数值模拟技术

判 断
四、如何做好数值模拟的应用
6、期望要合理
理解数值模拟技术内涵的关键
模拟模型
≌
实际油藏
领导！
模型没有考虑的问题就不可能期 望在研究中得到答案！深入了解 方法！
研究人员！
四、如何做好数值模拟的应用
7、对历史拟合的数据调节提出疑问
做好历史拟合必须遵循的准则 历史拟合过程不是一个唯一的过程！（艺术性） 一个“好”的历史拟合如果数据调节不合理也会得到差的 预测结果！ 不要追求历史拟合结果的完美！要追求地质与物理现象的 合理性！
•90年代特别是后期，由于工作站和并行服务器的发展，把油藏数值模拟
技术带入了新的发展时代。 •进入二十一世纪，数值模拟并行技术迅速发展，模拟的规模和精度大幅
度提高 。油藏模拟软件各模块功能得到惊人的发展，主要体现为向一体
化方向发展，即集地震、测井、油藏工程（数模）、工艺及地面集输、 经济评价等为一体的大型软件方面发展。
油藏数值模拟技术
报告人：戴涛
2009.9
提 纲
一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用
五、数值模拟技术发展趋势
一、数值模拟技术简介 1 油藏数值模拟的基本概念 油藏数值模拟技术——
是把油藏分成许许多多的三维网格块，对
每一格块运用数学方程加以描述，并采用计算 机对其进行模拟计算。即用计算机模型动态的 表示真实油藏的变化过程。
研究的基本原则 油藏
非常复杂 目标体 非常繁杂 研究过程
目标
解决问题、 减少成本
切忌自我把问题复杂化！
四、如何做好数值模拟的应用
3、了解不同部位之间的相互作用
做好研究的关键
层与层之间 块与块之间 油藏与油藏之间
是否存在相互作用？ 怎样相互作用？ 相互作用的后果是什么？
流体与流体之间
油藏与流体之间 驱动模式 连通性
室内实验 试井
0 0 1000 2000 3000 时间 4000

误差的产生是多方面原因造成 的。所以不要期待一蹴而就；
生产监测
生产测井
问题也是有规律的，正确处理 可以得到有效地解决。
三、如何理解数值模拟技术
• 近似性
• 求解误差——正确的应用可保证结果的“真实”。 • 模型误差——模型描述的粗略。
五、数值模拟技术发展趋势
五、数值模拟技术发展趋势 1 总体发展趋势
一、数值模拟技术简介 1 油藏数值模拟的基本概念
• 数学描述 ——用数学方程描述实际油藏及油藏 开采动态的过程。 ━━ 物质平衡定律 原来
+
进来
─ 出去
=

目前
时刻牢记
━━ 达西定律 ━━ 状态方程
分析基础
一、数值模拟技术简介 1 油藏数值模拟的基本概念
• 网格模型 ——用积木搭起的一个油藏体。 • 黑 油 模 型 基 本 假 定
流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。
二、数值模拟技术的方法原理
物质平衡定律
原来
连续性方程
+
进来
vz
z z
─ 出去
vy
z
y y
=
目前
vx
x
vx
x
y
x x
体现在什么地方？
分析问题的基础！
vy
y
vz
z
二、数值模拟技术的方法原理 线性代数方程组
X =
模 型 描 述 的 粗 略
地层模型
储层模型

