长井段密集射孔储层暂堵优化方法、系统和计算机设备

技术领域

本发明涉及资源开采技术领域，尤其涉及一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法、系统和计算机设备。

背景技术

地下储气库是事关能源安全和民生保障的工程，在储气库的运行过程中，对于因长期注采而发生气侵或井漏的注采井，需要对注采井进行修井作业。在修井作业过程中，需要应用暂堵技术对注采井的井周储层进行暂堵，以隔绝地层压力，保持井筒压力正常，以支撑修井作业的安全实施。

暂堵技术是一种新型高效的油气井储层临时封堵方法，选用针对储层特性的暂堵材料，通过暂堵参数的设计与实施，对储层待封堵区域进行临时封堵。如果选用与储层特性不匹配的暂堵剂，不仅达不到预期的封堵效果，还可能会对储层造成不可逆的污染。当前，行业内多通过基于相似准则的室内实验进行规律性探索，但物理实验过程繁琐，大量实验成本较高。

现阶段油气井储层暂堵的方法和相关工艺的设计，主要通过构建物理模型，进行连续相和离散相的双向耦合计算，进而求解流-固双向耦合问题，比选确定暂堵剂剂量多少、加入时机等关键参数。当前的数值模拟中，由于没有考虑井筒中暂堵剂运移对裂缝(射孔)的影响，尚不能综合模拟大尺度模型中暂堵剂在井筒和裂缝(射孔)中的运移规律。

例如，在申请号为202110703894.0、主题名称为“一种模拟暂堵剂在干热岩粗糙裂隙内输运过程的数值方法”的发明专利中，使用的数值模型尺度较小，不能真实描述暂堵剂在井筒和裂缝内的运移-封堵过程；基于井筒数值模拟或裂缝扩展模型的求解结果，不能综合反应暂堵剂在井筒与裂缝中的运移情况，并且求解过程迭代次数较多，误差较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体针对不能综合模拟大尺度模型中暂堵剂在井筒和裂缝(射孔)中的运移规律等问题，具体提供了一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法、系统和计算机设备，以优化长井段密集射孔储层的暂堵参数，具体如下：

1)第一方面，本发明提供一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法，具体技术方案如下：

基于目标井的长井段的油气井注采信息和密集射孔信息，建立长井段对应的三维井筒-裂缝耦合模型，并基于三维井筒-裂缝耦合模型，构建长井段对应的近井裂缝多孔介质模型；

构建长井段对应的井筒-裂缝流固耦合数值模型；

将井筒-裂缝流固耦合数值模型和近井裂缝多孔介质模型进行耦合衔接，利用耦合衔接后的模型对长井段的密集射孔储层暂堵过程进行数值模拟，根据数值模拟结果进行暂堵参数的比选和优化。

本发明提供的一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法的有益效果如下：

既考虑流体流动对暂堵剂运动的影响，又考虑暂堵剂运动对流体的影响，还考虑温度变化和裂隙粗糙表面对暂堵剂力学封堵性能的影响，从而实现连续相和离散相的双向耦合计算，达到同时考虑连续相和离散相相互作用，准确求解流-固双向耦合问题的目的，为定量化设计暂堵剂加量、加入时机等参数提供依据。

在上述方案的基础上，本发明的一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法还可以做如下改进。

进一步，构建长井段对应的井筒-裂缝流固耦合数值模型，包括：

根据长井段的基本参数，构建井筒-裂缝流固耦合数值模型。

进一步，基于三维井筒-裂缝耦合模型，构建长井段对应的近井裂缝多孔介质模型，包括：

基于三维井筒-裂缝耦合模型、动量方程、多孔介质参数和长井段的射孔完井信息，建立近井裂缝多孔介质模型。

进一步，井筒-裂缝流固耦合数值模型包括：质量守恒方程和动量守恒方程，以及标准k-ε湍流模型中的湍动能k和湍流耗散率ε的约束方程。

2)第二方面，本发明还提供一种长井段密集射孔储层暂堵优化系统，具体技术方案如下：

包括第一模型建立模块、第二模型建立模块和耦合优化模块；

第一模型建立模块用于：基于目标井的长井段的油气井注采信息和密集射孔信息，建立长井段对应的三维井筒-裂缝耦合模型，并基于三维井筒-裂缝耦合模型，构建长井段对应的近井裂缝多孔介质模型；

第二模型建立模块用于：构建长井段对应的井筒-裂缝流固耦合数值模型；

耦合优化模块用于：将井筒-裂缝流固耦合数值模型和近井裂缝多孔介质模型进行耦合衔接，利用耦合衔接后的模型对长井段的密集射孔储层暂堵过程进行数值模拟，根据数值模拟结果进行暂堵参数的比选和优化。

