一种射孔完井产能预测有限元模型及其建模方法与流程

1.本发明涉及油气藏开采技术领域，特别涉及一种射孔完井产能预测有限元模型及其建模方法。


背景技术：

2.射孔完井是油气井的主要完井方式之一，在中低渗油气储层中得到了广泛的应用。不同的射孔工艺参数、地层孔渗流体条件，对后期油气井的产能具有重要影响。由于射孔孔眼空间分布、几何形状各异，同时射孔还会在孔眼附近产生不同程度的压实损伤，导致射孔完井的产能评价极其复杂。此外，钻井泥浆形成的近井污染会进一步增大产能评价难度，导致采用解析手段建立油气井产能和射孔参数之间的关系难以实现。
3.当前对射孔完井油气井的产能评价方法主要有室内实验和数值模拟。前者主要是基于水
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电相似原理，评价特定射孔参数条件下射孔系统的渗流能力；后者是在对影响射孔系统渗流能力的因素有一定的了解后，通过建立相应数学控制方程，然后采用有限元、有限差分或有限体积法进行求解，进而获得射孔参数和产能的关系。然而，基于水
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电相似原理的物理模拟法难以考虑射孔压实、近井污染带，并且实验工作量大，特别是不同射孔参数情况下岩样的准备工作繁琐，通过大量重复实验规避偶然因素对实验带来的影响，会进一步加大工作难度。采用数值模拟的方法可以回避上述不足，并且具有较大的可行性，其难点在于如何快速建立具有不同射孔密度、射孔深度、相位角的数值分析模型，并给模型赋予考虑射孔压实、近井污染等因素的计算参数，从而实现对射孔完井的快速建模评价。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明旨在提供一种考虑射孔压实和钻井液污染对渗透率影响的射孔完井产能预测有限元模型及其建模方法。
5.本发明的技术方案如下：
6.一方面，提供一种射孔完井产能预测有限元模型的建模方法，包括以下步骤：
7.s1：在abaquscae中创建包含井筒和射孔孔眼的储层产能几何模型；
8.s2：在abaquscae中创建地层岩石材料属性；
9.s3：在abaquscae中创建网格集合；
10.s4：在abaquscae中创建参考点“productionpoint”；
11.s5：在abaquscae中创建soils分析步；
12.s6：在abaquscae中施加初始条件和边界条件；
13.s7：在abaquscae中进行网格剖分；
14.s8：在abaquscae中创建计算任务，同时写出模型inp文件并保存计算cae模型；
15.s9：修改步骤s8创建的inp文件；
16.s10：创建fortran子程序“permufield.for”；
17.s11：创建任务提交批处理文件。
18.作为优选，步骤s2中，所述地层岩石材料属性包括弹性模量、泊松比、渗透率、孔隙度、岩石骨架体积模量、孔隙流体体积模量。
19.作为优选，步骤s3中，所述网格集合包括岩石单元集合“rock”、地层最外侧圆周面集合“surrounding”、地层上顶面集合“top”、地层下底面集合“bot”、井筒面集合“wellbore”、射孔孔眼面集合“perforations”。
20.作为优选，步骤s4创建创建参考点“productionpoint”时，所述参考点的坐标在所述储层产能几何模型的中心，且所述参考点与所述射孔孔眼面集合“perforations”的8号自由度通过关键字“equation”进行绑定，所述射孔孔眼面集合“perforations”的8号自由度为，所述射孔孔眼面集合的孔压自由度。
21.作为优选，步骤s6中，所述初始条件包括孔隙比、初始孔隙压力、初始地应力；所述边界条件包括固定位移边界和固定孔隙压力边界。
22.作为优选，步骤s7进行网格剖分时，选择四面体孔压单元c3d4p作为网格剖分单元类型。
23.作为优选，步骤s9修改步骤s8创建的inp文件具体包括：将岩石渗透率参数从“*permeability”修改为“*permeability,dependencies＝1”，并在其下一行参数的后面添加“,,0”；在soils分析步关键字“*soils,consolidation”下两行添加两行关键字：“*field,variable＝1,user”和“rock”。
24.作为优选，步骤s10中，所述子程序“permufield.for”包括abaqus提供的uexternaldb和ufield子程序，所述子程序“permufield.for”可根据c3d4p单元积分点所处的位置自动设置其场变量，c3d4p单元渗透率根据场变量，通过步骤九中的关键字“*permeability,dependencies＝1”进行插值获得，实现考虑射孔压实损伤和钻井液污染带对渗透率和产能的影响。
25.作为优选，步骤s1
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s9分别通过python脚本实现。
26.另一方面，提供一种射孔完井产能预测有限元模型，该模型采用上述任意一项所述的射孔完井产能预测有限元模型的建模方法建立而成。
27.本发明的有益效果是：
28.本发明通过考虑射孔完井建模、渗透率非均质(射孔压实、近井污染)在有限元模型中实现的特点，充分利用abaqus平台提供的基于python脚本的自动化建模、基于fortran子程序的材料性质自定义和基于inp文件的计算任务提交等功能，提供了一种针对射孔完井油气井产能预测有限元建模方法，极大地提高了射孔完井产能预测有限元模型建模的自动化程度和效率。
