。
[0015]这些孔隙度系统的最里面是油岩孔洞，其包含含气饱和度作为润湿流体。其它孔隙度系统(它们是岩石基质、诱导断裂网络以及天然断裂网络)用作包含在页岩的油岩中的气体的导管。吸附气仅在油岩孔洞中常见，而非存在于多孔岩石基质中的孔隙中。天然断裂存在于孔洞附近，天然断裂可能开启也可能不开启。多孔介质的框架岩石基质将复杂的天然断裂连接到井附近的液力诱导断裂。根据其流动特性处理该系统尤其解释基质中的孔洞唯一准确的方式要求一多重孔隙度模拟系统，在该多重孔隙度模拟系统中，包含油岩的地层的孔洞部分被连接到岩石基质和天然断裂系统。基质断裂和天然断裂被连接到井眼附近的诱导断裂，由于压裂液以及可能的支撑剂的存在，诱导断裂由此具有与天然断裂不同的性质，因此这是天然断裂孔隙系统和诱导断裂孔隙系统被特征化并且在本发明的方法和系统中分开分析的一个原因。
[0016]上述第PCT/US2011/44178号PCT申请中描述的模拟系统提供一种用于模拟通用多重孔隙度系统的独特工具，在该通用多重孔隙度系统中，根据孔隙度系统的特性，使用各种方程和连接性来建模流过一些孔隙度系统的流体流动。本文描述的实施例利用该特点来以独特的方式模拟来自页岩气储层的气体的解吸。下文提供的方程是通过从储层的油岩孔洞、基质以及断裂的解吸过程的实地观察和实验室测量所推导出的传递函数。该传递函数然后被模拟系统利用来为作为与油岩解吸关联的储层的页岩模拟复杂的断裂系统。在本发明的一个实施例中，孔洞孔隙度被用来对来自由诱导断裂和天然断裂组成的复杂断裂系统内的油岩解吸进行建模。
[0017]图1为适于实施本文描述的储层模拟系统的示例性计算机系统100的方框图。在一个实施例中，计算机系统100包括经由系统总线109互连的至少一个处理器102、存储部104、I/O器件106以及显示器108。被处理器102执行用于实现根据本文描述的实施例的储层模拟系统110的软件指令可以被存储在存储部104中。虽然图1中未明确显示，可认识到计算机系统100可经由适当的网络连接而连接至一个或多个公共和/或专用网络。还可认识到可从CD-ROM或其他适当的存储媒介将包括储层模拟系统110的软件指令载入到存储部104中。
[0018]在一个实施例中，储层模拟系统110的一部分使用储层模拟软件来实施。在该实施例中，“子网格”数据类型被用来提供通用化公式设计。在一个实施例中，该数据类型可以是Fortran。该子网格限定网格域和各种孔隙度结构的节点的互连性质。该子网格还追踪诸如压力、成分、流体饱和度等各种节点变量。子网格被指定为特定孔隙度类型，例如，天然断裂、基质、诱导断裂以及孔洞。构成这些网格的节点被相应地称为天然断裂节点、基质节点、诱导断裂节点以及孔洞节点。占据相同物理空间的不同孔隙度类型的子网格据说是“关联的”。孔隙度类型之间的连接，尤其孔隙度类型的节点之间的连接被表示为子网格与关联子网格的外部连接。内部(或网格内(intragrid))连接,尤其子网格的节点表示孔隙度类型内的流动连接。
[0019]页岩气储层的建模通常涉及限定一个或多个长(长度典型地为几千英尺)的高度化偏斜的生产井眼，取决于地层中的应力场，多个液力压裂地带大体垂直于井眼布置。对于特定地层，应力场使得从源自于井的大断裂之间诱导出复杂的断裂系统。这种断裂的一个表示(例如，地层)在图2中给出并且由附图标记200来指代。表示200得自于伴随压裂液和支撑剂的高压喷射的地层的多孔介质的有限元模型。较粗的线(例如附图标记202所指代的线)表示如上所述的液力压裂诱导的断裂，该液力压裂已在现有技术(即诱导断裂孔隙度系统)中进行了建模。较细的线和三角形特征(例如分别由附图标记204和206所指代的)表示可能的有限体积网格，利用该有限体积网格对复杂的断裂网络中的流体最后经由诱导断裂到达水平生产井眼(主要是天然气和水)的流动进行建模，如图3所示。具体地，图3示出诱导断裂304和复杂的天然断裂网络306所包围的长的大体水平的井眼302的模拟网格300。
[0020]已经发现，在储层模拟中存在合理建模流动到储层中的井眼的页岩气所需的两个物理特征:非达西流动和气体解吸。在本发明的方法和系统中，当建模基质节点、天然断裂节点、诱导断裂节点以及孔洞节点之间的质量传递和流体流动时，考虑这两个特征。
[0021]达西的假设是地层中的流体流动是层流，而非达西流动是偏离了达西假设的流体流动。典型地在由地层与井眼之间的压力差诱导的高速气体流动中观察到非达西流动。具体地，当井眼处的流动达到的速度超过达西(或层流)流动的雷诺数时，必须利用湍流结果和非达西分析。非达西流动的效应是与流速相关的表皮效应(skin effect)。S卩，随着井眼内的速度增加，井眼与断裂之间的压力降增加。
[0022]因此，用于储层中的流动的典型方程被修改以使用下文方程⑴所示的福希海默参数β来解释非达西流动的效应:[0023]
【权利要求】
1.一种用于对由模型表示的页岩储层进行模拟的方法，所述方法包括以下计算机实施的步骤: 特征化所建模的储层的至少三个不同的孔隙度类型，所述至少三个不同的孔隙度类型选自由天然断裂孔隙系统、基质孔隙系统、诱导断裂孔隙系统以及孔洞孔隙系统构成的组； 识别所述至少三个孔隙度类型之间的传递项；以及 使用线性求解器求解所述模型的线性系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其中地层利用天然断裂孔隙系统、基质孔隙系统、诱导断裂孔隙系统以及孔洞孔隙系统的所述孔隙度类型的每一个的至少之一进行特征化。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述特征化孔隙度类型被利用来创建表示所述储层内的地带的一个或多个子网格。
4.根据权利要求3所述的方法，其中每一个区域包括所述孔隙度类型的至少之一的多个节点。
5.根据权利要求3所述的方法，其中为一个地带创建至少三个不同孔隙度类型的子网格。