在上述方案的基础上，本发明的一种长井段密集射孔储层暂堵优化系统还可以做如下改进。

进一步，第二模型建立模块具体用于：根据长井段的基本参数，构建井筒-裂缝流固耦合数值模型。

进一步，第一模型建立模块构建长井段对应的近井裂缝多孔介质模型的过程，包括：

基于三维井筒-裂缝耦合模型、动量方程、多孔介质参数和长井段的射孔完井信息，建立近井裂缝多孔介质模型。

进一步，井筒-裂缝流固耦合数值模型包括：质量守恒方程和动量守恒方程，以及标准k-ε湍流模型中的湍动能k和湍流耗散率ε的约束方程。

3)第三方面，本发明还提供一种计算机设备，计算机设备包括处理器，处理器与存储器耦合，存储器中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机设备实现上述任一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法。

4)第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现上述任一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法。

需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例的一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法的流程示意图之一；

图2为本发明实施例的一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法的流程示意图之二；

图3为本发明实施例的一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法的流程示意图之三；

图4为本发明实施例的一种长井段密集射孔储层暂堵优化系统的结构示意图；

图5为本发明实施例的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例的一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法，包括如下步骤：

S1、基于目标井的长井段的油气井注采信息和密集射孔信息，建立长井段对应的三维井筒-裂缝耦合模型，并基于三维井筒-裂缝耦合模型，构建长井段对应的近井裂缝多孔介质模型；

其中，借助于工程软件，目标井的长井段的油气井注采信息和密集射孔信息，建立长井段对应的三维井筒-裂缝耦合模型。

S2、构建长井段对应的井筒-裂缝流固耦合数值模型；

S3、将井筒-裂缝流固耦合数值模型和近井裂缝多孔介质模型进行耦合衔接，利用耦合衔接后的模型对长井段的密集射孔储层暂堵过程进行数值模拟，根据数值模拟结果进行暂堵参数的比选和优化。

可选地，S2中，构建长井段对应的井筒-裂缝流固耦合数值模型，包括：

S20、根据长井段的基本参数，构建井筒-裂缝流固耦合数值模型。

可选地，在上述技术方案中，S1中，基于三维井筒-裂缝耦合模型，构建长井段对应的近井裂缝多孔介质模型，包括：

基于三维井筒-裂缝耦合模型、动量方程、多孔介质参数和长井段的射孔完井信息，建立近井裂缝多孔介质模型。

可选地，在上述技术方案中，井筒-裂缝流固耦合数值模型包括：质量守恒方程和动量守恒方程，以及标准k-ε湍流模型中的湍动能k和湍流耗散率ε的约束方程。

本发明实施例的一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法，既考虑流体流动对暂堵剂运动的影响，又考虑暂堵剂运动对流体的影响，还考虑温度变化和裂隙粗糙表面对暂堵剂力学封堵性能的影响，从而实现连续相和离散相的双向耦合计算，达到同时考虑连续相和离散相相互作用，准确求解流-固双向耦合问题的目的，为定量化设计暂堵剂加量、加入时机等参数提供依据。

通过如下实施例，对本发明的一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法进行阐述，如图2所示，具体包括：

S101、建立三维井筒-裂缝耦合模型，具体地：

基于目标井的长井段的油气井注采信息和密集射孔信息，建立长井段对应的三维井筒-裂缝耦合模型。

其中，长井段一般为百米级井段，射孔以15-25孔/m的射孔密度分布在该长井段，因而定义为长井段密集射孔，得到密集射孔信息。

根据长井段地层参数及钻井、射孔参数，利用建模软件完成井筒-裂缝(射孔)耦合物理模型建立，将所构建物理模型导入流体力学仿真软件，选用筛选出数学模型，完成三维井筒-裂缝流固耦合模型的构建。

