油藏数值模拟实用技能培训 共98页
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产量
生产历史
动态预测
时间
前言 2 油藏数值模拟的技术优势
仿真：可多次“开发”油气田，寻求最优开发方案，避免决策失误
²» ͬ ¿ª ·¢ ·½ ʽ
×¢ Ë® ¼Ó ÃÜ ¾® Ë¥ ½ß ʽ
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前言 2 油藏数值模拟的技术优势
预测：短期内模拟开发油气田，分析不同方案的动态，降低开发试验成本
2.6 聚合物-表面活性剂驱模型
t(C ~k
np
k) [
l 1
k(C klulD k)l ]R k
C ~k (1nc C ˆk)np SlCklC ˆk
k1
l1
nc
DklSl( Kk l Ckl)
k1
K k l D kl ijS T ll u ijL l S l T l u liu u lj
一、什么是油藏数值模拟 ？
2 典型的数学模型
* 定解条件、辅助方程略
2.5 黑油模型
气组分 B K G r g ( g P K g G g D ) R B s o K o o r( o P K o o g D ) q G G S t ( B S G g R s B S o O o )
二维平 面模型 （X-Y）
(a) tank
(b) 1-D linear
一、什么是油藏数值模拟 ？
(c) 1-D radial
6 模型的维数
6.4 多层二维模型
- 由几个平面二维模型组成
x
-
各层在整个油藏中处于不连通状态，但由于合采或合注而在井y 筒中连通
-
用于模拟各种合采措施、修井、二次完井
6.5 三维模型
2.4 组分模型
[ C ig g g K r P g g g K g D C io g o K r P o o O K g D C iw w w K r P w w w K g D ] q i t [ ( C ig g S g C io o S o C iw w S w )
实际模拟：某气藏边水推进动态研究
一、什么是油藏数值模拟 ？
5 模拟范围
5.1 单井模拟
- 通常用r-z坐标系 - 评价各种完井措施、预测直井的锥进动态、数值试井
5.2 剖面模拟
- 通常用x-z坐标系 - 研究与重力有关的问题，如：水驱、气驱的纵向动态
5.3 井组模拟
- 考虑一个典型的注采单元，二维或三维 - 跟踪井组单元内的驱替前缘、驱替效率研究
Z
- R--Z用于单井动态的模拟研究 - X-Y(-dZ)三c维ro模ss型-s用e于cti全on油a藏l 的模拟研究
X
Y
1
11
2
3
2
34
2
3
4
(e) areal
多层二维模型（X-Y-Z）
Z
Gas-Oil Contact
Completion Interval
Oil-W ater Contact
含水
产油
1936 1944
1952 1960 1968 1976 1984 1990 1998
生产时间
前言 2 油藏数值模拟的技术优势
可视：通过可视化技术，深入到油藏内部，观察每个参数随时间的变化
前言
3 发展历程
30年代：开始研究地下流体的渗流规律，并将理论方法用于油田开发 50年代：在模似计算的方法上取得了较大进展 60年代：开始用计算机解决油气田开发上的一些简单间题，当时的计算机速
一、什么是油藏数值模拟 ？
9 黑油模型
9.3 基本假设 等温渗流过程 考虑油气水三相，每一相的渗流均遵守达西定律 油藏烃类中含有油气两个组分
- 油组分：大气压下差异分离残存下来的液体 - 气组分：全部分离出来的天然气
油藏烃类中含有油气两相
- 油相：包括油组分和以溶解气方式存在的气组分 - 气相：以自由气方式存在的气组分
定义：“在数学模型（计算机软件及数据体）上再现真实油田的生产动态” 技术原理：通过建立渗流力学方程，借用大型计算机，结合地震、地质、测
井、油藏工程等方法，在建立的地层三维属性参数场中，对数学方程进行求 解，模拟油气的复杂开发过程，再现油气田的生产历史，预测未来的开发动 态，提高油气藏的开发效益 技术关键：仿真、预测、可视
一、什么是油藏数值模拟 ？
实际油藏 数学模型 数值模型 计算机模型
数值模拟模型 成果输出Fra bibliotek•渗流机理 •开采机理 •模拟目标
•连续性方程 •假设条件 •初始条件 •边界条件
