專利名稱：裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裂縫性介質(zhì)滲流研究的新型物理實驗方法，特別是指一種針對油 氣田開發(fā)領(lǐng)域中裂縫性油氣藏滲流和開發(fā)過程的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，該方法 同時適用于其它與裂縫滲流現(xiàn)象有關(guān)的研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
裂縫性介質(zhì)油氣藏普遍存在于世界各地，占已探明未開采儲量的一半以上。此類 油氣藏的基本特點是，油氣水等流體在油氣藏中的運動主要通過裂縫完成，裂縫系統(tǒng)的滲 流特征和滲流過程直接決定著油氣藏的開發(fā)效果。為保證裂縫性油氣田開發(fā)取得較好效果，人們一直在嘗試利用物理實驗方法對裂 縫性油氣藏進行模擬研究，即根據(jù)相似原理把實際油氣藏按比例縮小，通過小模型試驗直 觀地觀察和測試分析油氣藏滲流與開發(fā)過程的特征及規(guī)律。但是，此前尚未發(fā)現(xiàn)成功的裂 縫性油氣藏物理模擬研究報道。裂縫性油氣藏物理模擬難以實現(xiàn)的根本原因是，難以建立滿足油氣藏模擬要求的 物理模型，亦即裂縫性滲流介質(zhì)。油氣藏物理模型的主體是滲流介質(zhì)，常叫做巖心或巖體。根據(jù)相似原理，實際油氣 藏是裂縫性的，實驗?zāi)Ｐ鸵脖仨毷橇芽p性的；實際油氣藏內(nèi)的裂縫分布是非均質(zhì)和各向異 性的，模型內(nèi)的裂縫分布也必須是非均質(zhì)和各向異性的，以使其所具有的滲透率、孔隙度等 物理性質(zhì)參數(shù)滿足物理模擬的相似性要求。因此，裂縫分布定量化的各向異性滲流介質(zhì)的 制作，是裂縫性油氣藏物理模擬的首要問題。此前，人們制作裂縫性巖體介質(zhì)主要有以下三種方式其一是在人工填砂制作巖 體的時候，在砂中加入裂縫填充物，當巖體做好后，再想辦法把其中的填充物去除，則留下 的空隙即作為裂縫；其二是利用機械擠壓或拉伸作用在天然或人工巖體內(nèi)部制作裂縫；其 三是用各種材料的平板疊置形成單條或單組裂縫。這些方法均存在致命的缺陷，或者無法 控制單條裂縫的孔滲參數(shù)，或者不能形成三維裂縫網(wǎng)絡(luò)，或者無法模擬裂縫_基質(zhì)間相互 作用。因此，以前的方法都很難滿足裂縫性油氣藏物理模擬對裂縫分布定量化的各向異性 滲流介質(zhì)的需要，導致裂縫性油氣藏物理模擬難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種建立裂縫分布定量化的各向異性滲流介質(zhì)的 制作方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明的建立裂縫分布定量化的各向異性滲流介質(zhì)的制作方法采用天然地層巖 石作為原材料加工制作正方形小巖塊，再將大量的小巖塊按特定方式連結(jié)形成大尺度巖 體，利用小巖塊之間的縫隙在大巖體內(nèi)構(gòu)成三維的裂縫系統(tǒng)，從而建立裂縫性滲流介質(zhì)巖 體。
本發(fā)明的優(yōu)點如下(1)裂縫分布定量化的各向異性滲流介質(zhì)是裂縫性油氣藏物理模擬的必要條件， 但是此前國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)成功的制作方法。本發(fā)明填補了這一項技術(shù)空白。(2)本發(fā)明的先進性至少表現(xiàn)在以下方面A.可以精確控制和建立模型介質(zhì)中的 裂縫分布參數(shù)，包括方向、密度等，所建物理模型具有可重復性；B.可以模擬實際裂縫油藏 的各向異性特點；C.可以模擬實際裂縫油藏的非均質(zhì)特點；D.采用天然地層巖石作為原材 料，所制作的滲流介質(zhì)具有天然地層巖石的屬性，可以更好地表達油氣藏天然的物性特點。(3)本發(fā)明給出了定量化的、可操作的的技術(shù)思路、方法和步驟。(4)本發(fā)明不僅適用于油氣田開發(fā)研究領(lǐng)域，還可以供其它與滲流現(xiàn)象有關(guān)的研 究領(lǐng)域使用和參考。例如泥石流災(zāi)害防治研究、煤礦瓦斯排采研究、水利工程研究等。