S102、建立井筒-裂缝流固耦合数值模型，具体根据长井段的基本参数，构建井筒-裂缝流固耦合数值模型，具体地：

根据长井段的基本参数，建立井筒-裂缝流固耦合数值模型即井筒流固耦合暂堵模拟控制方程组，将井筒-裂缝流固耦合数值模型进行离散单元化处理，离散单元化处理即流体仿真前置处理，具体指单元网格划分，划分时选用合理网格尺寸，并且保留井筒-裂缝流固耦合数值模型上射孔的出口设置，射孔的出口设置在流体仿真软件中及选中射孔末端面，将其属性定义为“出口”即可；暂堵剂排量、浓度配比和粒径组合的参数均可根据油田资料在流体仿真软件中对应窗格完成设置，设置暂堵剂排量、浓度配比和粒径组合的参数；将已知长井段的基本参数以及所选取的暂堵剂性质信息输入井筒-裂缝流固耦合数值模型的控制方程组，得到控制输出结果，控制输出结果涉及两套流体仿真软件交互，即通过第一个流体仿真软件如DEM的输出结果，作为第二个流体仿真软件如Fluent的输入结果，从而完成整套精确的数值模拟，控制输出结果具体包括：在某时刻的各井筒单元的法向不连续位移量、切向不连续位移量、压力、暂堵剂流量和浓度以及各射孔出口处套管流压；井筒-裂缝流固耦合数值模型包括：质量守恒方程、动量守恒方程，以及标准k-ε湍流模型中的湍动能k和湍流耗散率ε的约束方程，具体如下：

1)质量守恒方程为：q相的质量守恒方程，q相的质量守恒方程具体为：

2)动量守恒方程为：q相的动量守恒方程，q相的动量守恒方程具体为：

其中，/>

3)标准k-ε湍流模型中的湍动能k和湍流耗散率ε的约束方程的约束方程包括：

其中，k表示湍流动能，ε表示湍流耗散率，G

S103、构建近井裂缝多孔介质模型，具体地：

基于三维井筒-裂缝耦合模型、动量方程、多孔介质参数和长井段的射孔完井信息，建立近井裂缝多孔介质模型，将近井裂缝多孔介质模型进行离散单元化处理，且保留近井裂缝多孔介质模型中的射孔的入口设置。

其中，动量方程为：

其中，多孔介质模型属于工程软件中的具体工程模型，就是基于动量方程进行构建的。

其中，多孔介质参数可根据所需模拟实际工况进行合理设定，本专利所讨论的为长井段密集射孔储层暂堵优化方法，所述多孔介质参数为某一选定参数值，涉及油田保密信息，多孔介质参数根据井筒-射孔参数设定即可，多孔介质的参数包括：油田给定地质参数、储层信息、射孔信息、井段长度。

其中，在构建物理模型时，将“多孔介质”作为模型部分进行构建，在流体仿真软件中，将“多孔介质”实体部分按照给定地质参数设定为“多孔介质流体单元”。

S104、将井筒-裂缝流固耦合数值模型和近井裂缝多孔介质模型进行耦合衔接，具体地：

基于井筒-裂缝流固耦合数值模型的计算结果，结合近井裂缝多孔介质模型中的参数，利用计算机软件Profile进行耦合衔接，得到耦合衔接后的模型。其中，多孔介质模型属于工程软件中的具体工程模型，带入具体研究数据，修正后用Profile进行耦合，建立模型即耦合衔接后的模型。

S105、利用耦合衔接后的模型对长井段的密集射孔储层暂堵过程进行数值模拟，根据数值模拟结果进行暂堵参数的比选和优化，具体地：

基于Euler模型，结合S102中的质量守恒方程和动量守恒方程，以及标准k-ε湍流模型中的湍动能k和湍流耗散率ε的约束方程，将耦合衔接后的模型的计算结果进行整理分析，获得一组暂堵工艺设计参数。总结数值模拟计算结果，对比分析暂堵效果，进行暂堵参数的比选和方案优化。

其中，Euler模型为欧拉模型。可使用欧拉-欧拉模型或者欧拉-拉格朗日模型进行参数比选分析，拉格朗日是着眼于流体质点，欧拉是着眼于空间点。可以通过控制变量法设计一个模拟顺序，变化其中一个，剩余几个不变，最后通过画云图，进行相关参数的具体分析，理论分析后得出最佳方案。

