=====油藏数值模拟简介
第一二章 油藏描述与油藏模拟
物质平衡 方程
径向流模型 平行流模型
X-Y平面模型 X-Z剖面模型 功能及特点
空间维数
零 维 模 型
一 维 模 型
二 维 模 型
三 维 模 型
气 藏 模 型
黑 油 模 型
组 分 模 型
油气水三相流动,烃类分为 两个组分:易挥发的气组分 和不可挥发的油组分(黑油 综合三个方面,命名时的先后顺序为: 或地面油);气可以从黑油 维数-相态-功能或特点,如: 中出入,但黑油不能汽化为 一维单相流模型,三维三相黑油模型。 气;油-水、气-水之间不 气相或气水 混溶,无质量交换 两相流动 流体相态 单 相 流 模 型 两 相 流 模 型 三 相 流 模 型 空间维数
质量守恒原理 流入-流出 =单元体质量增量
1.3 数值模拟发展概况
(2)模块化和集成化 80 年代软件大多是以单个软件形式出现; 90年代多种软件统一在一个系统中; 如Western Atlas的DESKTOP—VIP系统, 包括: VIP—Encore 黑油模型; VIP—Comp 组分模型; VIP—Therm 热采模型; VIP—Dual 裂缝模型; VIP—Polymer 聚合物模型。
即建立基本渗流方程及相应的定解条件,形成 一个完整的数学方程组。
第二章 基本油藏数学模型
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 数学模型的命名 建立数学模型所依据的基本原理和步骤 微分算子及二阶微分方程类型 单相流的数学模型 两相流的数学模型 数学模型的一般形式 具有相间转移的流动模型 双孔隙油藏模型 定解条件
1.3 数值模拟发展概况
如 CMG公司,包括:
油藏数值模拟技术
2.3 高含水精细数值模拟
3)纵向网格的划分
精细油藏数值模型
•除考虑本身按沉积韵律划分的层系外,还要考虑生产过程中的 整体改造工作,如:补层、压裂酸化、堵水等等;同时,对生产 特征(如:底水锥进、气顶等)都应合理考虑,对一个层系中的 细分小层问题更是如此; 4)不规则网格的选择
需按实际情况酌情考虑,如井网密度大的井区,相邻的油、水
适应历史拟合的需要
适应动态预测的要求
2.3 高含水精细数值模拟
概念:整体网格细化
精细油藏数值模型
针对高含水数模提出时空精细模拟方法。 时间段精细划分
常规数模往往是时间段跨度较大:半年一个时间段,一般是
均匀划分模拟时间段。油田进入高含水期后,措施的调整次数增
多,实际生产数据相对准确,应从投产开始,逐年、逐模拟阶段 时间段达到最精细,可以精细到一个月或更短。
2.64 55.0
0.236
0.200 0.306
45.87
91.9 2966.3
2.3 高含水精细数值模拟
数据录入准备
1)表格数据 •油气PVT数据表(高压物性分析); •水及岩石PVT性质(高压物性分析); •油水相对渗透曲线;
精细油藏数值模型
•毛管压力曲线(岩心压汞实验)等;
•井筒流动数据。 2)网格数据 •油藏顶面海拔深度; •砂层厚度(有效);
究任务和客观许可条件建立相应的地质模型。
2.2 建立油藏地质模型
精细油藏数值模型
油藏描述工作—对油藏的地质、油层非均质特征,沉积相的详细
描述和研究,根据油藏沉积相研究建立该油藏特征的沉积模式。 建立油田地质模型—综合所有的测井、岩心和生产测试等资料来 得出一个与全油田一致的储集层模型。对各种未知的基本参数例 如:对顶面深度、砂厚、孔、渗、饱等空间分布的评价中最大限 度地发挥现有测井资料的作用,同时将这些参数结合所需储集层 的几何特性参量进行计算,并结合地质沉积相分析提供出更为精 细、完善的油田地质模型。 确定油藏地质模型参数—老区差油层的参数初始误差较大,在进 行历史拟合时达到令人满意的油藏特征描述所需的时间较长。所 以,应对所选区块选用所有的井(特别是“关键井”)开展油藏
油藏数值模拟李淑霞32学时
油藏数值模拟的主要内容和步骤
1. 建立数学模型
即建立一套描述油藏中 流体渗流的偏微分方程组, 包括初、边值问题。
2. 建立数值模型
通过离散化,将连续的 偏微分方程组转换成离散的 有限差分方程组,再用多种 方法将非线性系数线性化, 成为线性代数方程组,然后 求解线性代数方程组
偏微分方程组 离散化
有限差分方程Байду номын сангаас 线性化
油藏数值模拟的主要内容和步骤
二、主要步骤
• 模型选择(Select Model) • 资料输入(Input Data) • 灵敏度试验(Sensitive Test) • 历史拟合(History Match) •动态预测(Performance Prediction)
油藏数值模拟的主要内容和步骤
定解条件
第一节 数学模型的分类
1. 按空间维数来分 零维、一维、二维、三维
2. 按流体相数来分 单相、两相、三相
3. 按流体组分来分 单组分、两组分、…、N组分
4. 按岩石类型来分 单重介质(砂岩) 双重介质(碳酸盐岩)
数学模型的分类
5. 按模型功能来分 黑油模型 凝析气藏模型 双重介质模型 热采模型 聚合物驱模型 三元复合驱模型 水平井模型 ……
1. 模型选择(Select Model)
• 根据油藏的实际情况
• 根据所要解决的问题的要求
举例: ① 对没有活跃边、底水的气藏,选简单的单相气体渗流模型 ② 对常规原油(即不发生反凝析现象的油藏),选黑油模型 ③ 常规原油,采用注水开发,且保持P>Pb,可选用油水两相模型 ④ 对凝析气藏、高挥发轻质油藏,选用组分模型 ⑤ 对裂缝油藏,要具体分析(双孔单渗、双孔双渗) ⑥ 对热力驱、化学驱、混相驱等,选用相应的特殊模型
油藏数值模拟应用1
2、Office简介
油藏数值模拟数 据准备和分析的 互动接口。
可以进行前处理、 数据准备、运行 管理和后处理。 最主要的是对输 入数据人机交互 纠错和结果察看。
Office简介
Office可以打开和管理Eclipse数模家族的任意软件,允许你在数模运行中随 时查看计算结果;可以编辑和评价数模计算结果,并且可生成结果报告;可 以快捷的建一个数据研究模型并进行计算。Office是一个一整化的桌面环 境,.提供了五个特色模块,给用户控制管理 数模流程提供了极大的方便。
Office操作
8、Summary控制程序的指标图形的结果输出
程序完整需运O行计ff算ic,e有操没作有错误呢?