圖1為小巖塊連結(jié)形成的裂縫各向異性滲流介質(zhì)巖體的示意圖。圖2A、圖2B分別為點狀粘結(jié)面小巖塊的平面及立體示意圖。圖3A、圖3B分別為網(wǎng)狀粘結(jié)面的小巖塊的平面及立體示意圖。圖4為裂縫的立體方位及坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖。主要元件標號說明本發(fā)明1:裂縫2:小巖塊3:膠點4 膠線
具體實施例方式本發(fā)明提出一種裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，該方法采用天然地層巖石作為 原材料加工制作小巖塊，再將這些小巖塊以預定方式按順序連結(jié)形成大尺度巖體，使小巖 塊之間的縫隙在大巖體內(nèi)構(gòu)成三維的裂縫系統(tǒng)，并定量控制大巖體內(nèi)裂縫的分布，形成裂 縫分布定量化的非均質(zhì)裂縫各向異性滲流介質(zhì)。具體地，所述制作方法還可以包括以下步驟計算油藏各向異性滲透率根據(jù)實際油藏裂縫測試資料，計算油藏內(nèi)非均質(zhì)各向 異性滲透率分布；建立非均質(zhì)各向異性裂縫模型根據(jù)實際油藏裂縫滲透率的計算結(jié)果，研究確定 模型內(nèi)各方向裂縫的密度，從而建立和實際油藏具有相似性的裂縫模型非均質(zhì)各向異性滲 透率分布，使得模型內(nèi)任一區(qū)域各方向的滲透率主值之比與油藏內(nèi)相同，任一方向滲透率 主值在不同區(qū)域的比例與油藏內(nèi)相同；根據(jù)非均質(zhì)各向異性裂縫模型的裂縫分布條件，確 定模型內(nèi)所有區(qū)域裂縫的設(shè)置，從而確定所有小巖塊每個粘結(jié)面的粘接方式。下面結(jié)合現(xiàn)有滲流力學理論并配合附圖及具體實施例對本發(fā)明的建立裂縫分布 定量化的各向異性滲流介質(zhì)的制作方法的原理、具體步驟以及各影響因素的研究及優(yōu)化過 程作進一步的詳細說明。1方法原理采用天然地層巖石作為原材料，加工制作大量的正方形小巖塊，再將這些小巖塊2
Ke = 則有
按特定方式連結(jié)形成大尺度巖體，小巖塊2之間的縫隙在大巖體內(nèi)構(gòu)成三維的裂縫1系統(tǒng)， 如圖1所示。每兩個小巖塊2之間的連結(jié)方式事先確定，以此定量控制大巖體內(nèi)裂縫1的 分布，從而形成非均質(zhì)裂縫1各向異性滲流介質(zhì)。小巖塊2之間用選定的膠液(環(huán)氧樹脂)相粘結(jié)，膠液以點狀或網(wǎng)狀形式對稱涂 布在粘結(jié)面上，如圖2A、2B以及圖3A、3B所示。以點狀形式粘結(jié)時，小巖塊2之間的縫隙作 為裂縫1存在；以網(wǎng)狀形式粘結(jié)時，小巖塊之間的縫隙1被膠線4封堵，不構(gòu)成裂縫1。根 據(jù)裂縫1各向異性滲透率張量分析理論，調(diào)整點狀粘結(jié)面和網(wǎng)狀粘結(jié)面的分布，控制大巖 體內(nèi)各個部位和各個方向的裂縫1密度，形成裂縫1分布定量化的各向異性滲流介質(zhì)。上述方法可以制作具有任意物性分布和任意形狀的裂縫性滲流介質(zhì)，并具有可重 復性。因此可以滿足制作裂縫1分布定量化的各向異性滲流介質(zhì)的需要。2方法理論研究2. 1油藏各向異性滲透率的計算主要研究以油藏裂縫參數(shù)為基礎(chǔ)，計算得到油藏內(nèi)任意區(qū)域裂縫總體滲透率的主 方向及其對應(yīng)的主值。