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29.水力裂缝建模_利用关系式与局部网格加密

本文档展示了在Petrel软件中如何利用内置‘关系式’(Correlation)或者在局部网格加密(Make Local Grid)进程中利用‘Grid to hydraulic fracture’选项对裂缝周围进行加密的方式建立水力裂缝模型。本文档简要讨论了这两种方法以及工作流程,并且展示了一些可能导致无效水力裂缝的情况。

1 水力裂缝建模需要的技术

I. 为准确表征裂缝的几何性质,利用局部网格加密技术对裂缝周围网格进行加密

II. 利用负表皮

III. 修改井指数PI

IV. 粗化精细模型的模拟结果。某些工具和手段可以用来拟合粗化裂缝模型和精细裂缝模型之间的压力及产量,但过程费时。因此,Petrel引入了一个内置关系式,通过调整粗化网格模型的井指数以及近井范围的网格传导率来拟合精细网格模型。

本文档仅讨论以上四种技术中的方法I和方法IV。为了准确模拟水力裂缝,需要确保水力裂缝是一个有效的完井事件。在下一节中,我们会讨论一些无效的水力裂缝。

2 水力裂缝的有效性

建立水力裂缝以后,首先应该在对应井的‘Completion’文件夹中检查水力裂缝的完井事件,确保此事件上没有叉号(若水力裂缝上有叉号说明该水力裂缝无效)。如果水力裂缝上没有叉号,仍需要在‘well section’窗口以及3D窗口显示建立的裂缝,以确保建立的裂缝不靠近模型边界、断层或者超出模型边界。

2.1 案例:不能被模拟的无效水力裂缝

2.1.1 再次压裂

如果已经建立了一个水力裂缝,然后通过复制创建一个新的裂缝,那么由于这两个裂缝会重合,它们都会失效,改变裂缝的名字也无济于事。为了使它们有效,要么将新裂缝挪到一个新位置,要么改变新裂缝事件的日期。如果想通过复制原来水力裂缝的方式对井进行再次压裂,需要更新再次压裂的日期。在实际应用中,对地层的再次压裂几乎不可能使裂缝的性质(裂缝渗透率和宽度)以及垂直方向上的范围保持与原来一模一样的状态。但在软件操作中,可以让它们与原来的状态保持一致。

2.1.2 不同水力裂缝相距太近或者有重叠

如果两个裂缝相距太近导致部分重合,那么其中一条裂缝将会失效。在客户要求裂缝深度不能改变的情况下,为了使裂缝重新生效需要更改裂缝事件数据。但仍可能会收到关于区域传导率受到水力裂缝影响的警告信息,并且Petrel可能不会输出相关的传导率信息。

2.1.3 水力裂缝被放置在了3D网格之外

接下来是一个水力裂缝完全置于网格之外的例子。在‘Completions’文件夹下,Hyd Frac1上显示着一个叉号,鼠标右键点击它,并选择‘Show completion errors’即可得到相关的错误信息。在‘well section’窗口中,此水力裂缝显示为红色,并且在3D窗口中可以看到裂缝位于网格的外部。

2.1.4 部分水力裂缝超出3D网格顶部或者底部之外

此例为部分水力裂缝超出3D网格,错误提示内容与上节相同。

2.1.5 水力裂缝放置在位于3D网格边界的井上

当井离模型边界太近时,水力裂缝也会失效。如果井位于边界或者网格的边缘,而水力裂缝的长度超过了井所在网格的长度,无论裂缝如何放置都将会延伸到网格之外,那么它也会失效。

即使为了使它生效将裂缝强制放置在网格之内,裂缝也不能用关系式或者局部网格加密的方法来模拟。因为Petrel不能识别水力裂缝影响的范围。

注意:当井离边界、网格边缘或者断层太近时不适合做水力压裂。

3 水力裂缝模拟:利用关系式或者局部网格加密

如果水力裂缝有效,那么用户需要确定如何模拟它:

1. 利用关系式

2. 利用‘Make local grid’进程中的‘Grid to hydraulic fractures’选项加密水力裂缝周围的网格。

3.1 利用关系式

水力裂缝创建好之后,‘Use correlation’选项是默认选中的。在建立数值模拟方案(Define Simulation Case)的进程中,将压裂的井包含在生产开发策略中,就可以利用关系式来模拟水力裂缝了。

注意:如果项目太复杂或者运行耗时太长,建议在运行前直接将关键字导出,检查下Message log窗口和Simulation log ,因为这两个日志都可能包含有关水力裂缝的信息。如果出现问题,那么Message log中会有对应的提示。在下一节中介绍了一些常见的问题。