运行程序,不参 与实际计算,仅 仅察看数据完整 性、合理性、即
纠错
Office操作
Office操作
程序计算结束,生产信息报告,可察看有没有 错误??
• 是一个通用的、基于状态方程的、为 Eclipse准备输入数据的PVT数据分析软件包
• 具有众多的状态方程模型和分析方法, 可对流体样品进行分组或拟组分化
• 可以交互方式或批处理方式工作 • 状态方程,生成Eclipse所需的PVT数据
Scal简介
SCAL 准备相渗透率和毛细管压力数据 • 读入实验室数据,完成诸如曲线光滑、
FloViz(图形显示)简介
• FloViz支持各种网格形式,包括:块中心网格、角点网格、PEBI网格、笛 卡尔和径向加密网格及粗化网格。
• 交互式地对图形进行旋转、平移、缩放、透视和透明功能。 • 各种(井、井组及全油田)的曲线图的显示 • 诸如断层、剖面等各种网格图的显示 • 饱和度、压力等计算结果的等值图 • 监测模拟的运行 • 可进行水驱和气体锥进的动态显示、可进行颜色填充的场图显示、箭 头绘图,说明流动方向和主要的传导率显示功能。 • 显示任一时间步计算结果 • 动画显示运算结果 • • 用户可按自己的爱好来定义或修改颜色和注释
油藏数值模拟全面解释
前言:油藏数值模拟是随着计算机的发展,而在石油行业中逐步成为一门成熟的技术。
追溯油藏数值模拟的发展史,从30年代开始研究渗流力学到50年代在石油工业方面得以应用,到70年代进入商品化阶段,而80年代油藏数值模拟又向完善、配套、大型多功能一体化综合性软件飞跃发展。
近十年油藏数值模拟已成为油田开发研究,解决油田开发决策问题的有力工具。
在衡量油田开发好坏、预测投资、对比油田开发方案、评价提高采收率方法等方面应用都极为广泛。
油藏数值模拟就是应用数学模型再现实际油田生产动态。
具体通过渗流力学方程借用大型计算机,结合地震、地质、测井、油藏工程学等方法在建立的三维地层属性参数场中,对数学方程进行求解,实现再现油田生产历史,解决油田实际问题。
油藏数值模拟是一门综合性很强的科学技术,涉及油田地质、油层物理、油藏工程、采油工程、测井、数学、计算机及系统等学科。
而油藏数值模拟工作又以其繁重的前期准备和上机历史拟合运算工作让人望而生畏。
那么如何做好前期资料准备工作和尽快掌握模拟技巧?使得今后的油藏数值模拟工作在作业区顺利开展,便是出此书的目的所在。
本书结合以往工作中的实际经验教训,成功与失败,参考诸多资料从前期数据准备工作开始到模拟技巧做了较为的详细介绍,以舐读者。
有不妥之处,请予指证。
同时,今后不定期的将更新的模拟技术及方法推荐给大家。
目录一、数值模拟发展概况二、数值模拟的基本原理二、选择适当的数值模型及相类三、数据录取准备工作(一)建立油藏地质模型(二)网格选择(三)数据录入准备四、历史拟合方法及技巧(一)确定模型参数的可调范围(二)对模型参数全面检查(四)历史拟合附件1:关于实测压力的皮斯曼校正附件2:关于烃类有效孔隙体积的计算一、数值模拟发展概况30年代人们开始研究地下流体渗流规律并将理论用于石油开发;50年代在模似计算的方法方面,取得较大进展;60年代起步,人们开始用计算机解决油田开发上的一些较为简单间题,由于当时计算机的速度只有每秒几万到几十万次,实际上只能做些简单的科学运算;70 年后主要体现于计算机的快速升级带动了油藏数模的迅猛发展,大型标量机计算速度达到100--500万次,内存也高增主约16兆字节。
油藏数值模拟技术在动态分析中的应用
六、储层地质建模
1 构造模型
复核各种静态参数 - 储层:构造、孔隙度、渗透率、有效厚度(或净毛比)、原始饱和度 … - 岩芯实验:相对渗透率曲线、毛管压力曲线、岩石压缩系数 … - 流体PVT:油、气、水PVT … - 水体:各种水体描述 … 根据微构造研究,建立网格构架模型 各个网格赋值,建立储层定量地质模型 - 地质图件:通过数值化软件,转化成等值线或散点形式,然后赋值到网格单
场 地质储量的拟合
六、储层地质建模 简单建模过程
等值线的生成 网格赋值 地质模型
七、生产历史拟合
1 目的 验证地质模型的可靠性 调整、完善油藏地质模型 加深对油藏静、动态的认识 提高模拟预测的准确性 使模拟计算的油(气)藏及油气井生产动态更接近实际观测值
2 手段
确定拟合的关键井:数据完整可靠、生产时间长、能够反映油藏主要动态规律
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
流入
物质平衡模型 流出
油藏模拟模型
流入物质-流出物质=积累的物质
1、没有考虑空间差异;
2、油藏和流体性质,以及流 体流动,都是整个油藏内 进行平均。
1、油藏数值模型可以看成多个 物质平衡模型的结合体;
2、在三维空间上把整个油藏划 分为多个离散单元,而且在一 些列离散的时间和空间步上模 拟油藏和流体性质的变化。
实际模拟:某气藏边水推进动态研究
二、为什么要做油藏数值模拟 1 油气藏的复杂性
地质特征复杂:裂缝、断层、尖灭、非均质、隔夹层、多层 油气水关系复杂:多个压力系统、多个油气水界面、油气水间互溶 流体特征复杂:三维三相、复杂的相态变化、多组分
2 油气藏开发的复杂性
油藏数值模拟与CMG操作简介
静态资料
各砂岩组个数及名称
断层方向
油层分层数据
小层名称 沉积类型
断层数据
断点深度 断距
连通情况
密封情况
小层平面图 顶部深度等值图