2. 1. 1單組裂縫滲透率張量假設(shè)油藏內(nèi)任意一組平行裂縫1，其方位角為β，傾角為α，平行方向的滲透率為 k，如圖4所示。首先以大地為參照物建立一個直角坐標系以東、北、上三個方向為坐標線， 它們分別對應(yīng)三個單位坐標向量‘^3。再以裂縫1為參照物建立一個直角坐標系以裂 縫1與水平面的交線為一條坐標線，對應(yīng)單位坐標向量/2 ；在裂縫1內(nèi)取與/2垂直的方向為 另一條坐標線，對應(yīng)單位坐標向量義；再取垂直于 和/2的方向為第3條坐標線，對應(yīng)單位坐 標向量Z3。假設(shè)圖4中單組裂縫1的滲透率張量玄在坐標系(義,/2,只)中的分量表達式為無,， 則有 再根據(jù)油藏裂縫滲透率的已知條件，可知
假設(shè)單組裂縫滲透率張量JT在坐標系(‘ 6，^3)中的表達式為
下面推導表達式^^中的各個分量。
...........................丨轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)假設(shè)油藏內(nèi)共有η組裂縫，第i組裂縫的方位角為βρ傾角為α”其在坐標系
(‘&，€)中的滲透率張量表達式為 則油藏內(nèi)裂縫的總體滲透率張量的表達式為 首先建立坐標系(‘&，&)和坐標系(/，/2，/3)的坐標向量之間的 圖4所示裂縫1的立體方位及兩個坐標系間的空間關(guān)系，經(jīng)觀察分析可得
(cosa-cos β sin β -sin α - cos -cosor sin β cos β sin α η β ‘0 cosa
coscc-cos^ sin β -sinor-cos -cosa sin β cos β sin a-sm β sin orO cos or由(6)可得 將(6)和⑶代入⑴式，并和(4)式比較，容易得到 其中，尸是f的轉(zhuǎn)置矩陣。將⑵和(7)代入(9)，得到 這就是單組裂縫滲透率張量JT在坐標系(g，, & )中的分量2. 1.2裂縫總體滲透率張量 利用張量理論，由(12)式便可計算得到裂縫總體滲透率張量JT的三個主方向和相 應(yīng)的三個主值，記作k1; k2，k3。則在以JT的三個主方向為坐標軸方向的坐標系中，總體滲透 率張量JT可表示為如下分量形式 下面對幾種典型情況進行討論。(一 )油藏內(nèi)只有一組平行裂縫由(2)中滲透率張量的對角線形式可知，單組裂縫滲透率的三個主方向分別是坐 標系(元/2,/3)的三個坐標方向，對應(yīng)的滲透率主值分別是k，k和0。因此，只要令坐標系
( ,為為)的三條坐標軸與(7；,/2,/3)分別平行，則可得其主值形式的表達式
(14)( 二)油藏內(nèi)有兩組方位角相同、傾角對稱的裂縫轉(zhuǎn)動坐標系使β = 0，即令&與/2平行。設(shè)第1組裂縫為右傾，其傾角α ； 第2組為左傾，傾角為180° -α ；兩組裂縫的平行方向滲透率均為k。由(10)式可得第1、 2組裂縫滲透率張量分別為 (15) + (16)得兩組裂縫總體滲透率張量在坐標系(‘ 中的表達式 由(17)式可知，上述裂縫滲透率的三個主值方向分別就是(Hg)的三個坐標 軸方向，相應(yīng)的主值分別是2k，2kcos2 α和2ksin2a。(三)油藏內(nèi)所有的裂縫傾角相同，方位角成360°均勻分布將360°方位角均分為8η個小區(qū)間，則每個區(qū)間內(nèi)的裂縫為一組近似平行的裂 縫，設(shè)其平行滲透率均為k。
到
透率張量
第ι步取第ι個方位角小區(qū)間，設(shè)其角平分線的方位角為P1，則取β = βρβ -βρ β = 180° + ^、β = 360° -β 所對應(yīng)的四組裂縫代入(10)式再相加，
第2步再令β =90° -P1，重復第一步，得到
第3步(18) + (19)得到
(20)
二尺,。，最后得到總體滲
