專利名稱：模擬含烴地層的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及模擬含烴類地層，而更具體地說，涉及在其中將流體注入地層以便置換滯留烴類的條件下，用于模擬含烴類地層的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的方法在給當注入流體流過含烴類地層時粘性指進和竄流作用建模時特別有用。
背景技術：
在從地下，含油地層或儲層中一次采油時，通常只能采出儲層中存在的原始油其中有限的部分。由于這個原因，所以采用了各種補充采收技術來改善從儲集巖中置換油。這些技術一般可以分類為以熱力為基礎的采油法(如蒸汽驅(qū)油操作)、注水法、和以氣驅(qū)為基礎的方法，這些方法可以在溶混或不溶混的條件下工作。
在溶混驅(qū)動操作中，將一種注入流體或溶劑注入儲層，以便與地層內(nèi)的油形成單相溶液，因此然后可以將油作為更高流動相從儲層中取出。溶劑通常是一種輕質(zhì)烴如液化石油氣(LPG)，一種含較高濃度C2-C6范圍內(nèi)脂族烴類的氣態(tài)烴、氮氣、或二氧化碳。溶混采收操作通常是用一種置換手續(xù)進行，其中通過注入井將溶劑注入儲層中，以便從諸層朝生產(chǎn)油的生產(chǎn)井方向置換油。這提供了有效的置換溶劑流過的面積中的油。遺憾的是，溶劑常常不均勻地流過儲層。
由于注入儲層中的溶劑通常粘性比滯留油顯著要小，所以溶劑常常指進和竄流穿過儲層，同時留下部分儲層未波及。加到這種指進上的是高度流動的溶劑固有的傾向于優(yōu)選地流過更能滲透的巖層斷面或者在儲層中重力占優(yōu)勢。
溶劑與儲層油的溶混性也影響它在儲層內(nèi)的置換效率。某些溶劑，如LPG，以任何比例與儲層油直接混合，并且形成的混合物都保持單相。這種溶劑說成是可在一次接觸時溶混或者“一次接觸溶混”。另一些用來溶混驅(qū)油的溶劑，如二氧化碳或氣態(tài)烴，當與儲層油直接混合時形成兩相-因此它們不是一次接觸溶混。然而，在足夠高的壓力下，儲層油和溶劑之間各組分的就地質(zhì)量轉(zhuǎn)移形成一個驅(qū)替相，該驅(qū)替相具有一個各流體組成的過渡區(qū)，過渡區(qū)的范圍從油的組成到溶劑組成，并且該相過渡區(qū)內(nèi)的所有組成都是接觸式溶混。通過在流動期間由油和溶劑重復接觸所形成的各組分就地質(zhì)量轉(zhuǎn)移所達到的溶混性叫做“多次接觸”或動態(tài)互溶性。為達到多次接觸互溶性叫做“最小互溶壓力”。剛好在最小互溶壓力之下的溶劑叫做“近溶混”溶劑，它們可以接近驅(qū)替油及溶混的溶劑。
預測儲層中的溶混驅(qū)動性能，需要一個表示儲層特點的實際模型。儲層模型的數(shù)值模擬被石油工業(yè)廣泛使用，作為一種用計算機來預測溶混置換現(xiàn)象效果的方法。在大多數(shù)情況下，希望給在儲層中發(fā)生的輸送過程建模。輸送的東西通常是質(zhì)量、能量、動量、或者它們的某種組合。通過用數(shù)值模擬，能夠在沒有實際實驗室實驗和野外試驗情況下，重現(xiàn)和觀察物理現(xiàn)象并確定設計參數(shù)。
儲層模擬從那個儲層數(shù)值模型的性能推斷實際含烴儲層的特性。目的是非常充分的了解在儲層中發(fā)生的復雜化學、物理、和流體流動過程，以便預測儲層的未來特性，使烴類采收率達到最大。儲層模擬常常涉及儲層內(nèi)流動的流體動力學，但在更大的意義上，儲層模擬也可以涉及全體石油系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括儲層、注入井、生產(chǎn)井、地面流線、和地面加工設施。
數(shù)值模擬的原理是根據(jù)數(shù)值用計算機解說明物理現(xiàn)象的方程。這些方程一般是常微分方程和偏微分方程。這些方程通常是用數(shù)值法如有限元法、有限差分法、有限體積法等解。在這些方法的其中每種方法中，將待建模的物理系統(tǒng)分成更小的網(wǎng)格單元或塊(一組網(wǎng)格單元或塊叫做網(wǎng)格或網(wǎng))，并且在每個網(wǎng)格單元中連續(xù)改變的狀態(tài)變量用若干組用于每個網(wǎng)格單元的值表示。在有限差分法中，常微分方程用一組代數(shù)方程代替，以便表達每個網(wǎng)格單元內(nèi)質(zhì)量、能量、和/或動量守恒及各網(wǎng)格單元之間質(zhì)量，能量轉(zhuǎn)移，和/或動量轉(zhuǎn)移的基本原理。這些方程可以數(shù)以百萬計。這種用每個網(wǎng)格單元的有限數(shù)目的值代替連續(xù)改變的值叫做“離散化”。為了分析按時改變的現(xiàn)象，必須以稱作時步的不連續(xù)時間間隔計算物理量，而不管作為時間函數(shù)連續(xù)改變的條件。輸送過程與時間關系的建模按時步的順序進行。
在典型的儲層模擬中，原始未知的溶液、典型的壓力、相飽和度和組成是在感興趣的范圍內(nèi)若干特定點處尋找。這些點叫做“網(wǎng)格節(jié)點”或者更普遍地叫做“節(jié)點”。網(wǎng)格單元繞這些節(jié)點構成，并將網(wǎng)格定義為一群這種網(wǎng)格單元。一些性質(zhì)如孔隙度和滲透性假定在一個網(wǎng)格單元內(nèi)是常數(shù)。另一些變量如壓力和相飽和度在各節(jié)點處規(guī)定。兩個節(jié)點之間的連線叫做“連接”。兩個節(jié)點之間的流體流動通常建模為沿著它們之間的連接流動。
含烴類儲層的組成建模是預測過程如一次接觸溶混，多次接觸溶混，和近溶混注氣所必要的。油和氣體相用多組分混合物表示。在這種建模中，儲層非均質(zhì)性及粘性指進和竄流引起在相飽和度和組成上發(fā)生變化，在標度上小至幾cm或更少。精密標度模型可以表示這些不利流度的置換特性的細節(jié)。然而，用精密標度的模型來模擬這些變化一般是不實用的，因為它們的細節(jié)精密水平受限制于計算資源。因此，通常是研制具有極少網(wǎng)格單元的粗標度模型用于儲層模擬。大量的研究針對研制適合在預測溶混驅(qū)動性能時使用的模型。
研制一種有效地模擬氣體置換過程的粗網(wǎng)格模型是特別地竄流。對組成模擬，高標度的，粗網(wǎng)格模型必須有效地表征相特性的變化和油置換進行時油和氣體組成的變化。現(xiàn)已提出了許多不同的技術。這些建議當中，大多數(shù)都用經(jīng)驗模型來表示一次接觸溶混置換中的粘性指進。例如見Koval，E.J.，“用于預測烴類介質(zhì)中不穩(wěn)定溶混置換性能的方法”，Society of Petroleum Engineering Journal，pp.145-154，1963年6月；
Dougherty，E.L.，“不穩(wěn)定溶混置換的數(shù)學模型”，Society ofPetroleum Engineering Journal，pp.155-163，1963年6月；Todd，M.R.和Longstaff，W.J，“用于預測溶混驅(qū)油性能的數(shù)值模擬裝置的研制、試驗和應用”，Journal of petroleumTechnology，pp.874-882，1972年7月；Fayers，F(xiàn).J.，“用物理上可解釋的參數(shù)來表示溶混粘性指進的近似模型”，SPE Reservoir Engineering，pp.542-550，1988年5月；和Fayers，F(xiàn).J.和Newley，T.M.J.，“用于具有重力作用的粘性指進經(jīng)驗模型的詳細證明”，SPE Reservoir Engineering，pp.542-550，1988年5月。
在這些模型當中，Todd-Longstaff(“T-L”)混合模型是最流行的，并且它在儲層模擬裝置中廣泛使用。當適當使用時，T-L混合模型合理地提供當注入的溶劑和油是一次接觸溶混時不利流度置換的準確平均特點。然而，T-L混合模型在多次接觸溶混條件下不太準確。
已經(jīng)提出了一些模型，它們用T-L模型來說明在多次接觸溶混情況下的粘性指進(例如見Todd，M.R.和chase，C.A.“用于預測化學驅(qū)動性能的數(shù)值模擬裝置”，在石油工程師協(xié)會第54屆年度秋季技術會議和展覽會上提交的論文SPE-7689，Houston，Texas，1979，有時稱之為“Todd-chase技術”)。在給多次接觸溶混置換建模時，在T-L混合模型中，除了考慮粘性指進之外，還必需考慮各相之間的溶劑和油按照相特性關系的交換。在多次接觸溶混置換中相特性和指進之間相互作用的重要性已由Gardner，J.W.和Ypma，J.G.J.，在“在CO2驅(qū)油中相特性/宏觀旁流相互作用研究”一文中公開了，見Society of PetroleumEngineering Journal，pp.508-520，1984年10月。然而，這些建議沒有有效地結(jié)合混合模型和相特性模型的使用。
另一種為考慮多次接觸溶混置換中指進和竄流特性而提出的模型，建議使溶劑和油組分的分散性依賴于粘度梯度，因而論述了粘性指進的宏觀效果(見Young，L.C.，“利用分散關系來給不利流度比溶混置換建?！痹?986年SPE/DOE提高采收率采油專題討論會上提交的論文SPE/DOE14899，Tulsa，4月20-23日)。另一種模型提出用簡化的相特性預測將T-L模型擴展成多相多組分流動(見Crump，J.G.，“過程參數(shù)對不利流度比置換的影響詳細模擬”，在1988年SPE/DOE提高采收率采油專題討論會上提交的論文SPE/DOE 17337，Tulsa，4月17-20日)。還有另一種模型建議用流出大網(wǎng)格單元的流體組成來補償網(wǎng)格單元中流體分布的不均勻性(見Barker，J.W.和Fayers，F(xiàn).J.，“在非均質(zhì)介質(zhì)中用粗網(wǎng)格進行組成模擬的輸送系數(shù)”，在SPE第66屆技術年會上提交的論文，SPE22591，Dallas，TX，1991年10月6-9日)。還有另一種模型提出，溶劑和油之間的不完全混合，可以通過假定熱力學平衡只在兩相之間的面際處經(jīng)常發(fā)生，并且擴散過程驅(qū)動油和溶劑組成朝向這些平衡值來表示(見Nghiem，L.X.和Sammon，P.H.，“非平衡狀態(tài)方程組成模擬裝置”，在1997年SPE儲層模擬專題討論會上提交的論文，SPE37980，Dallas，TX，1997年6月8-17日)。這些模型中的網(wǎng)格單元沒有細分。
