油藏数值模拟历史拟合与动态预测..
=====油藏数值模拟简介
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。
油藏动态分析与动态预测方法
一、压力监测
②求区块平均地层压力。 ③分析地下流体动态。
油层的压力分布特征直接控制着其中流体的运动状况。一般的规律是： 采油多的区域压力低，注水多的区域压力高； 沿压力梯度大的方向，是流体的主流动方向； 等压图上形成的以注水井为起点的高压舌，也指示了有水舌突进的方 向和区域；
等压线均匀并大体与等高线平行的区域，注入水一般均匀推进等。
油田投入开发后，特别是在注水开发作用下，储集层的物理性质将 发生一定的变化，诸如岩石表面润湿性的转变，岩石孔隙结构及流体 性质的变化，以及油层温度、压力场的分布等，这些物理性质的变化 ，控制着油水的运动规律和剩余油的分布状态，研究这些变化对正确 制定高含水期开采技术，方案调整及提高最终采收率，都有普遍的指 导意义。
3、油层温度的变化
对注水开发油田，其油层温度在一定范围一定程度上会有所下降，从 而影响开发效果。 （1）改变了地层原油和水的粘度及其粘度比。 （2）改变了岩石的选择润湿性，同时也改变了油水相对渗透率和残余油饱 和度。 （3）改变了原油的流变学性质，如原油发生流动的初始压力梯度。
4、油层压力的变化
油田开发过程中油层平均压力的变化与累积注采比的变化是相关一 致的，它符合物质平衡方程（宏观）。但其平面和纵向的分布特征是具 有一定规律的，它也取决于平面、纵向的注采对应关系和相应的注采强 度。
2 、压力监测结果的分析
（1）油层压力的保持水平
油田投产后，油层能量消耗，产生压力降。注水补充能量，可使油层 压力回升。所以，目前油层压力保持的水平，直接反映了注采两方面的 平衡状态和目前油层水驱油的能量状态。 一般要求油层压力高于饱和压力，即尽量避免原油中溶解气在油层中 脱出，由于气体的流动而抑制油的流动。但也并不是油层压力保持得越 高越好。如果注水使油层压力高于岩石破裂压力，则会产生新的裂缝或 使原微裂缝进一步开启，也可能使油水过渡带附近原油外流损失，也会 产生油套管损坏变形等问题。 实际上，油层压力的保持水平，应考虑多种因素，根据本油田的实际 情况来决定。
5.油藏数值模拟原理和方法
数 值 模 拟 方 法
数值模拟方法的应用步骤
二、基础资料准备
(二)生产动态资料
⒈完井与油层改造资料：射孔、补孔及其它完井方式资 料、压裂及酸化资料等。 ⒉油水井生产动态数据：产油(液)量、含水率、生产气 油比、注水量等。 ⒊油水井动态监测资料：油水井产液和吸水剖面、关井 测压资料或静液面、井底流压或油层动液面等。
水 （104m3）
2264.3 798.1 3233.2 2349 1313.9 367.1 10325.6
1：15
埕东西区馆下7砂组实际的地质储量为655×104吨，模拟地质储量为 658.18×104 吨，拟合误差为 0.45 ％。埕东西区馆下 52 砂组实际的地 质储量为 165×104吨，模拟地质储量为 165.89×104 吨，拟合误差为 0.54％。
数模 模型的建立 （一）
数模 模型的建立 （一）
顶部构造图
数模 模型的建立 （一） 砂体厚度分布图
有效厚度分布图
数模 模型的建立 （一） 孔隙度分布图
渗透率分布图
二、流 体 模 型
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 水相饱和度 krw kro
3） 根据历史拟合的结果，在地下含水低，但储 量 丰 度 大 的 部 位 新 钻 四 口 生 产 井 (c111,c222,c333,c444) ，生产压差控制在 3MPa 。 新井井位如图13所示。
结果分析 及 生产预 测 （二）
结果分析 及 生产预 测 （二）
如果按目前液量生产（即方案1），则到2005年底，埕东西区7 砂组综合含水将达93％，采出程度为8.8％。而按方案2及方案3 生产，则到2005年底，7砂组综合含水将分别为95％和92％，采 出程度分别为12.37％和10.04％。
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
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。
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
《油气藏数值模拟应用技术规范》
观察到的液体饱和度曲线出现 “凹”型，一般是实验时没有给 定充足时间使凝析液析出。
Kr
1
0.9
0.8
Kro
0.7
Krw
0.6
0.5
2008年标准宣贯材料
油气藏数值模拟 应用技术规范
中石化胜利油田分公司地质科学研究院 2008年9月
目录