地质构架
小层静态数据
有效厚度等值图 渗透率等值图 孔隙度等值图
属性数据
• 油层流体性质数据
油、气、水的高压物性资料 岩石的压缩系数
包括:原油的Bo-p曲线,Uo-p曲线,Rso-p曲线,UoT曲线,此外还有原油的地下密度,地面密度,饱和压力, 地面粘度,压缩系数等。
压实 方向相对 渗透率
方便 较强
一般 一般
压实 方向相对 渗透率
方便 强
三维图形
强
较强
强
总体评价
优
黑油模型的特殊功能
八 角点网格技术 各种类型的局部网格加密技术
项 斜断层处理方法 建 不同岩石类型划分方法 模 不同类型PVT参数划分方法 技 饱和度标定技术 术 储层物性时变处理技术
天然裂缝和人工压裂裂缝模型描述技术。
油、注水、注气、化学驱等)
3).剩余油饱和度分布规律的研究,再现
生产 动态
4).潜力评价和提高采收率的方向
5).专题和机理问题的研究
油藏描述
油藏描述是油田开发的基础,是一项系统工程,由多学科各种方法联合研究的结
果。油藏数值模拟作为一种方法,在油藏描述中起了一定的作用。
1) 孔隙结构研究
-10μm级
油藏模拟的概念及其所考虑到的因素
• 油藏模拟就是把油藏在三维的空间里分 为许多离散的单元,并且模拟油藏及流 体在空间及一系列离散的时间步里的发 展变化。与物质平衡方法一样的是,系 统遵循物质守恒原理。
油藏数值模拟实用技能培训
- 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
油藏中气体的溶解和逸出是瞬间完成的 油水两相不互溶,气水两相不互溶 岩石微可压缩,渗透率各向异性 流体可压缩,考虑渗流过程中重力、毛管力的影响
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?
前 言 1 油气田开发的任务
技术方法
类比 经验 油藏工程 数值模拟 物理模拟 开发实验
确定井位,优化井网
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
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
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
* 定解条件、辅助方程略
2.2 一维油水两相
A o KK ro Po D [ ( o g )] qo A (o S o ) o x x t x [ A w KK rw ( Pw w g D )] qw A (w S w ) x w x x t
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
油藏数值模拟
������������ ������������
= φl t
二阶微分方程三种基本类型为: (抛物型) 、 (椭圆型)和(双曲 型) 。 二维 问题离散化后为一组差分 方程, 其矩阵 A 的形式取决于 (网 格排列)格式。 G 根据每一组份的质量守恒建立的 渗流数学模型称为 (组份) 模型。 H 黑油模型是简化的(组份模型), 烃类系统只考虑(两个)组份。 黑油模型中(水相)与其它两相 不发生(质量转移) ; (气)可以 从(油)中出入,但(油)不能 汽化为(气)相。 混合外边界条件的表达式为
∂2p ∂ x2
∆x i
=
p i+1 −2p i +p i −1 ∆x 2
为二阶
H
I J
中心差商。 二维模型:描述油藏流体沿二个 方向上同时发生流动,而其第三 个方向上没有任何变化的数学 模型。 黑油模型: 黑油模型是简化的组 份模型。烃类系统只考虑两个组 份: “油”组份是地层油经微分 蒸发后在大气压下的残存液(即 黑油) ,而“气”组份是剩余的 流体。水相与其它两相不发生质 量转移;气可以从油中出入,但 油不能汽化为气相。 IMPES 方法: 是指隐式求解压力 方程,显式求解饱和度方法。 计算机模型:将各种数学模型的 计算方法编制成计算机程序,以 便用计算机进行计算得到需要 的各种结果。 交替对角排列格式:这种排列格 式实际上为交替排列和对角排 列格式的组合。
p i+1 −2p i +p i −1 ∆x 2
为(二阶中心)
差商。 对于一个线性代数方程组得稀 疏,系统未知数(编号和排列方 法) , 会明显地影响到直接求解法 的计算量与储存量。 定解条件一般包括(边界条件) 和(初始条件)前者包括(内边 界条件)和(外边界条件) 。 定压外边界条件的表达式为 p ab = f1 x,y,z,t 定井 底压力内边界条件的表达 式为p rw ,t = 常数 定流量外边界条件的表达式为
油藏数值模拟的基本数学模型
Re
v k 1750u 3/2
v
k
(P
g )
u
Reynolds数,反映了流体惯性力与粘性力的比值。考虑 多孔介质的特点, 临界Reynolds数范围0.2-0.3。当Re< 0.2-0.3,渗流符合达西定律。
Log(f )阻力系数
Bakhmeteff & Feodorff Burke & Plummer Mavis & Wisley Rose Sunders & Ford
dx 2
M
dz
dx
dyx x 2
dxx
x
沿x方向流入与流出的流体质量差:
x
dx 2
v
x
vx x
dx dydzdt 2
x
dx 2
v
x
vx x