有些建議提出了用兩區(qū)域模型表示多次接觸溶混置換中的指進和竄流。例如見Nghiem，L.X.、Li，Y.K.和Agarwal，R.k.“在不穩(wěn)定置換組成模擬中不完全混合建模的方法”，在1989年儲層模擬專題討論會上提交的論文，SPE 18439，Houston，TX，1989年2月6-8日；和Fayers，F(xiàn).J.、Barker，J.W.和Newley，T.M.J.，“在提高回收率采油中非均質(zhì)性對相特性的影響”，在“采油數(shù)學”一書中，P.R.King編輯，pp.115-150，Clarendon出版，Oxford，1992年。這些模型將模擬網(wǎng)格單元分成兩個區(qū)域，在一個區(qū)域處注入溶劑和一部分滯留油之間發(fā)生不完全混合，而在另一個區(qū)域處滯留油旁流并且不被溶劑接觸。盡管這些模型的概念上結(jié)構似乎是提供比單區(qū)域模型更好的表示多次接觸溶混置換中的不完全混合，但用來表示旁流和混合的方程物理基礎不清楚。尤其是，這些模型(1)用經(jīng)驗相關來表示每個區(qū)域中的油/溶劑流度，(2)用經(jīng)驗相關來表示區(qū)域之間的組分轉(zhuǎn)移，和(3)關于各區(qū)域的組成及各區(qū)域之間的組分轉(zhuǎn)移方向作出限制性的假定。提出這些模型中的經(jīng)驗流度和質(zhì)量轉(zhuǎn)移函數(shù)可以通過使它們擬合精密網(wǎng)格模擬的結(jié)果來確定。結(jié)果，在實際應用中，這些模型的校準將是耗時而費錢多的過程。此外，這些模型不太可能精確地預測在基準精密網(wǎng)格模擬中所測得的參數(shù)范圍之外的性能。
盡管過去提出的兩區(qū)域法具有某些優(yōu)點，但仍然需要改進模擬模型，以便提供更好的在不利流度置換中旁流和混合的物理表達方式，并因此能更準確而有效的預測驅(qū)油性能(flood performance)。
發(fā)明概述提供一種方法和系統(tǒng)，用于模擬多組分，含烴地層其中之一或一個以上的特點，將具有至少一種組分的流體注入該地層中，以便置換地層中烴類。方法的第一步是使至少一部分地層等于大量的網(wǎng)格單元。然后將每個網(wǎng)格單元分成兩個區(qū)域，第一區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元被置換流體波及的部分，而第二區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元基本上未被置換流體波及的部分。每個區(qū)域中各組分的分布假定基本上是均勻的。建立模型，使它表示每個區(qū)域內(nèi)的流體性質(zhì)，流體用滲流理論的原理在各網(wǎng)格單元之間流動，及各區(qū)域之間的組分輸送。然后在模擬裝置中用該模型來模擬地層其中之一或一個以上特點。
對附圖的簡要說明本發(fā)明及其優(yōu)點通過參見下面詳細說明和下面的附圖將更好理解，在這些附圖中，同樣的標號具有相同的功能。


圖1示出溶劑流過儲油層從中置換油的二維示意圖，它示出儲層中溶劑指進的例子。
圖2示出能表示圖1中儲層面積的二維精密標度網(wǎng)格的例子。
圖3示出包括圖1所述相同范圍的二維網(wǎng)格單元，同時該網(wǎng)格單元分成兩個區(qū)域，一個區(qū)域表示注入流體波及范圍的區(qū)域，而第二區(qū)域表示注入流體未波及范圍的區(qū)域。
圖4示出圖3所述網(wǎng)格單元，它示意示出網(wǎng)格單元兩個區(qū)域中的相分數(shù)。
圖5A示出配位數(shù)，Z，對用本發(fā)明方法模擬的多次接觸溶混驅(qū)動總采油量的影響。
圖5B示出配位數(shù)，Z，對用本發(fā)明方法模擬的多次接觸溶混驅(qū)動溶劑突破的影響。
圖6A-D示出油Damkhler值對用本發(fā)明方法模擬的多次接觸溶混驅(qū)動重質(zhì)油和輕質(zhì)油采油曲線的影響。
圖7用圖解法將已發(fā)表的一次接觸溶混驅(qū)動采收數(shù)據(jù)與用本發(fā)明方法得到的最佳擬合進行了比較。
圖8示出通過將本發(fā)明方法中所用模型與已發(fā)表的數(shù)據(jù)擬合為油/溶劑粘度比功能所得到的配位數(shù)。
圖9示出已發(fā)表的實驗CO2/Soltro1和CO2/Wasson原油巖心驅(qū)動采收數(shù)據(jù)和用發(fā)表的單區(qū)域模型模擬預測。
圖10示出已發(fā)表的實驗CO2/Soltro1和CO2/Wasson原油驅(qū)動采收數(shù)據(jù)和用本發(fā)明方法模擬預測。
各附圖示出實際應用本發(fā)明方法的特定實施例。這些附圖不打算從本發(fā)明的范圍排除另一些實施例，這些實施例是特定實施例的正常和預期修改的結(jié)果。
對本發(fā)明的詳細說明為了更充分理解本發(fā)明，提供了下面的介紹性的說明。為了增加以地下地層中采收烴類的量，已經(jīng)研制出各種增加烴類采收的技術，因而在油田內(nèi)一個或多個注入井處將流體注入地下地層，并從油田內(nèi)一個或多個生產(chǎn)井處從地層采收烴類(以及注入的流體)。注入井通常與生產(chǎn)井間隔開，但一個或多個注入井稍后可以作生產(chǎn)井用。注入的流體可以例如是熱采法中所用的載熱介質(zhì)(如蒸汽)，在不溶混驅(qū)油法中所用的任何基本上不溶混流體(如天然氣、水或鹽水)，在溶混驅(qū)油法中所用的任何溶混流體(例如，一次接觸溶混流體，如液化石油氣或多次接觸的溶混或近溶混流體如低分子量烴類、二氧化碳或氮氣)。
圖1示意示出二維儲層面積5，該二維儲層面積5是一待用本發(fā)明的方法分析的含較多油的地質(zhì)層組(未示出)。在圖1中，注入流體11在本說明中假定是氣態(tài)的，它置換儲層面積5中多組分滯留油12。應該理解，本發(fā)明不限于氣態(tài)注入流體；注入流體也可以是液體或多相混合物。注入流體11在圖紙中是從左邊流到右邊。圖1示出當注入流體11置換滯留油12時出現(xiàn)的粘性指進。注入流體11往往會穿過油12朝生產(chǎn)井(圖中未示出)方向指進，造成注入流體11過早突破和其中一些滯留油12旁流。粘性指進主要是由油12和注入流體11在粘度上有很大差異引起的，同時造成注入流體與油的流度比對注入流體的面積波及效率或置換效率具有不利的影響。
通過先進的儲層表征技術，儲層面積5可以在標度上從若干厘米到幾米網(wǎng)格單元表示，該網(wǎng)格單元有時叫做精密標度網(wǎng)格。每個網(wǎng)格單元都可以提供有儲層性質(zhì)，其中包括例如巖層類型、孔隙度、滲透率、初始孔隙流體飽和度，及相對滲透率和毛細管壓力等功能。
圖2示出一種二維精密標度網(wǎng)格10的其中一個例子，該精密標度網(wǎng)格10可以表示圖1的儲層面積5。圖1的儲層面積5在圖2中用84個網(wǎng)格單元表示。網(wǎng)格單元11’表示已由注入流體11波及的地質(zhì)區(qū)域，而網(wǎng)格單元12’表示含有基本上滯留油12未被注入流體置換的地質(zhì)區(qū)域。然而，儲層模擬通常不用這種精密標度網(wǎng)格進行。直接將精密標度網(wǎng)格模型用于整個油田儲層模擬一般是行不通的，因為它們的細節(jié)的精密水平受到計算資源的限制。因此，在模擬模型中通常用粗標度的網(wǎng)格，而同時盡可能多地保存精密標度網(wǎng)格的流體流動特點和相特性。粗標度網(wǎng)格可以例如用一個網(wǎng)格單元表示圖2中的84個網(wǎng)格單元。因此，方法必需考慮指進和竄流給流體組成和流體流動特性建模。本發(fā)明的方法提供這種能力。
本發(fā)明的方法從使待分析的儲層面積與合適的網(wǎng)格系統(tǒng)相等開始。待分析的儲層面積用許多網(wǎng)格單元表示，這些網(wǎng)格彼此靠近配置，以便在每對相鄰的網(wǎng)格單元之間具有一個邊界。儲層面積的這種空間離散化可以用有限差分法、有限體積法、有限元法、或類似的已知方法進行，上述這些方法是基于將待建模的物理系統(tǒng)分成較小的單元。本發(fā)明主要是根據(jù)用有限差分法進行說明。本領域的技術人員應該理解，本發(fā)明也可以應用于有限元法和有限體積法。當用有限差分法和有限體積法時，較小的單元通常叫做網(wǎng)格單元，而當用有限元法時，較小的單元通常叫做元素。這些網(wǎng)格單元或元素的數(shù)目可以從不到100至數(shù)百萬。在本專利中，為了簡化表述起見，采用術語網(wǎng)格單元，但是應該理解，如果模擬采用有限元法，則術語元素會代替如在本說明中使用的術語網(wǎng)格單元。
在本發(fā)明的實際應用中，網(wǎng)格單元可以是任何幾何形狀，如平行六面體(或立方體)、或六面體(具有4個垂直角，它們的邊長度可以改變)、或四面體、長菱形、不規(guī)則四邊形、或三角形。網(wǎng)格可以包括若干矩形網(wǎng)格單元，這些矩形網(wǎng)格單元以規(guī)整的結(jié)構圖形組成(如圖2所示)，或者它可以包括若干具有各種形狀的網(wǎng)格單元，這些網(wǎng)格單元以不規(guī)則的、非結(jié)構圖形展開，或者它可以包括許多結(jié)構的和非結(jié)構的圖形?？梢詫⑼耆墙Y(jié)構的網(wǎng)格組裝成幾乎具有任何形狀。所有網(wǎng)格單元優(yōu)選的是邊界對齊，因而避免具有網(wǎng)格單元其中之一邊接觸兩個另外網(wǎng)格單元的各邊。
