李淑霞--油藏数值模拟

化学驱模型
油、气、水三相和多组分，质量守恒＋相态软件 油、气、水三相和各种化学物质组分，质量守恒 ＋化学反应 • 80年代 工业性应用，向综合性多功能模型发展
• 90年代
工作站数值模拟
微机数值模拟
22
• 90年代末至今
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
国内发展概况
1) 发展历史
•
• • • • •
60 ˜ 70年代 处于停顿状态。
固定局部网格加密、动态局部网格加密
28
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
⑤网格粗化技术 油藏描述技术的发展，尤其是随机地质建模方法的 应用，使得在很小的尺度内描述油藏非均质性成为可能 。由此所建立的地质模型，其节点数往在是几十万甚至 上百万个。目前普遍使用如此规模的油藏模型进行数值 模拟研究还是不现实的，这就产生了一个如何将地质模
1、主要内容 • 数学模型（Mathematical Model）
• 数值模型（Numerical Model）
• 计算机模型（Computer Model）
14
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。
偏微分方程组 离散化 有限差分方程组 线性化 线性代数方程组 解方程组 得到压力、饱和度等
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
2
绪论
描述或实现油藏开发的动态变化过程－－模拟（仿真） 物理模拟：采油物理实体的办法 岩心试验、单管模型、平板模型试验等
数学模拟：采用数学描述的方法
数学模型、模型求解
数学模拟举例：
日常生活小问题、天气预报等
3
绪论
数学模拟的求解过程：
物理问题描述－－发现问题
（physical model description） 数学模型－－分析问题 （mathematical model ） 模型求解－－解决问题
运算速度,以满足网格节点不断增多的油藏数值模型。在并 行计算机上使用并行数值解法是提高求解偏微分方程的计算
速度,缩短计算时间的一个重要途径。
33
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
②流管/流线模拟
流线模拟是克服数值弥散的一种方法 方法：用常规数值模拟方法求出压力，然后计算
流线，根据流线计算饱和度变化，最后再将流线
⑦计算速度快
随着我国大部分油田进入高含水和特高含水开 发期，剩余油分布十分复杂，对油藏数值模拟的要求 也越来越高。从前宏观的粗化的数值模拟已不再适合 油田开发的需要，必须进行精细的油藏数值模拟。要 求模拟节点多、计算速度快。
30
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
⑧图形功能
软件可视化程度高，人机交互性能强。 可三维动画显示油藏中流体的流动规律， 再现油藏的开发历史及剩余油的空间分布， 并可任意旋转及切剖。为油田开发方案的 调整及设计提供科学的、合理的理论依据。
10
剩余油描述与油藏数值模拟
模拟法
用模型来研究物理过程，油藏模拟就是用油藏模型来研究 油藏的各种物理性质及各种流体在其中的流动规律
•物理模拟（物模） •数学模拟（数模）
双模
11
剩余油描述与油藏数值模拟
模拟法的优缺点
优点
• 能重复进行，即“ 多次开发” • 时间短，成本低
• 可以模拟各种非均质情况
24
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
②一体化技术 近几年数值模拟的发展不断与其它学科相衔 接，如与油藏描述、测井解释、随机建模一体化。 可通过CPS3、Z-map 等相关软件进行数据转换， 省去了大量的人工输图的工作，提高了精度和效 率；同时采用常规网格可达到数据共享。
25
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
81 ˜ 85年 起步阶段，引进国外软件。 82年从美国引进黑油模型、83年从法国引进热采模型 86 ˜ 90年 将油藏数值模拟软件研制列为国家“ 七五” 攻关项目。 91 ˜ 95年 96 ˜ 00年 00年～今 推广使用，并继续引进国外先进软件。 成立软件中心，发展我国自己的软件。 国外大型软件和国内软件推广并用
上计算出的饱和度回代到网格上，重新计算流度 ，计算压力…
34
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
• 注水井/生产井
• 注入水在注水井与 生产井直接相连方向 的流线上流动速度快 ，在角部流动速度慢
• 同一时间不同流线 到达生产井的情况
注入水的浓度
35
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
