油藏數(shù)值模擬基礎(chǔ)培訓(xùn)(第1講)

油藏數(shù)值模擬基礎(chǔ)培訓(xùn)(第1講)第一頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬基礎(chǔ)培訓(xùn)求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY油藏數(shù)值模擬總論第二頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬總論求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY油藏數(shù)值模擬的概念為什么要做油藏數(shù)值模擬油藏數(shù)值模擬的方法原理油藏數(shù)值模擬的作用油藏數(shù)值模擬的大體流程油藏數(shù)值模擬都需要什么參數(shù)第三頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的概念求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY標(biāo)準(zhǔn)定義：應(yīng)用已有規(guī)律，采用數(shù)值方法求解描述油藏內(nèi)流體流動問題，并利用計(jì)算機(jī)研究油藏開發(fā)及動態(tài)規(guī)律的一門技術(shù)?！鲇筒財?shù)值模擬工程定義：從地下流體滲流過程中的特征出發(fā)，建立描述滲流過程的基本物理現(xiàn)象，并能描述油藏邊界條件和原始狀況的數(shù)學(xué)模型，借助計(jì)算機(jī)計(jì)算求解描述油氣藏滲流數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合油藏地質(zhì)學(xué)、油藏工程學(xué)等學(xué)科知識重現(xiàn)油田開發(fā)的全過程，主要用于解決油田開發(fā)實(shí)際問題。簡單地說就是在電子計(jì)算機(jī)上開發(fā)油藏。油藏數(shù)值模擬是一種運(yùn)用較復(fù)雜的數(shù)學(xué)方法預(yù)測油藏動態(tài)的一門特殊的油藏工程研究方法，本身賦予較重比例的數(shù)學(xué)元素，但應(yīng)用領(lǐng)域?qū)儆谟筒毓こ?。第四頁，?7頁。油藏數(shù)值模擬的概念求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY■油藏工程定義一：是一門以油田地質(zhì)學(xué)和滲流力學(xué)為基礎(chǔ)，以油藏數(shù)值模擬為手段，研究油氣田開發(fā)設(shè)計(jì)和工程分析方法的綜合性學(xué)科。定義二：是一門高度綜合的技術(shù)學(xué)科。它綜合應(yīng)用地球物理、油藏地質(zhì)學(xué)、油層物理、滲流理論和采油工程等方面的成果以及所提供的信息資料，對油藏開發(fā)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和評價，以及應(yīng)用這種預(yù)測結(jié)果提出相應(yīng)的技術(shù)措施，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)采收率。油藏工程含義寬泛，數(shù)值模擬是油藏工程研究技術(shù)方法之一，理論基礎(chǔ)與其它的油藏工程動態(tài)預(yù)測數(shù)學(xué)計(jì)算方法一致。隨著油藏數(shù)值模擬技術(shù)正規(guī)化與綜合性的發(fā)展進(jìn)步，其本身的內(nèi)涵與功能逐步擴(kuò)大，與傳統(tǒng)油藏工程的含義逐步融合交叉，成為“現(xiàn)代油藏工程”的核心，但仍不能取代傳統(tǒng)的油藏工程方法。第五頁，共37頁。為什么要做油藏數(shù)值模擬求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY■油藏工程與數(shù)值模擬油藏工程應(yīng)用觀測：信息采集與分析假設(shè)：油藏特征判斷計(jì)算：定量計(jì)算與評估決策：提出措施或方案類比法：資料相對缺乏時的有效研究方法，但無法判斷不同開發(fā)策略。水動力學(xué)法：機(jī)理明確，但過于簡化，只適合于早期開發(fā)指標(biāo)概算。物質(zhì)平恒法：忽略非均質(zhì)性和動態(tài)參的分布，適合于宏觀開發(fā)指標(biāo)計(jì)算，不適合于油田局部動態(tài)預(yù)測。數(shù)值模擬法：能考慮油藏的復(fù)雜幾何形狀、非均質(zhì)性、巖石和流體性質(zhì)變化、井網(wǎng)方式和產(chǎn)量等因素，是迄今為止油藏動態(tài)研究中考慮因素最多的一種方法。采收率統(tǒng)計(jì)關(guān)系式、水驅(qū)特征曲線、產(chǎn)量遞減方程及經(jīng)驗(yàn)公式等。垂向非均質(zhì)管流模型、等值滲流阻力法、Buckey-Leverett方程非活塞驅(qū)替模型等。第六頁，共37頁。為什么要做油藏數(shù)值模擬求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY■油藏工程與數(shù)值模擬油藏數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)勢：可以實(shí)現(xiàn)預(yù)測風(fēng)險最小化。油藏非均質(zhì)與巖石各相異性流體性質(zhì)及巖石流體滲流特征空間變化烴類油藏開采機(jī)理的復(fù)雜性各種油藏工程方法的適應(yīng)性影響預(yù)測風(fēng)險的因素輸入油藏地質(zhì)模型數(shù)據(jù)選擇合適的模擬器可靠的工程實(shí)踐正確的模擬應(yīng)用地質(zhì)建模軟件功能應(yīng)用技能數(shù)值模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)第七頁，共37頁。為什么要做油藏數(shù)值模擬求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY■油藏工程與數(shù)值模擬傳統(tǒng)油藏工程方法對油藏數(shù)值模擬的作用在于：彌補(bǔ)收集資料數(shù)據(jù)的不充足減小輸入數(shù)據(jù)的誤差深化對模型合理性的認(rèn)識輔助動態(tài)歷史擬合分析利于模擬結(jié)果的評價與解釋以上這些都是影響數(shù)值模擬應(yīng)用研究質(zhì)量的關(guān)鍵，也是體現(xiàn)從業(yè)者能力大小的重要方面。第八頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的方法原理求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY開采過程非線性偏微分方程單/多相流公式非線性代數(shù)方程離散化線性代數(shù)方程線性化①建立數(shù)學(xué)模型②建立數(shù)值模型A、通過離散化將偏微分方程組轉(zhuǎn)換為有限差分方程組。B、將非線性系數(shù)線形化，得到線形代數(shù)方程組。Ａ、通過質(zhì)量/能量守恒方程、狀態(tài)方程、運(yùn)動方程、輔助方程建立基本方程組。B、根據(jù)所研究的具體問題建立相應(yīng)的初始和邊界條件。第九頁，共37頁。求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY油藏數(shù)值模擬的方法原理壓力、飽和度分布及井流量求解油藏模擬器程序化模擬應(yīng)用商業(yè)化②建立數(shù)值模型C、應(yīng)用線性代數(shù)方程組的解法求得未知量（壓力、飽和度等）的數(shù)值分布。③建立計(jì)算模型A、將求解數(shù)值模型進(jìn)行程序化。B、連同前后處理軟件，形成油藏模擬器。④油藏模擬應(yīng)用利用油藏模擬器研究和解決具體的油氣田開發(fā)問題。第十頁，共37頁。求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY油藏數(shù)值模擬的方法原理1.建立數(shù)學(xué)模型