可以在本發(fā)明的模型中使用的一類撓性網(wǎng)格是Voronoi網(wǎng)格。Voronoi網(wǎng)格單元定義為比靠近任何其它節(jié)點更靠近它的節(jié)點的空間區(qū)域，并且Voronoi；網(wǎng)格由這些網(wǎng)格單元構成。每個網(wǎng)格單元都與一個節(jié)點和一系列相鄰的網(wǎng)格單元有關。Voronoi網(wǎng)格在幾何學意義上是局部正交的；也就是說，各網(wǎng)格單元邊界都與每個邊界兩邊上連接節(jié)點的線垂直。由于這個原因，Voronoi網(wǎng)格也叫做垂直二等分(PEBI)網(wǎng)格。矩形網(wǎng)格塊(笛卡爾網(wǎng)格)是Voronoi網(wǎng)格的特殊情況。因為節(jié)點的位置可以自由選擇，所以PEBI網(wǎng)格具有表示廣泛改變儲層幾何形狀的靈活性。PEBI網(wǎng)格通過在一規(guī)定范圍內(nèi)指定各節(jié)點位置產(chǎn)生，然后以這種方式產(chǎn)生網(wǎng)格單元邊界，以便每個網(wǎng)格單元含有所有比靠近任何其它節(jié)點位置更靠近它的節(jié)點的點。因為在PEBI網(wǎng)格中結(jié)點間的連接被網(wǎng)格單元邊界垂直二等分，所以這大大簡化了流動方程的解。對于PEBI網(wǎng)格產(chǎn)生的更詳細說明，見Palage，C.L.和Aziz，K.“Voronoi網(wǎng)格在儲層模擬中的應用”，在第66屆技術年會和展覽會上提交的論文SPE 22889，Dalas，TX(1991年10月6-9日)。
在本發(fā)明的方法中下一步是將已被注入流體侵入的每個網(wǎng)格單元分成兩個區(qū)域，第一區(qū)域表示由注入流體11波及的網(wǎng)格單元部分，而第二區(qū)域代表未被注入流體11波及的網(wǎng)格單元部分。假定在每個區(qū)域中各組分的分布是均勻的。還假定每個區(qū)域內(nèi)的流體處于熱力學平衡。然而，網(wǎng)格單元的兩個區(qū)域不是處于相互平衡，結(jié)果每個區(qū)域內(nèi)的組成和相體積分數(shù)通常是不同的。
圖3示出一個網(wǎng)格單元15的二維示意圖，該網(wǎng)格單元15表示由網(wǎng)格10的84個網(wǎng)格單元(圖2)所表示的相同儲層面積。盡管在圖中未示出，但應該理解，網(wǎng)格單元15與相鄰的網(wǎng)格單元共用邊界。關于網(wǎng)格單元15的下列說明也應用于其它網(wǎng)格單元，在其它網(wǎng)格單元的網(wǎng)格中，網(wǎng)格單元15僅是許多網(wǎng)格單元的其中之一。
參見圖3，網(wǎng)格單元15分成兩個區(qū)域16和17。區(qū)域16表示被注入流體11侵入的網(wǎng)格單元部分，而區(qū)域17表示未被注入流體置換的網(wǎng)格單元部分。區(qū)域16和17被一界面或間隔18分開，該界面或間隔18假定具有無限小的厚度。假定每個區(qū)域內(nèi)的多組分流體都處于熱力學平衡，這意味著區(qū)域16和17的各流體組成和相體積可以不同，并且通常就是不同。各流體組成在網(wǎng)格內(nèi)可以從網(wǎng)格單元到網(wǎng)格單元之間改變，并且網(wǎng)格單元每個區(qū)域內(nèi)的流體組成可以隨時間推移而改變。因此，當注入流體11接觸網(wǎng)格單元15所表示的更多區(qū)域時，間隔18可以隨時間變化而運動。間隔18的運動主要取決于(1)網(wǎng)格單元15與相鄰網(wǎng)格單元之間的交換，(2)跨過間隔18的質(zhì)量轉(zhuǎn)移，和(3)穿過注入井和生產(chǎn)井注入或抽出流體，該流體可以穿透網(wǎng)格單元15所表示的地質(zhì)區(qū)域。
圖4示出在區(qū)域16和17中各流體的相分數(shù)的例子。蒸汽相分數(shù)，由注入流體加汽化油組成，它在區(qū)域16中用標號11a示出，而在區(qū)域17中用標號11b示出。液相分數(shù)，由滯留油加溶解的注入流體組成，它在區(qū)域16中用標號12a示出，而在區(qū)域17中用標號12b示出。水分數(shù)在區(qū)域16中用標號13a示出，而在區(qū)域17中用標號13b示出。在圖4所示的例子中，區(qū)域16主要含有高流度的注入流體11，而區(qū)域17主要含有低流度的滯留油12。箭頭20表示流體蒸汽從鄰近網(wǎng)格單元15的各網(wǎng)格單元侵入?yún)^(qū)流入?yún)^(qū)域16。箭頭21表示流體蒸汽從鄰近網(wǎng)格單元15的各網(wǎng)格單元滯留區(qū)域流入?yún)^(qū)域17。箭頭22表示流體蒸汽從區(qū)域16流出，進入鄰近網(wǎng)格單元15的各網(wǎng)格單元侵入?yún)^(qū)域。箭頭23表示流體蒸汽從區(qū)域17流出，進入鄰近網(wǎng)格單元15的各網(wǎng)格單元滯留區(qū)域。盡管各箭頭示出流體從左向右流動，但流體可以朝其它方向上流入和流出網(wǎng)格單元15。箭頭24表示區(qū)域16和17之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。各組分能跨過間隔18朝兩個方向上轉(zhuǎn)移。盡管箭頭24示出相同類型的各相之間的轉(zhuǎn)移(蒸汽-蒸汽，液態(tài)烴-液態(tài)烴，和水-水)，但各組分可以從源區(qū)域中的任何相轉(zhuǎn)入別的區(qū)域中任何相。區(qū)域16在注入流體流入網(wǎng)格單元15之前具有零體積。注入流體11可以建模為注入侵入?yún)^(qū)16或者滯留區(qū)17其中之一，或者注入流體11可以建模為同時注入?yún)^(qū)域16和17二者。流體可以從侵入?yún)^(qū)域16和滯留區(qū)域17二者中抽出。網(wǎng)格單元15也可以建模為具有從一個或多個注入井直接流入網(wǎng)格單元15的注入流體11，并且它可以建模為具有直接從網(wǎng)格單元15流出，進入一個或多個生產(chǎn)井的流體。盡管在各附圖中沒有示出，但如果用網(wǎng)格單元15所表示的儲層面積用一注入井表示的話，則注入網(wǎng)格單元15的注入流體11可以建模為只注入侵入?yún)^(qū)域16，而如果用網(wǎng)格單元15所表示的儲層面積用一生產(chǎn)井表示的話，則網(wǎng)格單元15可以建模為具有從侵入?yún)^(qū)域16和滯留區(qū)域17二者中產(chǎn)生的流體。
盡管各附圖沒有示出網(wǎng)格單元的節(jié)點，但本領域的技術人員應該理解，每個網(wǎng)格單元都會具有節(jié)點，在模擬操作中，假定各網(wǎng)格單元之間的流體流動是在各網(wǎng)格單元節(jié)點之間發(fā)生，或者，用另一種方式說，穿過節(jié)點相互連接發(fā)生。在實際應用本發(fā)明的方法時，將一規(guī)定網(wǎng)格單元的侵入?yún)^(qū)域(圖3和4中的區(qū)域16)連接到鄰近該規(guī)定區(qū)域的各網(wǎng)格單元侵入?yún)^(qū)域上，并將一規(guī)定網(wǎng)格單元的滯留區(qū)域(圖2中的區(qū)域17)連接到鄰近該規(guī)定區(qū)域的各網(wǎng)格單元滯留區(qū)域上。在滯留區(qū)域16和侵入?yún)^(qū)域17之間沒有相互間的節(jié)點連接。因此，發(fā)明人有時把本發(fā)明的方法叫作隔開的節(jié)點模型或PNM。
在本發(fā)明的方法中，下一步是建立一個預測模型，該模型表示每個網(wǎng)格單元的每個區(qū)域內(nèi)流體性質(zhì)，每個網(wǎng)格單元與其相鄰網(wǎng)格單元之間的流體流動，及每個網(wǎng)格單元的區(qū)域16和17之間的組分輸送。在一優(yōu)選實施例中，模型包括一個用于每個網(wǎng)格單元的有限差分方程組，該方程組具有表示區(qū)域16和17中每個流體相流度的函數(shù)，表示區(qū)域16和17內(nèi)相特性的函數(shù)，和表示在區(qū)域16和17之間每個組分質(zhì)量轉(zhuǎn)移的函數(shù)。模型還可供選擇地包含表示區(qū)域16和17之間能量轉(zhuǎn)移的函數(shù)。可以例如希望能量轉(zhuǎn)移函數(shù)來模擬由蒸汽驅(qū)油操作所產(chǎn)生的熱效應。
流度函數(shù)用來說明穿過連接的流動，并且每個區(qū)域中的每一相都產(chǎn)生一個流度函數(shù)。離開網(wǎng)格單元15的蒸汽22和23的流度取決于許多因素，其中包括在侵入?yún)^(qū)域16和滯留區(qū)域17中流體的組成，侵入?yún)^(qū)域16和滯留區(qū)域17的相對尺寸(或體積分數(shù))，網(wǎng)格單元的非均質(zhì)性，及油-注入流體的流度比。特定的函數(shù)關系通過用滲流理論確定。滲流理論的基本原理由S.Kirkpatrick在“滲流和傳導”一文中作了說明，此文發(fā)表在Rev.Modern Physics，vol.45，pp 574-588，1973年中，此處作為參考文獻一并說明。在一優(yōu)選實施例中，有效介質(zhì)流度模型用一孔隙網(wǎng)絡表示網(wǎng)格單元，以便根據(jù)在一段時間范圍內(nèi)網(wǎng)格單元中普通的條件，表征在網(wǎng)格單元中發(fā)生的指進和竄流效應。在網(wǎng)格單元每個區(qū)域中每個流體相的有效流度由本領域的技術人員利用本發(fā)明所述進行計算。由有效介質(zhì)模型推導出來的相流度方程其中一些例子在下面作為方程式(18)-(20)提供。
本發(fā)明的方法假定平衡在侵入?yún)^(qū)域16內(nèi)和滯留區(qū)域17內(nèi)存在。作為模型的其中一部分，測定利用區(qū)域16和17內(nèi)共存的各相性質(zhì)進行。優(yōu)選的是，利用合適的狀態(tài)方程來計算區(qū)域16和區(qū)域17的相特性。在下面所提供的例子中，一維模型利用簡化的擬三元相特性模型，該模型通過三種擬組分，即溶劑(CO2)，輕質(zhì)油組分，和重質(zhì)油組分，來表征油劑和油的混合物。簡化的相特性模型能夠模擬各種置換的顯著特點，這些置換包括不同程度的溶混能力，其范圍從一次接觸溶混，經(jīng)過多次接觸溶混，和近溶混到不溶混。相特性性質(zhì)可以由本領域的技術人員測定。
