稠油热采数模技术和应用(08年技校培训)汇总

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1、稠油热采数值模拟技术讲座,一、引言 二、数模基本理论 三、与注蒸汽模拟有关的物理知识 四、稠油热采数模软件简介 五、应用实例,稠油热采数模技术讲座,注蒸汽技术(包括蒸汽吞吐、蒸汽驱)是开采稠油的有效方法。世界上稠油资源丰富，稠油开发具有较好的前景。 注蒸汽油藏模拟是研究油藏注蒸汽过程的有力工具。 早期人们采用简单的公式来估计注蒸汽加热油层的增产效果，诸如加热带计算公式。 60年代，人们又发展了一些解析解数学模型，其中广为大家应用的是Boberg Lantz蒸汽吞吐模型，该方法简便可靠，可以反映出蒸汽吞吐过程中加热降粘增产的机理，但是不能计算油藏压力的变化，因而不能准确地反映天然能量驱动的机理。

2、后来发展的解析解蒸汽驱数学模型，是解析解模型中功能较多，但也很复杂的模型。这使失去了解析解模型简便的优点。,70年代，人们已经开始研究三维三相注蒸汽模型，从而开始了注蒸汽油藏模拟的实用阶段，以后又发展了注蒸汽组分模型，可以模拟蒸汽对原油的蒸馏作用，也可以模拟蒸汽加化学添加剂的过程，总之，注蒸汽油藏模拟日臻完善。,一、引言 二、数模基本理论 三、与注蒸汽模拟有关的物理知识 四、稠油热采数模软件简介 五、应用实例,稠油热采数模技术讲座,油藏模拟是用计算机对油藏进行时间、空间研究。作为模拟的第一步是把油藏在空间上分成许多块，然后对每个块运用渗流方程组，这组偏微分方程称为数学模型。由于油藏数学模型常常

3、十分复杂，所以不可能用解析方法求解，必须进行近似处理，其中主要是离散化，使数学模型能够在计算机上求解，离散后的数学模型称为数值模型，其相应的计算机程序称为计算机模型。,1、达西定律 早在1956年达西就提出了多孔介质中单相流压力与流量的关系式：,2、质量守恒方程 对一个流动单元-网格块： 流入质量-流出质量+注入质量=累积质量 3、流动方程 将达西定律应用于质量守恒方程组就可以得到多相 流的流动方程。,其中是岩石的孔隙度，j是j相物质的密度，Sj是j相物质的饱和度；j是j相物质的表观流速；ij组分i在j相中的摩尔份额，是组份i的源项，Np为相数。,4、能量守恒方程 注蒸汽模拟与其它油藏模拟的区

4、别之一就是要用到能量守恒方程。当向油层注入蒸汽时，油层被加热了 ，油层的内能增加了。为了模拟这一过程而引入了能量守恒方程： 流入热量(焓)-流出热量+注入热量=累积内能,其中uj是j相物质的内能，rock是岩石密度，Cp是岩石的比热，T是岩石的温度，Ti是组分i的温度，qh是焓的流速，qc是热量的流速，Qc是热源项，Qh是焓源项。,6、差分方程 对复杂的偏微分方程要离散化后才能求解。有限差分方法是其中的有效方法之一。差分方法的特点是简便可靠，便于用计算机求解。,5、约束方程 摩尔分数约束方程,饱和度约束方程,数值模拟研究的基本过程：,建立数学模型即描述地下油、气、水及注入剂渗流规律的一组偏微分

5、方程 数值模型对偏微分方程离散化、线性化 线性方程组解直接解法和迭代法 计算机模型将数值模型编成适合计算机求解的程序 图形工作站模型,一、引言 二、数模基本理论 三、与注蒸汽模拟有关的物理知识 四、稠油热采数模软件简介 五、应用实例,稠油热采数模技术讲座,(一)储层特征 当你模拟某一油藏开采动态时，首先要确定油层的有效厚度he、绝对渗透率K、孔隙度、原油饱和度So、隔层(或夹层)的发育情况以及油层非均质性等。 1、 油层有效厚度he he对注蒸汽开发有着重要的影响，特别是当he10m时。纯总厚度比也是一项重要指标，当纯总厚度比0.5时，注蒸汽开发效果就较差了。,2、绝对渗透率 K值的大小对注蒸

