GPTSim油藏数值模拟软件简介

GPTSim油藏数值模拟软件简介
——让数值模拟更实用GPTSim是一款功能强大的数值模拟软件。

可模拟多种油藏类型、多种开发方式、多种井型、多种水体类型，具备重启、网格加密、井筒PVT、多相流运算等常用功能。

GPTSim由前处理模块、运算与监测模块和后处理模块三大模块组成。

其核心运算与监测模块根据油藏开采方式不同又分为黑油模块Exodus，热采模块Exotherm，聚合物调驱模块Exopolymer。

前处理模块包括数字化图、历史数据输入以及前处理器，帮助用户处理数据、构建地质和流体模型、输入历史数据和井事件，最终建立数值模型。

在运算主模块中，模拟器采用全隐式算法，根据模型实时的组分数自动调整运算方法，运算速度快、收敛性强、结果可靠。

提供运行状态监测功能，用户可以实时监测运行状态和运行结果。

后处理模块为用户提供丰富便捷的成图、成表、二维三维显示功能。

此外GPTSim软件还提供税前经济评价功能，协助用户进行经济评价及方案优选。

GPTSim功能
GPTSim工作流程
GPTSim主要特点
■功能齐全，支持多种油藏的多种开发方式
黑油模块Exodus：支持黑油、组分、煤层气、双孔双渗等多种类型油藏的多种开发方式。

三维水力压裂模板分析、气井集输管线节点分析及辅助历史拟合功能独具特色。

热采模块Exotherm：支持蒸汽吞吐、SAGD、蒸汽驱、火烧油层、携砂冷采、VAPEX等稠油油藏和双孔双渗类型油藏的多种开发方式，井筒离散化功能可模拟SAGD多油管柱蒸汽循环预热功能和单井热损失分析。

是目前唯一能模拟多油管柱的热采数值模拟软件。

聚合物调驱模块Exopolymer：模拟注聚过程中油藏内的多种物理化学现象。

具有调剖、不同分子量聚合物分质注入和混合驱油模拟功能。

多种分子量聚合物及弹性处理在行业内处于领先地位。

■表单式、流程化数据输入方式
可以直接与Excel进行交互，软件中所有表格的顶部都给出表格各项输入的说明，可详细说明参数的名称、意义、单位以及相关的算法，极大方便用户操作。

用户自定义表格大大丰富软件的数据输入格式。

按照流程完成输入的输入并自动检查输入数据的正确性，降低数值模拟软件使用门槛。

■丰富的数据接口
可以导入Landmark、EarthVision、Geographix、Surfer等软件产生的数据，转换成GPTSim 前处理可接受的dig数据体。

支持Petrel，RMS，GPTModel等软件以Eclipse数据格式输出的数据体，可转化Eclipse模拟器的大多数关键字。

可以将角点网格和块中心网格相互转化。

■交互性强
直接用鼠标拾取需要加密的网格，并且自动完成对加密网格各种属性的赋值，三维图根据二维图网格加密动态显示；对指定网格区域进行算术运算、多种方法填充以及网格属性的拷贝、粘贴等功能，非常方便的进行网格属性的修改；Excel的网格矩阵数据体可直接粘贴到选定的网格区域；直接用鼠标在网格上进行井位的定义与修改。

■计算结果动态显示
井曲线模块可以动态追踪模拟器运行中输出的参数。

根据需要可提前中止模拟器的运行，修改参数，重新运算，有效提高历史拟合的效率。

在一个版面上绘制多张曲线图，方便对比。

■强大的网格显示工具
一个版面上多窗口对剖面图、三维图、井曲线图和报表进行显示。

各种图形可同时显示同一时刻的各种属性，轻松实现联动；对比不同时刻网格属性，并具备动画放映的功能；鼠标随意点选网格，网格属性曲线跟踪生成；井动态曲线可以与平面或剖面上井点网格关联。