3.1.1 ‘Use Correlation’如何工作

Petrel不仅修正了所有被裂缝穿过的网格的传导率,而且还修正了裂缝附近区域的其它网格的X, Y, Z方向上的传导率倍数。Z方向上传导率倍数的输出仅对水平井适用。Petrel利用裂缝的几何性质及渗透率计算这些倍数。

网格与网格之间,以及井与网格之间的传导率倍数是通过计算公式得出的,此公式斯伦贝谢已获得相关专利。此公式从单相模型而来,整合了由局部网格加密描述的显式裂缝模型。 这些单相模型结合了网格大小,裂缝长度,裂缝与网格间的角度,裂缝渗透率与网格渗透率的比值以及井在网格中的位置等。

通过自动化进程,我们建立了一系列的关系式,可以给出相关的传导率乘子与上面所有参数的函数关系。此关系式已经整合到了Petrel软件中,当输出包含水力裂缝的方案时,Petrel会利用此关系式计算裂缝及其周围网格的属性从而推导得出相应的传导率倍数,然后导出到ECLIPSE中进行计算。

3.1.2 因水力裂缝而修改的传导率

Petrel通过修改井上所有与裂缝相接触网格的连接因子以及X、Y、Z(仅当井为水平井时)方向上的传导率来考虑水力裂缝的影响。

3.1.2.1 连接因子

Petrel计算的裂缝测深范围是井上裂缝穿过的区域,然后对这个区域内的所有连接应用连接因子倍乘系数。如果是直井,用户可以在Well Section窗口看到裂缝的测深范围。如果是水平井,且与裂缝相交于一点,那么Petrel仅将连接因子倍乘系数应用到相交的连接上。如果是水平井,且方向与裂缝平面一致,那么Petrel会将连接因子倍乘系数应用到所有与裂缝相交的连接上。

3.1.2.2 X、Y、Z方向上的传导率

3.1.2.2.1 裂缝仅位于一个网格中

在这种情况中,裂缝网格与周边相邻八个网格的传导率会被修改。中间的红线是裂缝,箭头为网格X方向传导率,所有与裂缝接触的层位的传导率都会被修改。

3.1.2.2.2 裂缝穿过多个网格

这时,Petrel会找到平面上所有与裂缝接触的网格,扩展形成一个较大的粗网格(矩形或者方形),然后计算其周围八个粗网格的传导率倍数。此过程会应用到所有裂缝接触到的层位。

3.2 ‘Make Local Grid’ 进程中的‘Grid to Hydraulic Fractures’选项

若要开启此选项,用户需要到水力裂缝的设置对话框中的‘Fracture Properties’面板关闭‘Use Correlation’选项。如果‘Use Correlation’选项是开启状态,在使用‘Make local grid’功能的过程中将无法看到水力裂缝。

如果要将井上任一水力裂缝周围网格加密成按对数间距展开的形式,就需要使用该选项。局部加密网格将对称地分布在裂缝两边,并延伸至其主网格边缘,因此它的范围将比裂缝的长度要长。但在‘Define simulation case’过程中应用局部加密网格时,Petrel仅会输出裂缝范围内局部加密网格的属性修改系数。

注意:当使用此选项时,在‘Make local grid’面板的source tree中可以看到井上对应的水力裂缝。只有未使用‘Use the correlation’时才会显示出来。

此进程的详细设置可以参考:『Petrel RE 使用技巧』为水平井设置水力裂缝并进行局部网格加密。

4 需要注意的问题

4.1 断层周边的裂缝

如果裂缝位于断层附近,那么可能无法识别出所有的应该修正的传导率区域。在这种情况下,Petrel将仅计算识别区域的传导率修正系数,并给说一个警告信息"Cannot identify all transmissibility regions..."

4.2 裂缝间干扰

理想情况下,水力裂缝不应该相距太近,以至于它们各自影响的传导率修正区域出现重叠(Petrel无法很好的描述这种干扰)。如果发生这种干扰,那么在重叠的传导率修正区域,传导率修正系数会是每个裂缝产生的修正系数的乘积,并给出一个关于裂缝干扰的警告信息。为了避免这种重叠情况发生,需要在相关的裂缝周围使用局部网格加密而不使用关系式。

4.3 局部网格加密

如果使用局部网格加密(LGR),那么水力裂缝必须在加密网格的范围内。否则,裂缝将被忽略,同时给出一个警告信息。

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