一种海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法与流程

本发明涉及海洋油气田开发工程，具体涉及到一种海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法。

背景技术：

1、疏松砂岩储层内的微粒运移现象在油气开发过程中普遍存在，是造成储层渗透率损害和油气产能减少的重要原因。因此，研究砂岩微粒在渗流过程中的剥离及运移，对海上疏松砂岩油藏的高效开发，具有重要的理论和现实意义。

2、微粒剥离及运移是一个典型的流固耦合问题，国内外的预测包括现场预测、经验估计、实验研究、理论计算模型法和数值模拟法，但预测精度都有待进一步提高。

3、目前主流商业模拟器不能对砂岩微粒的剥离、运移、沉降过程进行精确描述，导致模拟结果与实际偏差较大，在指导实际生产中容易造成误判，因此，精确地描述疏松砂岩油藏出砂过程(包括微粒剥离、运移、沉降、吼道淤积等)变得尤为重要。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，通过理论推导、数值模拟等方式，实现对于储层微粒剥离及运移过程的精细描述，提高了科学性和准确性，实现对于油井产能以及油井未来动态的准确预测。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、第一方面，本申请提供一种海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，包括：

4、s1，构建岩石力学过程数学模型；

5、s2，引入尺寸排斥理论，基于微粒的运动机理，建立悬浮微粒、沉积微粒和骨架微粒的运移方程；

6、s3，考虑油相携带微粒和地层应变，建立油、水、微粒质量守恒方程；

7、s4，利用迭代隐式求解方法对上述方程进行全隐式求解。

8、在本申请的一种实现方式中，所述s1中，所述岩石力学过程数学模型表述为：

9、

10、式中：c为弹性张量系数；ε为有效应力张量，pa；a为biot系数；ρ为流体密度，kg/m3；pt为流体压力，pa；g为重力加速度，m2/s。

11、在本申请的一种实现方式中，所述s2的尺寸排斥理论中，设时刻t位置x处半径为rp的孔隙分布密度为h(rp,x,t)，则时刻t位置x处孔隙度φ为：

12、

13、式中：s(rp)表示半径为rp的孔隙的截面积；

14、尺寸排斥理论中定义微粒孔隙半径比为：

15、

16、式中：rs为微粒半径；rp为孔隙半径；

17、当r>1时微粒发生堵塞，当r<1时微粒不会发生堵塞，定义单个孔隙中微粒的可通过因子为：

18、χ＝0,r>1

19、χ＝(1-r)2,r<1

20、t位置x处半径为rs的悬浮微粒浓度为c(rs,x,t)，则时刻t位置x处截面上的所有悬浮微粒的总浓度为：

21、

22、时刻t位置x处半径为rs的微粒滞留量为∑(rs,x,t)，则时刻t位置x处截面上的微粒总滞留量为：

23、

24、在本申请的一种实现方式中，所述微粒运移方程，包括：

25、微粒堵塞方程为：

26、

27、设架桥概率为pab，微粒架桥为：

28、

29、当rs<rp时，微粒会有一定的概率发生沉降，设沉降概率为pad，微粒沉积方程为：

30、

31、微粒脱附方程为：

32、

33、当rs<rp并且速度大于临界速度时，微粒会有一定的概率发生剥离，设剥离概率为pae，则有微粒剥离方程：

34、

35、在本申请的一种实现方式中，所述油、水、微粒质量守恒方程，包括：

36、

37、

38、

39、其中，φf为孔隙度；ρo和ρw分别为油相和水相的密度；so和sw分别为油相和水相饱和度；εv为体应变；j为储层渗透率；jro和jrw分别为油相和水相相对渗透率；μo和μw分别为油相和水相粘度；po和pw分别为油相和水相压力；g为重力加速度；d为油藏深度；qo和qw为源汇项，单位体积的注采量；∑(rs,x,t)为发生堵塞、架桥和沉积的总微粒数。

40、在本申请的一种实现方式中，所述全隐式求解的过程包括：

41、基于有限体积法对非线性方程进行离散；

42、计算网格间传导率和井指数；

43、建立雅可比矩阵；

44、基于牛顿迭代法全隐式求解压力、油水饱和度和微粒浓度；

45、基于牛顿迭代法全隐式求解地应力模型每个时间步位移；

46、进行循环迭代，求解每个时间步压力、油水饱和度、微粒浓度和位移。

47、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

48、(1)本发明采用尺寸排斥理论对微粒运移进行刻画，引入了微粒的可及孔隙的概念，从微观上考虑了微粒与孔隙尺寸的匹配性，与经典渗滤模型相比，能够更好地描述微粒在地层中的渗滤规律，能够更加准确的实现微粒运移模拟。

49、(2)本发明将尺寸排斥理论、地应力模型、油藏渗流模型、微粒剥离及运移模型耦合，采用迭代隐式方法对微粒剥离及运移模拟进行求解，计算速度加快。

技术特征：

1.一种海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，其特征在于，所述方法，包括：

2.根据权利要求1所述的海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，其特征在于，所述岩石力学过程数学模型表述为：

3.根据权利要求1所述的海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，其特征在于，基于尺寸排斥理论，设时刻t位置x处半径为rp的孔隙分布密度为h(rp，x，t)，则时刻t位置x处孔隙度φ为：

4.根据权利要求2所述的海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，其特征在于，微粒运移方程包括：

5.根据权利要求3所述的海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，其特征在于，所述油、水、微粒质量守恒方程，包括：

6.根据权利要求4所述的海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，其特征在于，所述全隐式求解的过程包括：

技术总结本发明涉及一种海上疏松砂岩微粒剥离及运移数值模拟方法，包括：S1，构建岩石力学过程数学模型；S2，引入尺寸排斥理论，基于微粒的运动机理，建立悬浮微粒、沉积微粒和骨架微粒的连续性方程；S3，考虑油相携带微粒和地层应变，建立油水质量守恒方程；S4，利用迭代隐式求解方法对上述方程进行全隐式求解。本方案通过理论推导、数值模拟等方式，实现对于储层微粒剥离及运移过程的精细描述，提高了科学性和准确性，实现对于油井产能以及油井未来动态的准确预测。技术研发人员：苏彦春,未志杰,崔永正,张健,周文胜,刘玉洋,雍唯,王德强,康晓东,喻高明,辛显康,唐恩高受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29