前言 1 适用范围 2 总则 3 术语和定义 4 油气藏数值模拟
应用步骤 5 研究目标确定 6 资料处理
7 模型的建立 8 历史拟合 9 动态预测 10 模拟研究成果 11 模拟研究文档内容
及要求
发挥了重要作用，是一项少投入，多产出，可获的巨大经济效 益的新技术。
目录
前言 1 适用范围 2 总则 3 术语和定义 4 油气藏数值模拟
应用步骤 5 研究目标确定 6 资料处理
7 模型的建立 8 历史拟合 9 动态预测 10 模拟研究成果 11 模拟研究文档内容
及要求
1 适用范围
本标准规定了常规砂岩黑油模型的数值模拟应 用技术规范。本标准适用于常规砂岩黑油模型的数 值模拟应用研究，其它类型油气藏可参考使用。本 标准的应用范围广泛，内容全面。本标准的制定和 贯彻实施，可规范油气藏数值模拟应用流程和方法， 提高数值模拟研究的准确性和适用性，进一步推动 油田开发项目研究的科学化、规范化。
〇研究的时间周期要求；
（目标过高）ຫໍສະໝຸດ 〇人为的目标要求及实现的可能性。
——制定有针对性的切实可行的研究目标。
5 研究目标确定
油田开发的不同阶段需要制定不同的研究目标：
平湖油气田花港组油藏跟踪模拟目标方案
开发阶段
开发前期(98.11以前)
数据资料
三维地震数据体、9口井电测 解释、2口井相渗及毛压测试 、3口井钻杆测试及不稳定试 井
油藏数值模拟概况
二.八十年代油藏数值模拟进展
八十年代，油藏数值模拟已经进入工业化应用阶段，随着工业化进程， 即应用的拓宽和计算机的发展，则必然在模型、解法及前后处理等方面有较 大的发展。归纳起来有十个方面进展。
●模型方面
状态方程的组分模型 该模型涉及到： 组分模型：组分的质量守恒方程。 状态方程：不同压力、温度下的相态. 数值模拟将烃类组分的相态与地下的渗流力学问题有机地结合起来。 该模型可用于模拟： 凝析气田开发； 凝析气田的循环注气； 回收气藏中的自凝析油； 高收缩挥发性原油的开采； 注co2 或者N2的非混相驱或近混相驱
油藏数值模拟在油田开发中的作用
双模的关系
物理模拟能保持原型的物理本质，多用于机理研究，对应渗 流机理不清楚的问题十分重要。物理模拟为数学模拟提供必 要的参数，并提出新的数学模型，因此物理模拟是数学模拟
的基础。数学模拟可考虑各种复杂因素的实际问题。
双模是相辅相成的，在油田开发设计和动态分析中是必不可 少的工作。
目的 方法
4. 历史拟合（History Match）
• 历史拟合的概念
• 反问题的多解性
5. 动态预测（Performance Prediction）
• 已知日产液，预测压力、饱和度
• 已知井底流压，预测产量、压力、饱和度
第三节
油藏数值模拟的 发展概况和发展方向
• 油藏数值模拟的发展概况
• 目前几个通用的数值模拟软件简介
• 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 • 90年代末至今 微机数值模拟 2) SPE 七次考核文章 1. A.S.Odeh,et “ Comparison of Solution to a 3-D Black Oil Reservoir Simulation Problem ”JPT 1981, Jan. 2. H.G.Weinstein J.E. Chappelear et “ Second Comparative Solution Project: A 3-P Coning Study ”JPT 1986 ,Mar. 3. D.E.Kenyon,et.“ Third Comparative Solution Project: Gas Cycling of Retrograde Condensate Reservoirs ” JPT 1987,Aug. 4. K.Aziz,et“ Fouth SPE Comparative Solution Project: A Comparison of Steam Injection Simulators” JPT 1987 Dec. 5. J.E. Killlough et “ Fifth Comparative Solution Project :Evalution of Missible Flood Simulators ” SPE 16000,1987. 6. A．Firoozabadi ,et “ Sixth SPE Comparative Solution Project : Dual-Porosity Simulators ”JPT 1990 June. 7. L．Nghiem ,et “ Seventh SPE Comparative Solution Project: Modeling Horizontal Wells Reservoir Simulation” SPE 21221 ,1991.