本發(fā)明的方法沒有假定網(wǎng)格單元的侵入?yún)^(qū)域16和滯留區(qū)域17之間的平衡。采用質(zhì)量轉(zhuǎn)移函數(shù)來說明各組分跨過區(qū)域16和17之間的界面或間隔18運動的速率。這種質(zhì)量轉(zhuǎn)移在圖4中用箭頭24表示。質(zhì)量轉(zhuǎn)移機理包括，但不限于，分子擴散、對流分散、和毛細分散。本發(fā)明的方法假定每個組分的質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率與驅(qū)動力乘以阻力成正比。驅(qū)動力的例子包括，但不限于，兩個區(qū)域之間的組成差異和毛細壓力差異。一旦對每種流體組分產(chǎn)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移函數(shù)，質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率取決于許多因素，這些因素包括，但不限于，組分密度、氣體和油之間溶混能力的程度，每個區(qū)域的尺寸、網(wǎng)格單元的幾何形狀、氣體/油流度比、速度、非均質(zhì)性，和水飽和度。這些函數(shù)性可以由該本領域的技術人員建成質(zhì)量轉(zhuǎn)移模型。各質(zhì)量轉(zhuǎn)移函數(shù)的例子在下面作為方程(10)和(14)-(16)提供。
在設計模型的各第一步的其中之一是選定希望表示儲層幾何形狀的空間維數(shù)。外部幾何形狀和內(nèi)部幾何形狀二者都必需考慮。外部幾何形狀包括儲層或含水層(或?qū)ΨQ元素)及儲層或含水層(包括斷層)的頂部和底部。內(nèi)部幾何形狀包括各個滲透性單元和非產(chǎn)油層的面積和垂直延伸，這些對解決問題和限定井的幾何形狀(井直徑、完井層段、從井中排出的液壓裂縫的存在)都是很重要的。
本發(fā)明的模型不限于特定的維數(shù)。可以建立預測性模型用于儲層的一維(1-D)、二維(2-D)、和三維(3-D)模擬。1-D模型很少用于全儲層的研究，因為它不能對面積和垂直掃描建模。預測置換效率的1-D注氣模型不能有效地表示垂直于流動方向的重力作用。然而，1-D注氣模型可以用來研究儲層動態(tài)對過程參數(shù)變化的靈敏性和整理實驗室置換試驗。
當面積流型支配儲層動態(tài)時，可以采用2-D面積流體注入模型。例如，面積模型通常用來比較可能的井網(wǎng)或評估面積非均質(zhì)性對儲層特性的影響。當垂直斷面中的流型支配儲層動態(tài)時，可以用2-D斷面和徑向注氣模型。例如，斷面或徑向模型通常用來對重力占優(yōu)勢的過程建模，如頂部注氣或注氣到具有高垂直滲透性的儲層中，和用來評估垂直非均質(zhì)性對儲層特性的影響。
3-D模型對有效的表示儲層中復雜的儲層幾何形狀或復雜的流體力學可能是理想的。該模型可以例如是一種3-D模型，該3-D模型包括若干PEBI網(wǎng)格層，這些3-D模型在石油工業(yè)中有時叫做21/2-D。各成層的PEBI網(wǎng)格在平面上未建立而在垂直方向上建立(成層)。成層的3-D網(wǎng)格的構造由下列文獻作了說明(1)Heinemann，Z.E.等，“用不規(guī)則的網(wǎng)格模擬儲層幾何形狀”，SPE Reservoir Engineering，1991年5月和(2)Verma，S.等，“用于儲層模擬中撓性網(wǎng)格控制體積模式”，SPI37999，SPE Reservoiv Similation Symposium，Dallas，TX，1997年6月。
本發(fā)明不限于將一個網(wǎng)格只分成兩個區(qū)域。本發(fā)明的方法可以和具有多個間隔的網(wǎng)格單元一起用，這樣將網(wǎng)格單元分成三個或三個以上區(qū)域。例如，一個三區(qū)域網(wǎng)格單元可以具有一個表示被注入流體侵入的儲層區(qū)域的區(qū)域，一個表示未被注入流體侵入的儲層區(qū)域的第二區(qū)域，和一個表示儲層滯留流體和注入流體混合區(qū)域的第三區(qū)域。在另一個例子中，在注蒸汽操作中，一個區(qū)域可以表示被注入蒸汽侵入的儲層區(qū)域，第二區(qū)域可以表示被蒸汽之外氣體占據(jù)的儲層區(qū)域，和第三區(qū)域可以表示未被蒸汽或其它氣體占據(jù)的儲層區(qū)域。蒸汽之外的氣體可以是例如當儲層壓力降到低于油的起泡點時從滯留油中放出的溶解氣體，或者是一種第二氣體如富煤氣，輕質(zhì)氣態(tài)烴，或CO2。
本發(fā)明的方法可以用來模擬從粘性油儲層中采油，在該粘性油儲層中，將熱能引入儲層將油加熱，因而使它的粘度降到油可以形成流動的那一點。熱能可以取各種形式，其中包括注熱水和注蒸汽。注入可以是在一個或多個注入井中進行，而油的生產(chǎn)可以是通過一個或多個間隔開的生產(chǎn)井中進行。也可以用一個井來進行注入流體和生產(chǎn)油。例如，在“蒸汽吞吐”法中，蒸汽穿過一個井(可以是垂直井或水平井)加入粘性烴沉積物中一定時間周期，將井封住以便蒸汽能加熱烴，并在隨后安排井生產(chǎn)。
一旦產(chǎn)生預測性模型，就可以在模擬裝置中用它來模擬地層隨時間變化的其中一個或多個特征?；镜牧鲃幽Ｐ陀扇舾煞匠探M成，這些方程控制流體在儲層網(wǎng)格網(wǎng)絡、井、和地面設施中的不穩(wěn)定流動。該技術的技術人員可以選擇合適的數(shù)值算法來解這些基本流動方程。可以采用的數(shù)值算法的例子在“儲層模擬”一書中作了說明，該書為L.Doherty的系列專著單行本第13卷，由Mattax，C.C.和Dalton，R.L.編輯，Societyof Petroleum Engineers出版，Richardson，TX，1990年。模擬裝置是一批在計算機上實施數(shù)值計算的計算機程序。
本領域的技術人員很容易理解，本發(fā)明的實際應用在計算上是很強的。因此，用計算機，優(yōu)選的是用數(shù)字計算機來實施本發(fā)明是必要的。用于建模過程各個部分的計算機程序市場上可以買到(例如，市場上可以買到軟件來研制網(wǎng)格單元，顯示結(jié)果，計算流體流動性質(zhì)，及解模擬裝置中使用的線性方程組)。用于本發(fā)明其它部分的計算機程序可以由該技術的技術人員根據(jù)此處所述說明進行研制。
本發(fā)明的實際應用可以應用于建模的網(wǎng)格系統(tǒng)中的部分或全部網(wǎng)格單元。為了節(jié)約計算時間，與將網(wǎng)格單元分成兩個或多個區(qū)域有關的另外計算優(yōu)選的是只應用于被注入流體侵入的那些網(wǎng)格單元模擬模型。
本發(fā)明的方法比過去使用的兩區(qū)域置換模型是一種改進。這種改進是因為下面的主要差別。首先，利用滲流理論來表征指進和竄流對有效流體流度的影響。其次，各區(qū)域之間組分轉(zhuǎn)移的速率與驅(qū)動力乘以阻力成正比。第三，各質(zhì)量轉(zhuǎn)移函數(shù)說明實際混合過程如分子擴散、對流分散、和毛細分散。這些改進產(chǎn)生更精確和更有效的預測不利的流度置換。一維模擬實例產(chǎn)生本發(fā)明的一維模型并用合適的模擬裝置試驗該模型。市場上可買到的模擬裝置可以由該技術的技術人員利用本發(fā)明的說明及其中所給出的假定進行修改，以便產(chǎn)生與下面所給出的假定基本上相同的結(jié)果。在模型中，各組分在滯留區(qū)域和侵入?yún)^(qū)域之間的分配，由說明侵入流體和滯留流體對流的輸送方程和每個組分在各區(qū)域之間轉(zhuǎn)移的速率決定。在模擬裝置中使用4組分流體說明。4組分是溶劑(CO2)、原油的輕質(zhì)分數(shù)、原油的重質(zhì)分數(shù)和水。假定各流體是不可壓縮的并發(fā)生理想混合，這使壓力方程能與組分輸送方程分離，并用體積分數(shù)代替摩爾分數(shù)作為組成的變量。本領域的技術人員熟悉說明流體可壓縮性和非理想混合的技術。還假定溶劑不轉(zhuǎn)移到滯留區(qū)域中，和水飽和度在兩個區(qū)域中相同。
下面模擬實例的說明涉及一些具有大量數(shù)學符號的方程，其中許多數(shù)學符號隨著它們在全文中出現(xiàn)而給出定義。此外，為了完整起見，在詳細說明后面給出含有其中所用符號定義的表。
模擬裝置按照用于每種組分總量的標準輸送方程列方程式，該標準輸送方程通過用于滯留區(qū)域中每種組分量的輸送方程增加。然后用差減法得到侵入?yún)^(qū)域中每種組分的量。在這些假定條件下，用于總?cè)軇?，重質(zhì)油組分，及水的無量綱輸送方程分別是∂w1∂τ=∂∂ξ[(λivey1+λilex1+λroexrl)(βλw∂pc∂ξ-1)]λ1---(1)]]>∂w2∂τ=∂∂ξ[(λivey2+λilex2+λroexr2)(βλw∂pc∂ξ-1)]λ1---(2)]]>∂Sw∂τ=∂∂ξ[β(λwλ1-1)λw∂pc∂ξ-λwλ1]---(3)]]>總輕質(zhì)組分體積分數(shù)，w3，由下式得到w3＝1-w1-w2-Sw(4)在方程(4)中，組分1是溶劑，組分2是重質(zhì)油分數(shù)，和組分3是輕質(zhì)油分數(shù)。
在方程式(1)-(4)中，ξ≡x/L，τ≡ut/φL，β≡k/uL，λt≡λive+λile+λroe+λw，L是巖心長度，k是滲透率，φ是孔隙度，pc是油和水之間的毛細壓力，yj是組分j在侵入?yún)^(qū)域的蒸汽部分中的體積分數(shù)，xj是組分j在侵入?yún)^(qū)域液體部分中的體積分數(shù)，和xrj是組分j在滯留區(qū)域非水部分中的體積分數(shù)。