•离散化 •线性化 •迭代求解
•程序化设计 •编写计算机代码 •误差分析 •零流量检验
•网格划分 •地质、流体、生产数据输入 •模拟计算
•计算结果分析 •编写成果报告
一、什么是油藏数值模拟 ？
2 典型的数学模型
* 定解条件、辅助方程略
2.1 三维单相
[ K ( P g D ) ] [ K ( P g D ) ] [ K ( P g D ) ] () x x x y y y z z z t
度只有每秒几万-几十万次，只能做些简单的科学运算 70年代：计算机快速升级，带动了油藏数值模拟的迅猛发展，计算速度达到
每秒100-500万次，内存增至16兆字节。黑油模型日趋成熟，已能解决中小 型油藏的模拟问题 80年代：油藏数值模似技术飞跃进步，计算方法及软件迅猛发展，超级向量 机诞生，计算机速度达到亿-几十亿次，内存高达10-20亿字节 90年代：油藏模似软件的各模块功能迅速发展，体现为向一体化方面发展， 出现了集地震、测井、钻井工程、完井工程、油藏工程、采油工程、压裂酸 化措施工艺及地面集输、经济评价等为一体的大型软件
采时间内油藏平均压力及平均饱和度变化等
6.2 一维模型
- 考虑流体在一个方向的流动
- 用于实验室岩芯驱替的模拟研究
6.3 二维模型
一维线性模型（X）
- 包括单井模型（r-θ）、剖面模型（x-z）和全油田模型(x-y)
- 用于研究开发机理
零维模型 一维径向模型（R）
二维径 向模型 （R-）
二维剖 面模型 （X-Z）
9.1 定义 黑油：由甲烷及重质碳氢化合物组分所组成的低挥发油 黑油模型：描述黑油系统的数学模型 黑油的烃组分：气组分（甲烷）+油组分（重质碳氢化合物） 黑油系统的相：油相、气相、水相
9.2 特点 黑油模型是目前油藏模拟中发展最完善，最成熟的模型 所有常规油气田的开发问题，都可以用黑油模型来进行模拟 也是目前全球应用最为广泛的数值模拟模型
剂进行三次采油提高采收率的计算和设计
5 最新进展
向量算法、预处理共轭梯度法，使模拟过程更快速、更有效（3天1小时） 不规则网格、混合网格、自适应网格，更好地处理了复杂的几何形状 多重网格法、混合有限元法、流线法，正逐步完善和发展 并行处理技术，给大中型油气田的数模工作带来了生机
1 工作过程
5.4 全油田模拟
- 考虑参与渗流的整个生产区域，包括油藏、井筒 - 模拟全油藏的整体开发规律
单井模型网格示意图
利用井组概念模型，进 行鱼骨刺分支水平井注 采井网开发效果研究
一、什么是油藏数值模拟 ？
6 模型的维数
6.1 零维模型
- 也叫物质平衡方程
- 不能区分任何方向的流动
- 计算原始地质储量、预测全油田产量、估算水侵量及确定整个开
2.2 一维油水两相
xx[[A Aw oK K w o K rK rw o((P P xxw o w og g D D xx))]] q qo w A Att((ow SSow ))
2.3 二维气水两相
x [ H g K gr( g P K x g g g D x ) ] y [ H g K gr( g P K y g g g D y ) q ] g H t(g S g ) x [ H w K w r( w P x K w w g D x ) ] y [ H w K w r( w P y K w w g D y ) q ] w H t(w S w )
2009.05
前言
1 油气田开发的任务
技术方法
类比
经验
确定井位，优化井网
油藏工程 数值模拟 物理模拟 开发实验
确定开发方式
确定开采速度，保持长期稳产高产
寻找油气田开发中后期剩余储量的富集区域，确定调整方案
合理开发油气藏，提高采收率
前言
2 油藏数值模拟的技术优势
r
三维径向模型（R--Z）
三维全油藏模型（X-Y-Z）
一、什么是油藏数值模拟 ？
7 网格系统
7.1 常规网格系统
(4 ,3 ,2 ) (4 ,2 ,2 )
k=2
(2 ,1 ,2 )
k=1 k
i= 1 j
i
(3 ,1 ,1 )
i= 2
i= 3
i= 4
直角坐标网格系统
7.2 非常规网格系统
j= 3 j= 2 j= 1
油组分 B K oo rK o ( P oog D ) q o os t( B S o o) 水组分 B K wr w K w ( P ww g D ) q w w s t(B S w w )
d r1 d r2 d r3 d 1
k=1 k=2 k=3 k=4
