《油藏数值模拟》绪论

三、油藏数值模拟的主要内容
1、建立数学模型
按照油藏特性为基础划分
黑油模型 组分模型
按照油藏结构特点和开采 过程为基础划分
裂缝模型 锥进模型 水平井模型 混相驱模型 化学驱模型 聚合物模型 热采模型
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2、建立数值模型
首先通过离散化将偏微分方程组转换为有限 差分方程组，然后将其非线性系数项线性化， 从而得到线性方程组，再通过线性方程组解法 求解所需的未知量（压力、饱和度、温度和组 分等）的分布与变化。
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五、怎样做油藏数值模拟
4、工作量进展
大体根据油藏几何形态大小、单井控制网格多少、粗略估计计算模 拟工作量。
5、经费概算
包括人工费和机时费。
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六、油藏数值模拟的步骤
选择模型 资料输入 灵敏度试验 历史拟合 动态预测 示意图
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六、油藏数值模拟的步骤
1、选择模型
模拟之前，模型选择时要考虑以下一些基本问题：
相似模拟 物理模拟方法
单元模拟 解析方法 数学模拟方法 数值方法
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绪论
油藏模拟方法优点
1、能重复进行，可进行“多次开发” ； 2、可在较短时间内进行开发，成本低廉； 3、可以模拟各种非均质地层情况，避免了直接观察
法的缺点。 4、便于理解和认识物理过程的主要特征和机理。
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绪论
油藏数值模拟是应用数学模型把实际的油藏动态 重现一遍，也就是通过渗流方程借用大型计算机，计 算数学的求解，结合油藏地质学、油藏工程学重现油 田开发的实际过程，来解决油田实际问题。
一、国外数值模拟发展状况
在60年代
以Coats等人为代表致力于对气、水两相和三维 黑油油藏问题的求解，其代表著为“气顶或溶 解气驱油藏分析”、“油藏和气藏中三维二相流 动模拟”。模拟采油方法基本上限于递减或压 力保持，也考虑了重力、粘度和毛管压力的流 体流动规律。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
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4、历史拟合
用已知的地质资料、流体性质资料和特殊岩芯 分析资料以及实测的生产历史资料（产量或压力随 时间变化资料），输入软件，将计算的结果和实际 测得的开发指标（油层压力、见水时间、含水率、 油气比等）相比较；若发现两者之间有相当的差 异，则说明我们所用的资料与油气田实际状况差异 很大，可根据灵敏度试验结果逐步修改输入数据， 使计算结果与实测结果一致。
分布等结果
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四、由谁来做油藏数值模拟
油层物理学 油藏工程学
油田地质学
采油工程学
综合性很强科学技术
数学
计算机学
要做好一个油田的模拟，需要上述方面
的专家配合，尤其需要一个熟练掌握上述领
域的有丰富经验的油藏工程专家完成油藏数
值模拟工作。
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五、怎样做油藏数值模拟
1、明确油藏工程问题
模拟开始时，据油田提出的问题，进一步具体明确油藏模拟目的和要求。
将各种数学模型的计算方法编制成计算机 软件，以便应用软件进行计算得到所需的各 种结果。在模拟过程中，需要收集油藏特征 数据，然后应用该软件进行数值模拟，进而 对油田动态进行预测。
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三、油藏数值模拟的主要内容
数学模型
差分离散 差分方程组
数值模型 计算机模型
示意图
线性化 线性方程组
解系数矩阵 求解压力、饱和度
改变注水层位的效果； 扩大水驱油效率和波及系数的方法； 回答油田开发中所遇到问题并致力解决问题的方
法。
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3）评价潜力和提高采收率的方向
确定井位和加密井的位置； 确定产量、开采方式； 确定地面和井的设备； 进行各种调整开发方案和开发指标对比及经济评
价，制定挖潜措施。
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4、专题和机理问题的研究