能够自动自定义不规则剖面。

■齐全的三维显示功能
除了常规的放大、缩小、旋转等功能外，还可以进行多角度、全方位的三维动画显示和输出。

可以显示任意剖面、截面上参数随时间的动态变化以及切面沿某个方向的动态变化。

■方便灵活的报表输出
可按照时间、井号和参数三种类别分类，同时提供多种报表输出排序格式，使得结果输出更加清晰。

可进行单井各射孔网格的产量统计、边角井产量的转换、多个模拟结果的加载。

自定义井组功能非常实用。

前处理模块介绍
Exodus 、Exotherm 前处理模块
Exodus 、Exotherm 前处理模块采用了相同的界面风格和功能，由数字化图、生产数据输入、控制信息、高压物性、相渗数据、网格数据、井位数据和生产控制数据这个部分组成，其中在个别特殊功能的设计上存在差异。

将前处理模块特征做如下总结：
⏹ 有效的解决数模软件选项多、需要窗口多的特点，将主要的窗口操作界面控制在2~3个
界面，使得窗口更简洁，更容易操作。

⏹ 操作界面全部实现汉化，对其进行流程式的操作管理，用户可轻松上手，好学易用。

⏹ 表单式数据输入方式，可以直接与Excel 进行交互，很方便的进行复制、粘贴、数据填充
以及撤销操作。

⏹ 参数注释功能，可详细说明参数的名称、意义、单位以及相关的算法。

软件中所有表格的顶部都给出表格各项输入的说明，极大方便用户操作。

同时对表格中的列提供单位转换功能，很方便的对数值进行转换。

允许不同的单位制在表格中出现，如不同的列英制单位和国际制单位可以并存。

⏹ 详细的说明文档和完备的视频教程，任何操作界面下按F1键能迅速跳转到本版面的帮助
文档，可以更好的帮助用户理解和使用软件。

⏹ 丰富灵活的数据接口 表格功能注释
DIG 数据体转化：GPTSim 模拟软件可以导入Landmark 、EarthVision 、Geographix 、Surfer 等软件产生的数据，转换成GPTSim 前处理可接受的dig 数据体。

网格数据、属性数据体、断层、网格的特殊连接和完井数据：支持Petrel ，RMS ，GPTModel 等软件以Eclipse 数据格式输出的数据体，可转化Eclipse100模拟器的大多数关键字。

生产数据体：支持PA 、OFM 数据体以及CSV 格式的数据体，所有表格都可以跟Excel 进行交互。

⏹ 相渗、高压物性输入与绘图
提供Honarpour 相关系数方法计算油水相渗和气液相渗，确保油水相渗曲线的准确性与圆滑。

由于油水相渗和气液相渗在端点值处存在一定的关联，放在一个版面上方便对比和修改；因实验数据点不全引起的空值，表格提供自动插值的功能，确保数据的完整性；自动完成相渗曲线、高压物性曲线的绘制。

根据经验公式计算相渗数据表
⏹ 根据井点数据自动插值生成网格属性，更快完成网格数据处理。

通常在井点数据较多的
情况下进行网格插值计算，具有一定的准确性与方便性。

⏹ 模型的细分层与合并
对模型提供平面上和纵向上的网格增减、细分和合并功能。

有多种细分方式，如按比例细分、等厚度细分，对角点网格也可进行操作。

⏹鼠标拾取井位
在平面或剖面网格上用鼠标直接拾取井位，可进行新井定义，老井射孔层位修改，并自动生成射孔数据表，弥补手工的方法定义新井和修改射孔层位的缺点。

⏹局部网格加密技术，可直接用鼠标拾取需要加密的网格，并且自动完成对加密网格各种
属性的赋值。

⏹网格属性修改
可以对指定网格区域进行算术运算、多种方法填充以及网格属性的拷贝、粘贴等功能，非常方便的进行网格属性的修改。

还可跟Excel交互（Excel的网格矩阵数据体直接粘贴到选定的网格区域）。

下图展示了局部网格的加密功能、网格数据体的拷贝（见下图红色表示的网格属性）。

网格数据的修改还可以直接用常数赋值、在原有网格属性的基础上进行基本运算、直接导入dig数据进行插值、井点数据插值和从其它网格数据体运用进行计算，提供网格修改操作格式刷的该功能大大方便了历史拟合过程中对网格属性的修改。

