油藏数值模拟

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、 得到压力、饱和度等
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
所谓数值方法是一种近似的解法， 所谓数值方法是一种近似的解法， 即用离散化的方法把连续函数转变 成离散函数，用计算机来求解。 成离散函数，用计算机来求解。通 常用的方法有有限差分法， 常用的方法有有限差分法，也可用 有限元法和谱分析方法， 有限元法和谱分析方法，但大多使 用有限差分法。 用有限差分法。而材料力学用有限 元法，天气预报用谱分析方法。 元法，天气预报用谱分析方法。
油藏数值模拟在油田开发中的作用
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
缺点
• 模型有一定的假设条件，与真实情况有差别 • 模拟需要依赖于油藏的静、动态参数 • 受计算机计算能力的限制
油藏数值模拟在油田开发中的作用
四、油藏数模在油田开发各阶段中的作用
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 • 数值模拟的发展方向
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
一、发展概况简介
1.国外发展概况 1.国外发展概况
1) 发展历史 • 50年代 50年代 数值模拟起步 1953年美国G.H.Bruce等人发表了 年美国G.H.Bruce等人发表了“ 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” 流的计算”。 • 60年代 60年代 黑油模型 水三相和三组分，质量守恒。 油、气、水三相和三组分，质量守恒。 • 70年代初 70年代初 热采模型 蒸汽驱和火烧油层，质量守恒＋能量守恒。 蒸汽驱和火烧油层，质量守恒＋能量守恒。 • 70年代末 70年代末 水三相和多组分，质量守恒＋ 油、气、水三相和多组分，质量守恒＋相态软件 水三相和各种化学物质组分，质量守恒＋ 油、气、水三相和各种化学物质组分，质量守恒＋化学反应
数值模拟（Numerical Simulation ） 数值模拟（ 油藏数值模拟（ Reservoir Numerical Simulation ） 油藏数值模拟（
油藏数值模拟的基本概念
油藏数值模拟（ Reservoir Numerical Simulation ） 油藏数值模拟（ 定义：用数值的方法来求解描述油藏中流体渗流特 定义： 数值的方法来求解描述油藏中流体渗流特 来求解描述油藏中流体渗流 征的数学模型。 征的数学模型。 数学模型
优点：直观， 优点：直观，准确 缺点： 缺点：1. 有一定的局限性 2. 成本高、周期长 成本高、 3. 不能重复进行
油藏数值模拟在油田开发中的作用
模拟法
•物理模拟（物模） 物理模拟（物模） 物理模拟
定性物理模拟（观察现象，研究机理） 定量物理模拟
•数学模拟（数模）双模 数学模拟（数模） 数学模拟
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
2、国内发展概况
1) 发展历史 • 60 ˜ 70年代 处于停顿状态。 • 81 ˜ 85年 起步阶段，引进国外软件。 • 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 推广使用，并继续引进国外先进 软件。 • 96 ˜ 至今 成立软件中心，发展我国自己的 软件。
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。
油藏数值模拟的发展概况和发展方向
2) 取得的主要成果
• 具备一批国内、外先进软件 具备一批国内、 VIP （Western Atlas); WorkBench (SSI) 黑油模型 STARTS (CMG) 热采模型 UTCHEM (UT） 化学驱 ） • 具备了研制数模软件的各种新方法 全隐式 自适应隐式 隐式井底压力 预处理共轭梯度法 前后处理 动态存储分配 多模型一体化
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， 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、 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。 大的发展。归纳起来有十个方面进展。
三、油藏描述的研究方法
•直接观察法（Observation） 直接观察法（ 直接观察法 ） •模拟法（Simulation） 模拟法（ 模拟法 ）
油藏数值模拟在油田开发中的作用
直接观察法
•钻观察井 钻观察井 •直接测试（测井、井间地震、试井、 直接测试（测井、井间地震、试井、 直接测试 示踪剂测试） 示踪剂测试） •开辟生产试验区 开辟生产试验区
油藏数值模拟在油田开发中的作用
二、油田客观实际的复杂性
•各油田的地质条件不同 各油田的地质条件不同 •油藏在整个开发过程中是动态变化的 油藏在整个开发过程中是动态变化的 •油藏岩石和孔隙结构不同 油藏岩石和孔隙结构不同 •油藏流体性质及其物性变化的复杂 油藏流体性质及其物性变化的复杂
油藏数值模拟在油田开发中的作用
• 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.