油藏数值模拟历史拟合方法简介
历史拟合方法一、历史拟合方法的基本概念应用数值模拟方法计算油藏动态时，由于人们对油藏地质情况的认识还存在着一定的局限性。
在模拟计算中所使用的油层物性参数，不一定能准确地反映油藏的实际情况。
因此，模拟计算结果与实际观测到的油藏动态情况仍然会存在一定的差异，有时甚至相差悬殊。
在这个基础上所进行的动态预测，也必定不完全准确，甚至会导致错误的结论。
为了减少这种差异，使动态预测尽可能接近于实际情况，现在在对油藏进行实际模拟的全过程中广泛使用历史拟合方法。
所谓历史拟合方法就是先用所录取的地层静态参数来计算油藏开发过程中主要动态指标变化的历史，把计算的结果与所观测到的油藏或油井的主要动态指标例如压力、产量、气油比、含水等进行对比，如果发现两者之间有较大差异，而使用的数学模型又正确无误，则说明模拟时所用的静态参数不符合油藏的实际情况。
这时，就必须根据地层静态参数与压力、产量、气油比、含水等动态参数的相关关系，来对所使用的油层静态参数作相应的修改，然后用修改后的油层参数再次进行计算并进行对比。
如果仍有差异，则再次进行修改。
这样进行下去，直到计算结果与实测动态参数相当接近，达到允许的误差范围为止。
这时从工程应用的角度来说，可以认为经过若干次修改后的油层参数，与油层实际情况已比较接近，使用这些油层参数来进行抽藏开发的动态预测可以达到较高的精度。
这种对油藏的动态变化历史进行反复拟合计算的方法就称为历史拟合方法。
由于目前历史拟合还没有一种通用的成熟方法，经常的做法仍是靠人的经验反复修改参数进行试算，因此油藏模拟过程中历史拟合所花的时间常占相当大部分。
为了减少历史拟合所花费的机器时间，要很好地掌握油层静态参数的变化和动态参数变化的相关关系，应积累一定的经验和处理技巧，以尽量减少反复运算的次数。
近年来还提出了各种自动拟合的方法，力求用最优化技术以及人工智能方法来得到最好的参数组合，加快历史拟合的速度井达到更高的精度。
但目前这种自动拟台的方法还处在探索和研究阶段，还没有得到广泛的实际应用。
油藏数值模拟的历史拟合
油藏数值模拟的历史拟合
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。
油藏模拟的数据准备和历史拟合
2
3
一维问题
模型应用： 混相驱吸管实验和一些岩 心驱替 重力驱替系统 垂向平衡 流管法模拟
Z 2 1
3
4
二维平面模型
X Y 1 1 2 3 4 2 3 4
模型应用: 大型的多井问题的模拟 平面的非均质岩石性质
常规网格系统
(4,3,2) (4,2,2)
j =3 k=2 (2,1,2) j =2 k=1 k j i i=1 i=2 (3,1,1) i=3 i=4 j =1
模拟研究所需要的气藏信息
气藏储层参数 孔隙度
孔隙度参数通常从以下来源获得： a.实验室测定 b.测井资料
c.使用关系式计算
实验室测定和测井资料是孔隙度参数的主要来源。
模拟研究所需要的气藏信息
气藏储层参数 地层厚度
地层厚度数据来源
a.测井资料 b.钻井资料 c.地震资料
模拟研究所需要的气藏信息
三维网格系统（层间连通）
X Y 1 Z 1 2 3 4 1 2 3 2
三维网格系统（层间无流动）
X Y 1 Z 2 3 1 1 2 2 3 3 4
4
柱状模型
模型应用: 试井解释
Z
Gas-Oil Contact
测试射孔间隔
评价井附近流动 锥进研究
Completion Interval
Oil-Water Contact
r
剖面二维（层间连通）
X
模型的应用: 油藏剖面流动分析
Z
1 1 2 2 3 3 4 4
水驱或混相驱重力分异
垂向非均质性
对驱替前缘的影响
拟相对渗透率曲线的偏差
剖面二维（层间不连通）
X
模型的应用： 垂向剖面流动研究
Eclipse油藏数值模拟经验
第八步
输入油藏初始参数(Initialization)
在图中所示的窗口中输入油藏初始参数。