属性拷贝
网格的加密以及网格属性的拷贝及三维同步显示功能
⏹井位定义与井流数据的输入与显示
井位数据与井流数据分开显示，这样能够更清晰的查看单井射孔及调补层情况与单井生产状况。

井流数据是在模拟运算过程中输入的单井约束和计算条件，表单式的输入方式可以与Excel交互；前处理中的历史数据输入模块提供的计算功能可直接输出成井流数据所需的格式，并自动加载。

数模处理井流数据传统的方法是按照时间来排序，便于数模软件的读入。

GPTSim提供了按照井排序的方式，方便数模工程师对数据进行查错、修改以及方案预测数据的写入。

该数据输入表根据需要可以进行列标签的显示与隐藏，可输入进行自动历史拟合的参照值，还可以进行边井角井产量的自动劈分。

⏹色标可以保存和调用，使用同一色标很方便对不同层位或不同时刻网格属性进行对比。

⏹强大的数据检测功能
用户输入数据后，自动检测数据的合理性，提醒用户及时修正，提高软件使用效率。

除此之外，在GPTSim运算过程中，生成详细的Debug报告。

Exopolymer前处理模块
Exopolymer前处理分为初始化平衡模块和重启动模块，其中初始化平衡模块包括：模型管理、地质网格模型、高压物性、相渗/毛管力、聚合物溶液物理化学性质。

重启动模块包括井位及井型的定义、井的生产控制等。

将Exopolymer前处理模块进行了重新设计，更方便的进行数据输入、查错与查看。

⏹模块式的管理与集成
Exopolymer前处理由通用信息、地质模型、聚合物特性参数、高压物性、相渗、井位、生产控制等内容组成，并且在界面上集成了运行和后处理的功能。

能够很方便的在各个模块间进行切换，有效防止了过多窗口的产生。

界面集成与网格修改
⏹灵活的数据解析和输入
当模型输入Eclipse、CMG等数模软件的dat文件和输出的数据场图时，可以自动解析数据体中的网格数据体，然后可以手工将其关键字跟Exopolymer中的关键字对应起来。

同样的方式处理生产数据、井位数据等，
⏹快捷的数据修改于显示
用鼠标选定需要进行修改的网格范围，就能对该范围进行算术运算。

可以选择不同的平面进行操作。

同时具有网格刷的功能，统一将不同区域的数据进行相同的运算。

很方便的在修改记录中查看修改过的区域。

⏹自动回归聚合物特性参数
聚合物特性参数包括聚合物溶液粘度-浓度关系系数、流变特征系数、水相渗透率下降系数、第一法向应力差系数、毛管数计算系数、相残余饱和度系数及凝胶调剖水相粘度系数及水相渗透率下降系数等，具体描述了多分子聚合物的粘弹性和调剖功能，为进行聚合物驱数模的核心组成部分。

其中在实验数据的基础上，通过最小二乘法回归出聚合物溶液的各特性参数值。

粘浓关系的参数拟合第一法向应力差与残余饱和度的拟合
⏹岩石流体性质的分区
能够对不同岩石类型、不同的流体性质、不同的压力系统进行分。

⏹断层、尖灭、解析水体等性质定义
能够处理断层、剪灭等类型的油藏。

增加了添加解析水体的功能。

⏹交互式井位定义
可以在网格图上用鼠标添加和删除井位，将鼠标交互的当个网格区域直接赋值给射孔层位，有效提高新设计井位的方案的速度。

⏹井位与生产控制数据输入
射孔数据与生产控制数据分开定义，大大增强了数据的可读性。

根据井类型的需要，生产井分为定压生产井和定量生产井，注水井分为定压注入井和定量注入井，还对注水井的注入段塞的成分进行了定义。

⏹跟时间相关的数据修改
在历史拟合运算过程中，可以将不同时刻对网格的渗流阻力或传导率进行修改，对于对不同时刻计算时间步长、网格输出内容和输出频率进行修改。

4、运算与监测
该部分为GPTSim的核心程序运算部分，包括 Exodus、Exotherm、Exopolymer三个模块分别处理常规黑油油藏、热采油藏和聚合物调驱油藏，对其功能进行如下介绍：
Exodus功能特征
⏹支持多种油藏类型和多种开发方式
Exodus用冷采方式进行油藏模拟。