1）对比注水、注气和天然枯竭开采动态； 2）研究各种注水方式的效果； 3）研究井距、井网对油藏动态的影响； 4）研究不同开发层系对油藏动态的影响； 5）研究在不同开发方案的各种指标； 6）研究单井产量对采收率的影响； 7）研究注水速度对产油量和采收率的影响； 8）研究油藏平面和层间非均质性对油藏动态影响； 9）验证油藏的面积和地质储量； 10）检验油藏数据资料； 11）为谈判和开发提供必要的数据资料。
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第二节 油藏数值模拟பைடு நூலகம்展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在早期主要用电模拟，其原理是用欧姆定 律代替达西定律，将流体在油层内的流动用 电流在电阻和电容器连接起来的电路网络中 流动现象来表示。根据所得到的压力分布来 计算非混相流体界面的移动情况。但这种模 型不能反映油层在开采中的复杂机理及大型 模拟。
2、选择油藏模拟器
根据对油藏渗流机理的正确分析，考虑储层岩石性质、油藏流体性质、开 采条件、注入流体等。
3、模拟策略
模拟策略是指既要解决油藏工程问题，又要具体地模型化，大体可分以 下几种： 1）全油藏整体模拟； 2）全油藏整体考虑分块模拟； 3）面向全油田的典型区块模拟。
采用哪种策略，以考虑油藏大小、井数、计算机容量、速度、资料准确 度和经费预算等具体问题具体对待，做到既准又快。
1）模拟研究的目的是什么；
2）油藏的复杂性、非均质性、各向异性、分层、 流变性、断层和相态特征；
3）资料的可靠性及完善程度；
4）模拟时间及经济费用。
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2、基础资料输入
地质静态描述资料
油藏描述 流体性质资料
需输入资料
特殊岩芯分析资料 各井的产量或注入量
井的数据
各井的井底流动压力
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绪论
所谓物理模拟就是根据同类现象或相似现象的一致 性，利用某种模型来观察和研究其原型或原现象的规律 性。
物理模拟方法
油藏模拟方法
数学模拟方法
所谓数学模拟就是对油层流体的运动规律建立数学模
型，并通过各种数学方法求得压力和饱和度等参数的分
布，来认识流体运动的规律。
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绪论
油藏模 拟方法
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绪论 二、油藏数值模拟的用途
1、模拟初期开发方案 2、对已开发油气田历史模拟 3、油气田开发的动态预测 4、各种专题和机理研究
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绪论
二、油藏数值模拟的用途
1、模拟初期开发方案 1）实施方案的可行性评价； 2）选择井网、开发层系、井数和井位； 3）选择注水方式； 4）对比不同产量效果，选择最佳的产量，进 行合理配产配注； 5）对比不同开发方式的开发效果； 6）对油藏和流体性质敏感性研究。
油气田开发的任务就是要从油气田的客观实际 出发，以最少的投资、最合适的速度去获得最高的 最终采收率，也就是要获得最大的经济效益。
直接观察测试方法 油气藏开发动态研究方法
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绪论
该方法是指通过钻观察井 、井下测试、开辟试验区等 直接在油田上进行试验获取 资料。
直接观察测试方法
经验统计方法
水动力学方法
采油工程、等；
计算机类：计算机原理、程序语言等
目
1.为利用数值手段研究油气田开发及普遍的工程问题打下基础
的
——理论方法
2.为从事实际工作做准备——数模应用
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主要参考参考书
1、油藏数值模拟基础 陈月明主编，石油大学出版社，1994.9
2、实用油藏数值模拟基础 刘月田编著，校内讲义，2004.8
一、国外数值模拟发展状况
在70年代：
产生了锥进模型和组分模型、拟函数技术。 此阶段代表著作“数值锥进模型”、“油层种 组分现象的数值模拟”、“控制数学离差的新 拟函数”、在数学差分方程中线性化以 IMPES方法和半隐式方法为主，在线性方程 解法上以点松弛迭代、D4直接解法为主。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
油藏数值模拟已成为油田开发研究、解决油田开 发决策问题的强有力的工具，从衡量油田开发效果 的好坏到预测投资、对比油田开发方案、评价提高 采收率方法等，油藏数值模拟得到极为广泛应用。
为什么？
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绪论
一、为什么要进行油藏数值模拟
复杂系统
经验方法 简单平均方法 物理模拟方法
…?