wj≡wrj+wij是組分j的總體積分數(shù)，此處wij≡θ(Sgyj+Slxj)是組分j在侵入?yún)^(qū)域中的體積分數(shù)和Wrj＝(1-θ)(I-Sw)Xrj，是組分j在滯留區(qū)域中的體積分數(shù)。θ是侵入?yún)^(qū)域的體積分數(shù)，它定義為θ=1-wr1+wr2+wr3w1+w2+w3---(5)]]>Sg和S1分別是侵入?yún)^(qū)域中蒸汽和液體的飽和度。λroe是滯留流體的流度，λive是侵入?yún)^(qū)域中蒸汽相的流度，λile是侵入?yún)^(qū)域中液相的流度，和λw是水的流度，它們?nèi)际怯萌缦滤龅挠行Ы橘|(zhì)理論計算。假定總注入速度，u是常數(shù)。
用于滯留溶劑，重質(zhì)油，和輕質(zhì)油的無量綱輸送方程分別是∂wr1∂τ=∂∂ξ[λroexr1(βλw∂pc∂ξ-1)λ1]-Λ1φLu----(6)]]>∂wr2∂τ=∂∂ξ[λroexr2(βλw∂pc∂ξ-1)λ1]-Λ2φLu----(7)]]>∂wr3∂τ=∂∂ξ[λroexr3(βλw∂pc∂ξ-1)λ1]-Λ3φLu----(8)]]>式中Λj是組分j從滯留區(qū)域轉(zhuǎn)移到侵入?yún)^(qū)域的速率(體積/時間)。在這些方程右邊的第一項說明在滯留區(qū)域內(nèi)部每種組分的對流，而第二項說明每種組分從滯留區(qū)域到侵入?yún)^(qū)域的轉(zhuǎn)移。
用于壓力的方程是∂p∂ξ=(λw∂pc∂ξ-1β)λ1----(9)]]>在一維模擬裝置中，方程(1)-(3)和(6)-(8)是離散的，以便在ξ中產(chǎn)生6組有限差分方程，這些方程在時間方面用將其中一組一階常微程積分的Hamming預測-校正法(Hamming法是本領域的技術人員所熟悉的)解。假定在注入溶劑之前沒有侵入?yún)^(qū)域存在和因此假定在整個模型中θ起初為零。侵入?yún)^(qū)域的地層通過假定溶劑只在巖心的注入面處進入侵入?yún)^(qū)域來控制(triggered)。在從上述積分計算出wi，wri，和sw之后，用方程(5)校正θ，并且積分轉(zhuǎn)到下一個時步。然后通過方程(9)對ξ積分確定在每個時步下的壓力分布。質(zhì)理轉(zhuǎn)移函數(shù)假定，作為一次近似法，區(qū)域之間的轉(zhuǎn)移速率與滯留區(qū)域和侵入?yún)^(qū)域中組分的體積分數(shù)之間的差值成正比Λj＝kj(xri-xij) (10)式中kj是組分j的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)[單位時間-1]，而xrj和xij≡(Sgyj+Slxj)/(l-Sw)分別是組分j在滯留區(qū)域和侵入?yún)^(qū)域中的體積分數(shù)。在方程(10)中，體積分數(shù)差值是用于質(zhì)量轉(zhuǎn)移的驅(qū)動力，而質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)表征對質(zhì)量轉(zhuǎn)移的阻力。在這種假定情況下，方程(6)-(8)變成∂wr1∂τ=∂∂ξ[λroexr1(βλw∂pc∂ξ-1)λ1]-Da1(xr1-xi1)---(11)]]>∂wr2∂τ=∂∂ξ[λroexr2(βλw∂pc∂ξ-1)λ1]-Da2(xr2-xi2)----(12)]]>∂wr3∂τ=∂∂ξ[λroexr3(βλw∂pc∂ξ-1)λ1]-Da3(xr3-xi3)---(13)]]>式中Daj≡kjφL/u，通稱為Damkhler值，它是無量綱的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)。Damkhler值的量值表示組分在侵入?yún)^(qū)域和滯留區(qū)域之間相對于巖心在流體中滯留時間的混合速率。對所有組分來說，Damkhler值為零意味著沒有混合，而高Damkhler值意味著快速混合。
這種模型與下述假定一致，即混合造成組分從高濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移到低濃度區(qū)域，因此往往會使兩個區(qū)域之間的濃度平衡。
質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)可以是局部溶混性程度，網(wǎng)格單元幾何形狀，侵入的分數(shù)(θ)、流度比(m)、速度(u)、非均質(zhì)性、及網(wǎng)格單元內(nèi)部的水飽和度(Sw)的函數(shù)kj＝kj(degree of miscibility，gridblock geometry，θ，m，u，heterogeneity，Sw) (14)特殊的函數(shù)關系取決于侵入流體和滯留流體通過其混合的過程。Gardner，J.W.和Ypma，J.G.J.在“CO2驅(qū)動中相特性/宏觀旁流相互作用的研究”一文(Society of Petroleum EngineeringJournal，pp.508-520，1984年10月)中，公開了宏觀旁流對多次接觸溶混置換過程中混合的影響。發(fā)明人注意到，由Gardner和Ypma所提供的數(shù)據(jù)意思是指，質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)是與消除因橫向分散而引起的次網(wǎng)格(Subgrid)指進所需的時間成反比κj=C1jFθDTjd2---(15)]]>式中d是網(wǎng)格單元的橫向?qū)挾?，DTj是組分j的橫向分散系數(shù)，F(xiàn)θ是說明侵入分數(shù)和非均質(zhì)性作用的參數(shù)，和C1j是可能取決于組分j的常數(shù)。
作為一次近似法，橫向分散系數(shù)包括來自分子擴散，對流分散，和毛細分散的影響。質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)模型將這些影響合并在一起，并可以用無量綱形式寫成Daj=κjφLu=CljFθ[C2DojφLd2u+αT(d)φLd2][1+Cγ(γγmax)]]]>=DaMj[1+Cγ(γγmax)]----(16)]]>式中Doj是用于組分j的分子擴散系數(shù)，αT(d)是橫向分散度，γmax是用于不溶混置換的最大氣-油面際張力，DaMj是用于一次溶混置換的Damkhler值，及C2和Cγ是可調(diào)節(jié)常數(shù)。在第一括號中的兩項分別是由于分子擴散和對流分散而產(chǎn)生的無量綱質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率。分子擴散是在低的速度和小的系統(tǒng)寬度下占優(yōu)勢，而對流分散是在高的速度和大的系統(tǒng)寬度下占優(yōu)勢(αT(d)是d的增量函數(shù))。在第二括號中的各項說明毛細分散作用，(注意，當Cγ為零，亦即，流體可溶混時，Daj和DaMj是同義的)。對開始試驗的場合，假定質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)不受流度比和水飽和度影響。
在多次接觸的溶混和近溶混置換中，面際張力取決于相圖的兩相區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格單元組成的配置；組成越接近臨界點，面積張力越低。在本模型情況下，此處面際張力是溶劑和油之間溶混能力程度的度量，如果網(wǎng)格單元的總含量處于平衡，則方程(16)中的面際張力是蒸汽和液體之間存在的面際張力。利用下面的等張比容(parachor)方程來計算面際張力γ=[ζ1Σj(Pjxj)-ζvΣj(Pjyj)]n---(17)]]>式中Pj是用于組分j的等張比容參數(shù)，xj和yj分別是組分j在侵入的液相和侵入的蒸汽相中的摩爾分數(shù)，ζl和ζv是液體和蒸汽的摩爾密度，和n是范圍在3.67-4內(nèi)的指數(shù)。
在本例中所用的機械質(zhì)量轉(zhuǎn)移的重要特點是，在溶劑和油之間溶混能力的程度對侵入?yún)^(qū)域和滯留區(qū)域之間的混合速率具有顯著影響。在現(xiàn)有技術中已經(jīng)提出，在多孔介質(zhì)中流體的不溶混分散系數(shù)可能比在同等實驗條件下的溶混分散系數(shù)要大約一個數(shù)量級。因此，在不溶混條件下混合應該比溶混條件下更快。在例子所用的模型中，通過包括面際張力關系把這種觀察加進橫向分散系數(shù)的計算中。因為面際張力取決于整個等張比容方程，方程(17)的相特性，所以在該模型情況下的相關參數(shù)是面際張力常數(shù)，Cr。
質(zhì)量轉(zhuǎn)移模型將許多參數(shù)(比如，擴散系數(shù)，分散性，面際張力)加到本發(fā)明的預測模型中，該預測模型沒有在Todd-Longstaff混合模型中的相似物。盡管這些參數(shù)增加了計算的復雜性，但與Todd-Longstaff的混合模型相比，本發(fā)明模型的所有參數(shù)都具有物理意義，它們可以用比較明確的方式測量或者估計。有效介質(zhì)流度函數(shù)滲流理論和有效介質(zhì)近似法是用于說明無序非均質(zhì)系統(tǒng)中臨界現(xiàn)象，傳導性，擴散和流動的已知技術(例如，見Kirkpatrick，S.，“無序介質(zhì)中的經(jīng)典運輸定標和有效介質(zhì)理論”，Phys.Rev.Lett.，27(1971)；Mohanty，K.K.，Ottino，J.M.和Davis，H.T.，“在無序復合介質(zhì)中的反應和運輸滲流原理引論”，Chem.Engng.Sci.，1982，37，905-924；及Sahimj，M.，Hughes，B.D.，Scriven，L.E.和Davis，H.T.，“在無序系統(tǒng)中的隨機運輸”，J.chem.Phys.，1983，78，6849-6864)。在非均質(zhì)系統(tǒng)流動問題情況下，有效介質(zhì)近似法用一相當?shù)?有效的)均勻介質(zhì)中的輸送來表示一隨意的非均質(zhì)介質(zhì)中的輸送。發(fā)明人注意到，當遠離滲濾閾時，有效介質(zhì)近似法和理論結(jié)果之間的一致性十分好。
