油藏数值模拟技术讲解

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1、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,油藏数值模拟技术与应用,（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,一、油藏数值模拟技术,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。 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

2、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。,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,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）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,

3、一、油藏数值模拟技术,所需的数据及其准备方法,一、所需数据基本类型：,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。,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。,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。,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,

4、数据准备方法,(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,网格描述,(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:,建立能较准确描述油藏特征的地质模型。,建立地质模型的网格设计方法：,1、选择模型的几何描述,(一) 网格的概念及设计方法,（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,(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。

5、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,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,4、设计分层结构,(二) 网格设计的发展阶段：,网格描述,1

6、、块中心 2、角点 3、PEBI,网格技术以块中心粗网格为主 网格和数学解法在特殊边界(断层、边界、井周围等)不能满足正交 不能模拟复杂地质结构油气藏 模拟对象只限于黑油，模拟结果误差较大,1、块中心网格： 1960-1980,1,5,10,1,15,20,5,10,15,20,X,Y,(二) 网格设计的发展阶段,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几何形态和地质结构特征,但却不满足数学上的正交性.导致油藏构造越复杂,其模拟误差越大,2、角点网格：1981-1999,Fault,(二) 网格设计的发展阶段,3、PEBI网格：1999 ,(二) 网格设计的发展阶段,可模拟任何

7、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),更具 灵活性,3、PEBI网格：1999 ,网格设计方法的发展阶段,(三) 网格的类型及描述方法,网格描述,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（ZCORN）,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。,角点网格描述倾斜

8、构造,块中心、角点网格的例子,水平井PEBI网格,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,一口注水井 两口采油井 均质油藏 5818 1 断层不封闭 运行3年,对比水饱和度分布,PEBI网格技术-PEBI网格与角点网格对比,直角网格,PEBI网格技术-PEBI网格与角点网格对比,模拟3年后含水饱和度分布,角点网格,Prod1,Prod2,Inj1,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,(一) 网格的概念 (二) 网格设计

9、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,网格描述,(六) 各类网格的优缺点,网格描述,1、网格描述 2、PVT分析 3、岩心分析 4、平衡区 5、油藏工程方法 6、数据文件实例,数据准备方法,PVT数据,来源于PVT分析，数据以表的方式 描述有关参数与压力、温度的关系。 数据项： 1、各相的地层体积系数（Bo、Bg、Bw） 2、各相的黏度 3、气油比Rs 和（或）油气比Rv）,相态图分析,区域A为黑油，该区域或许经过泡点线，并且包含溶解气，但是距离临界点较远,DD线：表示接近临界点的流体。这时很难确切的知道流体是液体还是气体，因为流体沿着

10、DD经过临界点时，变成了两相混合物并且不易确定过度区。,HH线： 非等温过程，如在分离器中时。,黑油模拟器,严格地说，黑油在地面条件下不包含溶解气。 黑油模拟器最好用在远离临界点的单相区域。 如果流体的组成变化比较大，就不应该使用黑油模拟器。,基本概念,黑油模型： 黑油模型是描述含有非挥发组分的黑油和挥发性组分的原油溶解气在油藏中运动规律的数值模型。黑油模型也称低挥发油双组分模型。,组分模型： 组分模型是用来研究高挥发性烃类的系统在油气藏中运动规律的数值模型，也成多组分模型。,黑油模拟器的适用条件,1、因为凝析及压力降低而释放出来的气体的总量只占总含烃量的很少一部分。 2、由于凝析及压力降低而

11、释放出来气体后，流体的烃组成变化不明显。 3、路径远离临界点。 4、整个过程是等温的。 如果上述条件不能完全满足，则需要使用全组分模拟器。,为了保证使用黑油模拟器可以达到足够的精度，油藏流体必须具备下列条件：,1、网格描述 2、PVT分析 3、岩心分析 4、平衡区 5、油藏工程方法 6、数据文件实例,数据准备方法,来源于SCAL（special core analysis）分析，数据主要是以表的方式描述属性与饱和度的关系。 对于油藏的不同部分，可分用不同的相渗曲线。 在每个区域，需要设置最大、最小及临界饱和度值。 用于定义过渡带的饱和度。,岩心分析,岩石数据,岩石数据是特定的岩心分析试验的结果