2.建立數(shù)值模型

通過離散化，將連續(xù)的偏微分方程組轉(zhuǎn)換成離散的有限差分方程組，再用多種方法將非線性系數(shù)線性化，成為線性代數(shù)方程組，然后求解線性代數(shù)方程組。即建立一套描述油藏中流體滲流的偏微分方程組，包括初、邊值問題。偏微分方程組線性代數(shù)方程組得到壓力、飽和度等有限差分方程組離散化線性化解方程組第十一頁，共37頁。求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY油藏數(shù)值模擬的方法原理3.建立計(jì)算機(jī)模型

將資料（靜、動態(tài)）的輸入，系數(shù)矩陣和常數(shù)項(xiàng)的形成，多種解法和結(jié)果的輸出等，編制成計(jì)算機(jī)程序。數(shù)值模擬的關(guān)鍵是計(jì)算的精度和速度。計(jì)算的精度取決于離散的程度、數(shù)值計(jì)算誤差、離散方程的穩(wěn)定性，計(jì)算的速度取決于計(jì)算機(jī)速度、解法速度和模型規(guī)模。從離散的程度看，速度和精度相矛盾，要根據(jù)解決問題的需要選擇離散化程度和計(jì)算速度。第十二頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的方法原理求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY質(zhì)量守恒方程/連續(xù)性方程：根據(jù)物質(zhì)平衡原理，流入單元體中的流體流量減去流出單元體流體流量等于單元體流體質(zhì)量變化。運(yùn)動方程：達(dá)西定律。流動方程：狀態(tài)方程：流體和巖石體積與壓力的關(guān)系。輔助方程：飽和度歸一，毛管壓力、密度、粘度及相滲曲線的相關(guān)函數(shù)。

第十三頁，共37頁。求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY——幾點(diǎn)說明●描述油藏流體滲流這一具體物理過程的完整的數(shù)學(xué)模型是非線性的偏微分方程，不宜直接求解，需要通過離散轉(zhuǎn)化成比較容易求解的代數(shù)方程組。離散方法一般為有限差分法?！耠x散后形成的代數(shù)方程組是非線性的差分方程組，還要采用某種線性化方法將其線性化，然后求解。常用的線性化方法有顯示方法、半隱式方法或全隱式方法等。●對數(shù)學(xué)模型離散化并線性化，得到每個網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的一個（單相）或多個（多相）線性代數(shù)方程。每個方程除含有本點(diǎn)上的未知變量外，一般還含有相鄰節(jié)點(diǎn)上的未知變量。因此，為了求得線性方程的解，需要將各點(diǎn)上的方程聯(lián)立，形成聯(lián)立代數(shù)方程組。該方程組一般為大型稀疏方程組。●求解線性代數(shù)方程組所用的方法有直接法和迭代法兩大類，直接法常用的有高斯消去法、主元素消去法、D4方法等；迭代法常用的有交替方向隱式方法、超松弛達(dá)代法、強(qiáng)隱式方法等。油藏數(shù)值模擬的方法原理第十四頁，共37頁。ECLIPSE軟件介紹求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCYECLIPSE100:黑油模擬器

