本發(fā)明具體涉及一種基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法，具體涉及對巖石真實(shí)儲(chǔ)集空間中氣水兩相非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程的模擬，屬于油氣田開發(fā)。

背景技術(shù)：

1、我國處于開發(fā)階段的氣藏多為邊水水驅(qū)氣藏、底水水驅(qū)氣藏或邊底水驅(qū)氣藏，這些氣藏統(tǒng)稱為水驅(qū)氣藏。隨著地層壓力的降低，地層水侵入氣藏，封隔氣體，并占據(jù)部分氣體的滲流通道，降低氣井產(chǎn)能和氣藏采收率。

2、目前，一般基于規(guī)則通道(圓形或三角形)構(gòu)建的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型開展氣水兩相穩(wěn)態(tài)滲流模擬或非穩(wěn)態(tài)滲流模擬，以認(rèn)識(shí)水驅(qū)氣藏中微觀尺度水侵過程和水侵動(dòng)態(tài)。但是這些方法均無法準(zhǔn)確反映巖石真實(shí)儲(chǔ)集空間形態(tài)下的氣水兩相滲流特征，同時(shí)，碳酸鹽巖氣藏中孔隙、溶洞和裂縫共存，儲(chǔ)集空間形態(tài)更為復(fù)雜，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)其氣水兩相滲流特征的難度極大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法的不足，提出了一種基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法，可準(zhǔn)確模擬包含孔隙、溶洞和裂縫的真實(shí)儲(chǔ)集空間中氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流過程，模擬過程邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，準(zhǔn)確性高，可為水驅(qū)氣藏(尤其是碳酸鹽巖巖石有水氣藏)高效開發(fā)提供指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用效果顯著。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，提出如下的技術(shù)方案：

3、一種基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法，包括如下步驟：

4、s1：開展微ct掃描實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建碳酸鹽巖三維數(shù)字巖心；

5、取碳酸鹽巖巖石樣品，開展微ct掃描實(shí)驗(yàn)，獲取碳酸鹽巖樣品的二維ct圖像；

6、對二維ct圖像進(jìn)行中值濾波和二值化處理，建立包含孔隙、溶洞和裂縫的三維數(shù)字巖心，準(zhǔn)確表征碳酸鹽巖巖石樣品孔隙空間性質(zhì)；

7、s2：運(yùn)用格子玻爾茲曼方法，模擬碳酸鹽巖三維數(shù)字巖心中氣水兩相非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)；

8、設(shè)定氣相流體和水相流體的性質(zhì)參數(shù)，兩相流體格子玻爾茲曼方程如下：

9、fik(x+eiδt,t+δt)-fik(x,t)＝-ω[fki(x,t)-fik,eq(x,t)]???(1)；

10、式(1)中，fi為粒子分布函數(shù)，kg/m3；i＝0，1，…，18，代表19個(gè)格子速度方向；ei為格子速度，m/s；t為時(shí)間，s；ω為碰撞矩陣，ω＝m-1sm，m為粒子分布函數(shù)fi的變換矩陣；k＝1代表水相，k＝2代表氣相；fieq為平衡態(tài)粒子分布函數(shù)，如下：

11、

12、式(2)中，ρ為流體密度，kg/m3；wi為權(quán)系數(shù)；u為流體速度，m/s；cs為聲速，m/s；

13、初始化兩相流體的速度場u1(x，0)、u2(x，0)、密度場ρ1(x，0)、ρ2(x，0)和分布函數(shù)：

14、

15、隨后，設(shè)定邊界條件，以壓力梯度▽p按式(1)開始演化，在每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)x處執(zhí)行碰撞：

16、

17、執(zhí)行遷移：

18、

19、或執(zhí)行反彈：

20、

21、式(4)中，τ1為水相無因次弛豫時(shí)間，τ2為氣相無因次弛豫時(shí)間；

22、即，實(shí)現(xiàn)對碳酸鹽巖三維數(shù)字巖心中氣水兩相非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程的模擬，可直觀展示水侵前沿和水侵動(dòng)態(tài)；