资料“点”与网 格“体”的关系 进行历史拟合基 本原因
构造模型
流体模型

三、如何理解数值模拟技术
数值模型 网格模型 误 差 来 源 油藏描述
截断误差、物质平衡误差
方向效应、数值弥散
地质研究不确定性
实验测试
历史拟合Fra Baidu bibliotek
试验资料代表性、测试结果准确性
参数调整的合理性、非唯一性
所有来源的数据都在一定程度上与模型要求数据存在差异！
四、如何做好数值模拟的应用
10、不要忽略必要的实验室工作
物模是数模的基础
实验数据在数模模型中起着举足轻重的影响！ 实验数据：相对渗透率曲线、毛管压力曲线、流 体高压物性等。
提 纲
一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用
四、如何做好数值模拟的应用
4、不要设想模型越大就越好
提高工作效率、工作质量值得注意的原则
研究周期 计算机资源 目标需求 数据状况
合理的匹配！！！
更大的网格规模，更多的组分划分并不意味着 更高的准确性和可靠性！！！
四、如何做好数值模拟的应用
5、了解自身的局限并相信自己的判断
能否完成任务目标的关键
局 限 所有模型都是基于假设完成的（数据、方法、设计）！ 所以你只能为实际问题提供近似的答案！ 原因是同一现象可以来自不同的认识！ 不要为同一现象把参数调来调去！历史拟合过程不是一个 “凑”结果的过程！
《油藏数值模拟基础》及K.Aziz和A.Settari的《油藏模拟》出版。但仍
受计算机速度及内存的限制，只能解决中小型油藏的模拟应用问题。
一、数值模拟技术简介 2 技术发展历程
•80年代，数值模拟技术飞跃发展。解决不同类型油藏数模计算方法和软
件问世，同时超级向量机诞生，使计算速度达到亿次，甚至几十亿次， 内存高大10~20亿字节。
• 综合性
地震 地质 测井 钻井 室内实验 试井 构造、地层、断层、井间非均质等
沉积、岩性、构造、断层、裂缝等
深度、岩性、饱和度、储层物性等 深度、岩性、厚度、取芯等 相渗、毛管压力、高压物性等 压力、有效渗透率、连续性等 油、气、水产/注量，压力等 产液剖面、吸水剖面等
认 识
资 料
生产监测 生产测井
VIP软件
CMG软件IMAX模块 SURE软件
（Landmark公司）
（加拿大CMG公司） （GCC 公司）
组份模型模拟软件：用于气藏、凝析气藏数值模拟研究。
CMG-Gem 模型 Eclipse 300模块 （加拿大CMG公司） （斯伦贝谢公司）
一、数值模拟技术简介
5 软件应用分类
稠油热采模拟软件：用于稠油吞吐，蒸汽驱、火烧等热采模拟研究。
不要设想模型越大就越好 了解自身的局限并相信自己的判断 期望要合理 对历史拟合的数据调节提出疑问 不要消除极值 注意度量与使用换算 不要忽略必要的实验室工作
四、如何做好数值模拟的应用
1、了解你的问题并确定你的目标
所有原则的基础
问题： 地质特征？流体特征？动态特征？
目标： 剩余油分布？方案设计？机理分析？
黑 油 模 型 基 本 假 定
孔隙介质中通常有三种组分：油气水；
通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递； 通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解 度的形式； 通常假定气肯定溶解在油相中； 油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中； 流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。
三、如何理解数值模拟技术
要做到问题、目标的具体化、明细化！ 要做到问题、目标的合理联系！
四、如何做好数值模拟的应用 调整参数的不确定性
水体传导能力 水体大小 油藏传导能力 相对渗透率和毛管压力 油藏孔隙度和厚度 构造定义 岩石压缩系数 储层油气性质 流体界面 水的性质
不 确 定 性 降 低
四、如何做好数值模拟的应用
2、使研究过程简单化
每个节点都是一个连续性 方程； 每个节点都复合物质守恒 定律
提 纲
一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用
五、数值模拟技术发展趋势
三、如何理解数值模拟技术
数值模拟技术的基本特点
⑴ 科学性 ⑵ 局限性 ⑶ 综合性 ⑷ 可逆性 ⑸ 复杂性 ⑹ 快捷性 ⑺ 多解性 ⑻ 近似性
CMG软件stars模块 （加拿大CMG公司）
聚合物及化学驱模拟软件：用于聚合物驱油及复合驱油藏模拟研究。
ECLIPSE软件聚合物驱模块 VIP软件聚合物驱模块 UTCHEM化学驱软件 （斯伦贝谢公司） （landmark公司） （德克萨斯大学）
FACS稀体系化学驱软件
（美国WITA公司）
并行版油藏数值模拟软件：用于并行数值模拟运算，提高运算速度。
•30年代，人们开始研究地下流体渗流规律，并将理论用于石油开发。 •50年代，在数值模拟的计算方法方面，取得较大发展。 •60年代起步，人们开始用计算机解决油田开发上的一些较为简单的问题。 •70年代后，计算机的快速升级带动了油藏数值模拟的快速发展，大型向 量机出现。在理论上，黑油模型计算方法趋于成熟，D.W.Peaceman的