dx dydzdt 2
v
t
x
dydzdt
v
x
x
v y y
vz
z
dxdydzdt
控制体内流体存储量变化量:
dxdydzdt
模型的选择一般能用二维模型解决问题不用三维模型,能用二相模型解决问 题不用三相模型,模型要尽量简化,但要表征油藏特征。
x
一维平面模型
1、简单的物质平衡计算 2、模拟试验室的实验 3、模拟油藏剖面 4、水域特点 5、专项研究,如线状水驱特点
z
一维垂直模型
1、垂向平衡 2、模拟重力驱油系统 3、模拟垂向水流效率 4、礁块构造 5、单井开采
t
源汇项:
qdxdydzdt
注入:q——”+” 采出:q——”_”
x、y、z三个方向连续性方程直角坐标形式 :
新一代油藏数值模拟技术
3% Y/Y
2008
6% Y/Y
2009
15% Y/Y Total 11%
$0
IDC Energy Insights, Multi-Client Study, 8/23/05 19
全球数模软件市场现状
公司
$16 $16
产品
ECLIPSE100/300/500 VIP-BP/COMP/THERM IMEX/GEM/STARS SENSOR TEMPEST/NextWell ATHOS/FIRST SureSim/SureGrid Merlyn Exodus EMPowers Powers
6.
由描述单一尺度、单一物理变化向多尺度、多物理 现象发展:
油藏+井筒+管网集成 流体+固体耦合 微观、宏观油藏属性集 成 精细时间、空间流体流 动描述
加速投产 最大化产能 投产
time
降低勘探 费用
降低开发 投资
-
9
Not to scale
一体化资产管理模式
工程设计、建设 采油工程
地质建模 钻井工程
油藏工程
10
从地震到数模(S2S)
地质,地球物理,测、录、钻井
静态模型
动态模型
历史拟合、注采动态分析
油藏一体化综合研究(S to S)
地震资料 处理解释 测井资料 处理解释 井震结合 属性反演 开发方案 生产措施
22
数模技术面临的挑战
强耦合度:
多物理现象 地层物理属性的宏观、微 观变化 流体流动的不同控制机制、 影响因素 相间(如流-固)耦合 多尺度系统 大尺度、小尺度非均质性 不同层次的流动变化机理 从地下(油藏)到地面(井筒、地面管网)的流 态变化
油藏数值模拟技术
油藏模拟的作用
1)剩余油分布研究。 2)优化井网、开发层系、井数和井位。 3)选择注水方式。 4)对油藏和流体性质的敏感性进行研究 5)实施方案的可行性评价
在每个区域,需要设置最大、最小及临界饱 和度值。
用于定义过渡带的饱和度。
岩石数据
岩石数据是特定的岩心分析试验的结果, 该数据用于: 设置每一流体相的最大、最小饱和度,该 值用于定义平衡区的相饱和度。 定义过渡带的范围及属性。 描述各相在网格块间流动时的动态表现。
数据准备方法
1、网格描述 2、PVT分析 3、岩心分析 4、平衡区 5、油藏工程方法 6、数据文件实例
如果上述条件不能完全满足,则需要使 用全组分模拟器。
数据准备方法
1、网格描述 2、PVT分析 3、岩心分析 4、平衡区 5、油藏工程方法 6、数据文件实例
岩心分析
来源于SCAL(special core analysis)分析, 数据主要是以表的方式描述属性与饱和度的 关系。
对于油藏的不同部分,可分用不同的相渗曲 线。
建立能较准确描述油藏 特征的地质模型。
(一) 网格的概念及设计方法
建立地质模型的网格设计方法:
1、选择模型的几何描述
(1)研究区域的大小及形态 (2)需要的研究精度 (3)所得数据的详细程度 (4)断层结构的复杂性 (5)断层两边地层的接触关系及属性 (6)存在倾斜及下降断层 (7)建模的时间限制
4、 在初始化(initialization)时,计算油藏每一层的静压力 剃度,并给每一个网格赋每一相的饱和度值
油藏数值模拟基础
1. 按空间维数来分
零维---物质平衡方程
一维-岩心水驱油,注采井间动态
二维-
三维
2. 按流体相数来分
单相-气藏、油藏弹性开发
两相-气藏水驱,油藏水驱 三相
3. 按流体组分来分
单组分
两组分
…
N组分
4. 按岩石类型来分
单重介质(砂岩)
双重介质(碳酸盐岩、低渗透油田)
5. 按模型功能来分
从以上不同的研究尺度可以看出,油藏数值模拟是适合于 油藏大尺度范围内研究的方法,对生产有直接的应用。
2. 油藏动态预测
在油藏开发的不同阶段,利用数值模拟进行动态预测,有 不同的用途
规划方案
开发前期
开发方案 调整方案
开发初期 开发中期
提高开发效果 方案
开发后期
3. 油藏驱油机理研究
1) 层内油水运动机理研究 油水运动的作用力:
抓住主要问题,满足现场的需要
二、 数值模拟流程
不是进行具体的数值 模拟工作内容
建立数学模型
建立数值模型
建立计算机模型
1. 建立数学模型
即建立一套描述油 藏中流体渗流的偏微分 方程组,包括初、边值 问题。
2.建立数值模型
通过离散化,将连 续的偏微分方程组转换 成离散的有限差分方程 组,再用多种方法将非 线性系数线性化,成为 线性代数方程组,然后 求解线性代数方程组
okkro
o
po
o
gDqo
t
wkkrw
w
pw
wgDqw
t
o o
w w
⑵ 定流压条件
由于井眼几何尺寸远远小于油藏,因此油井或注水井通常作为点汇或点源, 所以油藏数值模拟中通常把定井底流压条件转化为源汇项处理.