支持多种类型的油藏，如黑油、组分、煤层气、双孔双渗等；支持多种开发方式，如注水、注气、聚合物驱、ASP三元复合驱、凝析气藏循环注气等；支持多种井类型，如直井、斜井、水平井、丛式井、鱼骨井等。

⏹经典算法，运行稳定
Exodus软件采用经典稳定的全隐式算法和自适应隐式算法相结合的方法，在提高运算速度的同时保证了运行的稳定性。

另外，软件具有自动侦测组份数量和动态调整运算方法的功能，提高了软件的运算效率。

⏹支持多种网格系统，如传统的块中心网格、径向网格和角点网格，并提供多种传导率计
算方法，如五点法和九点法。

可进行非常规网格的处理，如断层、非临近网格连接、储层的尖灭和局部网格加密等。

⏹可考虑多种因素对网格属性的影响，如时间、压力、应力等因素对孔隙度、渗透率、岩
石的塑变性、断层的开合和支撑剂的承压能力等方面的影响。

⏹多分区模型的建立
主要有油水界面、压力系统、相渗类型、原油物性、数值和解析水体、报告分区输出等方面可以建立多个分区，需要保证油藏的平衡。

⏹多种方法处理井底到井口的压降损失，如井筒PVT方法、垂直管流计算方法（VFP）、离
散化井筒压力研究。

⏹1/4井二维和三维水力压裂模型
分析不同压力下，对人工裂缝或天然裂缝的影响。

主要表现在支撑剂的承压能力、裂缝的尺寸影响等方面，进一步研究不同压力下对产能的影响，为措施效果分析提供有力的理论保证。

(裂缝与基质XZ方向上渗透率场) (1/4裂缝三维示意图)
⏹多井水力压裂局部网格加密处理
对水力压裂等措施的最简单的对产能修正方法是修改渗透率、井半径、表皮因子等方法来实现。

而当裂缝长度超出井网格所在的长度是，仅仅依靠修改井半径或表皮因子来实现是不准确的。

Exodus从裂缝的长度、宽度、高度出发，将井周围所在网格局部加密到裂缝的尺寸来模拟裂缝。

在一定压力下裂缝发生闭合，可以取消局部加密网格的定义，来实现模型的快速运行。

⏹气井集输节点分析系统
气井在集输的过程中，由于各生产井产能不同，不同的井口压力及不同的井口位置对集输的压力产生很大的影响。

如果处理不当有可能形成倒灌的可能。

因此协调集输中心内的生产井的井口输出压力是非常必要的。

根据不同的压力方案，计算各集输节点的压力与产能情
况，进一步优化开采方案。

(气井节点及连接关系定义) ( 气井集输管线节点图)
⏹流动边界处理及局部模型提取
定义流动边界后，方便在全油藏模型上切取局部模型，充分考虑边界处流体流入与流出动态，使得局部模型的计算更合理和可靠。

很方便的将流动编辑组合成一个模型。

⏹自动历史拟合，提高拟合效率
通过将整个油藏划分为几个区域，然后对每个区域采用非线性回归的方法进行自动历史拟合（非线性回归变量包括孔隙度、渗透率、传导率等），各区域拟合结束后，将其组合在一起进行模拟即可进行全油田的开发指标预测。

这样可快速对油藏进行模拟，对于生产井数较多且井史复杂的油藏来说，该功能的优点尤为显著。

⏹并行运算
可以进行多cpu并行运算。

Exodus沿着某个方向或者自动将全油藏分为几个块，保证非边界处的网格与另一区块没有流体交换，cpu各自分配一块进行模拟，大大节省运行时间。

⏹队列式的运算管理
可以同时提交多个文件进行排队运算。

在运行完前一任务的基础上，自动转到下一任务进行运算，对任务提交进行队列式管理；运行中后处理模块能进行曲线跟踪绘制。

多CPU 单任务并行运算 自动历史拟合任务监测
Exotherm 功能特征
Exotherm 是建立在全隐式k-值组分模型思想上，专门针对热采模型设计的数值模拟软件。