三、如何理解数值模拟技术
• 科学性
？数值模拟是一门科学，又是一门艺术。
vz
vy
z z
y y
z
vx
x
vx
x
y
x x
科学
vy
y
vz
z
物质守恒方程 达西定律 状态方程
“艺术”
三、如何理解数值模拟技术
• 局限性
模型的建立是基于假设条件，假设就是其中的影响。目前对结果 影响大的主要还是化学驱数学模型。
四、如何做好数值模拟的应用
8、不要消除极值
使问题得到反映的关键 屏障作用：隔夹层、断层 通道作用：高渗透条带 合理保持模型中渗透率的极值！
渗透率
四、如何做好数值模拟的应用
9、注意度量与使用转换
实现数据有理有据的使用
1 cm 1m 1 km
地质
地震 测井 岩性
10-2 m 10-1 m 1m 10 m 102 m 103 m 104 m 分辨率
三、如何理解数值模拟技术
• 综合性
生产数据 生产测试 RFT、DST测试 测井资料 岩芯分析与描述 地震勘查 解释，几 何因子和 相关分析
数值模拟技术是油藏表征技术之一
识别油藏 关键特征 流体特征描述
地质模型
岩石属性描述
油 藏 特 征 描 述
识别油藏主 要驱动机理
决定油气水 的孔隙体积
三、如何理解数值模拟技术
• 多解性
同一指标的拟合不同的人
对参数理解程度的不同会 导致不同的处理。
错误的理解会导致错误的 拟合，而错误的拟合会导 致错误的开发决策。
三、如何理解数值模拟技术
• 复杂性
DH1-5-7井含水拟合曲线
含水
地震
地质 测井
0.8 0.7 0.6
计算
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
实际
钻井
数值计算模型
非线性代数方程组 线性代数方程组
结果展示
二、数值模拟技术的方法原理
黑油模型基本假定条件
孔隙介质中通常有三种组分：油气水； 通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递；
通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的 溶解度的形式；
通常假定气肯定溶解在油相中；
油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中；
提 纲
一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用
五、数值模拟技术发展趋势
四、如何做好数值模拟的应用 K. Aziz：
1. 2. 使研究过程简单化
加强理解、提高认识！
了解你的问题并确定你的目标
3.
4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
了解不同部位之间的相互作用
孔隙介质中通常有三种组分：油气水；
通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递； 通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解 度的形式； 通常假定气肯定溶解在油相中； 油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中； 流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。
一、数值模拟技术简介 2 技术发展历程
一、数值模拟技术简介 2 技术发展历程
油藏模拟技术主要进展历史
一、数值模拟技术简介 3 油藏数值模拟的现状
•模拟网格精确化 •数值解法标准化 •应用软件一体化 •前后处理可视化 •数值计算并行化 •软件技术网络化
•模拟技术工程化
一、数值模拟技术简介 4 主流的油藏数值模拟软件
公司 软件 擅长 斯伦贝谢GeoQuest ECLIPSE •黑油模型 •组分模型 •前后处理 •E100 LandMark VIP •聚合物模拟 CMG公司
CMG
•热采模拟
•地面设施的全系 统模拟
•Polymer •Comp •Therm •STARTS
主要
模块
•E200
•E300 •前后处理模块等
•IMEX
•GEM •WINPROP等
•Encore等
一、数值模拟技术简介
5 软件应用分类
黑油模型模拟软件：用于水驱油藏数值模拟研究。
ECLIPSE 软件 （斯伦贝谢公司）
ECLIPSE 并行版软件 VIP并行版软件 （斯伦贝谢公司） （Landmark公司）
提 纲
一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用
五、数值模拟技术发展趋势
二、数值模拟技术的方法原理
油藏数值模拟技术的实现过程
现实原型 数学模型 空间 时间 假设条件 基本方程 边界条件 初始条件 质量守恒定律 达西定律 偏微分方程组 网格化 差分方法 网格排序 直接求解 迭代求解 数值计算 图形 计算机