第九步
添加水体(Initialization)
在图中所示的窗口中输入水体参数。
第十步
输入生产动态参数(Schedule)
分别在图中所示的窗口中定义井、添加井的限制条件等。
第十一步
选取输出格式(Sumary)
（4）初始流体饱和度和初始压力： 认为是确定参数。必要时允许小范围内修改。
油藏数值模拟工作流程
数据文件准备
初始化计算 生产史拟合 动态预测
结果输出
设定动态控制模式
控制模式的自动切换
含水率上升， BHP下降。
此后，也
BHP
产油量
—18，000天， 产水量稳定 下降。
结束
可调参数
1、岩石数据： a.渗透率 b.孔隙度 c.厚度 d.饱和度 2、流体数据： a.压缩性 b.PVT数据 3、相对渗透率数据
4、单井完井数据： a.表皮效应 b. 井底流动压力
参数的可调范围 1
（1）孔隙度： 如果油层大量岩心分析资料表明，油层部分孔隙度在 19％到21％之间，平均为±20％，变化范围不大。则把孔 隙度视为确定参数，不做修改，或允许改动范围在±3％ （2）渗透率： 渗透度在任何油田都是不定参数。这不仅是由于测 井解释的渗透率值和岩心分析值误差较大，而且根据渗 透率的特点，井间的渗透率分布也是不确定的。因此对 渗透率的修改，允许范围较大，可放大或缩小2～3倍或 更多。
油藏数值模拟工作流程
数据文件准备
初始化计算 生产史拟合 动态预测
结果输出
数模工作的主要成果
Eclipse操作流程
第一步
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。
关于油藏数值模拟辅助历史拟合技术的应用
扶正器(1.45m)+Ф165.1mm钻铤1根(9.68m)+Ф214mm扶正器(1.45m)+Ф165.1mm钻铤7根(65.29m)+Ф127mm加重钻杆14根(131.64m)+Ф127mm钻杆。
3 现场应用情况(3)气举情况 首先用清水将泥浆替出，然后开始分两段气举。
第一次气举：气举井深1018.17m，历时1h30min。
第二次气举：下钻至井深1636.52m开始第二次气举，历时1h40min。
最后注空气干燥井筒，立压1MPa，空气流量120m3/min，历时4h40min。
(2)空气钻进情况 钻井参数：空气排量120m3/min，立压1.26～1.37MPa，钻压15～40kN，转速50～65r/min。
空气钻进：井段1637.00～2152.50m，进尺515.50m，钻头1只，纯钻时间58h10min，平均机械钻速8.86m/h。
空气钻井终止原因：钻进至2152.50m，见气测异常，立压从1.28MPa升至1.30MPa，空气排量120m3/min，全烃从0.0086%升至0.0302%，C1从0升至0.0245%，C2～nC5：0%，集气点火未燃。
现场结合钻时、岩屑、邻井资料、气测资料综合分析，判断该段为含气层。
停止空气钻井，全井空气替换为氮气，改为氮气钻井。
(3)氮气钻进情况 钻井参数：氮气排量120m3/min，立压1.31～1.34MPa，钻压30～40kN，转速60r/min。
氮气钻进：井段2152.50～2280.00m，进尺127.50m，钻头2只，纯钻时间26h30min，平均机械钻速4.81m/h。
氮气钻井终止原因：钻进至井深2225.92m，发现水眼被堵，起钻检查钻具并更换三牙轮钻头。
下钻完毕，继续氮气钻进至2280.00m，钻达龙马溪组顶部预定层位，氮气钻井结束，全井替换为油基泥浆，改为常规钻井。
4 认识(1)长宁XX井在韩家店～龙马溪顶部采用了气体钻井技术，井段1637.00～2280.00m，进尺643.00m，纯钻时间84h40min，平均机械钻速7.59m/h。
油藏数值模拟基础 快速教程
由于渗透率的值来源于测井解释、岩心分析和试井解释，而且 井间渗透率的分布也不确定，随着生产的进行渗透率也发生着 变化，因此渗透率的修改范围较大，一般可放大或者缩小2～3 倍，甚至更多。