6.根据权利要求3所述的方法，其中为一个地带创建四个孔隙度类型中的每一个孔隙度类型的子网格。
7.根据权利要求5所述的方法，其中每一个地带包括所述孔隙度类型的至少之一的多个节点。
8.根据权利要求7所述的方法，其中识别同一子网格内的相同的节点类型之间的传递项。
9.根据权利要求7所述的方法，其中识别不同的子网格中的不同的节点类型之间的传递项。
10.根据权利要求7所述的方法，其中识别同一子网格内的不同的节点类型之间的传递项。
11.根据权利要求7所述的方法，其中节点之间的传递项以节点为基础被指定给所述子网格的所述节点。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述传递项包括初始孔隙压力、流体分布以及体积。
13.根据权利要求11所述的方法，其中特征化孔隙类型包括天然断裂孔隙系统、基质孔隙系统、诱导断裂孔隙系统以及孔洞孔隙系统的所述孔隙度类型的每一个的至少之一，并且其中所述地带包括每一个孔隙度类型的至少一个节点。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述求解所述线性系统的步骤包括选择非线性方程来表示所建模的储层；以及使所述非线性方程线性化，以使用所述线性求解器进行后续求解。
15.根据权利要求1所述的方法，其中特征化孔隙度类型被利用来创建表示所述储层内的地带的一个或多个子网格，并且其中所述线性求解器被用于子网格或相关的子网格。
16.根据权利要求1所述的方法，其中利用得到的幅值对求解线性系统的步骤进行迭代，直到在所述线性方程和所述非线性方程之间实现期望的收敛度为止。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括改变所述模型的所述井眼压力以实现所述所建模的储层的质量传递和流体流动的期望水平的步骤。
18.—种包括非瞬态计算机可读介质的计算机程序产品，该非瞬态计算机可读介质存储有被计算机执行用于使所述计算机对由具有多个孔隙度节点的模型表示的储层进行模拟的指令，所述指令用于使所述计算机: 特征化建模储层的至少三个不同的孔隙度类型，所述至少三个不同的孔隙度类型选自由天然断裂孔隙系统、基质孔隙系统、诱导断裂孔隙系统以及孔洞孔隙系统构成的组； 识别至少三个孔隙度类型的所述节点之间的传递项；以及 使用线性求解器求解所述模型的线性系统。
19.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中所述特征化孔隙类型包括天然断裂孔隙系统、基质孔隙系统、诱导断裂孔隙系统以及孔洞孔隙系统的所述孔隙度类型中的每一个的至少之一，其中所述特征化孔隙度类型被利用来创建表示所述储层内的地带的一个或多个子网格，并且其中所述地带包括每一个孔隙度类型的至少一个节点。
20.根据权利要求19所述的计算机程序产品，其中节点之间的传递项以节点为基础被指定给所述子网格的所述节点。
21.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中所述线性求解器被用于子网格或相关的子网格。
22.一种用于钻 探页岩储层中的一个或多个井眼的方法，所述方法包括: 对具有天然断裂孔隙系统、基质孔隙系统、诱导断裂孔隙系统以及孔洞孔隙系统的油气页岩储层进行建模； 特征化所述建模储层中的至少三个不同的孔隙度类型，其中所述特征化孔隙度类型被利用来创建表示所述储层内的区域的一个或多个子网格，并且其中所述区域包括每一个孔隙度类型的至少一个节点。 在所述至少三个孔隙度类型之间分配传递项，其中节点之间的传递项以节点为基础被指定给所述子网格的所述节点；以及 使用线性求解器求解所述模型的线性系统； 准备设备来构建所述井眼的一部分； 基于所述建模储层，选择所述井眼的特性；以及 根据所选择的特性钻探井眼。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所选择的特性是所述井眼的轨迹。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所选择的特性是所述井眼的压力。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括以下步骤:反复地改变所述模型的所述井眼压力以识别使建模储层实现质量传递和流体流动的期望水平的井眼压力；以及利用所识别的井眼压力作为所选择的特性。
26.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤:在所述储层中钻探第一井眼；记录与所述第一井眼周围的质量传递和流体流动相关的值；将所记录的值用作与所述至少三个孔隙度类型之间的指定传递项的一部分相关的值；以及在所述储层中钻探第二井眼，其中所述第二井眼是根据所选择的特性钻探的井眼。
27.根据权利要求22所述的方法，其中所述特征化孔隙类型包括天然断裂孔隙系统、基质孔隙系统、诱导断裂孔隙系统以及孔洞孔隙系统的所述孔隙度类型的每一个的至少之一，其中所述特征化孔隙度类型被利用来创建表示所述储层内的地带的一个或多个子网格，并且其中所述地带包括每一个孔隙度类型的至少一个节点。
28.根据权利要求27所述的方法，其中节点之间的传递项以节点为基础被指定给所述子网格的所述节点。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述线性求解器被用于子网格或相关的子网格。
【文档编号】G06G7/48GK103999093SQ201180075579
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2011年12月16日 优先权日:2011年12月16日
【发明者】J·E·基洛 申请人:兰德马克绘图国际公司