涉及学科
•计算机 计算机 •应用数学 应用数学 •油藏工程 油藏工程
第一部分 油藏数值模拟简介
Introduction of reservoir Numerical Simulation
第一节 油藏数值模拟在 油田开发中的作用
•油田开发的任务 油田开发的任务 •油藏客观实际的复杂性 油藏客观实际的复杂性 •油藏描述的研究方法 油藏描述的研究方法 •数值模拟在油田开发各阶段中的作用 数值模拟在油田开发各阶段中的作用
油藏数值模拟
Petroleum Reservoir Numerical Simulation
油藏（ Reservoir） 油藏（Petroleum Reservoir）的基本概念
油藏：在单一圈闭中， 油藏：在单一圈闭中， 具有同一压力系统的油 气聚集。 气聚集。 油藏是地下储油的地质 单元， 单元，上下一般具有良 好的隔层。 好的隔层。 气 油
电解和电网模型 解析模型 数值模型（数值模拟、油藏数值模拟）
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 物理模拟 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 数学模拟可考虑各种复杂因素的实际问题。 数学模拟 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 双模 少的工作。
油藏数值模拟的主要内容和步骤
3. 灵敏度试验（Sensitive Test） 灵敏度试验（ ）
目的 方法
4. 历史拟合（History Match） 历史拟合（ ）
• 历史拟合的概念 • 反问题的多解性
5. 动态预测（Performance Prediction） 动态预测（ ）
• 已知日产液，预测压力、饱和度 已知日产液，预测压力、 • 已知井底流压，预测产量、压力、饱和度 已知井底流压，预测产量、压力、
油藏数值模拟的主要内容和步骤
1. 模型选择（Select Model） 模型选择（ ）
• 根据油藏的实际情况 • 根据所要解决的问题的要求
2. 资料输入（Input Data） 资料输入（ ）
• 静态资料 （地质静态、流体高压物性、特殊岩心分析、地质储量） 地质静态、流体高压物性、特殊岩心分析、地质储量） • 动态资料 （各生产阶段的生产数据） 各生产阶段的生产数据）
油藏数值模拟的主要内容和步骤
油藏数值模拟操作 操作示意图 油藏数值模拟操作示意图
输入资料
模拟器
Baidu Nhomakorabea
修正参数
不 符
计算结果
实测资料
历 史 拟 合
相符
动 态 预 测
结束
油藏数值模拟的主要内容和步骤
二、主要步骤
• 模型选择（Select Model） 模型选择（ ） • 资料输入（Input Data） 资料输入（ ） • 灵敏度试验（Sensitive Test） 灵敏度试验（ ） • 历史拟合（History Match） 历史拟合（ ） •动态预测（Performance Prediction） 动态预测（ 动态预测 ）
• 油田开发前期 作规划方案 • 油田开发初期 作初步方案 • 油田开发中期 作调整方案 • 油田开发后期 作IOR、EOR方案 、 方案
第二节
油藏数值模拟的 主要内容和步骤
• 油藏数值模拟的主要内容 •油藏数值模拟的步骤 油藏数值模拟的步骤
油藏数值模拟的主要内容和步骤
一、主要内容
• 数学模型（Mathematical Model） 数学模型（ ） • 数值模型（Numerical Model） 数值模型（ ） • 计算机模型（Computer Model） 计算机模型（ ）
原始条件： 原始条件：平衡状态 开发以后： 开发以后：动态变化
水
油藏数值模拟的基本概念
模拟：描述或实现油藏开发的动态变化过程（仿真）。 模拟：描述或实现油藏开发的动态变化过程（仿真）。 物理模拟： 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： 数学模拟：采用数学描述的方法 数学模型、模型求解