一般不允许调整，当个别井点没有提供有效厚度解释时，可以 进行适当修改。
岩石压缩系数 为确定性参数
平面渗透率值越大， 井周围的流动性越 好，压力传导越均 匀，开采效果越好。 垂向渗透率对于底 水油气藏的影响如 何？
数值模拟的过程
1.基础数据的收集、整理、分析
基础资料包括：
地质模型所需静态参数、油藏流体（组分）参数、岩石流体参数、 油藏初始条件、生产动态参数。
1.0
1.0
油藏流体（组分）参数、岩石流体参数包括：
0.8
非热采模型：油水气密度、体 0.8 积系数、粘度；原油高
0.6
压物性参数；K岩rw 石压缩系数；0.油6 水相渗曲线和油气Krg相渗
曲线。
Kro
Kro
0.4
热采模型：油水气密度、体积 0.4 系数、粘温曲线；气液
0.2
相平衡常数；岩石压缩系数；0.油2 气水、岩石的热物性参
数；不同温度时的油水相渗曲线和油气相渗曲线。
数值模拟的过程
2.数值模拟模型的选择
数值模据的收集、整理、分析 2)数值模拟模型的选择 3)油藏数值模拟模型的建立 4)油藏模型的初算和调通 5)历史拟合及剩余油分布规律 6)方案预测及最优方案推荐
数值模拟的过程
3.油藏数值模拟模型的建立
油藏模型一般包括：
非平衡条件初始化：初始含水饱和度 场、初始含气饱和度场、原始油藏压力 分布场。 （热采模型中还包括初始温度场；添加 表活剂时包括初始表面张力场等）
油藏数值模拟
• 80年代 工业性应用， 年代 工业性应用，向综合性多功能模型发展 • 90年代 年代 工作站数值模拟 • 90年代末至今 微机数值模拟 年代末至今 2) SPE 七次考核文章 1. A.S.Odeh,et “ Comparison of Solution to a 3-D Black Oil Reservoir Simulation Problem ”JPT 1981, Jan. JPT 1981, Jan. 2. H.G.Weinstein J.E. Chappelear et “ Second Comparative Project: ,Mar. Solution Project: A 3-P Coning Study ”JPT 1986 ,Mar. JPT Kenyon,et. Project: 3. D.E.Kenyon,et.“ Third Comparative Solution Project: Gas 1987,Aug ,Aug. Cycling of Retrograde Condensate Reservoirs ” JPT 1987,Aug. Aziz,et“ Project: 4. K.Aziz,et Fouth SPE Comparative Solution Project: A Comparison Simulators” Dec. of Steam Injection Simulators JPT 1987 Dec. “ 5. J. E. Killlough et Fifth Comparative Solution Project :Evalution of Missible Flood Simulators ” SPE 16000,1987. 16000,1987. 6. A．Firoozabadi ,et “ Sixth SPE Comparative Solution Project : DualJune. Dual-Porosity Simulators ”JPT 1990 June. JPT Project: 7. L．Nghiem ,et “ Seventh SPE Comparative Solution Project: Simulation” 1991. Modeling Horizontal Wells Reservoir Simulation SPE 21221 ,1991.