23、s3：每若干次迭代，計(jì)算一次巖石中速度場和密度場，其中，流體速度u：

24、

25、流體密度ρ：

26、

27、流體壓力p：

28、pk＝ρkrgt???(9)；

29、式(9)中，rg為氣體常數(shù)；t為氣體動(dòng)理學(xué)溫度；

30、即，得到不同時(shí)刻的碳酸鹽巖巖石中不同位置的流體壓力、水相流速和氣相流速，獲得碳酸鹽巖的水侵動(dòng)態(tài)特征。

31、此外，本技術(shù)方案還提供：一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法的步驟。

32、以及，本技術(shù)方案還提供：一種基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法的信息數(shù)據(jù)處理終端。

33、采用本技術(shù)方案，帶來的有益技術(shù)效果為：

34、一、本發(fā)明結(jié)合碳酸鹽巖三維數(shù)字巖心和基于shan-chen作用力模型的格子玻爾茲曼方法，首次實(shí)現(xiàn)了對包含孔隙、溶洞和裂縫的真實(shí)儲(chǔ)集空間中氣水兩相滲流過程的準(zhǔn)確模擬，有助于提升對碳酸鹽巖儲(chǔ)層水侵動(dòng)態(tài)和水侵特征的認(rèn)識(shí)；本方法使用方便，模擬過程邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，準(zhǔn)確性高，可為水驅(qū)氣藏(尤其是碳酸鹽巖有水氣藏)高效開發(fā)提供指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)；

35、二、本發(fā)明可模擬氣水兩相流在孔隙、溶洞和裂縫中的非穩(wěn)態(tài)滲流過程，較現(xiàn)有技術(shù)(如：cn112098293a)而言，涉及的研究對象更加復(fù)雜；以及，本發(fā)明運(yùn)用格子玻爾茲曼方法模擬氣水兩相滲流，相比現(xiàn)有技術(shù)(最大球算法、球棒模型)，格子玻爾茲曼方法具有介于微觀分子動(dòng)力學(xué)模型和宏觀連續(xù)模型的介觀模型特點(diǎn)，因此，本發(fā)明具有流體相互作用描述簡單、復(fù)雜邊界易于設(shè)置、易于并行計(jì)算、程序易于實(shí)施等優(yōu)勢。

技術(shù)特征：

1.一種基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法，其特征在于，所述對二維ct圖像進(jìn)行處理包括：對二維ct圖像進(jìn)行中值濾波和二值化處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法，其特征在于，所述根據(jù)格子玻爾茲曼方法，模擬所述碳酸鹽巖三維數(shù)字巖心中氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流過程，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法，其特征在于，所述根據(jù)碳酸鹽巖三維數(shù)字巖心中氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流過程，獲取不同時(shí)刻碳酸鹽巖巖石中不同位置的流體壓力和流速分布，得碳酸鹽巖的水侵動(dòng)態(tài)特征，具體包括：

5.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法的步驟。

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法的信息數(shù)據(jù)處理終端。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于格子玻爾茲曼的氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流模擬方法，屬于油氣田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。首先，通過開展微CT掃描實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建碳酸鹽巖三維數(shù)字巖心，準(zhǔn)確表征其真實(shí)儲(chǔ)集空間形態(tài)；然后，通過編寫程序語言，使用基于Shan?Chen作用力模型的格子玻爾茲曼方法，模擬碳酸鹽巖三維數(shù)字巖心中氣水兩相非穩(wěn)態(tài)滲流過程，直觀展示碳酸鹽巖巖石中不同時(shí)刻的水侵前沿和水侵動(dòng)態(tài)；最后，得到不同時(shí)刻碳酸鹽巖巖石中流體壓力和流速分布，獲得碳酸鹽巖的水侵動(dòng)態(tài)特征?？蔀樗?qū)氣藏（尤其是碳酸鹽巖巖石有水氣藏）高效開發(fā)提供指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用效果顯著。

技術(shù)研發(fā)人員：李滔,戚濤,張春,袁山,吳婷婷,李秋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油天然氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19