2. 2非均質(zhì)各向異性裂縫模型的建立根據(jù)油藏裂縫滲透率的計算結(jié)果，研究確定模型內(nèi)各方向裂縫的密度，從而建立 和油藏具有相似性的裂縫模型非均質(zhì)各向異性滲透率分布，即模型內(nèi)任一區(qū)域各方向的滲 透率主值之比與油藏內(nèi)相同，任一方向滲透率主值在不同區(qū)域的比例與油藏內(nèi)相同。考慮一般情況，根據(jù)(13)式進行滲流介質(zhì)的裂縫分布設(shè)計。首先建立直角坐標系 (X，y，ζ)，并取X，y，ζ分別為裂縫介質(zhì)各向異性滲透率的三個主值方向，其對應(yīng)的主值分別 為 kx, ky, kz。2.2.1各向異性模型根據(jù)各向異性相似性要求，必須滿足 (30)與(28)式聯(lián)立，可得 其中k1; k2，k3是實際油藏內(nèi)對應(yīng)區(qū)域滲透率的測試值，為已知量。假設(shè)垂直于χ方向的裂縫密度為Nx,垂直于y方向的裂縫密度為Ny，垂直于ζ方向 的裂縫密度為Nz，單位密度的裂縫在平行于裂縫方向的滲透率為k。則根據(jù)前面(2.1)分 折，這三組裂縫的滲透率在直角坐標系(x，y，z)中的表達式分別為
(23) 以上裂縫系統(tǒng)產(chǎn)生的總體各向異性滲透率為

或?qū)懗?br> NrK
N_
(28)
k2+k3~ k、 k3+k}~ k2 k} ^k2- k^
(28)式即為滿足滲透率各向異性要求的裂縫分布條件。 2. 2. 2非均質(zhì)各向異性模型
在滿足滲透率各向異性要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計滿足滲透率非均質(zhì)性要求的裂縫模型。
(kB!￡, kBy,
直于χ、y
假設(shè)模型中任意兩個區(qū)域A和B，它們的裂縫滲透率主值分別是(kAx，kAy，kAz)和 kBz)，對應(yīng)油藏內(nèi)區(qū)域的裂縫滲透率主值分別是(kA1，kA2，kA3)和(kB1，kB2，kB3)；垂 、ζ方向的裂縫密度分別為(Nax，NAy，NJ和(Nbx，NBy，NJ。 根據(jù)非均質(zhì)性相似性要求，必須滿足
^Ay+Naz _ hAx NjNax 二 kAy Nax +NAy _ kAz NBy + NB: kBx，NB: + Nbx kBy ’ Nbx + N8y kBz
因為A、B點均滿足各向異性相似性，根據(jù)(22)式，上式變?yōu)?br> (29)
3
(31)(31)中包含5個獨立的等式。此即同時滿足非均質(zhì)性和各向異性要求的裂縫分布 條件。2. 3小巖塊間單一裂縫的導流能力2. 1和2. 2研究的是模型滲透率分布的相對大小，而滲透率的絕對大小則由小巖 塊之間粘結(jié)縫的導流能力決定，單一粘結(jié)縫的導流能力主要決定于粘結(jié)縫的內(nèi)部幾何特征 (寬度、形狀等)，內(nèi)部幾何特征由小巖塊加工精度、粘結(jié)劑、支撐材料、粘結(jié)方式?jīng)Q定。通過 實驗室測試獲得小巖塊加工精度、粘結(jié)劑、支撐材料及粘結(jié)方式跟粘結(jié)縫導流能力之間的
定量關(guān)系。2. 4裂縫系統(tǒng)的孔隙度現(xiàn)有裂縫研究成果已經(jīng)證明，裂縫孔隙度與裂縫密度成正比。當裂縫分布確定以 后，裂縫系統(tǒng)的孔隙度分布也就確定了。因為模型的裂縫相對分布跟實際油藏一致，所以模 型的孔隙度相對分布也跟實際油藏一致。實驗表明，模型裂縫孔隙度的絕對大小受小巖塊表面加工精度和粘結(jié)方式的影 響。通過實驗室測試得到模型裂縫孔隙度絕對值跟小巖塊表面加工精度及粘結(jié)方式之間的