在另外一个实施例中，如图3所示，包括：

S1001、目标设计井段相关参数搜集，具体搜集测井资料与解释资料、现场施工指导信息、射孔完井信息和暂堵剂相关信息。

S1002、建立井筒-近井裂缝模型中的井筒部分的数值模型，保留井筒模型即井筒-裂缝流固耦合数值模型的上射孔的出口设置。

S1003、输入选取优化范围内的暂堵剂参数；

S1004、求解井筒-近井裂缝模型中的井筒部分的数值模型；

S1005、判断结果是否收敛，若是，执行S1006，若否，返回执行S1002；

S1006、建立结合包括多孔介质和射孔深度的多孔介质模型，考虑射孔内暂堵的井筒-近井裂缝的流固耦合模型；

S1007、求解井筒-近井裂缝的流固耦合模型；

S1008、判断结果收敛固相浓度是否满足预期，若是，执行S1009，若否，返回执行S1006。

S1009、更新暂堵剂相关参数；

S1010、判断是否计算结束，若是，执行S1011，若否，返回执行S1006。

S1011、长直井段密集射孔暂堵模拟结果分析。

S1012、判断是否进行参数优化，若是，返回执行S1006，若否，执行S1013。

S1013、输出优化暂堵参数。

本发明提供了一种基于数值模拟的长井段密集射孔储层暂堵优化方法，基于油气井的储层物性参数、完井参数及暂堵剂参数，建立基于完井参数的井筒-裂缝数值模型；同时，结合储层参数和暂堵剂参数构建井筒-裂缝流固耦合数值模型，通过对长井段密集射孔储层暂堵过程的数值模拟，进行暂堵参数的比选和方案优化。通过构建粗糙裂隙物理模型，将流体视作连续相，将暂堵剂看作离散相，既考虑流体流动对暂堵剂运动的影响，又考虑暂堵剂运动对流体的影响，还考虑温度变化和裂隙粗糙表面对暂堵剂力学封堵性能的影响，从而实现连续相和离散相的双向耦合计算，达到同时考虑连续相和离散相相互作用，准确求解流-固双向耦合问题的目的，为定量化设计暂堵剂加量、加入时机等参数提供依据，可对长井段密集射孔储层暂堵参数进行较为精准的数值模拟，筛选出适合储层特性的暂堵材料及工艺参数，为长井段密集射孔储层暂堵方案优化设计提供有效指导。

在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号S1、S2等，但只是本发明给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。

如图4所示，本发明实施例的一种长井段密集射孔储层暂堵优化系统200，包括第一模型建立模块201、第二模型建立模块202和耦合优化模块203；

第一模型建立模块201用于：基于目标井的长井段的油气井注采信息和密集射孔信息，建立长井段对应的三维井筒-裂缝耦合模型，并基于三维井筒-裂缝耦合模型，构建长井段对应的近井裂缝多孔介质模型；

第二模型建立模块202用于：构建长井段对应的井筒-裂缝流固耦合数值模型；

耦合优化模块203用于：将井筒-裂缝流固耦合数值模型和近井裂缝多孔介质模型进行耦合衔接，利用耦合衔接后的模型对长井段的密集射孔储层暂堵过程进行数值模拟，根据数值模拟结果进行暂堵参数的比选和优化。

可选地，在上述技术方案中，第二模型建立模块202具体用于：

根据长井段的基本参数，构建井筒-裂缝流固耦合数值模型。

可选地，在上述技术方案中，第一模型建立模块201构建长井段对应的近井裂缝多孔介质模型的过程，包括：

基于三维井筒-裂缝耦合模型、动量方程、多孔介质参数和长井段的射孔完井信息，建立近井裂缝多孔介质模型。

可选地，在上述技术方案中，井筒-裂缝流固耦合数值模型包括：质量守恒方程和动量守恒方程，以及标准k-ε湍流模型中的湍动能k和湍流耗散率ε的约束方程。

需要说明的是，上述实施例提供的一种长井段密集射孔储层暂堵优化系统200的有益效果与上述一种长井段密集射孔储层暂堵优化方法的有益效果相同，在此不再赘述。此外，上述实施例提供的系统在实现其功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统根据实际情况划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的系统与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，在此不再赘述。

如图5所示，本发明实施例的一种计算机设备300，计算机设备300包括处理器320，处理器320与存储器310耦合，存储器310中存储有至少一条计算机程序330，至少一条计算机程序330由处理器320加载并执行，以使计算机设备300实现上述任一项长井段密集射孔储层暂堵优化方法，具体地：

计算机设备300可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或多个处理器320(Central Processing Units，CPU)和一个或多个存储器310，其中，该一个或多个存储器310中存储有至少一条计算机程序330，该至少一条计算机程序330由该一个或多个处理器320加载并执行，以使该计算机设备300实现上述实施例提供的任一项长井段密集射孔储层暂堵优化方法。当然，该计算机设备300还可以具有有线或无线网络接口、键盘以及输入输出接口等部件，以便进行输入输出，该计算机设备300还可以包括其他用于实现设备功能的部件，在此不做赘述。

本发明实施例的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现上述任一项长井段密集射孔储层暂堵优化方法。

可选地，计算机可读存储介质可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。

在示例性实施例中，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述任一项长井段密集射孔储层暂堵优化方法。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、等是用于区别类似的对象，而代表对特定的顺序或先后次序进行限定。在适当情况下对于类似的对象的使用顺序可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了图示或描述的顺序以外的顺序实施。

所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品，因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。