油藏数值模拟技术
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油藏数值模拟技术与应用
常晓平
河南油田勘探开发研究院
一、油藏数值模拟技术 二、油藏数值模拟的主流软件及发展方向 三、实例
一、油藏数值模拟技术
（一）基本概念及作用 （二）所需的数据及准备方法 （三）模型初始化方法 （四）生产史拟合技术 （五）动态预测技术
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。
差越大
6
inj1
(二) 网格设计的发展阶段
3、PEBI网格：1999 ——
可模拟任何几何形状的油藏 用k-PEBI网格处理油藏的各向异性 加密网格与基础网格能够自动耦合 收敛速度快稳定性高误差极小 正交极小加速算法(Orthomin)
网格设计方法的发展阶段
3、PEBI网格：1999 ——
更具 灵活性
在垂向上网格分层基于： 1、可得的层面数据。 2、渗透性随深度的变化。 3、影响垂向上流动的隔挡：
如泥岩夹层的影响程度 及范围等。
优点：夹层描述精确； 弱点：网格多，占用空间
大；容易与流量相关的导致 不收敛问题
优点：网格少，省空间；与 流量相关的不收敛问题较少。
弱点：垂向上描述较粗，需
花较大的功夫调整垂向传导 率
网格描述
(三) 网格的类型及描述方法
到目前主要有三种网格类型： 块中心、角点及PEBI网格。
网格几何描述
块中心网格：
给出DX、DY、 DZ及深度
角点网格：需
要指定组成每一 个网格的四条坐
标线坐标 （COORD）及八
个角点的深度
块中心网格描述倾斜构造
在块中心网格系统， 虽然相邻网格的深度 错开，但ECLIPSE 还是认为其间是相连 的，有流动发生。
网格描述
(六) 各类网格的优缺点
网格类型 优点
缺点
块中心 角点
PEBI
简单、正交性 好
描述地层、特 别是断层的能 力较强
PEBI网格技术-PEBI网格与角点网格对比
直角网格
模拟3年后含水饱和度分布
Prod1
Prod2 Inj1
角点网格
角点网格
3年后含水饱和度分布
加入断层后所形成的PEBI 网格
用SURE-PEBI 模型模拟3年后含水饱和度分布
笛卡尔网格读取顺序
网格描述
(一) 网格的概念 (二) 网格设计的发展阶段 (三) 网格的类型及描述方法 (四) 网格数据的读取顺序 (五) 各类网格的优缺点
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
网格描述
(二) 网格设计的发展阶段：
1、块中心 2、角点 3、PEBI
(二) 网格设计的发展阶段
1、块中心网格： 1960-1980
网格技术以块中心粗网格为主
X Y1
5
1 0
1
网格和数学解法在特殊边界(断层、
5
边界、井周围等)不能满足正交
1
0
不能模拟复杂地质结构油气藏
1
模拟对象只限于黑油，模拟结果
1、网格数据——地质模型等 2、PVT分析 3、岩心分析 4、平衡区数据 5、油藏工程方法 6、数据文件实例
网格描述
(一) 网格的概念 (二) 网格设计的发展阶段 (三) 网格的类型及描述方法 (四) 网格数据的读取顺序 (五) 各类网格的优缺点
(一) 网格的概念及设计方法
1、网格的概念： 2、网格描述的目的:
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， 成为油田开发中不可缺少的一项重要工具。
一、油藏数值模拟基本概念
模拟 →仿真：
油藏数值模拟就是把油藏 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。
5
误差较大
20
1 5 20
(二) 网格设计的发展阶段
2、角点网格：1981-1999
80年代中期发展了角点网格
技术
角点网格着重于遵循油藏的
2 4 6 8 10 12 14 16 18
prod1
prod2