建立一個有效介質(zhì)流度模型來評估流體在非均質(zhì)介質(zhì)中的流度。這是通過假定在一網(wǎng)格單元區(qū)域內(nèi)溶劑和油的分布可以用兩種流體的隨意混合的網(wǎng)格來表示做到的。用于非水相流度的下列分析表達式，是通過假定網(wǎng)格是各向同性和無關聯(lián)而得到的λile=θλinv,l[1+2z(λinvλe-1)]----(18)]]>λive=θλinv,v[1+2z(λinvλe-1)]---(19)]]>λroe=(1-θ)λres,o[1+2z(λresλe-1)]---(20)]]>λw=krwμw----(21)]]>式中λe=-b+b2+8(z-2)λinvλres2(z-2)----(22)]]>b≡λinv[2-θz]+λres[2-(1-θ)z] (23)λinv＝λinv，v+λinv，l(24)λinv,l=kr,inv,lμinv,l----(25)]]>λinv,v=kr,inv,vμinv,v---(26)]]>λres=kr,res,oμres,o----(27)]]>配位數(shù)，z，是混合流體網(wǎng)格的“分支”。增加z導致更多的油和溶劑的分離，因此加快溶劑突破并推遲油的生產(chǎn)。利用流體在它的區(qū)域內(nèi)的飽和度評估相對滲透率。有效介質(zhì)流度模型提供用于各個相流度的近似分析表達式，這些表達式用物理學上合理的方式考慮了相關的性質(zhì)(侵入分數(shù)，非均質(zhì)性，流度比)。下面給出的結(jié)果表明。有效介質(zhì)流度模型精確地俘獲可溶混置換中的回收分布圖(recovery profile)。相特性函數(shù)。
在本發(fā)明用于一維模型裝置的例子中，采用簡化的擬三元相特性模型。在這種模型中，溶劑和油的混合物組成利用三種擬組分CO2，輕質(zhì)油組分，和重質(zhì)油組分來表征。在這個相模型中的兩相包絡(envelope)用一二次方程式說明，它們的常數(shù)由邊界處包絡的褶點和兩個終點的組成確定。盡管只是近似地表示一個實際系統(tǒng)，但這個相模型成功地模擬了相應于不同程度可溶混性的相特性，如一次接觸溶混(FCM)，多次接觸溶混(MCM)和近溶混(NM)。
限定例1-3中所用兩相包絡的參數(shù)匯總在表1中。表1中用于MCM情況的各參數(shù)限定在2000psia(13,790kpa)和100°F(37.78℃)下CO2-Means原油系統(tǒng)的擬三元相說明。表1中用于FCM和NM情況的各參數(shù)限定一個擬三元相說明，該擬三元相說明可以分別在100°F(37.78℃)及高于和低于2000psia(13,790kpa)下得到。滯留油組成顯著地重，相當于重質(zhì)油分數(shù)為0.8434和輕質(zhì)油分數(shù)為0.1566。
表1 參見表1，下標1、2和3分別表示溶劑，重質(zhì)油和輕質(zhì)油。V1G和V1L表示兩相包絡的終點。V1G和V1L表示分別用于溶劑重端混合物的氣相和液相中溶劑體積分數(shù)。V1p和V3p表示在褶點處的溶劑和輕端體積分數(shù)。
限定例4(下面更詳細討論)中所用兩相包絡的各參數(shù)匯總列于表2中。例4中所用各參數(shù)限定在2000psia(13,790kPa)和100°F(37.78℃)下CO2-Wasson原油系統(tǒng)的擬三元相說明。數(shù)據(jù)從Gardner，J.W.、Orr，F(xiàn).M.和Patel，P.D.，“相特性對CO2驅(qū)油置換效率的影響”一文，Journalof Patroleum，Technology，1981年11月，pp.2067-2081中得到。原油組成相當于重質(zhì)油體積分數(shù)為0.72和輕質(zhì)油體積分數(shù)為0.28。
表2
模擬結(jié)果在4個例子中所用的輸入數(shù)據(jù)模擬假定的油-鹽水相對滲透率和毛細壓力數(shù)據(jù)，該相對滲透率和毛細壓力數(shù)據(jù)是表征San Andres碳酸鹽巖層的。巖心性質(zhì)是長度＝1英尺(0.3048m)，孔隙度＝0.19％，和滲透率＝160md(0.1579μm2)例1在對滲流理論的有效介質(zhì)近似法中，配位數(shù)，z，表示網(wǎng)絡的“分支”或連通。在本發(fā)明的情況下，z表示網(wǎng)格單元中的指進結(jié)構，并包括各種性質(zhì)如油/溶劑流度比，儲層非均質(zhì)性，和巖層類型的作用。一般說來，z可以類比于Todd-Longstaff混合模型中的混合參數(shù)ω。圖5A示出增加z造成減少采油量。而圖5B示出增加z造成更早的溶劑突破。采油量曲線和溶劑突破曲線二者對z值很敏感。尤其是，在2和5之間改變z，使在所產(chǎn)生的1.5孔隙體積下采油量從93％降到53％，并使所產(chǎn)生的流體達到溶劑濃度為50％時的那一點從0.55降到0.24所產(chǎn)生的孔隙體積。在這個例子中使用表1中的MCM相特性說明，并假定Damkhler值是Da1＝0，Da2＝0.1，和Da3＝0.1。這個例子的模擬在水驅(qū)滯留油飽和度為0.35時開始，并且在一維模型中采用25個網(wǎng)格單元。
在有效介質(zhì)模型中z值的增加產(chǎn)生與Todd-Longstaff混合模型中混合參數(shù)ω值的減少類似的作用；二者造成增加油的旁流(低采油率)和更早的溶劑突破，在本發(fā)明方法的實際應用中，配位數(shù)z可以是指定的大于或等于2的值。z＝2表示油和溶劑串聯(lián)流動，并表征一種沒有指進或竄流的活塞狀置換。z→ω表示油和溶劑并聯(lián)流動，并表征具有擴大指進或竄流的置換。根據(jù)這些結(jié)果，可以預期z在協(xié)調(diào)溶劑突破和油生產(chǎn)過程時是重要的參數(shù)。例2Damkhler值表示各組分在侵入?yún)^(qū)域和滯留區(qū)域之間的混合速率。圖6A-6D所示的結(jié)果表明，本發(fā)明成功地再現(xiàn)了正確的極限特性。在本例中采用表1中的MCM相特性說明，并假定對溶劑組分Damkhler值是Da1＝0，而對各油組分Da2＝Da3。本例的模擬在水驅(qū)替滯留油飽和度為0.35下開始，并在一維模型中使用25個網(wǎng)格單元。
圖6A示出當沒有混合(油的Damkhler值＝0)時，模型正確地預測在沒有各組分在各區(qū)域之間交換的情況下有純的油置換。在圖6A中，曲線30是采收的輕質(zhì)油組分的分數(shù)，而曲線31(具有與曲線30完全相同的形狀)是采收的重質(zhì)油組分的分數(shù)。輕質(zhì)組分和重質(zhì)組分的采收曲線相同，這表示油的組成沒有改變。
當有快速混合(油Damkhler值大于約5)時，兩個區(qū)域很快達到接近相同的組成。因此，在圖6D中所示的模擬結(jié)果實際上與常用單區(qū)域模型的結(jié)果相同。在圖6D中，曲線60是采收的輕質(zhì)油組分的分數(shù)，而曲線61是采收的重質(zhì)油組分的分數(shù)。圖6D中所示的結(jié)果還表明，隨著在MCM采收法中Damkhler值增加，有越來越多的輕質(zhì)油組分分數(shù)進入氣相中。結(jié)果，輕質(zhì)組分優(yōu)選地隨著侵入的(高流度)溶劑將其清除而被采收，并把在重質(zhì)組分中富含的滯留油留下來。
圖6B和6C示出用于中等混合速率的結(jié)果。在圖6B中，曲線40是采收的輕質(zhì)油組分的分數(shù)，而曲線41是采收的重質(zhì)油組分的分數(shù)。在圖6C中，曲線50是采收的輕質(zhì)油組分的分數(shù)，而曲線51是采收的重質(zhì)油組的分數(shù)。這些圖表明，采收的油量和組成特別取決于Damkhler值。因此，每種組分的采收計時(timing)可以通過調(diào)節(jié)Damkhler值來協(xié)調(diào)。采油中的一些小變化和協(xié)調(diào)生產(chǎn)的油和氣體組成可以通過改變Damkhler值為完成。例3圖7示出在Blackwell，R.J.、Rayne，J.R.和Terry，W.M.，(以后稱之為“Blackwell等人”)所著論文“影響可溶混置換效率的因素”(Petroleum Transactions，AIME(1959)216，1-8)中提出的實驗數(shù)據(jù)用于在不同的初始油/溶劑粘度比下的一次接觸溶混驅(qū)油。實驗數(shù)據(jù)表現(xiàn)為圖7中的各點，它們用等密度的均質(zhì)沙袋(pack)和流體(以使重力分離減至最小)得到。實驗是在粘度比為5、86、150和375下進行。在實驗中沒有水存在。
另外在圖7中標繪的是一些相應于用本發(fā)明的方法由模擬得到的采油量曲線，在其中初始油/溶劑粘度比設定在實驗值處，并且調(diào)節(jié)配位數(shù)以便得到與實驗數(shù)據(jù)有可能最佳的擬合。Damkhler值估計是大約為10-4(根據(jù)DT＝0.0045英尺2/天(4.2cm2/天)，φ＝0.4，L＝6英尺(1.83m)，d＝2英尺(0.61m)，和u＝40英尺/天(12.2m/天))，并因此假定實際上為零。這樣只有一個在模擬中使用的參數(shù)-配位數(shù)，z。在一維模型中用25個網(wǎng)格單元。
圖7示出在Blackwell等人的數(shù)據(jù)與用本發(fā)明方法產(chǎn)生的結(jié)果之間極好的吻合。尤其是，本發(fā)明的方法成功地預測了在開始突破之后停止采油。此外，與用于不利粘度比置換的那些數(shù)據(jù)點的吻合特別好。因為Blackwell等人所應用的系統(tǒng)是一次接觸溶混并且分散可忽略不計，所以無論是相特性還是質(zhì)量轉(zhuǎn)移在模擬采收中的變化時都不起作用。因此在這種情況下與實驗的吻合是本發(fā)明有效介質(zhì)模型的唯一證明。
盡管上面所采用的手續(xù)可以等同于與過去情況相配的油田數(shù)據(jù)，由于本發(fā)明的方法具有預測能力，所以必需能事先預測z值。z的選擇受流度比，儲層非均質(zhì)性及巖層類型影響。圖8示出一條z值曲線，用該z值曲線作為油/溶劑粘度比的函數(shù)來得到與圖7中實驗數(shù)據(jù)擬合。如圖8所示，z示出單調(diào)隨粘度比而變化。