附图说明
29.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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明射孔完井产能预测有限元模型的结构示意图。
31.图2为本发明包含井筒和射孔孔眼的储层产能几何模型的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
33.如图1所示，本发明提供一种射孔完井产能预测有限元模型，该模型通过以下步骤建立而成：
34.s1：在abaquscae中创建如图2所示的包含井筒和射孔孔眼的储层产能几何模型；
35.在一个具体的实施例中，本步骤的储层产能几何模型通过python脚本生成。
36.在一个具体的实施例中，本步骤具体包括以下子步骤：分别创建地层、井筒、射孔几何模型，然后对所述地层、井筒、射孔几何模型进行布尔运算，得到所述包含井筒和射孔孔眼的储层产能几何模型。所述布尔运算具体为：在所述地层几何模型中减去所述井筒几何模型和所述射孔几何模型。所述射孔几何模型的排布根据射孔密度和相位角进行确定，所述射孔几何模型的射孔孔眼为梯形圆台状。
37.s2：在abaquscae中创建地层岩石材料属性；
38.在一个具体的实施例中，本步骤的地层岩石材料属性通过python脚本创建，并赋予名称“rock”。
39.在一个具体的实施例中，本步骤所述地层岩石材料属性包括弹性模量、泊松比、渗透率、孔隙度、岩石骨架体积模量、孔隙流体体积模量。
40.s3：在abaquscae中创建网格集合；
41.在一个具体的实施例中，本步骤的网格集合通过python脚本创建，所述网格集合包括岩石单元集合“rock”、地层最外侧圆周面集合“surrounding”、地层上顶面集合“top”、地层下底面集合“bot”、井筒面集合“wellbore”、射孔孔眼面集合“perforations”。
42.s4：在abaquscae中创建参考点“productionpoint”；
43.在一个具体的实施例中，本步骤的参考点“productionpoint”通过python脚本创建，所述参考点的坐标在所述储层产能几何模型的中心，且所述参考点与所述射孔孔眼面集合“perforations”的8号自由度通过关键字“equation”进行绑定，所述射孔孔眼面集合“perforations”的8号自由度为，所述射孔孔眼面集合的孔压自由度。
44.s5：在abaquscae中创建soils分析步；
45.在一个具体的实施例中，本步骤的soils分析步通过python脚本创建，且创建soils分析步时，设置输出孔隙压力场变量和流体流速历史变量。
46.s6：在abaquscae中施加初始条件和边界条件；
47.在一个具体的实施例中，本步骤的初始条件和边界条件通过python脚本创建，所述初始条件包括孔隙比、初始孔隙压力、初始地应力；所述边界条件包括固定位移边界和固定孔隙压力边界。
48.s7：在abaquscae中进行网格剖分；
49.在一个具体的实施例中，本步骤的网格剖分通过python脚本实现，进行网格剖分时，选择四面体孔压单元c3d4p作为网格剖分单元类型。需要说明的是，选择所述四面体孔
压单元c3d4p作为网格剖分单元类型，是本实施例综合计算精度与计算时间优选的网格剖分单元类型，本发明的网格剖分，也可根据需要选择其他网格剖分单元类型。
50.s8：在abaquscae中创建计算任务；
51.在一个具体的实施例中，本步骤的计算任务通过python脚本创建，计算任务创建的同时写出模型inp文件并保存计算cae模型。
52.s9：修改步骤s8创建的inp文件；
53.在一个具体的实施例中，本步骤的inp文件通过python脚本进行修改，具体的：将岩石渗透率参数从“*permeability”修改为“*permeability,dependencies＝1”，并在其下一行参数的后面添加“,,0”；在soils分析步关键字“*soils,consolidation”下两行添加两行关键字：“*field,variable＝1,user”和“rock”。
54.s10：创建fortran子程序“permufield.for”；
55.所述子程序“permufield.for”包括abaqus提供的uexternaldb和ufield子程序，所述子程序“permufield.for”可根据c3d4p单元积分点所处的位置自动设置其场变量，c3d4p单元渗透率根据场变量，通过步骤九中的关键字“*permeability,dependencies＝1”进行插值获得，实现考虑射孔压实损伤和钻井液污染带对渗透率和产能的影响。
56.s11：创建任务提交批处理文件。
57.在一个具体的实施例中，通过python脚本创建批处理文件“run.bat”，其内容为“call abaqusjob＝"+jobname+"user＝permufield.forcpus＝4”，双击该批处理文件，提交inp文件和fortran子程序至abaqus平台开展计算。
58.在一个具体的实施例中，步骤s1
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s9、以及步骤s11的操作在一个脚本中实现。通过该脚本，能够提高本发明所述建模方法的自动化程度和效率。
59.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。