定量關(guān)系。3制作方法的具體實施例3.1小巖塊的加工小巖塊加工利用純機械切割方式，小巖塊的表面不進行任何打磨、拋光等特殊處 理。盡量保持巖石的天然形態(tài)，以便更好地模擬天然油藏。綜合考慮參數(shù)配比擬合和巖塊 加工粘接的方便，經(jīng)過反復試驗研究，小巖塊的邊長一般取為25mm 50mm。在同一個模型 中，所有小巖塊的尺度必須嚴格相等。3. 2小巖塊的粘接選用環(huán)氧樹脂作粘結(jié)劑，粘接小巖塊2建立物理模型。在利用小巖塊2粘結(jié)面形成 裂縫1時，既要保證足夠的粘結(jié)強度，又不能使粘結(jié)點對裂縫1滲流產(chǎn)生明顯影響，為此必 須優(yōu)化涂膠區(qū)域的面積和形狀，以便獲得最佳的粘結(jié)效果。經(jīng)過反復試驗，最終形成了 “五 點模式”，如圖2A、2B所示，五點模式的一具體實施例中，是指小巖塊2粘結(jié)面的涂膠點3在 四角及中心點，且四角部位涂膠點3的形狀為直角扇形，中心點部位的涂膠點3的形狀為圓 形，圓形或扇形的半徑約為小巖塊邊長的0. 1倍。4制作步驟結(jié)合前述描述，本發(fā)明的一具體實施例中，該制作方法包括下列步驟(一)根據(jù)實際油藏裂縫測試資料，利用(11) (13)式計算得到油藏內(nèi)非均質(zhì)各 向異性滲透率分布。(二)找到油藏中滲透率取最大值的區(qū)域，并對應(yīng)到物理模型中，將模型中的最 大滲透率區(qū)域記作區(qū)域A。利用(28)式求得區(qū)域A的NAx、NAy和Naz之間的比值，令Nadi = max{NAx, NAy，NaJ，則NAm為模型內(nèi)最大的單組裂縫密度值。(三)確定NAm的值在區(qū)域A內(nèi)Naiii對應(yīng)的方向上，令所有的小巖塊都以點狀粘結(jié)， 小巖塊之間的縫隙均以裂縫形態(tài)存在。由此可得Nadi= 1/a，a為正方體小巖塊的邊長。
(四)依據(jù)Nax，NAy，Naz之間的比值，確定對應(yīng)NAm以外兩個方向的裂縫密度，進而 確定在該方向上小巖塊之間點狀粘結(jié)面(裂縫面)數(shù)占粘結(jié)面總數(shù)的比例。(五)另取模型內(nèi)任一區(qū)域，記作區(qū)域B。根據(jù)(31)式，計算區(qū)域B內(nèi)各個方向的 裂縫密度，并確定各個方向點狀粘結(jié)面(裂縫面)數(shù)占總粘結(jié)面數(shù)的比例。(六)在模型內(nèi)的每個區(qū)域重復第(五)步，完成模型內(nèi)所有區(qū)域裂縫的設(shè)置，亦 即完成所有小巖塊每個粘結(jié)面的粘接方式的設(shè)計。(七)選取天然地層巖石加工制作小巖塊。(八)依照(三) (六)所設(shè)計的每個小巖塊的粘接方式，用選定的粘接劑將模 型所包含的所有小巖塊按順序粘接在一起，形成裂縫分布定量化的非均質(zhì)各向異性滲流介 質(zhì)。雖然本發(fā)明已以具體實施例揭示，但其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下所作出的等同組件的置換，或依本發(fā)明專利 保護范圍所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本專利涵蓋的范疇。
權(quán)利要求
一種裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，該方法采用天然地層巖石作為原材料加工制作多個小巖塊，再將這些小巖塊以預定方式在接觸面局部粘結(jié)形成大尺度巖體，使小巖塊之間的縫隙在大巖體內(nèi)構(gòu)成三維的裂縫系統(tǒng)，并定量控制大巖體內(nèi)裂縫的分布，形成裂縫分布定量化的非均質(zhì)裂縫各向異性滲流介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，該方法包括(a)計算油藏各向異性滲透率根據(jù)實際油藏裂縫測試資料，計算油藏內(nèi)非均質(zhì)各向 異性滲透率分布；(b)建立非均質(zhì)各向異性裂縫模型根據(jù)實際油藏裂縫滲透率的計算結(jié)果，研究確定 模型內(nèi)各方向裂縫的密度，從而建立和實際油藏具有相似性的裂縫模型非均質(zhì)各向異性滲 透率分布，使得模型內(nèi)任一區(qū)域各方向的滲透率主值之比與油藏內(nèi)相同，任一方向滲透率 主值在不同區(qū)域的比例與油藏內(nèi)相同；根據(jù)非均質(zhì)各向異性裂縫模型的裂縫分布條件，確 定模型內(nèi)所有區(qū)域裂縫的設(shè)置，從而確定所有小巖塊每個粘結(jié)面的粘接方式。