例1和3中所給出的結(jié)果表明，配位數(shù)z，在本發(fā)明的實際應用中是一個關鍵參數(shù)，因為它可以用于匹配溶劑突破和產(chǎn)油過程。例2表明，仔細協(xié)調(diào)采油量及匹配生產(chǎn)的油氣組成，可以通過質(zhì)量轉(zhuǎn)移模型完成。
若采用配位數(shù)z，和作為可調(diào)節(jié)參數(shù)的Damkhler值，及用于正在研究中系統(tǒng)的合適相模型，可以用本發(fā)明的預測方法來匹配任何注氣過程的主要特點(包括采油量、注入流體突破、及生產(chǎn)的流體組成)。
例3表明，在本發(fā)明的方法中所用的有效介質(zhì)流度模型，可用來說明在溶混置換法中普遍存在的指進和竄流。例4提供例4來證明相特性和質(zhì)量轉(zhuǎn)移模型的應用。由Gardner，J.W.、Orr，F(xiàn).M.和Patel，P.D.(下面稱之為“Gardner等人”)在論文“相特性對CO2驅(qū)油置換效率的影響”(Journal of Technology，pp.2067-2081，1981年11月)，及Gardner，J.W.和Ypma，J.G.J.，在“CO2驅(qū)油中的相特性/宏觀旁流研究”(Society of Petroleum EngineersJournal，pp.508-520，1984年10月)中所給出的實驗數(shù)據(jù)，說明了用于溶混注氣法的相特性和置換效率(采油量)之間的關系。這些論文給出了關于下面兩種系統(tǒng)的巖心驅(qū)油實驗的結(jié)果(i)在一次接觸溶混(FCM)系統(tǒng)中用CO2置換Soltrol，和(ii)在多次接觸溶混(MCM)系統(tǒng)中用CO2置換Wasson原油。Soltrol是菲利浦石油公司制造的產(chǎn)品，而Wasson原油是來自西得克薩斯州的Wasson油田。對CO2/Soltrol系統(tǒng)，油/溶劑粘度比為16，而CO2/Wasson原油系統(tǒng)的油/溶劑粘度比為21-二者十分接近，以便使相特性成為兩個系統(tǒng)之間的唯一主要區(qū)別。因此，對所有實際場合，兩個系統(tǒng)采油量任何差異的唯一原因，可以歸因于相特性和宏觀旁流(由于相特性改變的結(jié)果)的改變。
圖9示出對CO2/Soltrol(曲線70)和CO2/Wasson(曲線71)原油系統(tǒng)得到的實驗采收曲線。不同的符號組表示在同樣條件下重復巖心驅(qū)油實驗中得到的數(shù)據(jù)。最后的采油效率是CO2/Wasson原油系統(tǒng)較低，采油速率同樣如此。
粘性指進幾乎完全對FCM CO2/Soltrol采收曲線70的形狀負責，而粘性指進和相特性二者對MCM CO2/Wasson原油采收曲線71的形狀負責。為了試驗指進對采收的影響，一維模擬首先用常用的單一區(qū)域模型進行。對于本例的模擬，將各模擬參數(shù)設定到與CO2/Soltrol和CO2/Wasson原油兩個實驗系統(tǒng)接近吻合。將CO2粘度設定在與Gardner等人提供的數(shù)據(jù)吻合的0.063cp(0.000063Pa/秒)處。Soltrol具有相當于C11-C14沸點范圍的標稱沸點范圍，該沸點范圍相應于約1.2cp(0.0012Pa/秒)的粘度。然而，為了準確地匹配實驗用油/溶劑粘度比16，Soltrol粘度假定為1.01cp(0.00101Pa/秒)。各個相粘度用本領域的技術人員周知的四分之一功率混合規(guī)則(quarter-power blending rule)。
在確定模擬中相對滲透率-飽和度關系時，利用實驗用氣體/油相對滲透率比。模擬用30個網(wǎng)格單元進行。選定網(wǎng)格單元數(shù)，以例接近實驗系統(tǒng)中的縱向分散水平。在CO2/Wasson原油模擬情況下，選定相模型與表2所示的實驗相模型相同。圖9示出由單一區(qū)域模型模擬與實驗數(shù)據(jù)(曲線70和71)一起得到的采收曲線72和73。曲線72示出CO2/Soltrol系統(tǒng)的模擬結(jié)果，而曲線73示出CO2/Wasson系統(tǒng)的模擬結(jié)果。從圖9顯然可看出，粘性指進抑制采油速率。另外很顯然，單一區(qū)域模型提供一種在CO2/Soltrol和CO2/Wasson原油系統(tǒng)中采油的不充分說明(在定性和定量上)。然而，單一區(qū)域模擬與泥漿管實驗(Gardner等人)十分吻合，在上述泥漿管實驗中抑制了旁流作用。
為了評價本發(fā)明的方法模擬實驗巖心驅(qū)油數(shù)據(jù)的能力，本發(fā)明的方法首先應用于FCM CO2/Soltrol系統(tǒng)。如此調(diào)節(jié)各參數(shù)z，Dasolvent，DaMheavy和DaMlight，以便得到與實驗數(shù)最佳可能的擬合。為簡單起見，假定DaMheavy等于DaMlight。得到最佳的擬合用于選定z＝4.5，Dasolvent＝0，DaMheavy，light＝0.5。若用相同的參數(shù)并假定Cr＝10，同時用本發(fā)明的方法對CO2/Wasson原油系統(tǒng)進行模擬。設定所有的模擬參數(shù)(相特性，相對滲透率-飽和度關系，及分散水平)，以便匹配實驗上測得的值(由Gardnter等人得到的數(shù)據(jù))。改變模擬時油的粘度，以便與Wasson原油極為相似，并且油/溶劑粘度比為21。
在圖10中，再次示出圖9的曲線70和71，以便與用本發(fā)明的兩區(qū)域模型的CO2/Soltrol系統(tǒng)的模擬結(jié)果，曲線74，及與用本發(fā)明方法中所用的兩區(qū)域模型的CO2/Wasson原油系統(tǒng)的模擬結(jié)果，曲線75，進行比較。
本發(fā)明的方法做了一項極好的工作，即采用與加到FCM CO2/Soltrol原油系統(tǒng)相同的參數(shù)匹配CO2/Wasson。用于保持z從CO2/Soltrol模擬固定的原理是，因為Soltrol和Wasson原油實驗是在同樣的巖心(相同的非均質(zhì)性程度和巖層類型)上，及在實際上相同的油/溶劑粘度比(相同的流度比)下進行，所以z值必須保持基本上不變。質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)從用于CO2/Soltrol系統(tǒng)最佳擬合的值增加。實際上，這轉(zhuǎn)變成質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率隨溶混能力的下降而增加(FCM至MCM)，因為溶混能力下降，毛細分散作用增加，同時造成更高的質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率。
在上述例子所給出的模擬中，假定滯留區(qū)域仍然是單相流體。然而，如果讓各溶劑組分轉(zhuǎn)移到那個區(qū)域的話，滯留區(qū)域的組成可以進入多相包絡，這可以由本領域的技術人員完成。這需要對滯留區(qū)域進行額外的快速計算，并且必需規(guī)定用于那個區(qū)域的蒸汽相和液相二者的滲透率。
在本發(fā)明的方法中所用的間隔開的節(jié)點模型供在給溶劑-注入儲層建模時特別有吸引力，因為在模型中所用的全部參數(shù)都具有物理意義，這些參數(shù)可以由本領域的技術人員測量或估算。
在有效介質(zhì)模型中的配位數(shù)，Z，可以調(diào)節(jié)，以便匹配注入流體生產(chǎn)的定時?？梢钥闯?，Z隨著初始的油/溶劑流度比增加而增加。
在質(zhì)量轉(zhuǎn)移函數(shù)中的常數(shù)，C1j，可以調(diào)節(jié)，以便匹配各個組分生產(chǎn)過程。分子擴散系數(shù)，Doj，可以用該技術的技術人員已知的標準校正估算。分散性，α，和擴散常數(shù)，C2取決于巖層性質(zhì)，并且將確定從實驗室到現(xiàn)場的定標(Scaling)。在大多數(shù)應用中，面際張力參數(shù)，Cr，應近似地是一常數(shù)。
本領域的技術人員也可以考慮重力對相對流度的影響，該影響在上述各例中都未提出。例如，可以預期，在一網(wǎng)格單元內(nèi)，低密度相往往會分離到網(wǎng)格單元的頂部，并且在面上的方向上具有較高的有效流度。在各例模擬中，也未考慮滲透率的各向異性。在3-D模擬中，不存在這種各向異性可能會過高估計在垂直方向上的流動。有效介質(zhì)模型的各向異性公式可以由本領域的技術人員加到模型中，但這顯著增加了計算的復雜性。
在上述各例中還沒有考慮的另一個因素是在網(wǎng)格單元中水的存在在模擬水-氣交替(WAG)注入時，氣體只注入侵入?yún)^(qū)域，而水只注入滯留區(qū)域。這樣，侵入?yún)^(qū)域的地層將只通過注入高流度的氣體控制(triggered)而不受注入水控制。水飽和度也會對油/氣體質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)有影響-它通常加到模型中。也可以由本領域的技術人員研究用于水的轉(zhuǎn)移函數(shù)，因此水也能在侵入?yún)^(qū)域和滯留區(qū)域之間間隔開。
本發(fā)明的原理及計劃應用那個原理的最佳方式已經(jīng)說明了。很顯然，對本領域的技術人員來說，如下面權利要求書所述，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，可以對上述實施例進行各種改變。因此，可以理解，本發(fā)明不限于所示和所說明的特定細節(jié)。