6、汽开发效果有一定的影响，K又分为水平渗透率Kh、垂直渗透率Kv，由于沉积相的特点，一般KhKv。Kv对蒸汽超覆起着重要作用，稠油油藏大多是疏砂岩，因此很难测得真实岩心的渗透率。实验室采用较为固结的岩心测得的渗透率一般低于油层的渗透率。,3、孔隙度和原油饱和度So 疏松砂岩的值一般都比较大 0.3，而且孔道的连通比较好，孔隙度与渗透率K之间有某种统计规律。越大则K比效高。孔隙度随油藏压力P增加而增大。 =i1+Cr(P-Pi) 式中i、Pi分别是初始孔隙度和油藏压力。Cr是岩石压缩系数，如果考虑压实作用，则式要考虑阚值压力Pth，对于降压过程中，压力低于Pth以后的油藏， Cr急剧增加。但是压实

7、是不可逆过程。 稠油油藏的含油饱和度一般比较高，大多So60%。,4、 储层非均质特征 储层的非均质性主要是由于沉积条件造成的， A）油层层内非均质性 B）油层层间非均质性 C）油层平面非均质性 D）隔层（夹层）分布非均质性 对于ABC三方面来说，渗透率非均质性的影响是主要的；对隔层（夹层）分布来说，主要是连通情况，厚度变化等。总之，作为模拟的基础。,(二)相对渗透率Kr 相对渗透率是研究多相流动时引入的概念。它反映流体在孔隙介质中流动能力的大小，相对渗透率数据，经过现场历史拟合以后，人们可以得到相对渗透率数值。,1、油水两相相对渗透率 水的相渗透率曲线滞后现象具有普遍意义，滞后现象在蒸汽吞吐

8、过程中比较明显，因为蒸汽注入过程是油层吸吮，而开井生产则是驱替过程。在研究了几个油田的许多蒸汽吞吐井的动态后，也观察到开井生产后不久产 水量急剧下降。这反映出驱替 时束缚水饱和度大于油层吸吮 时束缚水饱和度的作用。 2、油汽两相相对渗透率,3、油、汽、水三相相对渗透率 对于注水开发的油藏来说，发现三相在油藏内同时流动是较难的，因此三相相对渗透率很少用到，但是在注蒸汽开发过程中却总要用到三相相对渗透率。由于测定三相相渗很困难，所以人们普遍采用公式来推算。只有经过认真的历史拟合以后，才能确定油、汽、水三相流动特征。,4、温度对相对渗透率的影响 根据油藏模拟的经验，认为温度对流体的相渗关系有定的影响

9、，这主要体现在束缚水饱和度、水驱残余油饱和度的变化上。 从物理概念上讲当温度升高时，原油粘度急剧下降，油水粘度比和油的表面张力变小，因此水驱残余油饱和度随温度增加而减少。而水的表面张力随温度变化减小。且在高温条件下岩石亲水程度更加严重，因此束缚水饱和度随温度增加而增加。这两种现象在我们对蒸汽吞吐井的历史拟合中得到证实。 我们还发现束缚水饱和度与温度的关系不是完全可逆的，即当温度升高后又下降，束缚水饱和度并不回到原来数值，而是要高一些，实验也观察到这一现象。 由于相渗曲线要经过历史拟合才能确定，而对拟合结果来说，影响比较大的是：1、相渗的端点值及相应的饱和度数值。2、相渗曲线的大体趋势。曲线上某

10、一点的数值是关系不大的。,(三)流体物性 1、油的物性 原油粘度与温度的关系 原油密度 原油的热焓 2、蒸汽的物性 蒸汽的粘度和密度均为蒸汽温度的函数 蒸汽的潜热 蒸汽压力与温度的关系,3、水的物性 水的粘度和密度是温度的函数 水的热焓 4、顶、底盖层的物性和作用 对于注蒸汽开发来说，顶底盖层必须是封闭性好的岩层，在此情况下，我们只需要考虑油层向顶底盖层的热传导。岩石比热容、盖层导热系数一般来说这两个参数变化不大，除非顶底盖层水浸比较严重，在那种情况下，注蒸汽过程中向顶底盖层的热损失就很严重了。,一、引言 二、数模基本理论 三、与注蒸汽模拟有关的物理知识 四、稠油热采数模软件简介 五、应用实例

11、,稠油热采数模技术讲座,(一)油藏数值模拟研究的目的,油藏数值模拟是利用数学模型通过数值计算的方法模拟油气田开发过程中油气水及注入剂的渗流规律的技术。用于模拟生产过程,对油田开发进行可行性研究、开发(调整)方案、矿场先导性实验优化方案设计、动态开采指标预测、试验跟踪模拟、试验效果合理评价、调整方案设计等。 油田开发过程中，井网部署、井型、压力维持水平、射孔井段优化设计、注采对应关系及各种注入剂等因素对油田的开采效果影响极大。要确定最佳的油气开发方案，首要的工作是对各专业的研究和大量科学实验的结果进行对比、分析，筛选出最优的方案。油藏数值模拟研究是其中的一个重要的不可或缺的研究环节。,(二)稠油