3.如權(quán)利要求2所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，所述步驟(a)是 以油藏裂縫參數(shù)為基礎(chǔ)，計算得到油藏內(nèi)任意區(qū)域裂縫總體滲透率的主方向及其對應(yīng)的主 值，其包括單組裂縫滲透率張量及裂縫總體滲透率張量。
4.如權(quán)利要求3所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，其中單組裂縫 滲透率張量的計算方法如下假設(shè)油藏內(nèi)任意一組平行裂縫，其方位角為β，傾角為α，平行方向的滲透率為k，首 先以大地為參照物建立一個直角坐標系以東、北、上三個方向為坐標線，它們分別對應(yīng)三 個單位坐標向量為；再以裂縫為參照物建立一個直角坐標系以裂縫與水平面的交線 為一條坐標線，對應(yīng)單位坐標向量/2;在裂縫內(nèi)取與/2垂直的方向為另一條坐標線，對應(yīng)單 位坐標向量i；；再取垂直于義和/2的方向為第3條坐標線，對應(yīng)單位坐標向量/3 ；假設(shè)單組裂縫的滲透率張量JT在坐標系(元/2,/3)中的分量表達式為^，則有 再根據(jù)油藏裂縫滲透率的已知條件，可知 假設(shè)單組裂縫滲透率張量玄在坐標系(‘ )中的表達式為 下面推導表達式 中的各個分量 首先建立坐標系(司為忑)和坐標系( ，/2,/3)的坐標向量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)裂縫 的立體方位及兩個坐標系間的空間關(guān)系，經(jīng)觀察分析可得 將(6)和⑶代入⑴式，并和⑷式比較，容易得到 其中，尸是f的轉(zhuǎn)置矩陣，將(2)和(7)代入(9)，得到 這就是單組裂縫滲透率張量玄在坐標系(‘ S2，4 )中的分量。
5.如權(quán)利要求4所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，其中裂縫總體 滲透率張量的計算方法如下假設(shè)油藏內(nèi)共有η組裂縫，第i組裂縫的方位角為β i，傾角為α ρ其在坐標系 (司J3)中的滲透率張量表達式為 則油藏內(nèi)裂縫的總體滲透率張量的表達式為 利用張量理論，由(12)式便可計算得到裂縫總體滲透率張量玄的三個主方向和相應(yīng)的 三個主值，記作k1; k2，k3，則在以JT的三個主方向為坐標軸方向的坐標系中，總體滲透率張 量玄可表示為如下分量形式 下面對幾種典型情況進行討論 (一)油藏內(nèi)只有一組平行裂縫由(2)中滲透率張量的對角線形式可知，單組裂縫滲透率的三個主方向分別是坐標 系( 2，/3)的三個坐標方向，對應(yīng)的滲透率主值分別是k、k和0，因此，只要令坐標系 (司點名)的三條坐標軸與(義，/2，/3)分別平行，則可得其主值形式的表達式 (二)油藏內(nèi)有兩組方位角相同、傾角對稱的裂縫轉(zhuǎn)動坐標系(‘ 2，使β =0，即令4與/2平行，設(shè)第1組裂縫為右傾，其傾角α ；第2 組為左傾，傾角為180° -α ；兩組裂縫的平行方向滲透率均為k;由(10)式可得第1、2組 裂縫滲透率張量分別為 (15) + (16)得兩組裂縫總體滲透率張量在坐標系(‘&，€)中的表達式 