径向坐标网格系统
局部加密网格系统
混合网格系统
一、什么是油藏数值模拟 ？
8 模型的类型
8.1 根据流体分类 （1）黑油模型
- 简单的相态（油-气-水），温度的变化可以忽略 - 用于一次采油、注水、干气注入、聚合物注入
（2）组分模型
- 复杂的相态，温度的变化可以忽略 - 凝析气藏的开发及循环注气 - CO2或富气注入 - 挥发油
前言
4 油藏数值模拟专业软件
黑油模型：已被广泛用于各种常规油气藏的模拟 裂缝模型：用来模拟灰岩、花岗岩、凝灰岩和变质岩裂缝性油气藏开发 组分模型：用于凝析气藏、轻质油和挥发油藏的开发设计和混相驱 热采模型：用于稠油油藏蒸气吞吐、蒸汽驱和就地燃烧的设计 化学驱模型：用于在注入水中添加聚合物、表面活性剂、碱等各种化学
中国石油天然气股份有限公司青海油田公司
油藏数值模拟实用技能培训
Applied RESERVOIR NUMERICAL SIMULATION
一、什么是油气藏数值模拟？ 二、为什么要做油藏数值模拟？ 三、怎么做油藏数值模拟？
青海油田公司勘探开发研究院 西南石油大学石油工程学院 油气藏地质及开发工程国家重点实验室
一、什么是油藏数值模拟 ？
3 基础与应用
石油地质 钻井工程 采油工程
储层描述
油层物理 知识集成
油藏工程
计算机工程 风险概率 经济评价
油气藏数值模拟
软件研发
工程运用
渗流力学 计算方法 数学物理方程
计算机软件 计算机硬件 GUI设计
渗流机理 开发机理 优化方案
调整方案 剩余油分布 提高采收率
一、什么是油藏数值模拟 ？
（3）热采模型
- 任何相态变化，温度的变化不能忽略 - 热力采油，如：蒸汽驱、火烧
8.2 根据储集-流动介质分类
- 单孔单渗（基岩孔隙存储，基岩内渗流）
-
双孔单渗（基岩孔隙和裂缝存储，从基岩流向裂缝，从裂缝流向井）
-
双孔双渗（基岩孔隙和裂缝存储，基岩和裂缝都参与渗流）
一、什么是油藏数值模拟 ？
9 黑油模型
4 模拟类型
4.1 概念模拟
- 采用平均油藏参数，代表局部区域 - 常用于敏感性分析或机理研究，模拟结果具有普遍指导意义
4.2 实际模拟
- 特定某一个油藏或储层单元、井组 - 非均质油藏参数，结果没有普遍意义 - 用于具体某个油藏的开发方案优选及其开发效果预测
正韵律
反韵律
复合韵律
均质油层
概念模拟：韵律层对水锥的影响
生产历史
动态预测
时间
前言 2 油藏数值模拟的技术优势
仿真：可多次“开发”油气田，寻求最优开发方案，避免决策失误
²» ͬ ¿ª ·¢ ·½ ʽ
×¢ Ë® ¼Ó ÃÜ ¾® Ë¥ ½ß ʽ
Éú ²ú ʱä¼
ú² ¿Á
前言 2 油藏数值模拟的技术优势
预测：短期内模拟开发油气田，分析不同方案的动态，降低开发试验成本
2.6 聚合物-表面活性剂驱模型
t(C ~k
np
k) [
l 1
k(C klulD k)l ]R k
C ~k (1nc C ˆk)np SlCklC ˆk
k1
l1
nc
DklSl( Kk l Ckl)
k1
K k l D kl ijS T ll u ijL l S l T l u liu u lj
一、什么是油藏数值模拟 ？
2 典型的数学模型
* 定解条件、辅助方程略
2.5 黑油模型
气组分 B K G r g ( g P K g G g D ) R B s o K o o r( o P K o o g D ) q G G S t ( B S G g R s B S o O o )
二维平 面模型 （X-Y）
(a) tank
(b) 1-D linear
一、什么是油藏数值模拟 ？
(c) 1-D radial
6 模型的维数
6.4 多层二维模型
- 由几个平面二维模型组成
x
-
各层在整个油藏中处于不连通状态，但由于合采或合注而在井y 筒中连通
-
用于模拟各种合采措施、修井、二次完井
6.5 三维模型
2.4 组分模型
[ C ig g g K r P g g g K g D C io g o K r P o o O K g D C iw w w K r P w w w K g D ] q i t [ ( C ig g S g C io o S o C iw w S w )
实际模拟：某气藏边水推进动态研究
一、什么是油藏数值模拟 ？
5 模拟范围
5.1 单井模拟
- 通常用r-z坐标系 - 评价各种完井措施、预测直井的锥进动态、数值试井
5.2 剖面模拟