油藏数值模拟介绍
一、关于“油藏数值模拟技术”(一)基本概念及作用(二)数据准备(三)模型初始化(四)生产史拟合(五)生产动态预测二、油藏数值模拟的主流软件系统简介三、油藏数值模拟技术的进展及发展方向(一)进展(二)发展方向一、关于“油藏数值模拟技术”油藏数值模拟技术是一门将油田开发重大决策纳入严格科学轨道的关键技术。
从油田投产开始,无论是单井动态,还是整个油田动态,都要进行监测与控制。
油藏数值模拟是油田开发最优决策的有效工具。
油藏数值模拟技术从20世纪50年代开始研究至今,已发展成为一项较为成熟的技术,在油气藏特征研究、油气田开发方案的编制和确定、油气田开采中生产措施的调整和优化以及提高油气藏采收率方面,已逐渐成为一种不可欠缺的主要研究手段。
油藏数值模拟技术经过几十年的研究有了大的改进,越来越接近油气田开发和生产的实际情况。
油藏数值模拟技术随着在油气田开发和生产中的不断应用,并根据油藏工程研究和油藏工程师的需求,不断向高层次和多学科结合发展,将得到不断的发展和完善。
(一)基本概念及作用(1)基本概念油藏数值模拟:从地下流体渗流过程中的本质特征出发,建立描述渗流过程基本物理现象、并能描述油藏边界条件和原始状况的数学模型,借助计算机计算求解渗流数学模型,结合油藏地质学、油藏工程学重现油田开发的实际过程,用来解决实际问题。
油藏数学模型的分类,一般有四种方法:1)按流体中相的数目,划分为:单相流模型、两相流模型、三相流模型。
2)按空间维数,划分为:零维模型、一维模型、二维模型、三维模型。
3)按油藏特性类型,划分为:气藏模型、黑油模型、组分模型。
气藏模型按其组分的贫富,可以用黑油数值模型模拟,也可以用组分类型的数值模拟模型模拟。
所以,气藏模型也可以划进黑油或组分模型。
故数学模型一般分为黑油型和组分型两类模型。
4)按油藏结构特点、开采过程特征,分类为:裂缝模型、热采模型、化学驱模型、混相驱模型、聚合物驱模型等。
其中:数学模型:通过一组方程组,在一定假设条件下,描述油藏真实的物理过程。
《油藏数值模拟》油藏数值模拟应用
Sw
0
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Sl
油水相渗曲线
油气相渗曲线
1、在地层压力低于泡点压力或一开始就进行注气开采的情况下,就必须较精确地定 义油气相对渗透率曲线。
2、若我们主要希望研究的是注气对油的采收率的影响,那末,对气的相对渗透率精 度的要求还可适当放宽。
单井锥进问题则完全是另一种情况,kv/kh即使小到0.001,垂向渗透率的
估计偏差仍对垂向流动有明显影响。因此,在作单井锥进模拟时,必须对
kv/kh的值作精确定义。这样,在实际生产过程中,为了确保对油藏动态模拟 的合理性,必须对kv/kh的精确性作敏感性分析。
在采用黑油模型作模拟计算时,若油的各种性质较为均匀,此时, 对这些性质的估值的绝对值,即使具有一定程度的偏差,也是允许的。
2、油藏中非连续分布的泥岩夹层或其它低渗透致密层的存在,直接影响纵 向或平面的驱油效率。
3、纵向分层的非均质性,造成注入水沿高渗透薄层突进。 4、非连续的层间窜通影响纵向驱油效率。 5、油藏中天然裂缝的存在,使基岩采收率降低。
中国石油大学(北京)油藏数值模拟研究中心
第2节 模型的选择与设计
六、油藏岩石性质对模型设计影响
滞后效应会对油藏动态产生重要影响需要加以考虑。
中国石油大学(北京)油藏数值模拟研究中心
第2节 模型的选择与设计
六、油藏岩石性质对模型设计影响
3、毛管压力的影响
毛管压力对确定油藏流体的原始分布起着主要作用,而且对流体的 运动也有重要影响。对于驱替过程主要受重力控制的情况,毛管压力对 垂向饱和度分布将起决定作用。在裂缝发育的油藏中,起主要作用的生 产机制是水的毛管压力渗吸作用。对于低渗透层间发生窜流的情况,毛 管压力也将起重要作用。
油藏数值模拟原理
Inflow - Outflow = Accumulation Flow Rate=Transmissibility (Driving Force)
Data from all sources
Pore Volume = Fluid Volume
-7-
2.单相渗流基本微分方程
根据物质守恒原理,在单位时间内 流入单元内的流体质量-流出单元的流体质量 =单元内流体质量的变化 取渗流场中一个微小六面体体积单元来研究
相对渗透率、毛管力是饱和度函数,而粘度、体积系数 孔隙度与密度均是压力的函数 - 17 -
3. 三维三相渗流基本微分方程
令
Tw T
o o
K K rw
w
w
o o
K K ro
o
T
g o
K K ro
o
og g
Tg
K K rg
g
- 18 -
1. 黑油模型的基本假设 2. 单相渗流黑油模型基本微分方程 3. 三维三相黑油模型基本微分方程 4. 初边值条件 5. 网格系统 6. 黑油模型的差分方程 7. 差分方程的线性化 8. 线性代数方程组的求解 9. 黑油模型的主要数据流
-3-
1 、黑油模型基本假设
(1) 油藏中的渗流是等温渗流。 (2) 油藏中最多只有油、气、水三相,每一相均遵守达 西定律。 (3)油藏烃类只含有油、气两个组分。在油藏状态下, 油气两组分可能形成油气两相,油组分完全存在于油 相内,气组分则可以以自由气的方式存在于气相中, 也可以以溶解气的方式存在于油相中,所以地层内油 相为油组分和气组分的某种组合。在常规油田中,一 般不考虑油组分向气组分挥发的现象。 (4)油藏中气体的溶解和逸出是瞬间完成的,即认为油 藏中油气两相瞬时达到相平衡状态。 (5)油水之间不互溶;天然气也假定不溶于水。
油藏数值模拟原理
.