由(17)式可知，上述裂縫滲透率的三個主值方向分別就是的三個坐標軸方 向，相應(yīng)的主值分別是2k，2kcos2a和2ksin2a ；(三)油藏內(nèi)所有的裂縫傾角相同，方位角成360°均勻分布將360°方位角均分為8η個小區(qū)間，則每個區(qū)間內(nèi)的裂縫為一組近似平行的裂縫，設(shè)其平行滲透率均為k ；第ι步取第ι個方位角小區(qū)間，設(shè)其角平分線的方位角為P1，則取β ==180° -βρ β =180° +βρ β = 360° -β工所對應(yīng)的四組裂縫代入(10)式再相加，得 到 第2步再令β =90° -P1，重復第一步，得到 第 3 步( 從β = ^到β = ^^重復第丨^步，得到尾^&^…二尺^最后得到總體滲透率張量
6.如權(quán)利要求5所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，建立非均質(zhì)各 向異性裂縫模型時，是根據(jù)(13)式進行滲流介質(zhì)的裂縫分布設(shè)計，首先建立直角坐標系 (X，y，ζ)，并取X，y，ζ分別為裂縫介質(zhì)各向異性滲透率的三個主值方向，其對應(yīng)的主值分別 為kx，ky，kz ；然后建立各向異性模型，其中各向異性模型的建立方法如下 根據(jù)各向異性相似性要求，必須滿足kx ky kz = Ic1 k2 k3(22)其中k1; k2，k3是實際油藏內(nèi)對應(yīng)區(qū)域滲透率的測試值，為已知量； 假設(shè)垂直于χ方向的裂縫密度為Nx，垂直于y方向的裂縫密度為Ny，垂直于ζ方向的裂 縫密度為Nz，單位密度的裂縫在平行于裂縫方向的滲透率為k，這三組裂縫的滲透率在直角 坐標系(χ，y，ζ)中的表達式分別為( 以上裂縫系統(tǒng)產(chǎn)生的總體各向異性滲透率為 χ、y、ζ方向的滲透率主值之比為kx ky kz = (Ny+Nz) (Nx+Nz) (Nx+Ny)(25)(22)和(25)聯(lián)立，得(Ny+Nz) (Nx+Nz) (Nx+Ny) = Ii1 k2 k3 (26)由(26)式可得NtNv N = (Wk1) (k3+k「k2) (Wk3)(27)或?qū)懗?(28)式即為滿足滲透率各向異性要求的裂縫分布條件。
7.如權(quán)利要求6所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，還包括在滿 足滲透率各向異性要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計滿足滲透率非均質(zhì)性要求的裂縫模型，具體方法如 下假設(shè)模型中任意兩個區(qū)域A和B，它們的裂縫滲透率主值分別是(kAx，kAy，kAz)和(kBx， kBy，kBz)，對應(yīng)油藏內(nèi)區(qū)域的裂縫滲透率主值分別是(kA1，kA2，kA3)和(kB1，kB2，kB3)；垂直于X、 1、ζ方向的裂縫密度分別為(Nax，NAy，NJ和(Nbx，NBy，NJ ； 根據(jù)非均質(zhì)性相似性要求，必須滿足 因為A、B點均滿足各向異性相似性，根據(jù)(22)式，上式變?yōu)?(30)和(28)聯(lián)立，得 (31)中包含5個獨立的等式，此即同時滿足非均質(zhì)性和各向異性要求的裂縫分布條件。