③勘探开发综合一体化 油气勘探开发的各个环节中计算机应用技术的 突飞猛进,带动了勘探开发工作向着多学科综合集成 方向发展,改变了以往以单项专业为主的顺序化工作 方式。各学科间的信息交换、数据共享、成果可视 和知识继承遵照统一的标准进行综合集成。 但当前面临的困难是:种类各异的数据格式、各 式各样的数据库系统、互不相通的应用软件以及不 同的用户界面等严重妨碍了多学科的协同工作、数 据资源及研究成果的共享。
•模拟法（Simulation）
8
剩余油描述与油藏数值模拟
直接观察法
（直接在油田上进行试验或取得资料，以便进行分析）
主要包括以下方法：
•钻观察井 •直接测试 •开辟生产试验区
9
剩余油描述与油藏数值模拟
•直接观察法的优、缺点
优点：直观，可以看得见，摸的着，所得结果易于被人接受 准确，客观存在的，避免了人为误差 缺点：1. 有一定的局限性（不能代表整个非均质油藏） 2. 成本高、周期长 3. 不能重复进行
16
油藏数值模拟的主要内容和步骤
2、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）
17
油藏数值模拟的主要内容和步骤
高含水期描述剩余油 的油藏数值模拟方法
中国石油大学 石油工程学院
2008.3
1
绪论（Introduction）
油藏（Petroleum Reservoir）的基本概念
油藏：在单一圈闭中， 具有同一压力系统的油 气聚集。 气 油
油藏是地下储油的地质 单元，上下一般具有良 好的隔层。
水 原始条件：平衡状态 开发以后：动态变化
31
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
3、数值模拟发展方向
①并行计算技术
网格粗化技术将精细地质模型转换为油藏数值模拟能够接 受的粗网格模型，经过网格粗化后，参数的匀整性增强，非均 质性减弱，因此转换后的粗网格模型无论如何都要失去原模型 中的某些地质信息。特别是纵向非均质性，矿场监测资料分析 表明，油层间的高渗透条带厚度很小，甚至小于0.5 m，但对油 藏的动态影响相当大，未来精细油藏数值模拟的网格节点甚至 会超过百万数量级，求解百万级的大型代数方程组至少需要 2.4GB的内存，在目前条件下，单处理机的模拟时间是难以忍受 的，必须利用并行计算机采用并行数值算法解决
（solution ）
数学模型的求解方法：解析法、数值法
(以细菌生长速度为例)
4
绪论
解析求解：可以求出未知量y和自变量x之间的函数
关系，用数学表达式准确地表示出来
例： y=x2, y=sin x, y= ex 等 数值求解：不能准确写出未知量y和自变量x之间的 函数关系，只能用各种数值的方法求出近似解
型进行转换，使转换后的模型既能尽可能多地包含原模
型中丰富的地质信息．同时又能在规模上为油藏模拟所 接受的问题，即网格粗化（upscaling）问题。
29
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
⑥斜井和水平井模拟技术
目前软件的斜井和水平井模型都比较完善，可考虑 射孔段由于重力、摩擦所引起的压力损失；还可考虑任 意方向井段的渗透率、厚度、井指数。
③
网格多样精确化
80年代 矩形网格； 90年代 多样精确化网格。 动态局部网格加密 杂交网格 非正常连接 变通网格技术 角点网格 中垂线网格
26
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
④局部网格加密
对各种网格均可加密，加密的个数和层数不受限制。
27
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
网格的加密技术
该方法包括： 网格加密区域 网格排序 系数矩阵结构 数据管理 该方法可用于： 微构造、井附近、活性剂段塞 该方法涉及：基础网格、二级网格、三级网格
1、发展概况
国外发展概况
1） 发展历史
•50年代 数值模拟起步
1953年美国G.H.Bruce等人发表了“孔隙介质中不 稳定气体渗流的计算”。 •60年代 黑油模型
油、气、水三相和三组分，质量守恒。
21
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
• 70年代初 热采模型
蒸汽驱和火烧油层，质量守恒＋能量守恒
• 70年代末
15
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
油藏数值模拟的主要内容和步骤
3. 建立计算机模型
将资料（静、动态）的输入，系数矩阵和常数 项的形成，多种解法和结果的输出等，编制成计算机 程序。 数值模拟的关键是计算的精度和速度。由于计算 的精度取决于离散的程度，但离散的程度又决定了计 算的速度。这是一对矛盾，要根据解决问题的需要而 选择离散化程度和计算速度。