- 通常用x-z坐标系 - 研究与重力有关的问题，如：水驱、气驱的纵向动态
5.3 井组模拟
- 考虑一个典型的注采单元，二维或三维 - 跟踪井组单元内的驱替前缘、驱替效率研究
Z
- R--Z用于单井动态的模拟研究 - X-Y(-dZ)三c维ro模ss型-s用e于cti全on油a藏l 的模拟研究
X
Y
1
11
2
3
2
34
2
3
4
(e) areal
多层二维模型（X-Y-Z）
Z
Gas-Oil Contact
Completion Interval
Oil-W ater Contact
含水
产油
1936 1944
1952 1960 1968 1976 1984 1990 1998
生产时间
前言 2 油藏数值模拟的技术优势
可视：通过可视化技术，深入到油藏内部，观察每个参数随时间的变化
前言
3 发展历程
30年代：开始研究地下流体的渗流规律，并将理论方法用于油田开发 50年代：在模似计算的方法上取得了较大进展 60年代：开始用计算机解决油气田开发上的一些简单间题，当时的计算机速
一、什么是油藏数值模拟 ？
9 黑油模型
9.3 基本假设 等温渗流过程 考虑油气水三相，每一相的渗流均遵守达西定律 油藏烃类中含有油气两个组分
- 油组分：大气压下差异分离残存下来的液体 - 气组分：全部分离出来的天然气
油藏烃类中含有油气两相
- 油相：包括油组分和以溶解气方式存在的气组分 - 气相：以自由气方式存在的气组分
定义：“在数学模型（计算机软件及数据体）上再现真实油田的生产动态” 技术原理：通过建立渗流力学方程，借用大型计算机，结合地震、地质、测
井、油藏工程等方法，在建立的地层三维属性参数场中，对数学方程进行求 解，模拟油气的复杂开发过程，再现油气田的生产历史，预测未来的开发动 态，提高油气藏的开发效益 技术关键：仿真、预测、可视
一、什么是油藏数值模拟 ？
实际油藏 数学模型 数值模型 计算机模型
数值模拟模型 成果输出Fra bibliotek•渗流机理 •开采机理 •模拟目标
•连续性方程 •假设条件 •初始条件 •边界条件
•离散化 •线性化 •迭代求解
•程序化设计 •编写计算机代码 •误差分析 •零流量检验
•网格划分 •地质、流体、生产数据输入 •模拟计算
•计算结果分析 •编写成果报告
一、什么是油藏数值模拟 ？
2 典型的数学模型
* 定解条件、辅助方程略
2.1 三维单相
[ K ( P g D ) ] [ K ( P g D ) ] [ K ( P g D ) ] () x x x y y y z z z t
度只有每秒几万-几十万次，只能做些简单的科学运算 70年代：计算机快速升级，带动了油藏数值模拟的迅猛发展，计算速度达到
每秒100-500万次，内存增至16兆字节。黑油模型日趋成熟，已能解决中小 型油藏的模拟问题 80年代：油藏数值模似技术飞跃进步，计算方法及软件迅猛发展，超级向量 机诞生，计算机速度达到亿-几十亿次，内存高达10-20亿字节 90年代：油藏模似软件的各模块功能迅速发展，体现为向一体化方面发展， 出现了集地震、测井、钻井工程、完井工程、油藏工程、采油工程、压裂酸 化措施工艺及地面集输、经济评价等为一体的大型软件
采时间内油藏平均压力及平均饱和度变化等
6.2 一维模型
- 考虑流体在一个方向的流动
- 用于实验室岩芯驱替的模拟研究
6.3 二维模型
一维线性模型（X）
- 包括单井模型（r-θ）、剖面模型（x-z）和全油田模型(x-y)
- 用于研究开发机理
零维模型 一维径向模型（R）
二维径 向模型 （R-）
二维剖 面模型 （X-Z）
9.1 定义 黑油：由甲烷及重质碳氢化合物组分所组成的低挥发油 黑油模型：描述黑油系统的数学模型 黑油的烃组分：气组分（甲烷）+油组分（重质碳氢化合物） 黑油系统的相：油相、气相、水相
9.2 特点 黑油模型是目前油藏模拟中发展最完善，最成熟的模型 所有常规油气田的开发问题，都可以用黑油模型来进行模拟 也是目前全球应用最为广泛的数值模拟模型
剂进行三次采油提高采收率的计算和设计
5 最新进展
向量算法、预处理共轭梯度法，使模拟过程更快速、更有效（3天1小时） 不规则网格、混合网格、自适应网格，更好地处理了复杂的几何形状 多重网格法、混合有限元法、流线法，正逐步完善和发展 并行处理技术，给大中型油气田的数模工作带来了生机
1 工作过程
5.4 全油田模拟
- 考虑参与渗流的整个生产区域，包括油藏、井筒 - 模拟全油藏的整体开发规律