几何形态和地质结构特征,但 2
却不满足数学上的正交性.导 致油藏构造越复杂,其模拟误 4
Fault
角点网格描述倾斜构造
块中心、角点网格的例子
PEBI 网 格
水平井PEBI网格
直井PEBI网格
生产区PEBI网格
PEBI 网 格
非结构性 PEBI网格
PEBI 网格
非结构性 PEBI网格
PEBI网格技术-PEBI网格与角点网格对比
一口注水井 两口采油井 均质油藏 58×18 × 1 断层不封闭 运行3年,对比水 饱和度分布
(一) 网格的概念及设计方法
3、设计区域网格
1、基于顶面构造。 2、只包含一层。 3、井尽可能位于网格中心 4、断层尽可能位于网格边界 5、边界为不流动边界 6、网格单元的大小及形态的变化随着：
（1）井附近的网格一般较小。 （2）水体位置的网格一般较大
(一) 网格的概念及设计方法
4、设计分层结构
建立油藏模拟软件，一般包括： （1）质量守恒原理 （2）能量守恒原理 （3）运动方程（达西定律） （4）状态方程 （5）辅助方程（如饱和度方程，毛管力 方程等）
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
油藏模拟的基本工作流程
数据文件准备 初始化计算 生产史拟合 开发预测 结果整理输出
每一步 的目的？
一、油藏数值模拟技术
（一）基本概念及作用 （二）所需的数据及准备方法 （三）模型初始化方法 （四）生产史拟合技术 （五）动态预测技术
所需的数据及其准备方法
一、所需数据基本类型：
1、静态油藏描述数据 用离散的网格单元构造油藏的一个几何模型。 对每一个网格单元提供尺寸、海拔高程、孔隙度及渗透率。
2、PVT及岩石性质数据 提供流体的地层体积系数、黏度、密度、气油比、岩石及油水
的压缩系数、相对渗透率及界面毛管力曲线。 3、初始化数据
提供平衡区，如流体界面、参考深度、压力及毛管力。 4、井数据
提供井、完井位置、生产/注入速率、井组及其它数据如表皮 系数、井半径及井控制等
5、其它： 聚合物等。
数据准备方法
常晓平
河南油田勘探开发研究院
一、油藏数值模拟技术 二、油藏数值模拟的主流软件及发展方向 三、实例
一、油藏数值模拟技术
（一）基本概念及作用 （二）所需的数据及准备方法 （三）模型初始化方法 （四）生产史拟合技术 （五）动态预测技术
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。
差越大
6
inj1
(二) 网格设计的发展阶段
3、PEBI网格：1999 ——
可模拟任何几何形状的油藏 用k-PEBI网格处理油藏的各向异性 加密网格与基础网格能够自动耦合 收敛速度快稳定性高误差极小 正交极小加速算法(Orthomin)
网格设计方法的发展阶段
3、PEBI网格：1999 ——
更具 灵活性
在垂向上网格分层基于： 1、可得的层面数据。 2、渗透性随深度的变化。 3、影响垂向上流动的隔挡：
如泥岩夹层的影响程度 及范围等。
优点：夹层描述精确； 弱点：网格多，占用空间
大；容易与流量相关的导致 不收敛问题
优点：网格少，省空间；与 流量相关的不收敛问题较少。
弱点：垂向上描述较粗，需
花较大的功夫调整垂向传导 率
网格描述
(三) 网格的类型及描述方法
到目前主要有三种网格类型： 块中心、角点及PEBI网格。
网格几何描述
块中心网格：
给出DX、DY、 DZ及深度
角点网格：需
要指定组成每一 个网格的四条坐
标线坐标 （COORD）及八
个角点的深度
块中心网格描述倾斜构造
在块中心网格系统， 虽然相邻网格的深度 错开，但ECLIPSE 还是认为其间是相连 的，有流动发生。
网格描述
(六) 各类网格的优缺点
网格类型 优点
缺点
块中心 角点
PEBI
简单、正交性 好
描述地层、特 别是断层的能 力较强
PEBI网格技术-PEBI网格与角点网格对比
直角网格
模拟3年后含水饱和度分布
Prod1
Prod2 Inj1