i , j+1
. .
y j y x x y y
1 i 2 i 1 2 1 2 1 2
j
y
i -1, j i , j
.
i +1, j
xi xi 1 xi 1 xi y j y j 1 y j 1 y j
x i 1, j-1 1 x i xi1 xi2 i 2i1 x
- 27 -
xi yj
1 x 1 x 1 i 2 i 2 2 1 y 1 y 1 j 2 j 2 2
i 1 2 1 2
y
y y
x i x
x
i
1 2 j 1 2
1 i 2 1 i 2
yi 1 yj y j 1
(1990-1995)
RS
(1995-now)
Deployment Phase
– Emphasis on Use of Technology – Synergy (Golden Age) and Maturity
- 18 -
3. 油藏数值模拟技术发展回顾
关键技术
上游权 全隐式差分离散化技术(Newton-Raphson 迭代) 隐式井底压力 先进的解法技术,如预处理共轭梯度类解法 前后处理及可视化技术
实施方案的可行性评价
选择开发层系、井网、井数和井位
选择注水方式
对油藏及流体作敏感性分析
-7-
1. 油藏数值模拟研究目的
2. 已开发老油田的(调整)方案 证明地质储量 通过历史拟合确定油藏和流体特性、产量及生产周期 指出问题及剩余油的分布规律 通过动态预测评价各种可能的提高采收率方法、给出调 整方案并给出各种调整方案的指标对比 3. 新工艺、新技术应用的矿场先导性试验效果 4. 机理研究
数值模拟技术
四、如何做好数值模拟的应用
1、了解你的问题并确定你的目标
所有原则的基础
问题: 地质特征?流体特征?动态特征?
目标: 剩余油分布?方案设计?机理分析?
CMG软件stars模块 (加拿大CMG公司)
聚合物及化学驱模拟软件:用于聚合物驱油及复合驱油藏模拟研究。
ECLIPSE软件聚合物驱模块 VIP软件聚合物驱模块 UTCHEM化学驱软件 (斯伦贝谢公司) (landmark公司) (德克萨斯大学)
FACS稀体系化学驱软件
(美国WITA公司)
并行版油藏数值模拟软件:用于并行数值模拟运算,提高运算速度。
孔隙介质中通常有三种组分:油气水;
通常假定油水为非混相状态,油水之间无质量传递; 通常假定气水之间有质量传递,以随压力而变化的溶解 度的形式; 通常假定气肯定溶解在油相中; 油藏温度恒定,流体一致处在热动力平衡之中; 流体的特性只是压力的函数,不考虑组分的影响。
一、数值模拟技术简介 2 技术发展历程
模 型 描 述 的 粗 略
地层模型
储层模型
资料“点”与网 格“体”的关系 进行历史拟合基 本原因
构造模型
流体模型
三、如何理解数值模拟技术
数值模型 网格模型 误 差 来 源 油藏描述
截断误差、物质平衡误差
方向效应、数值弥散
地质研究不确定性
实验测试
历史拟合
试验资料代表性、测试结果准确性
参数调整的合理性、非唯一性
油藏数值模拟技术
报告人:戴涛
2009.9
油藏数值模拟
名词解释:1油藏模拟:是用油藏模型来研究油藏的各种物理性质和流体在其中的流动规律,以便更好地认识油层,作出正确的评价,确定合理的开发方案和提高采收率的措施。
2 数值模型:用离散化方法将偏微分方程组转化为有限查分方程组,将其非线性系数线性化,得到线性方程组,然后求解。
3 油藏数值模拟:用数值方法求解油藏数学方程组,就是油藏数值模拟。
4 动态预测:在历史拟合的基础上对未来的开发指标进行计算。
5 黑油模型:黑油模型是简化的组份模型。
烃类系统只考虑两个组份:“油”组份是地层油经微分蒸发后在大气压的残存液(即黑油),而“气”组份是剩余的流体。
水相与其他两相不发生质量转移;气可以从油中出入,但油不能汽化为气相。
6 适定问题:一个问题的解存在,唯一且稳定时就称问题为适定问题。
7 三相流模型:描述有三相流体同时流动的数学模型。
8 三维模型:描述油藏流体沿三个方向上同时发生流动的数学模型。
9 气藏模型:描述天然气气藏的数学模型,有的气藏只有天然气的存在,而有的气藏不仅有天然气存在还有水存在。
10 离散化:离散化就是把整体分割为若干单元来处理。
11 有限差分法:有限差分法是对网格范围内的各点求解。
即原先表示连续的、足够光滑函数的偏微分方程,被一套对每个离散点的、与该点近似解有关的代数方程组所取代。
12 块中心网格:用网格分割成小块的中心来表示小块坐标。
13 一阶向前查商:对于函数p(x,t) ,x p p x p ii ∆-=∂∂+1 为一阶向前查商。
14 截断误差:当微商用查商表示时,把泰勒级数的余项截断,由于截断了泰勒级数的余项所产生的误差称为截断误差。
15 网格节点:网格的交点称为节点。
