[发明专利]一种岩溶储层演化数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种岩溶演化数值模拟方法，包括以下步骤：步骤1、建立裂缝与基质耦合地质模型；步骤2、建立多类型储层流‑固‑化耦合数学模型；步骤3、形成快速、稳定的全耦数值求解算法。利用嵌入式离散裂缝方法并结合裂缝力学本构模型，处理裂缝或断层导流和形变过程，不仅能提高计算效率，还能准确反映裂缝溶蚀和力学形变对岩溶过程的控制作用。本发明能模拟复杂岩溶环境下储层孔隙度和渗透率的演化规律，为揭示碳酸盐岩缝洞型储层的形成机制提供理论基础。

技术领域

本发明涉及油气田开发地质领域，具体涉及一种岩溶储层演化数值模拟方法。

背景技术

碳酸盐岩缝洞型油藏的开发方案的制定，很大程度上依赖于储层内裂缝和溶洞的空间尺寸、空间形态、连通程度和组合关系。因此，弄清碳酸盐岩储集体的缝洞组合形态、认识岩溶演化规律，是实现碳酸盐岩缝洞型油藏高效开发的关键技术之一。通过岩溶储层形成过程的演化模拟，反演碳酸盐岩储集体缝洞组合特征与规律，是描述储层的重要手段与途径。

目前，与碳酸盐岩岩溶储层演化相关的数值模拟模型主要有两类，一是针对溶洞形成过程的管流模型，二是针对酸化压裂过程的双尺度蚓孔模型。

1999年Kaufmann G.，Braun J.在Water Resources Research期刊上发表了题为Karst Aquifer Evolution in Fractured Rocks的论文，建立了溶洞形成过程的管流模型。2009年Kaufmann G.又发表了题为Modelling Karst Geomorphology on DifferentTime Scales的论文，对模型进行了完善。该模型将不同形状和大小的溶蚀洞等效为具有不同半径、相互连接的圆柱形导管，采用哈根-泊肃叶定律计算导管中流体流动，通过求解带化学反应的溶质运移-扩散方程，得到流体流动速度、溶质浓度和化学反应速率。然后，建立导管半径与流体流速和反应速率的关系，确定当前流速和反应速率情况下导管形状和尺寸变化及延展规律，进而模拟储层在岩溶作用下溶洞的演化过程。该方法未考虑基质中的流动，也未考虑裂缝在整个岩溶过程中的控制作用。此外还忽略了地应力对基质和裂缝，以及溶洞中流体流动的影响。

2005年Panga M.等在AIChE Journal上发表题为Two-scale continuum modelfor simulation of wormholes in carbonate acidization的论文，建立了碳酸盐岩酸化的连续介质模型。2007年Kalia N.和Balakotaiah V.在Chemical Engineering Science上发表题为Modeling and Analysis of Wormhole Formation in Reactive Dissolutionof Carbonate Rocks的论文，建立了碳酸盐岩酸化虫洞形成的模型。该类模型通过模拟酸化虫洞，研究其对近井地带渗透性的改善，以达到提高单井产量的目的。首先，将基质、溶孔、裂缝和溶洞统一处理为具有一定孔隙度和渗透率的单一基质的一类方法，通过求解带化学反应的溶质运移-扩散方程，得到流体流动速度、溶质浓度和化学反应速率。然后，建立孔隙度和渗透率对流速、溶质浓度和化学反应速率的数学依赖关系，模拟储层在高压、强腐蚀的压裂液作用下，孔隙度和渗透率的演化过程。目前，此方法模拟酸化过程，没有考虑应力对基质、裂缝孔隙度和渗透率的影响，也未能考虑裂缝对化学反应前缘运移速度的控制作用。酸化过程的时间尺度和空间尺度较小，只考虑百米范围内的近井地带，在以小时为计量单位的储层孔隙度和渗透率变化过程，不能用于数公里甚至更大范围内，在百年甚至更长时间内储层中溶孔、溶缝和溶洞的演化规律。

碳酸盐岩储层中溶缝、溶孔、溶洞及其复合储集体形成过程极其复杂，目前国内外尚未形成考虑缝洞型储集体岩溶演化过程的数学模型。

发明内容