⏹ 支持稠油油藏的多种开发方式
能模拟SAGD 、蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、携砂冷采、注非凝析气和VAPEX 等开采过程，特别是能模拟比较复杂的火烧油层引起的多组份物理化学反应。

此外还可以对黑油系统、组分系统进行非常规模拟开采。

SAGD 方式开采油藏温度场变化图 火烧油层温度场变化图 ⏹ 使用双孔双渗模型可以描述裂缝性稠油油藏或携砂冷采方式。

DLA 方法计算造缝通道示意图 用变化的裂缝传导率来表示蚯蚓洞造缝过程 ⏹ 支持丛式井、鱼骨井等多种非常规井型。

⏹ 网格系统及特性连接处理
支持一、二、三维径向、直角坐标系统、角点网格系统；不相邻连接、断层、尖灭、局
基质
携砂通道
携砂通道传导率随时间变化
部网格加密等复杂模型。

可选五点、九点传导率计算方式。

⏹多条相渗曲线的处理
处理多套相渗参数，相渗端点可以随温度变化调整，考虑了在吞吐过程中驱替和吸入过程中存在的渗流差异，每组相渗都可以定义驱替和吸入两条相渗。

能够解决在吞吐后期油汽比不降低的问题。

左图中红色表示驱替曲线，黑色表示吸入曲线；右图中实线为低温相渗曲线，虚线为曲线端点值发生变化后的高温相渗曲线。

驱替与吸入曲线绘图温度变化导致相渗曲线的偏移
⏹岩石的热学性质和力学性质研究
盖层、油层、下伏岩层的热传导计算。

由于不同温度和压力下岩石的弹塑性对岩石孔隙度、渗透率、传导率、裂缝的开合等方面的影响。

详细考虑力学性质下岩石的弹性、膨胀、压实等过程。

储层上下岩层热传导数据输入岩石弹性、膨胀、压实过程示意图
⏹井筒离散化
将井筒按照网格尺寸离散化成连续切相互连接的井筒段，离散化后的井筒作为节点参与到网格计算中。

详细描述离散化的井筒与井筒间、井筒与地层的物质交换和能量交换。

因此可以计算井口到井底离散化后各段井筒的温度、压力和蒸汽干度的变化，该方法还可用于多井的井筒热损失分析，模拟水平井SAGD初期循环预热。

该功能可以将同一口井的套管与多根注汽或采油管线离散成多个同轴井分别进行计算，能够有效处理水平井跟端与趾端注汽时温度、压力、饱和度、干度等参数的模拟。

水平段注气干度示意图
⏹同一口井可以作为生产井和注水井两个角色来定义
同一口井在井流数据中可以分方便的进行角色转换。

当做生产井时填写相对于的生产井的控制选项，自动判断在注入井的列不能填入数据，同理可以定义注入井数据。

图中用不同颜色定义了生产井定义列和注入井定义列，图中隐藏了不必要的生产或注入控制列。

⏹模型的多种分区方式
可以针对不同的油水界面、压力系统、相渗类型、原油物性、岩石压缩及膨胀性质、岩石热学性质等类型建立多分区模型。

⏹不同时间、温度和压力下属性的修正
不同时间段可以对网格的孔隙度和传导率进行修改。

不同温度或不同压力下，可以对网格孔隙度、传导率、热传导率进行修正，并且还可以根据岩性指定到不同的网格区域。

根据岩石的性质是定义这些物理变化过程的可逆性和不可逆性。

⏹流动边界的处理及局部模型提取
对模型进行流动边界分区，在区块边界处自动保存边界处物质和热能的流入流出数据。

在大模型的基础上为便于进行井组分析以及参数的优选，可以非常方便的截取局部模型来进行分析。

局部模型采用流动边界的处理办法来模拟边界处的流体流动，避免模型边界处的压力下降迅速，真实还原了小模型的流入流出动态。

还可以方便的将各局部模型组合成全区模型。

⏹队列式的任务提交管理，优化的算法进行并行运算。

Exopolymer功能特征
Exopolymer是一个功能强大的聚合物调驱提高石油采收率数值模拟器，具有调剖、不同分子量聚合物分质注入和混合驱油模拟功能，以及不同分子量聚合物段塞和调剖段塞任意组合驱油模拟功能。