单井模型网格示意图
利用井组概念模型，进 行鱼骨刺分支水平井注 采井网开发效果研究
一、什么是油藏数值模拟 ？
6 模型的维数
6.1 零维模型
- 也叫物质平衡方程
- 不能区分任何方向的流动
- 计算原始地质储量、预测全油田产量、估算水侵量及确定整个开
2.2 一维油水两相
xx[[A Aw oK K w o K rK rw o((P P xxw o w og g D D xx))]] q qo w A Att((ow SSow ))
2.3 二维气水两相
x [ H g K gr( g P K x g g g D x ) ] y [ H g K gr( g P K y g g g D y ) q ] g H t(g S g ) x [ H w K w r( w P x K w w g D x ) ] y [ H w K w r( w P y K w w g D y ) q ] w H t(w S w )
2009.05
前言
1 油气田开发的任务
技术方法
类比
经验
确定井位，优化井网
油藏工程 数值模拟 物理模拟 开发实验
确定开发方式
确定开采速度，保持长期稳产高产
寻找油气田开发中后期剩余储量的富集区域，确定调整方案
合理开发油气藏，提高采收率
前言
2 油藏数值模拟的技术优势
r
三维径向模型（R--Z）
三维全油藏模型（X-Y-Z）
一、什么是油藏数值模拟 ？
7 网格系统
7.1 常规网格系统
(4 ,3 ,2 ) (4 ,2 ,2 )
k=2
(2 ,1 ,2 )
k=1 k
i= 1 j
i
(3 ,1 ,1 )
i= 2
i= 3
i= 4
直角坐标网格系统
7.2 非常规网格系统
j= 3 j= 2 j= 1
油组分 B K oo rK o ( P oog D ) q o os t( B S o o) 水组分 B K wr w K w ( P ww g D ) q w w s t(B S w w )
d r1 d r2 d r3 d 1
k=1 k=2 k=3 k=4
径向坐标网格系统
局部加密网格系统
混合网格系统
一、什么是油藏数值模拟 ？
8 模型的类型
8.1 根据流体分类 （1）黑油模型
- 简单的相态（油-气-水），温度的变化可以忽略 - 用于一次采油、注水、干气注入、聚合物注入
（2）组分模型
- 复杂的相态，温度的变化可以忽略 - 凝析气藏的开发及循环注气 - CO2或富气注入 - 挥发油
前言
4 油藏数值模拟专业软件
黑油模型：已被广泛用于各种常规油气藏的模拟 裂缝模型：用来模拟灰岩、花岗岩、凝灰岩和变质岩裂缝性油气藏开发 组分模型：用于凝析气藏、轻质油和挥发油藏的开发设计和混相驱 热采模型：用于稠油油藏蒸气吞吐、蒸汽驱和就地燃烧的设计 化学驱模型：用于在注入水中添加聚合物、表面活性剂、碱等各种化学
中国石油天然气股份有限公司青海油田公司
油藏数值模拟实用技能培训
Applied RESERVOIR NUMERICAL SIMULATION
一、什么是油气藏数值模拟？ 二、为什么要做油藏数值模拟？ 三、怎么做油藏数值模拟？
青海油田公司勘探开发研究院 西南石油大学石油工程学院 油气藏地质及开发工程国家重点实验室
一、什么是油藏数值模拟 ？
3 基础与应用
石油地质 钻井工程 采油工程
储层描述
油层物理 知识集成
油藏工程
计算机工程 风险概率 经济评价
油气藏数值模拟
软件研发
工程运用
渗流力学 计算方法 数学物理方程
计算机软件 计算机硬件 GUI设计
渗流机理 开发机理 优化方案
调整方案 剩余油分布 提高采收率
一、什么是油藏数值模拟 ？
（3）热采模型
- 任何相态变化，温度的变化不能忽略 - 热力采油，如：蒸汽驱、火烧
8.2 根据储集-流动介质分类
- 单孔单渗（基岩孔隙存储，基岩内渗流）
-
双孔单渗（基岩孔隙和裂缝存储，从基岩流向裂缝，从裂缝流向井）
-
双孔双渗（基岩孔隙和裂缝存储，基岩和裂缝都参与渗流）
一、什么是油藏数值模拟 ？
9 黑油模型
4 模拟类型
4.1 概念模拟
- 采用平均油藏参数，代表局部区域 - 常用于敏感性分析或机理研究，模拟结果具有普遍指导意义
4.2 实际模拟
- 特定某一个油藏或储层单元、井组 - 非均质油藏参数，结果没有普遍意义 - 用于具体某个油藏的开发方案优选及其开发效果预测
正韵律
反韵律
复合韵律
均质油层
概念模拟：韵律层对水锥的影响