油气田
需要综合科学技术
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5、动态预测
在历史拟合基础上对未来的开发指标进行计算。 这里可分两种情况：一是根据规定的产量变化来预 测地层压力和饱和度的变化；二是依据规定的井底 流动压力变化来预测油气水产量、地层压力和饱和 度的变化。最后整理和分析模拟结果，提出建议， 形成报告。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
2、基础资料输入
油藏构造
油层厚度
地质静态描述资料 孔隙度 渗透率
油层深度
原始地层压力
油藏描述
压力与粘度关系数据
流体性质资料 压力与体积系数关系数据
压力与压缩系数关系数据
相对渗透率资料 特殊岩芯分析资料
毛管力资料跳转到第一页
3、灵敏度试验
将影响油气田开发指标（产量、压力、含水、 含气、油气比等）的地质静态资料、流体性质资料 和特殊岩芯分析资料人为地加以变化，输入软件 中，观察其变化对开发指标的影响，从中找出影响 较大的参数，对这些参数进行检查，以达到取准。
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三、油藏数值模拟的主要内容
1、建立数学模型
首先建立一套描述油藏渗流特征的物理模型，然后在 此基础上建立偏微分方程组，此外，为了解此方程组还 要建立相应的辅助方程、初始条件和边界条件。
目前开发得比较成熟的渗流数学模型有： 黑油模型 裂缝模型 组分模型 混相驱模型 热采模型 化学驱模型
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2、对已开发油田历史模拟
1）证明地质储量，确定基本的驱替机理及驱替类型 （是溶解气驱、注水驱、蒸汽驱或是重力驱？）；
2）确定油藏的大小和范围，油层流通情况，边界流动 情况，进一步确定产液量和生产周期；
3）确定油藏、流体特性和含水层范围（用拟合全油 田和单井的压力、含水、气油比历史动态）；
3、油藏数值模拟基础 韩大匡，陈钦雷，闫存章编著，石油工业出版社，1993.2
4、油藏数值模拟方法专题 石油大学出版社 刘慧卿编著
5、油藏数值模拟 Aziz, K. Settari, A. 著，袁士义，王家禄译，试油工业 出版社，2004.3
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绪论
复杂的客观存在实体： 静态描述的复杂性； 流体及其与岩石作用的复杂性； 开发动态描述的复杂性；
一、国外数值模拟发展状况
在80年代
工程东楼302 89733218
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课程的特点、目的
1.综合性强，需要宽厚基础理论和专业知识，同时以方法为主线、
应用为目的，理论、方法和应用统一形成完整的有机体系。
特
点
2.需较多的先修课程:
数学类：线性代数、微分方程、计算方法、数值分析等；
专业类：石油地质学、油层物理学、渗流力学、油藏工程、
一、国外数值模拟发展状况
30年代：发展开始
当时模拟仅用于预测油藏动态计算，预测采 收率和对比选择开采方法，经济评价。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在40年代
主要以解析解为主，研究“液体驱替机理”、 “理论物理学中的松弛法”、“孔隙介质中均 质液体流动”、“油层流动问题中拉普拉斯转 换”等零维物质平衡法。
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2、建立数值模型 非线性系数项线性化方法有： IMPES方法 半隐式方法 全隐式方法 SEQ方法 自适应隐式方法
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2、建立数值模型
带状矩阵解法 直接解法
D4排序矩阵解法
线性方程组求解方法
点松驰解法
迭代解法
线松驰解法 强隐式迭代解法
预处理共额梯度解法
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3、建立计算机模型
油气藏开发动态研究方法 物质平衡方法
油气藏开发动态研究的实质 人工智能方法
就是寻找开发指标的变化规律
，然后进行预测和控制。 油藏模拟方法 跳转到第一页
绪论
所谓模拟是指模仿事物现象但不具有其 实体，即通过“虚拟”实际物理过程以达到 认识和研究其运动规律的目的。
油藏模拟
油藏模拟就是模仿和再 现油藏内流体的渗流现象和 渗流规律。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在50年代：
布鲁斯、皮斯曼等四人发展了将数值方法演 变为相对高级的计算机程序。他们导出对非 均质孔隙介质中两维和三维瞬间多相渗流的 有限差分方程。代表著“油层系统中非稳定 态流动的实际处理”。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
4）检验油藏数据，指出问题、潜力所在区域。
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3、动态预测
1） 评价提高采收率的方法 一次采油； 注水、注气； 注聚合物、注胶束、注表面活性剂； 注CO2和其他混相驱替剂； 注蒸汽还是火烧油层等。
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2）研究剩余油饱和度的分布规律
研究剩余油饱和度分布的范围和类型； 单井进行调整，改变液流方向、改变注采井别、