12、，该数据用于： 设置每一流体相的最大、最小饱和度，该值用于定义平衡区的相饱和度。 定义过渡带的范围及属性。 描述各相在网格块间流动时的动态表现。,1、网格描述 2、PVT分析 3、岩心分析 4、平衡区 5、油藏工程方法 6、数据文件实例,数据准备方法,平衡区-概念及作用,在原始状况下，认为在同一个平衡区中的流体的静力学是平衡的。,概念：,作用：,用于定义油藏初始条件下的每一个网格单元的压力、饱和度值。,平衡区-初始平衡计算（一）,初始压力计算：,原始水分布,也可以在PROPS 部分中使用SWATINIT 定义每个单元的原始含水饱和度值。,SW变化相对较为剧烈在。,1、网格描述 2、PVT分析

13、3、岩心分析 4、平衡区 5、油藏工程方法,数据准备方法,网格参数场计算公式,单井动态计算公式,井流量方程：,单井的完井传导率系数：,井的压力等值系数：,如果有效的井眼半径超过了re的一半，将会出现警告；如果有效的井眼半径超过了re，Twj变成了负值从而导致了错误的结果,井的生产指数：,（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,一、油藏数值模拟技术,初始化阶段应完成的主要工作,数据查错： 1、文本方式 - *.PRT 2、OFFICE 环境中。 储量拟合： 1、油水界面深度检查。 2、油藏每一层边界检查。 3、地质模型检查

14、： Q=A*H*POR*SO,数模软件在初始化时的工作,1、 软件依次读入及处理各部分数据。在开始读入下部分内容前，必须对本部分各种数据进行一致性检查。只有最后一部分例外，因为该部分数据是时间相关的，因此，总体上初始化时并不读入与处理。,2、软件开始运行的第一个任务是为输入的数据分配内存。,3、处理模拟网格的几何情况及属性，得到更利于流动计算的三维空隙体积、传导率、单元中部深度及可产生流动的网格间的连接。,4、 在初始化（initialization）时，计算油藏每一层的静压力剃度，并给每一个网格赋每一相的饱和度值,给定初始化数据的方法,给定平衡区数据： 平衡区数据被用来初始化饱和度分布、基准

15、深度的压力及压力梯度。 用枚举的方式给出每一个单元的初始饱和度及压力。,（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,一、油藏数值模拟技术,生产史拟合,修改现有的模拟数据（如渗透率、相渗曲线、井的生产指数等）直到能与观察数据（如压力、产量、含水等）进行合理的对比，这种过程叫做生产史拟合。,生产史拟合,生产史拟合过程也就是一个反复修改参数、反复试算的过程，需要耗费大量的机时和人力。拟合结果的好坏，不但取决于人们对油藏的认识，还取决于油藏工程师的拟合经验和处理技巧。 由于油藏地质情况的复杂性及反求参数的多解性，不同的人拟合同一油田，其试算次数和拟合结果可能均不同。 为了减少拟合工作的盲目性，有必要了解各项油藏参数与拟合对象的相互关系，同时还应一些拟合经验和处理技巧。,生产史拟合,拟合的对象有：压力、流量、油气比、油水比等。,生产史拟合的步骤：,在油藏的历史拟合中，一般把产量作为已知条件来拟合其它动态参数。拟合步骤为：,开始,油藏原始平衡状态检查（零流量模拟）,拟合井底压力,拟合油田平均压力,拟合单井压力,拟合油田综合含水率,拟合单井含水率,油藏压力已经拟合好了？,结束,生产指数控制着单井流量开始下降的时间，对预测单井的动态意义较大