符號C1j在說明組分j質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)時所用的常數(shù)C2多孔介質(zhì)中表觀擴散系數(shù)與分子擴散系數(shù)之比Cγ面際張力(IFT)參數(shù)D 網(wǎng)格單元寬度Daheavy重質(zhì)油組分的Damkhler值Daj組分j的Damkhler值(除去面際張力作用)Dalight輕質(zhì)油組分的Damkhler值DaMj用于一次接觸溶混置換(除去面際張力作用)的Damkhler值Dasolvent溶劑的Damkhler值Doj用于組分j的分子擴散系數(shù)DTj用于組分j的橫向分散系數(shù)FCM 一次接觸溶混Fθ說明侵入分數(shù)和非均質(zhì)性的參數(shù)K 滲透率L 巖心/網(wǎng)格單元長度M 流度比MCM 多次接觸溶混NM 近溶混P 壓力Pc毛細壓力Pj用于組分j的等張比容參數(shù)Q 體積注入速率Sg，Sl在侵入?yún)^(qū)域中的蒸汽和液體飽和度Sw水飽和度T 時間U 速度VIG，VIL擬三元相說明參數(shù)用于溶劑-重質(zhì)終端混合物的氣相和液相中溶劑體積分數(shù)V1P擬三元相說明參數(shù)在褶點處的溶劑體積分數(shù)V3P擬三元相說明參數(shù)在褶點處的輕質(zhì)終端體積分數(shù)VP孔隙體積w1，w2，w3溶劑體積分數(shù)，重質(zhì)油分數(shù)和輕質(zhì)油分數(shù)wi1，wi2，wr3在侵入?yún)^(qū)域中溶劑體積分數(shù)和重質(zhì)油分數(shù)wr1，wr2，wr3在滯留區(qū)域中溶劑體積分數(shù)和重質(zhì)油分數(shù)X 長度xij在侵入?yún)^(qū)域的非水部分中組分j的體積分數(shù)xj，yj在侵入?yún)^(qū)域的液體和蒸汽部分中組分j的體積分數(shù)xrj在滯留區(qū)域的非水部分中組分j的全積分數(shù)Z 配位數(shù)αr橫向分散性β 無量綱滲透率，＝k/uLγ 面際張力γmax用于非溶混置換的最大氣體-油面際張力ξ 無量綱長度，＝x/Lζl，ζv液體和蒸汽的摩爾密度φ 孔隙度kj組分j的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)Λj組分j從滯留區(qū)域到侵入?yún)^(qū)域的轉(zhuǎn)移速率(體積/時間)λive，λile，λroe侵入?yún)^(qū)域中蒸汽相，侵入?yún)^(qū)域中液相，和地層流體的有效流度λ1總有效流度，＝λive+λile+λroe+λwλw水的流度θ 網(wǎng)格單元的侵入分數(shù)τ 無量綱時間，＝ut/φL
權利要求
1.一種模擬多組分含烴類地層中一個或多個特性的方法，其中，將一種包括至少一個組分的流體穿過至少一個井注入地層，以便置換儲層中的烴類，該方法包括以下步驟(a)使至少一維中的地層與許多網(wǎng)格單元相等；(b)將網(wǎng)格單元其中至少某些網(wǎng)格單元分成兩個或兩個以上區(qū)域，第一區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元被置換流體波及的部分，和第二區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元未被注入流體波及的部分，在每個區(qū)域中各組分的分布基本上是均勻的；(c)建立一個表示每個區(qū)域內(nèi)流體性質(zhì)，利用滲流理論原理在各網(wǎng)格單元之間流動的流體，及各區(qū)域間組分輸送速率特征的模型；和(d)用該模型模擬地層其中之一或一個以上特點。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(d)預測地層的性質(zhì)，并且該地層包括隨時間而變的各種流體。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于置換流體可與地層中的烴類溶混。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于置換流體可與地層中存在的烴類多次接觸溶混。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于置換流體是二氧化碳。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于置換流體包括氣態(tài)烴。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟(c)中所建立的模型還表示各網(wǎng)格單元區(qū)域之間能量輸送的特點。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于置換流體是蒸汽，并且步驟(c)的模型還表示各網(wǎng)格單元區(qū)域之間能量輸送的特點。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于各網(wǎng)格單元包括無結(jié)構的網(wǎng)格單元。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于各網(wǎng)格單元是三維的。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于各網(wǎng)格單元是三維的。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于模型還考慮到每個區(qū)域內(nèi)的組分擴散、分散性、及面際張力。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于各區(qū)域之間的組分輸送速率與驅(qū)動力乘以阻力成正比。
14.一種模擬多組分含烴類地層中一個或多個特性的方法，將一種置換流體注入該地層中，以便置換地層中存在的地層烴類，該方法包括(a)使地層其中至少一部分與許多網(wǎng)格單元相等；(b)將每個網(wǎng)格單元分成兩個區(qū)域，第一區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元的溶劑波及部分，而第二區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元基本上未被溶劑波及的部分，每個網(wǎng)格單元內(nèi)的流體組成基本上是均勻的；(c)利用滲流理論原理建立一個模型，該模型包括表示每個區(qū)域中每一相流度特點的函數(shù)，表示每個區(qū)域中相特性特點的函數(shù)，及表示各區(qū)域之間每種組分質(zhì)量轉(zhuǎn)移特點的函數(shù)；和(d)在模擬裝置中用模型來模擬地層的生產(chǎn)并確定其一個或多個特點。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于重復步驟(a)-(d)多個時段，并用這些結(jié)果來預測儲層的性質(zhì)，并且該儲層包括隨時間而變的各種流體。
16.一種確定多組分含烴類地層中之一或多個特性的系統(tǒng)，將具有至少一種組分的置換流體注入地層中，上述模型用許多網(wǎng)格單元表示地層的特點，該系統(tǒng)包括(a)一種具有每個網(wǎng)格單元分成兩個區(qū)域的模型，第一區(qū)域表示每個網(wǎng)格區(qū)域其中被置換流體波及的部分，而第二區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元其中基本上未被置換流體波及的部分，每個區(qū)域中各組分的分布基本上是均勻的，并且每個區(qū)域中各流體的流度根據(jù)滲流理論的原理確定；和(b)一種模擬裝置，它耦合到上述模型上，以便由該模擬裝置模擬地層來確定特點。
17.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于該模型是表示每個區(qū)域內(nèi)各流體性質(zhì)，各網(wǎng)格單元之間的流體流動，及各區(qū)域之間組分輸送的特點。
18.用模擬裝置在計算機上模擬含烴類地層中多組分流體系統(tǒng)中至少一種組分的方法，它們的特征用一組方程式說明，該方法包括以下步驟(a)提供一種具有將每個網(wǎng)格分成兩個區(qū)域的模型，第一區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元其中被置換流體波及的部分，而第二區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元其中基本上未被置換流體波及的部分，在每個區(qū)域中各組分的分布基本上是均勻的，并且每個區(qū)域中各流體的流度根據(jù)滲流理論的原理確定；和(b)因而在模擬裝置中用模型模擬地層中組分的變化。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于模擬多組分,含烴地層其中之一或多個特點的方法,具有至少一個組分的置換流體注入上述地層中,以便置換地層烴類(圖1,標號5)。方法的第一步是使地層其中至少一部分與許多網(wǎng)格單元(圖2,標號10)相等。然后將每個網(wǎng)格單元分成兩個區(qū)域,第一個區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元被置換流體波及的部分(圖3,標號16),而第二區(qū)域表示每個網(wǎng)格單元基本上未被置換流體波及的部分(標號17)。假定每個區(qū)域中各組分的分布基本上是均勻的。建立一個模型,該模型代表每個區(qū)域內(nèi)流體性質(zhì),流體用滲濾原理在各網(wǎng)格單元間流動,及各區(qū)域之間的組分輸送等的特點。然后在模擬裝置中用該模型模擬地層其中之一或多個特點。
文檔編號E21B43/16GK1378666SQ00814202
公開日2002年11月6日 申請日期2000年10月3日 優(yōu)先權日1999年10月12日
發(fā)明者許椿, 加里·F·泰萊策克, 西拉姆·S·尼瓦蒂 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?