油藏描述与数值模拟概述及应用
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油藏数值模拟的主要内容 油藏数值模拟的主要内容
1 2 3 4
建立地 质模型
建立数 学模型
建立数 值模型
建立计 算机模 型模型
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1
PETREL地质建模 2 3 4 SCHEDULE生产制度建模 OFFICE数值模拟 OFFICE历史拟和简介
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PETREL地质建模 地质建模
井口坐标（ 井口坐标（wellhead） ）
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PETREL地质建模 地质建模
建模完成后需输出模型结果， 建模完成后需输出模型结果，以供数值模拟软件 Eclipse使用，所需输出的模型数据有： 使用， 使用 所需输出的模型数据有： 储层结构及属性模型—GRDECL 储层结构及属性模型 井轨迹数据—————ECLIPSE well connection 井轨迹数据 断层数据——————ECLIPSE fault data 断层数据
2.
井斜数据（ 井斜数据（welldepth） ： ）
a. b. a. b.
3. 测井解释结果（welllog）： 测井解释结果（ ）：
4. 分层数据（welltop）： 分层数据（ ）：
由开发数据库(daa05)获得（涉及软件Visual Foxpro）； 获得（涉及软件 由开发数据库 获得 ）；
井斜数据（ 井斜数据（welldepth） ）
测井解释结果（ 测井解释结果（welllog） ）
地质建模 基础数据
分层数据（ 分层数据（welltop） ）
断层数据点（ 断层数据点（faultpoint） ）
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PETREL地质建模
菜单条
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进程表
资源管理器
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最后一个阶段的生产指数、 吸水指数拟合
油水井产液及吸水能力
5、确定参数的可调范围 渗透率：
它在任何油田都是不定参数。这不仅是由 于测井解释的渗透率值与岩心分析值误差较大， 而且根据其特点，井间的渗透率分布也是不确 定的，因此渗透率的修改允许范围较大，可以
放大或缩小2－3倍或更多。
孔隙度： 油层部分孔隙度在25％～30％之间，平均为 27％，变化范围不大。因此孔隙度视为确定 参数，不做修改，或允许改动范围在±3％。 有效厚度：
各种动态数据等
动态预测
2、历史拟合的步骤
收集历史动态资料
判断资料的准确性
明确历史拟合的目的 建立起初始模型 建立起初始模型 历史拟合
与实际油田的动态 历史进行比较
判断参数修改是否合理 不符合 参数调整
符 合 合理的拟合结果
3、历史拟合工作制度
所有注水井定注入量，所有采油井定地面产液量；
注水井定压，采油井定地面产液量；
若油井在不变的总采收率或定压的情况下生产，则拟
合指标可能是产油量；
拟合见水时间和见水层位等等；
拟合分层开采指标（若有比较可靠的实测资料）。
主要拟合指标的确定及目的一
油井的含水和地层压力作为主要指标； 其次是拟合单井的见水时间、见水层位； 最后是生产指数和注水指数拟合（也即拟合油水井井底流动
（2）含水率拟合
如下图所示，若将岩石的压缩系数扩大为原 来的1.5倍将实现最终拟合。
压力（MP）
14 13.5 13 12.5 12 11.5 11 10.5 10 0 1000 2000 3000 4000 5000
时间（d） 第一次拟合值 实测值 压缩系数扩大1.5倍
