[发明专利]模拟通过多孔介质的多相/多组分分流的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月12日提交的美国临时专利申请No.61/506680的权益，该申请的全部内容作为引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种评估通过多孔介质的多相/多组分流体流和评估处于各饱和水平的相对渗透率的方法。例如，根据现有方法评估的相对渗透率数据可用于许多领域，比如油田模拟、评估采油率或产气率、评估可采储量、设计碳氢化合物采储策略(比如破裂或“压裂”)、生命科学、造纸、食品工业、农业以及与地质学和地球物理学相关的其它领域。本发明还涉及一种用于执行该方法的计算机化系统及其部件。

背景技术

相对渗透率用于量化多相流，比如存在于水中的油流以及存在于油中的水流。在具有这两种流体的样本中，相对渗透率k_m和k_rw由等式[9]和[10]定义：

其中，下标“n”和“w”分别指的是非润湿流体和润湿流体。流动率Q_n和Q_w在固定饱和度S_w下测得。相对渗透率通常关于S_w绘制出。

相对渗透率取决于除k_绝对值外的更多因素，包括：流体和矿物系统的可湿性；流体相之间的界面间表面张力以及粘度对比度；流体速度；流体在孔中的饱和水平；多孔固体中的孔的结构和连通性；以及，孔的空间几何形状。影响相对渗透率的另一重要因素是通过多孔介质的流的时程。这些参数可随空间和时间改变，得到的流体状态和组分在产生流体期间变化。

在多孔介质中，通过存在于主体中的液体与主体本身之间的粘附力以及通过液体到本身的粘合力来确定毛细引力。与非润湿流体相比，润湿固体表面的液体具有到特定固体的较大粘附力。流体可润湿一种固体，而不润湿另一种固体。在多相流体流中，可湿性是相对的。例如，如果第一流体关于多孔介质的粘附力大于第二流体关于多孔介质的粘附力，则第一流体被认为是润湿的，而第二流体被认为是非润湿的。

饱和度S_x是多孔介质(由材料“X”占有)中的总孔体积的体积分数。饱和水平是介于0和1之间的值。饱和水平为1表示给定多孔介质中的整个可用孔空间由所考虑的流体填充。相对渗透率是流体饱和度的函数。当特定相的饱和度增加时，其相对渗透率增加。饱和过程还具有对相对渗透率的主要影响。相对渗透率-饱和度的关系呈现出排出过程(润湿相减少)和吸入过程(非润湿相增加)之间的滞后效应。认为的是，大部分地下多孔岩层最初是充满水的，碳氢化合物进入这些多孔岩组，取代一部分水。在试图对相对渗透率进行任何评估之前，必须再现或估计该过程，以便建立实际的起始条件。图1示出相对渗透率与饱和度的吸入和排出图表。

当多孔介质包含两种或更多种不混溶流体时，材料在任何特定孔中的局部体积可以与整个多孔岩样本的总体或平均饱和水平不同。例如，一种流体可牢固地粘附到给定孔内的表面，而另一材料可不具有与固体材料的任何有效接触。给定多孔介质内的局部孔空间几何形状可显著地改变，这些几何形状的改变可影响局部饱和水平。

实际上，可通过物理实验室测试或通过数值模拟评估相对渗透率。

美国专利2345935(Hassler)描述了用于测量相对渗透率的先前物理实验室方法之一。该方法涉及密封多孔岩石样本上的所有相对表面，即两个相对表面。处于一定压力下的流体被引入一个敞开表面中，并被迫以指定流率流过样本。流体压力由泵或类似装置产生。压力和通量率被输入到相对渗透率计算。Hassler技术的一个缺点是需要确定多孔介质内的内部润湿流体压力。该问题由W.Rose在Some Problems in Applying the Hassler Relative Permeability Method,32J.Petroleum Technology,1161-63(July,1980)中加以描述。美国专利4506542(Rose)描述了一种不需要测量内部压力来评估相对渗透率的设备和方法。