角点网格
角点网格
3年后含水饱和度分布
加入断层后所形成的PEBI 网格
用SURE-PEBI 模型模拟3年后含水饱和度分布
笛卡尔网格读取顺序
网格描述
(一) 网格的概念 (二) 网格设计的发展阶段 (三) 网格的类型及描述方法 (四) 网格数据的读取顺序 (五) 各类网格的优缺点
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
网格描述
(二) 网格设计的发展阶段：
1、块中心 2、角点 3、PEBI
(二) 网格设计的发展阶段
1、块中心网格： 1960-1980
网格技术以块中心粗网格为主
X Y1
5
1 0
1
网格和数学解法在特殊边界(断层、
5
边界、井周围等)不能满足正交
1
0
不能模拟复杂地质结构油气藏
1
模拟对象只限于黑油，模拟结果
1、网格数据——地质模型等 2、PVT分析 3、岩心分析 4、平衡区数据 5、油藏工程方法 6、数据文件实例
网格描述
(一) 网格的概念 (二) 网格设计的发展阶段 (三) 网格的类型及描述方法 (四) 网格数据的读取顺序 (五) 各类网格的优缺点
(一) 网格的概念及设计方法
1、网格的概念： 2、网格描述的目的:
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， 成为油田开发中不可缺少的一项重要工具。
一、油藏数值模拟基本概念
模拟 →仿真：
油藏数值模拟就是把油藏 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。
5
误差较大
20
1 5 20
(二) 网格设计的发展阶段
2、角点网格：1981-1999
80年代中期发展了角点网格
技术
角点网格着重于遵循油藏的
2 4 6 8 10 12 14 16 18
prod1
prod2
几何形态和地质结构特征,但 2
却不满足数学上的正交性.导 致油藏构造越复杂,其模拟误 4
Fault
角点网格描述倾斜构造
块中心、角点网格的例子
PEBI 网 格
水平井PEBI网格
直井PEBI网格
生产区PEBI网格
PEBI 网 格
非结构性 PEBI网格
PEBI 网格
非结构性 PEBI网格
PEBI网格技术-PEBI网格与角点网格对比
一口注水井 两口采油井 均质油藏 58×18 × 1 断层不封闭 运行3年,对比水 饱和度分布
(一) 网格的概念及设计方法
3、设计区域网格
1、基于顶面构造。 2、只包含一层。 3、井尽可能位于网格中心 4、断层尽可能位于网格边界 5、边界为不流动边界 6、网格单元的大小及形态的变化随着：
（1）井附近的网格一般较小。 （2）水体位置的网格一般较大
(一) 网格的概念及设计方法
4、设计分层结构
建立油藏模拟软件，一般包括： （1）质量守恒原理 （2）能量守恒原理 （3）运动方程（达西定律） （4）状态方程 （5）辅助方程（如饱和度方程，毛管力 方程等）
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
油藏模拟的基本工作流程
数据文件准备 初始化计算 生产史拟合 开发预测 结果整理输出
每一步 的目的？
一、油藏数值模拟技术
（一）基本概念及作用 （二）所需的数据及准备方法 （三）模型初始化方法 （四）生产史拟合技术 （五）动态预测技术
所需的数据及其准备方法
一、所需数据基本类型：
1、静态油藏描述数据 用离散的网格单元构造油藏的一个几何模型。 对每一个网格单元提供尺寸、海拔高程、孔隙度及渗透率。
2、PVT及岩石性质数据 提供流体的地层体积系数、黏度、密度、气油比、岩石及油水
的压缩系数、相对渗透率及界面毛管力曲线。 3、初始化数据
提供平衡区，如流体界面、参考深度、压力及毛管力。 4、井数据
提供井、完井位置、生产/注入速率、井组及其它数据如表皮 系数、井半径及井控制等
5、其它： 聚合物等。
数据准备方法