当压力与时间的计算变化形状与实际的不一 致时，则普遍地修改模型的渗透率，也包括 边界流入函数的渗透率，因为油藏中产生压 力分布是由于流体流动的结果，这个结果由 达西定律所确定，它包含着总以乘积出现的 KKrl（l＝o、w、g；K为渗透率；Krl 为某项相 对渗透率）因此同时也可修改相对渗透率， 在拟合全区压力形状时，着重调整对全区压 力影响大的单井的压力形状。
油水和油气界面：
在资料不多的情况下允许在一定范围内
修改。在某些情况允许修改范围放宽。 例如：对于边底水油藏，矿场只提供一 个平均的油水界面（深度），这时可在 较大的范围内修改。
6、历史拟合的一般操作方法
开 生产指数只做最后一 个时间步，因为只有 最后一步的生产指数 对动态预测有意义。 始
油藏原始平衡状态检查(零流量模拟)
模型边界处的注水井和采油井定井底流压，模拟区
内部注水井和采油井分别定注入量和地面产液量；
对应于上述三种方法，若将相应的油井定地面产液
量改为地下总采出体积（包括油、气、水），可以
得到另外三种工作制度。
4、历史拟合指标
拟合指标的类型：
在定产情况下，拟合指标：实测油水比（或含水，或
水饱和度）和油气比；实测地层压力，或实测的井底 流压等；
油层测井解释的有效厚度与取芯资料对比， 一般偏高30％左右，主要是钙质层和泥质夹层 没有完全扣除，因此可调范围为-30%－0％。
岩石和流体的压缩系数:
流体压缩系数是实验测定的，变化范围 较小，认为是确定的。而岩石压缩系数 虽然也是实验测定的，但受岩石内饱和 流体和应力状态等的影响，有一定的变 化范围，而且与有效厚度相连的非有效 部分也有一定弹性作用，考虑这部分的 影响，允许岩石的压缩系数可以扩大一 倍。
油气PVT性质:
一般认为是确定参数，在具体情况下也 允许作适当修改，应根据具体情况而定。
ห้องสมุดไป่ตู้
初始流体饱和度:
一般认为是确定参数，必要时允许小范围 修改。
相对渗透率曲线：
由于油藏模拟模型的网格粗，网格内部 存在严重的非均质性，其影响不可忽视， 这与均质岩心的情况不同，因此相对渗 透率曲线应看做不定参数。即使在拟曲 线的研究中，给出了较好的初值，但仍 允许做适当的修改。
单井的压力拟合主要调整表皮效应达到对单 井压力动态的拟合，有时也可调整井周围地 区的渗透率或方向渗透率。 全区压力拟合与单井压力拟合不是截然分开 的，在进行全局压力拟合时也考虑单井情况， 附带做局部修改，并着重那些对全区压力影 响很明显的单井的压力拟合。同时还应注意 在调整井与井之间平面关系的同时，也考虑 单井本身的层间关系，这时还可以修改射开 的KH（地层系数）。
从上图中可以看出，从整个变化趋势上看，拟合压力 低于观察压力，但两条曲线几乎平行，这是典型的油藏渗 透率给低了的情况，若将油藏 渗透率增加为原来的 1.5， 则可以实现最终拟合。
从上图中可以看出，计算压力值低于观察值且继续发 散，这是典型的由于远离井区的渗透率和孔隙度给定的过 低造成的结果，在此情况下可保持油藏渗透率不变，将水 层的渗透率提高到原来的1.5倍，就可以实现拟合。
拟合油田平均压力 拟合单井压力 拟合油田综合含水率 拟合单井含水率 检查油藏压力拟合情况 拟合井底压力 结束
(1)压力拟合
在进行全区压力拟合时，首先着重拟合压力 水平，兼顾拟合压力变化形状。当拟合压力 的变化形状与实测基本一致时，只是压力水 平不同时，主要调整压缩系数和孔隙体积。 当分析发现注采关系不正确时，可根据注采 平衡的原则对边界井劈分系数进行调整或修 改注水井指数。当油水井的压差过大时，表 明全区渗虑能力过低，可适当提高相对渗透 率的端点值。
压力）
气油比一般不列为主要拟合指标：
原因是：
1) 开采过程中基本上保持在饱和压力以上开采，气油比 比较稳定； 2）矿场油气比测量资料不准确。
主要拟合指标的确定及目的二
全区（油田）及单井压力拟合 注采平衡（注采关系正确）
地质储量 单井产油量 拟合单井含水 地下水饱和度的分布 符合实际的层间关系
油井见水时间及见水层位
历史拟合的概念 历史拟合的步骤 历史拟合工作制度 历史拟合指标 确定参数的可调范围 历史拟合的一般操作方法
1、历史拟合的概念
已有油藏参数 对原始参数调整
渗透率 地质储量 油田、单井压力 模拟计算 饱和度 油田、单井产量 油田、单井含水率等 与实测数据 是否一致
Yes No
孔隙度