8.如權(quán)利要求2至7任一項所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，所述 步驟(b)包括(bl)找到油藏中滲透率取最大值的區(qū)域，并對應(yīng)到物理模型中，將模型中的最大滲透 率區(qū)域記作區(qū)域A，并求得區(qū)域A的NAx、NAy和Naz之間的比值，令NAm = max {NAx, NAy，NaJ，則 Nadi為模型內(nèi)最大的單組裂縫密度值；(b2)確定Naiii的值在區(qū)域A內(nèi)Nta對應(yīng)的方向上，令所有的小巖塊都以點狀粘結(jié)，小巖 塊之間的縫隙均以裂縫形態(tài)存在，由此可得NAm = 1/a, a為正方體小巖塊的邊長；(b3)依據(jù)Nax，NAy，Naz之間的比值，確定對應(yīng)NAm以外兩個方向的裂縫密度，進而確定在 該方向上小巖塊之間點狀粘結(jié)面數(shù)占粘結(jié)面總數(shù)的比例；(b4)另取模型內(nèi)任一區(qū)域，記作區(qū)域B，計算區(qū)域B內(nèi)各個方向的裂縫密度，并確定各個方向點狀粘結(jié)面數(shù)占總粘結(jié)面數(shù)的比例；(b5)在模型內(nèi)的每個區(qū)域重復步驟(b4)，完成模型內(nèi)所有區(qū)域裂縫的設(shè)置，亦即完成 所有小巖塊每個粘結(jié)面的粘接方式的設(shè)計。
9.如權(quán)利要求8所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，該方法中小巖 塊加工是利用純機械切割方式，小巖塊的表面不進行任何打磨、拋光等特殊處理，盡量保持 巖石的天然形態(tài)，以便更好地模擬天然油藏。
10.如權(quán)利要求9所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，小巖塊為立方 體，且邊長取為25mm 50mm，且在同一個物理模型中，所有小巖塊的尺度相等。
11.如權(quán)利要求8所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，選用環(huán)氧樹脂 作粘結(jié)劑粘接小巖塊建立物理模型，粘結(jié)劑在粘結(jié)面上對稱涂布；當小巖塊之間設(shè)計有裂 縫時，則粘結(jié)劑以點狀形式涂布；當小巖塊之間設(shè)計無裂縫時，則粘結(jié)劑以網(wǎng)狀形式涂布。
12.如權(quán)利要求11所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，利用小巖塊 粘結(jié)面形成裂縫時，采用五點模式進行涂膠，且粘結(jié)面上所有的涂膠區(qū)域為圓形或扇形。
13.如權(quán)利要求12所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，所述五點模 式是指小巖塊粘結(jié)面的涂膠點包括四角及中心點，四角部位涂膠點的形狀為扇形，中心點 部位的涂膠點的形狀為圓形；圓形或扇形的半徑約為小巖塊邊長的0. 1倍。
14.如權(quán)利要求11所述的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其特征在于，根據(jù)對裂縫 各向異性滲透率張量的分析，通過調(diào)整點狀粘結(jié)面或網(wǎng)狀粘結(jié)面的分布，控制大巖體內(nèi)各 個部位和各個方向的裂縫密度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法，其中，該方法采用天然地層巖石作為原材料加工制作小巖塊，再將這些小巖塊以預定方式按順序連結(jié)形成大尺度巖體，使小巖塊之間的縫隙在大巖體內(nèi)構(gòu)成三維的裂縫系統(tǒng)，并定量控制大巖體內(nèi)裂縫的分布，形成裂縫分布定量化的非均質(zhì)裂縫各向異性滲流介質(zhì)；本發(fā)明的裂縫各向異性滲流介質(zhì)制作方法可以精確控制和建立模型介質(zhì)中的裂縫分布參數(shù)，包括方向、密度等。
文檔編號E21B43/26GK101892828SQ20101019000
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者劉月田 申請人:中國石油大學(北京)