16 显式处理:在n+1时刻求解方程组时,若其系数直接用n 时刻的值,为显式处理。
17不均匀网格:为了模拟油藏的实际情况,划分网格时,在靠近井的附近网格取密一些,而沿径相外逐渐稀疏,这种网格称为不均匀网格。
18 IMPES 方法:是指隐式求解压力方程,显式求解饱和度方法。
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油藏数值模拟
油藏数值模拟是随着电子计算机的出现和发展而成长的一
门新学科,在国内外都取得了迅速的发展和广泛的应用。
1953年美国G..H.BUCE等人发表了《孔隙介质不稳定气体渗流的计算》后,为用数值方法计算油气藏渗流问题开辟了道路。
三十多年来,由于大型快速电子计算机的迅速发展,大大地促进了数值模拟方法的广泛应用。
20世纪60年代初期研究了多维多相的黑油模型;20世纪70年代初期研究了组分模型、混相模型和热力采油模型;20世纪70年代末期研究各种化学驱油模型。
目前,黑油、混相和热力采油模型已经投入工业性应用,并已经成为商业性软件,化学驱油模型也正日趋完善。
油藏数值模拟方法是迄今为止定量地描述在非均质地层中
多相流体流动规律的惟一方法。
例如许多常规方法要假定油层为圆形的均匀介质,如油藏几何形状稍复杂一些,且为非均质介质,则求解非常困难,甚至无法求解。
而对油气藏数值模拟而言,计算形态复杂的非均质油藏和计算简单形态的均质油藏工作量几
乎是一样的。
因此油藏数值模拟可解决其它方法不能解决的问题。
对于其它方法能解决的问题,用数值模拟方法可以更快、更省、更方便、更可靠地解决,并增加其它分析方法的可信度。
一个油气藏,在现实中只能开发一次。
但应用油藏数值模拟,可以很容易地重复计算不同开发方式的开发过程,因此人们可以从中选出最好的开发方法。
因此,对油藏工程师而言,数值模拟给动态分析提供了一种快速、精确的综合性方法;对管理者而言,数值模拟提供了不同开采计划的比较结果;对尚无经验的工程师而言,数值模拟则是有效的培训工具。
数值模拟研究的主要工作程序对一个油气藏进行综合的数模研究,往往需要花较大的精力和较长时间(有时会达一年甚至更长的时间),同时还对计算机硬件和技术人员有很高的要求,然而尽管在不同的项目中,面对的问题会千差万别,但大多数油藏数值模拟的基本研究过程是一样的。
为了使读者一开始就对数模研究工作有一个明确的整体概念,下面简要地介绍一下油藏数值模拟的主要工作程序。
问题的定义:开展油藏数模工作的第一步,是确定研究的目标和范围。
即首先要给本次数模研究一个明确的定位,明确本次模拟要解决的主要问题是什么,需要研究哪些油藏动态特性,这些项目的完成对油藏的经营管理者会产生什么影响等等。
从而根据项目的要求进行数值模拟研究程序设计,并收集有关的油藏基础地质、流体及生产动态数据。
数据的检查:一旦把数据收集起来以后,必须对这些来自不同渠道的数据进行鉴别,再组织和再检查,看收集到的数据是否足够,是否都合格。
如果取得的数据,依靠经验和评价方法进行修正和补充后仍不合要求,那就需要修正或重新确定研究目标。
研究方法的选择:确定了研究目标,并收集到了研究所必需的数据后,接下来的工作就是对模拟模型进行选择,即确定用哪种模拟模型对该问题最为有效。
并不是所有的情况下都需要对油藏进行整体模拟,例如在研究锥进、指进、超低产问题时,就应采用单井、剖面或平面模型,这样会大大节省计算成本。
通常影响研究方法选择的因素有多种,但其中有三条是最重要的:一是能否找到针对你研究问题的相应模拟器;二是解决你面对的具体油藏模拟问题时,常常因为需要反映井和开采设施对开采过程的影响,而必须对你选定的模拟器作某些修改,你必须具备这种能力;三是研究所允许的时间、计算机、人力及经费的限制,即不允许突破规定的时间和成本的限制。
模型设计:这里指的是在模拟器选定以后,我们必须设计出一套合适的网格模型。
网格模型的设计要受到模拟过程的类型、在非均质油藏中的液体运动的复杂性、选定的研究目标、油藏描述的精确程度以及允许的计算时间和成本预算等因素的影响。
网格数目越多,模拟出的单井动态会越精细,但网格数目越多计算的时间会越长,成本越高,有时甚至高到不能令人接受,所以我们经常不得不在研究目标所确定的总框架下,根据允许的计算时间和成本限制,去设计我们的网格模型。
程序修改:选择好模拟器并设计出了网格模型后,常常因为要达到我们要处理的问题的所需效果,而不得不对手边已有的程
序作某些修改,最常见的是修改井管理程序和模拟结果的编辑和输出程序。
历史拟合:这是油藏模拟中的一项极其重要的工作。
因为一个油藏模型被建立起来以后,它是否完全反映油气藏实际,并未经过检验。
