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126.Petrel四维地质力学耦合模拟

四维地质力学研究是针对油气藏生产过程展开的力学-油藏耦合模拟研究,获得随时间变化的全区应力场和变形场。油气藏的生产过程往往伴随着盖层完整性、井筒完整性、地面沉降、裂缝渗透率变化和断层激活滑动等力学问题,影响油气藏的长期经济高效生产,可能危及作业安全。基于Petrel一体化软件平台,建立三维地质力学模型并展开四维耦合模拟,能够追踪储层生产过程应力场变化,为钻完井、注水和生产方案提供决策依据,有效提高作业效率,降低生产风险。

四维地质力学耦合模拟的流程包括建立三维网格、建立力学参数属性体、孔隙压力建模、断层和裂缝建模、设置边界条件、有限元计算和成果分析。有限元计算采用斯伦贝谢的高性能力学模拟器VISAGE完成,而前后处理工作全部在Petrel平台中完成。Petrel的地质力学模块(Reservoir Geomechanics)已经和测井、地质、地球物理等模块完全融合,相互支撑。良好的操作性和三维可视化能力确保了用户能够高效地进行地质力学建模、耦合计算和成果展示。

一、多学科数据综合应用

Petrel软件平台将测井解释、岩心和测试数据、地震信息、地质构造和油藏模拟结果综合应用于地质力学建模,真正实现了地质工程一体化的工作流程。

• 地质力学建模能够直接继承地质模型成果,包括地层产状、断层发育和裂缝带分布等地质构造信息,使地质力学计算结果能够更真实地反映地下应力特征。

• 为了开展力学 - 油藏耦合分析,Petrel地质力学模块直接利用油藏模型建立全区地质力学模型,实现了两套计算网格的无缝衔接,确保了油藏模拟和地质力学模拟的耦合过程具有高效率和高精度。

• 由测井、岩心和测试数据等计算的单井岩石力学参数,能够直接用于建立井筒周围单元属性,也用于三维地质力学模型的质量控制;同时,利用地震资料和地质构造信息做井间插值,确保了地质力学参数在三维空间展布的可靠性。

二、Petrel平台无缝集成

地质力学模块已集成在Petrel软件平台中,包括三维建模、模拟运算、成果展示和工程应用等,全部在统一的界面完成,形成了用户友好、操作简便的功能模块。后台调用地质力学有限元模拟器VISAGE进行模拟运算,计算完成后将成果导入Petrel。功能丰富的地质力学插件为解决实际工程问题提供了强有力的工具,如近井建模(Near Wellbore Builder)、不连续体(断层/裂缝)稳定性分析(Discontinuity Stability Analysis)、出砂风险预测(Sand Production Predictor)、三维泥浆窗口预测(Mud Weight Predictor)等。

三、三维可视化成果展示

地质力学模块的从建模、计算到成果分析,全部操作都在Petrel平台完成。模型与成果均可在三维窗口进行质控和展示。Petrel提供了丰富而便捷的三维属性体展示功能,包括沿IJK单元编号展示、沿任意剖面展示、联井剖面展示、解释窗口展示等等。Petrel支持将地质力学模拟成果转化为Model窗口下的三维属性体,这样所有的操作与其他学科成果的展示是一致的。

一、支持与油藏模拟器ECLIPSE或INTERSECT的单向和双向耦合

地质力学模拟器VISAGE支持与油藏模拟器ECLIPSE或INTERSECT的耦合计算。在单向耦合中,油藏模拟器为地质力学模拟器提供温度和压力数据,地质力学模拟器基于更新的温度和压力信息计算下一时步的应力场。在双向耦合中,油藏模拟器计算出温度和压力并提供给地质力学模拟器后,地质力学模拟器计算当前应力场,再重新计算渗透率和孔隙体积,然后传递给油藏模拟器计算下一步的温度和压力。每一个时间步都进行油藏和地质力学数据的双向交流,因此称为双向耦合。双向耦合充分反映了地应力变化对储层、裂缝及断层的渗透率和孔隙体积的影响,因此在应力敏感储层的生产动态研究中具有显著的优势。

值得注意的是,设置好迭代步长和计算方法后,Petrel的双向耦合流程会在后台自动调用ECLIPSE或INTERSECT和VISAGE来开展耦合运算,具有用户友好、操作简便的特点。

二、支持局部网格加密(LGRs),支持千万级网格模型

目前,VISAGE地质力学模拟器已经支持千万级的网格运算规模,极大地提高了模型分析精度。此外,综合考虑分析精度和运算效率的需求,Petrel还提供了对井周或断层附近进行网格局部加密(LGR, Local Grid Refinement)的功能。井筒和断层周围往往是应力状态最被关注的研究区域,但是提高整体网格精度又会使计算工作量呈指数级地增加。局部加密网格仅对部分区域加密,同时具有高分析精度和高计算效率的优势。Petrel提供了两种局部网格加密的方法,一种是等分式加密,每个粗网格单元被分为相同个数的细网格单元;另一种是渐进式加密,距离井筒最近的粗网格单元被剖分的份数越多,距离越远的单元被剖分的份数越少。下图中,局部加密网格显著提高了断层的分辨率。

三、支持64核及更高多线程并行,并支持GPU并行计算

随着计算机性能的提高和油田数值模拟需求的深化,有限元模拟逐渐向大网格、高精度方向发展,这为地质力学模拟器(也包括油藏模拟器)的运算效率带来了巨大的挑战。VISAGE支持64核或更高的多线程并行,也支持GPU并行运算,为大规模计算提供了保障。此外,VISAGE 2017版本引入了位移边界条件和更快的迭代求解算法,运算效率有了显著提升。

四维地质力学耦合模拟考虑了时间效应,模拟得到生产或注入导致的应力场及岩石变形,并应用于油气藏勘探、开发、生产及废弃的整个生命周期中的各种油田作业,包括三维泥浆窗口预测、井筒完整性分析、三维出砂分析评价、评估油气藏运行动态和完整性、地震三维孔隙压力预测、盖层完整性分析、断层和裂缝稳定性分析、耦合压裂模拟分析等。更多与工程应用相关的内容,将在后续的系列文章中陆续推出。

斯伦贝谢公司研发的Petrel一体化软件平台,为油气藏高效勘探开发提供了有力的技术和平台支撑。Petrel地质力学软件包(Reservoir Geomechanics)作为基于Petrel平台开发的地质力学专业模块,具有得天独厚的优势和强大的模拟运算功能。公众号将陆续推出有关Petrel地质力学技术介绍的文章,欢迎大家关注。

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