考虑聚合物弹性、调剖和多种分子量聚合物分质或混合注入是Exopolymer 的三大特色。

Exopolymer模拟器驱油机理和物化现象描述非常完善，能够模拟聚合物驱和调剖过程中油藏内发生的各种复杂物理化学现象，具体为：物质浓度差异引起的分子扩散作用；运动产生的弥散作用；运动产生的稀释作用；物质的吸附损耗；矿化度影响；相粘度依赖于组成；聚合物的流变特征；渗透率下降；不可及孔隙体积；重力作用；不同分子量聚合物溶液混合性质；调剖驱油体系对水相流度的影响。

1）对聚合物粘性机理的描述
⏹粘度与浓度和矿化度的关系
聚合物溶液的高粘度能够改善油水流度比，抑制注入水的突进，扩大宏观波及体积。

实验结果表明，在零剪切速率下聚合物溶液的粘度是聚合物溶液的浓度和含盐量的函数。

聚合物粘度与浓度的关系不同浓度聚合物溶液的流变性
⏹聚合物溶液流变性
高分子聚合物溶液都具有流变特征，其粘度依赖于剪切速率，利用Meter方程表达这种依赖关系。

随着剪切速率的增加，聚合物溶液粘度降低。

⏹聚合物溶液引起的水相渗透率下降
聚合物溶液在多孔介质中渗流时，由于聚合物在多孔介质中的吸附捕集必引起流度下降和流动阻力增加。

⏹不可及孔隙体积
实验发现，流经孔隙介质时聚合物比溶液中的示踪剂流动的快，这可解释为聚合物能够流经的孔隙体积小，这是由于聚合物的高分子结构决定的。

聚合物不能进入的这部分孔隙体积称为不可及孔隙体积。

⏹聚合物吸附
聚合物在油藏岩石表面上的吸附是聚合物驱油过程中发生的重要物理化学现象之一。

吸附量的多少直接决定聚合物的用量和采收率的高低。

利用Langmuir等温吸附模型模拟聚合物的吸附。

2）聚合物弹性机理的描述
实验室关于聚合物弹性提高微观驱油效率实验结果表明，残余油饱和度是弹性和毛管数的函数，当聚合物弹性一定时，随着毛管数的增加，残余油饱和度降低；在同一毛管数条件下，聚合物溶液的弹性越大，残余油饱和度越低。

聚合物提高采收率原理示意图
⏹第一法向应力差
聚合物溶液的弹性大小与聚合物的相对分子质量和浓度有关，相对分子质量和浓度越大，弹性越大。

利用第一法向应力差表征聚合物溶液的弹性大小，第一法向应力差是聚合物浓度和相对分子质量的函数。

⏹油相残余油饱和度及其相渗曲线
油相残余油饱和度是第一法向应力差和毛管数的函数，不同浓度和分子质量的聚合物对应不同的残余油饱和度，这样必然导致其对应不同的相渗曲线。

模型通过计算相残余油饱和度，根据高弹性相渗曲线和低弹性相渗曲线来插值计算对应的不同残余油饱和度下的相渗值。

3）多种分子量聚合物溶液混合驱油机理数学模型
将多种分子量聚合物溶液混合后的总浓度代入单一分子量聚合物驱油机理数学模型，包括粘度数学模型、渗透率下降系数数学模型、弹性驱油机理数学模型，可以得到多种分子量聚合物溶液混合驱油机理数学模型。

其中每个驱油机理模型所需的参数表示为每种分子量聚合物溶液相应参数的浓度加权平均的形式。