只有利用将生产和注入的历史数据输入模型并运行模拟器,再将计算的结果与油气藏的实际动态相比,才能确定模型中采用的油气藏描述是否是有效的。
若计算获得的动态数据与油藏实际动态数据差别甚远,我们就必须不断地调整输入模型的基本数据,直到由模拟器计算得到的动态与油藏生产的实际动态达到满意的拟合为止。
由于历史拟合调整参数的目的是为了把真实油藏的描述搞得尽可能精确,所以,它是油藏模拟中不能缺少的重要步骤。
模拟使用的模型,显然应当与实际油藏是相似的。
若描述油藏的数值模拟所采用的数据与控制油藏动态的实际数据存在明显差异,则将导致模拟结果出现严重失真。
遗憾的是,在未经试验以前,我们对模型的准确程度,以及应该修改哪些参数才能保证它与实际油藏相似,知之甚少。
在这种情况下,最有效,也是最经常采用的一种验证方法,就是模拟油藏过去的动态,并将模拟计算结果与油藏的过去实际动态作对比,这就是历史拟合工作。
历史拟合能帮助我们发现和修改油藏描述数据的错误,以使模型更加完善,并验证油藏描述的可靠性。
如果修正后的模型模拟计算动态与油藏过去的历史动态能达到一致,且油藏描述又是
合理的,那么,应当说,历史拟合本身就是一种有效的油藏描述方法。
动态预测:获得了好的、可以接受的历史拟合后,就可利用该模型来预测油气藏未来的生产动态。
预测的内容包括:原油、天然气和水的产量,气油比与油水比的动态,油藏压力的变化动态,液体前缘位置,对井设备和修井的要求,区域采出程度,估计油气藏最终采收率等。
预测的结果将作为我们进行开发与管理决策的重要依据。
这里所指出的是,动态预测的准确性,明显地取决于我们采用的模型的正确性和油藏描述的准确性与完整性。
因此,花一定的时间与精力对模拟的结果进行评估,判断它是否达到了预期的研究目的,是十分必要的。
报告的形成:数模研究的最后一步是将计算出的结果进行系统地整理,得出明确的结论,形成一个清楚、简明的报告。
报告的格式,根据研究目的的不同,可以是一份简单的专题报告,也可以是一套具有大量文字、数据、图表及多幅彩色附图的多卷报告。
然而,无论报告的形式和长短如何,它们都应当以恰当的篇幅、充分的论据,清楚地陈述研究所使用的模型、计算的依据以及得到的主要结果与结论。
流线方法油藏模拟简介
对于绝大多数油田来讲,进行油藏数值模拟研究的目的最终都是为了要对油田未来的动态作出预测。
它预测的可以是某一油气藏在不同的开发条件下的动态,也可以是同一油藏在不同描述
下的动态。
动态预测是数值模拟中非常有意义的部分。
它可以使我们在油田开采前就能了解到某口井、井组、甚至整个油田,在不同开发方式下的生产动态情况。
可以计算许多方案,然后从中选出一个最适合的方案作为实施方案。
此外、动态预测还为我们提供了展示新方案的潜在效益的可能性。
随着油田的不断开发,油藏的储层非均质性加剧,流体性质变差、流体分布不断发生变化,特别是对于中高渗油田高含水油藏,油藏流场发生较大变化,形成优势流场。
此时,重力效应和纵向非均质性是水驱开采的重要参数,其在流体的分布和运移过程起重要作用。
通过流线方法,建立流体沿流线运移,形成一个自然运移网络,追踪油、气、水在油藏中的移动,流体沿着流线在压力梯度方向运移,而不是在网格块内运动,所以与传统的油藏数值模拟方法相比,流线模拟技术能更好地认识地下流体的分布、运移和认清剩余油分布,对改善油田开发效果和提高采收率提供科学依据。
另外,传统的油藏数值模拟技术一般都是在油藏中划分的块中心网格的基础上采用有限差分方法进行空间离散化,在每一个离散的时间步,需要在所有的空间离散网格上求解整个数学模型,计算速度比较慢,虽然近年来,计算机技术快速发展,但现代的油藏描述技术已经可以建立符合实际的大型油藏地质模型,为了达到所需的精确度,需要许多的网格单元,同时,地质非均质性的精确模拟也需要大量的网格单元,有限差分法模拟对于这
些有成百上千口井,几十万个网格块及较长的生产历史的大型油藏难度较大,暴露出其三个缺点:一是模拟速度慢,二是数据污染,三是计算精度低。
所以很有必要寻找一种快速准确的计算方法来对油藏数学模型进行求解。
流线模拟技术是通过将三维模拟模型还原为一系列的一维线性模型,同时还可以进行流体流动计算,具有处理更大数量级数据的计算优势。
在驱替过程中保持明显的驱替前缘和减少网格方位影响的特点,提高了模拟精度。
三维流线模型比常规模拟方法适用性强、优势多:
1、速度;
2、易形象地显示/概念化注入井采油井的流动耦合;
3、更好地确定泄油面积;
4、易于评定复杂的地质地质统计模型的级别;
5、易于综合整个油田模型;
6、生产动态加速拟合;
7、有潜在的优势,是一种更精确的解法。
所以流线方法是一种适合于现代油藏模拟的计算方法,流线模拟结果与传统的油藏工程技术(如标准有限差分法模拟)结合起来作为油藏管理工具具有重要意义。