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6.Kinetix软件UFM模拟的数据质控案例分析

Kinetix本身操作流程并不复杂,并且配合有各种批处理方法,用户友好度高,运算效率也非常高,能够及时地对现场作业进行技术支持。UFM模拟采用全耦合数值法求解,充分考虑储层非均质、应力各向异性和应力阴影效应,模拟复杂缝网形态。不但能够模拟裂缝扩展机制和支撑剂运输过程,而且还能有效模拟水力裂缝和天然裂缝的相互作用,因此被广泛应用于非常规油气藏的压裂模拟。但是根据我们这几年来的技术支持发现,有些小伙伴,尤其是刚上手不久的小伙伴在用这款软件时由于前期数据质控不严,因此而产生的一些问题导致模拟运算失败或者结果不合理,有时不得不返工重做,从而耽误了宝贵的时间。为了让大家更顺畅地使用这款软件,这里总结了一下过去大家在UFM模拟中经常碰到的一些因数据质量产生的问题及其解决方案。

1. 地质力学模型中属性值为空值或者负值

压裂模拟本身的数据基础来源与测井数据或者地质模型,交给压裂工程师的时候一般都需要做比较严格的质量控制,但是在实际工作中由于各种原因,我们经常还是会碰到测井数据或者模型中的属性值有无效值或者负值,那么当我们利用这样的数据进行压裂模拟时,模拟运算就无法正常进行,这个时候在Message log里面会有类似这样的提示:

那么当我们看到这样的信息时,我们有两种方法来检查:

方法一:找到Input面板下面的zone set,单击右键打开Spreadsheet,查看哪些属性是红色的,红色的属性表明该属性值有问题,如下图所示;

方法二:找到Model面板下面的zone set,如下图所示,查看每种属性的value state,看是否有Invalid或者Empty值;

无论哪种方法找到出问题的属性,最后建议在Model面板下的zone set中利用计算器进行直接修改,下图是个示例,记住修改后的属性一定要覆盖原有属性,不能创造出一个新的属性模型。

2. 油藏压力比水平主应力大

有的小伙伴在做UFM压裂模拟时可能见过下面的提示信息,油藏压力比最小水平主应力要大。在同一个petrel工区中,可能有很多地方会出现油藏压力,但这个提示的是我们zone set里面提供的ReservoirPressure比MinhorizontalStress要大。

那常见造成这个问题的原因及解决办法如下:

• 原始数据导入或者建模的过程中没有注意到不同压力的单位不统一,比如油藏压力用的是Bar,而水平主应力等用的是MPa,那么最后在zone set中体现出来的数值就是ReservoirPressure比MinhorizontalStress要大。当然有这种提示比较有利于我们发现问题,但是如果油藏压力用的是MPa,而水平主应力用的是KPa,软件就不会提示问题了,所以小伙伴们自己还要在运算前稍微花点时间看看属性值是否合理, 这类问题处理起来相对简单,对所用的测井数据或者模型数据进行直接修改后再建立正确的zone set模型,或者直接利用计算器对zone set模型中不合理的数值进行直接修改即可;

• 油藏压力和水平主应力的来源不统一,比如水平主应力用的是井间插值,而油藏压力是通过简单的压力-深度关系利用计算器计算而成,这两种压力没有通过专业的地质力学建模来完成,比较容易造成这种问题,在实际的工作中确实也发现存在过类似问题,推荐利用专业的岩石力学建模工具来完成相应的岩石力学建模就可以很好地避免这个问题。

3. 液体效率过低

大家有时候运算失败了可以在Message窗口可以看到Failed to run UFM engine,如果你把Message窗口里的提示信息往上翻翻就会发现提示原因是Efficiency is too low,如下图所示:

那么这个问题是什么原因呢?首先我们要知道什么是Efficiency,这个就是我们常说的液体效率,比如我们设计了1000方的压裂液,在我们泵注过程,一部分液体会滤失到地层中去,剩下的液体才是真正用来造缝的,比如假设滤失了700方,那么用来造缝的液体就是300方,液体效率就是30%。想要查看液体效率是多少呢,大家可以打开对应压裂级的结果,就是下图中右键单击Simulation results后,在Setting for ‘Simulation results’窗口里的就可以查看了。

液体效率低的本质就是液体滤失过高,存在这两方面的原因:

• 液体本身滤失系数过大,可以通过在Define stimulation case里面去校正液体的滤失系数,如下图所示;

• 地质模型中渗透率不合理,渗透性太高。这种情况在致密和低渗油气藏的压裂模拟中经常遇到,本身测井解释的渗透率没有严格的质量控制,或者在地质建模中,插值过程没有很好地进行质量控制,局部地区出现的渗透率非常大,这样会导致液体效率太低,运算不成功。

所以当遇到这种问题时,首先还是要找到具体的原因再去做相应的校正。

4. Zone set模型垂向厚度小

在利用高精度三维模型开展压裂模拟时,尤其是针对水平井时,由于本身三维地质力学模型非常大,垂向上有上覆岩层,平面上还有边界条件等,很多小伙伴会在做zoneset模型之前会在目标井附近切一个小一点的三维地质力学模型,这样方便操作和开展后面的工作,那么经常会出现一个问题是经常垂向上只保留目标层段,尤其是针对致密储层,目标层段非常清楚,这种情况下经常在模拟运算中出现如下图所示的问题。由于实际情况下水平井不是100%的水平,会造成局部井段离模型的顶底面高度很小,在实际模拟过程中,预留出来的模型高度小于输入到软件中的经验高度,这样软件就会有这样的提示。当然最简单的办法是在把图中Max height growth up或者 Max height growth down调小,但这不是最佳解决方案,最佳解决方案应该是重新创建zone set模型,垂向上预留足够的高度。

这个时候有些小伙伴就经常问我,我的目标层段就这么一点高呀,其他的地方是非目的层段,对生产无贡献,不用考虑吧。这是两回事,实际上水力缝的垂向延展跟是否是目的层段没什么关系,它的延展主要受不同岩层的力学性质差异造成,即便是非目的层段,也有可能被压开或者部分压开,至于被压开的岩层是否对生产有贡献,可以在后面的生产模拟中进行控制,这个时候如果强制让裂缝在目标层段延展,由于缝高比实际的要小,那么会导致模拟的缝长比实际缝长要长,结果不合理。

5. Zone set模型的平面边界小导致模拟结果不合理

根据我们的观察,这套软件不但有很多压裂工程师在用,也有很多油藏工程师、岩石力学工程师甚至地质工程师也在用这套软件。那么后者由于刚接触到压裂这方面,往往刚上手做这类工作时,缺乏对水力裂缝的一些基础的了解。在定义zone set模型时,会根据报告后者其他方面的不完全信息知道裂缝大概的长度,所以在定义zone set时就紧着裂缝长度来定义平面范围的大小,比如裂缝长度200米以内,那么他们就会在井两边各定义100米,这样操作似乎也不影响模拟。

但是实际上由于三维的非均质性和应力阴影的作用,裂缝在井筒两边的长度不是对称的,如上图所示,因此把zone set模型的外边界定义过死,会约束裂缝在平面上的延展,如下图所示,两个模拟结果完全是基于同样的数据进行的,只不过下图中定义的zone set模型外边界给的比较小,模拟出来的水力裂缝几乎在井筒两侧对称。实际上我们对比一下最小水平主应力可以发现上图的结果更加合理,因为井筒两侧的应力是有差异的,图中井筒南侧的应力更低,更有利于裂缝延展,这样可以看出当zone set定义的平面范围过小时,可能会导致运算出来的裂缝结果不合理,因此推荐创建zone set的时候还是在平面上要稍微大一些,留够空间来。

6. 三维地质力学模型不合理

在过往的技术支持中,我们发现很多小伙伴由于时间紧任务重,着急上手压裂模拟,运算出来的结果千奇百怪,找不到原因。后来经过我们诊断发现,这些小伙伴用的地质力学模型是自己利用地质建模的方法插值得到的,力学性质与岩性在三维上不匹配,比如甚至出现有些网格上最小水平主应力比最大水平主应力还要大,运算得到的裂缝顺井筒走。即便是通过专业地质力学软件建立的三维地质力学模型,在压裂模拟前也应该好好看看力学性质的分布是否与岩性的分布等匹配,地质力学模型不合理造成压裂模拟返工非常常见。所以这里还是要唠叨一下各位小伙伴,压裂模拟当然在很多时候都是工作的重心,但是前期的准备工作该细致的还是要细致一点,磨刀不费砍柴功。

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