12、热采数模软件类型及应用环境 1、SIS软件。 、NUMSIP-5热采数模软件-清华大学开发部研制。 、THERM 2.8软件-美国SSI公司软件，能进行泡沫 驱模拟，TS为该THERM 2.的微机软件。 、STARS热采化学驱软件-加拿大CMG公司软件， 可以开展注化学添加剂模拟。 、Athos多功能热采油藏模拟软件-法国国家石油研 究院。 、Eclipse热采模型软件。,加拿大CMG公司STARS软件简介 热采化学驱软件STARS：包括基本模块、双孔双渗模块、加密网格模块、角点网格模块、离散井模块、化学反应模块、注空气模块、电磁加热模块、水平井井筒离散化模块、前处理模块和后处理模块。 STA

13、RS软件是CMG提供的热采、化学驱以及其他先进开采过程的油藏模拟软件。STARS可用于模拟热水驱、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、蒸汽驱、蒸汽吞吐、蒸汽混相驱、岩石力学（压裂、地层沉降、岩石破裂）、分散组份（聚合物、凝胶、碱、乳状液、表面活性剂、调剖、断塞注入等）、蜡处理、化学剂增强气水交替驱以及油层火烧、注空气过程等。CMG的STARS软件在全球热采和化学驱数模领域的市场占有率达到85以上。,法国国家石油研究院Athos热采软件简介 可以模拟的热采方式： 注热水 蒸汽吞吐、蒸汽驱 井加热 SAGD（蒸汽辅助重力泄油） 火烧油层 在热油藏中注冷水 CO2、N2非混相驱替, Eclipse热采模型

14、软件简介 Eclipse热采模型是具有一切商业热采软件的基本功能，它具有最好的井模型和热采多底井选择，并且与Eclipse组份模型集成在一起。 热水驱 蒸汽吞吐和蒸汽驱 单井及成对井蒸汽辅助重力驱(SAGD) 注CO2，N2及轻烃混相驱,预热，并可温度控制 并行计算 象黑油模型一样，具有处理复杂地质情况的能力 有效地模拟裂缝油藏(双孔隙度双渗透率) 水平井，斜井和多底井的摩阻计算 蒸汽干度，温度，压力及持油率，持水率，持汽率沿井筒的分布变化 可以模拟注蒸汽+泡沫，实现堵窜。 考虑岩石压实效应，压实可以是可逆的、不可逆的。地质力学模型则考虑了岩石的应力应变对孔隙度和渗透率的影响，描述地层形变，如

15、压实、剪切、断裂等几何特征变化对流体运动的影响。,热采软件区别一览表,应用环境 、工作站 、微机 早期：DSI-780加速板上运行-突破640k内存限制。 NDP-Fortran编译软件。 Fortran 90 编译软件。 Digital Visual Fortran Version 6.5。,(三) NUMSIP-5热采数模软件简介 1、原理及功能,热采的机理主要有四条，一是加温后油的粘度降低；二是加温后相对渗透率曲线发生变化，朝有利于油的流动的方向发展；三是原油在加温后的蒸馏作用，使原油中的轻组份易于产出；四是加热后流体和岩石的热膨胀，增加了地层的压力能。这四个机理在程序中都有所反映。,这

16、个模型考虑了在粘性力，重力和毛管力作用下油、水、气三相的流动，考虑了温度对各种流体和固体介质物性的影响，考虑了每一组份中汽液两相的相平衡。考虑了热在油层中的传导与对流以及向上、下覆盖层的热损失，同时也模拟了注蒸汽时可能产生的压裂现象和在开采过程中可能有的压实现象。这个版本还提供了水平井功能，它模拟了多相流体在水平井(包括斜直井)内的流体摩阻和热交换现象，可以计算出沿管长方向的压力分布、温度分布和流量分布还可以处理蒸汽辅助重力驱(SAGD)时注入井与生产井之间的压力与流量调整关系，此外，在数据的输入与自动整理上也做了大量的改进。,NUMSIP-5 是一个主要用于注蒸汽采油的三维三相多组份软件，它可以模拟单井吞吐、蒸汽驱、热水驱等热采生产过程，也可以用于注蒸汽后期改注冷水的生产过程，同时，它还可以用于注二氧化碳和注天然气等非热采开发方式。,2、模拟研究步骤及历史拟合一般方法 在建立油藏地质模型的基础上，有下述步骤：,