ECLIPSE300:組分模擬器

Flogrid:建模型

PVTi:EOS分析

VFPi:垂直管流

Schedule:動態(tài)數(shù)據(jù)

SCAL:巖芯數(shù)據(jù)

OFFICE:項(xiàng)目管理

Frontsim:流線法

Floviz:3維顯示

Simopt:歷史擬合

R2SL:地面管網(wǎng)與模擬模型偶合■ECLIPSE主要模塊第十五頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的作用求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY在理論上：探索多孔介質(zhì)中各種復(fù)雜滲流問題的規(guī)律；在工程上：作為開發(fā)方案設(shè)計(jì)、動態(tài)監(jiān)測、開發(fā)調(diào)整、反求參數(shù)、提高采收率的有效手段，能為油氣田開發(fā)中的各種技術(shù)措施的制定提供理論依據(jù)?！行У挠吞镩_發(fā)科學(xué)決策工具！滲流機(jī)理研究開發(fā)可行性評價參數(shù)敏感性分析開發(fā)方案優(yōu)化剩余油分布研究提高采收率研究動態(tài)跟蹤研究反演油藏地質(zhì)模型第十六頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的作用求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY1、模擬初期開發(fā)方案1）實(shí)施方案的可行性評價；2）選擇井網(wǎng)、開發(fā)層系、井?dāng)?shù)和井位；3）選擇注水方式；4）對比不同產(chǎn)量效果；5）對油藏和流體性質(zhì)的敏感性研究。第十七頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的作用求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY2、對已開發(fā)油田歷史模擬1）證明地質(zhì)儲量，確定基本的驅(qū)替機(jī)理及驅(qū)替類型（是溶解氣驅(qū)、注水驅(qū)、蒸汽驅(qū)或是重力驅(qū)？）2）確定產(chǎn)液量和生產(chǎn)周期；3）確定油藏和流體特性，擬合全油田和單井的壓力、含水（氣油比）動態(tài)歷史；4）指出問題、潛力所在區(qū)域。第十八頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的作用求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY3、動態(tài)預(yù)測1）評價提高采收率的方法（一次采油、注水、注氣、注聚等）2）研究剩余油飽和度分布規(guī)律

●研究剩余油飽和度分布的范圍和類型

●單井進(jìn)行調(diào)整，改變液流方向、改變注采井別、改變注水層位的效果；

●擴(kuò)大水驅(qū)效率和波及系數(shù)的方法；

●回答油田開發(fā)中所遇到的問題并致力解決問題的方法。3）評價潛力和提高采收率方向

●確定井位和加密井的位置；

●確定產(chǎn)量、開采方式；

●確定地面和井的設(shè)備；

●各種調(diào)整開發(fā)方案和開發(fā)指標(biāo)對比及經(jīng)濟(jì)評價。第十九頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的作用求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY4、專題和機(jī)理問題的研究1）對比注水、注氣和天然枯竭開采動態(tài)；2）研究各鐘注水方式的效果；3）研究井距、井網(wǎng)對油藏動態(tài)的影響；4）研究不同開發(fā)層系對油藏動態(tài)的影響；5）研究不同開發(fā)方案的各種指標(biāo)；6）研究單井產(chǎn)量對采收率的影響；7）研究注水速度對產(chǎn)油量和采收率的影響；8）研究油藏平面和層間非均質(zhì)性對油藏動態(tài)的影響；9）驗(yàn)證油藏的面積和地質(zhì)儲量；10）檢驗(yàn)油藏數(shù)據(jù)資料；11）為談判和開發(fā)提供必要的數(shù)據(jù)資料。第二十頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的作用求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY地質(zhì)工程師油藏工程師數(shù)值模擬工程師現(xiàn)場工程師一體化工作模式和協(xié)作式解決方案是油藏模擬成功的保證！！第二十一頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的流程求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY制定研究目標(biāo)選擇模擬的目標(biāo)區(qū)域收集數(shù)據(jù)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)間的相關(guān)性選擇重要的信息簡化數(shù)據(jù)量，以便于管理用平均壓力和地面條件的地質(zhì)儲量設(shè)計(jì)并建立一個粗化的模型建立平面或剖面模型來估算驅(qū)替效率和開采機(jī)理，并設(shè)計(jì)擬函數(shù)建立單井模型如果井太多，難以處理，則把井合并為“重疊井”或“虛擬井”擬合儲量對一個3D的全油藏模型進(jìn)行歷史擬合對全油藏模型分區(qū)進(jìn)行歷史擬合把所有擬合好的部分組合起來進(jìn)行一個基本的生產(chǎn)預(yù)測計(jì)算為優(yōu)化生產(chǎn)進(jìn)行多重預(yù)測計(jì)算記錄每一個階段的運(yùn)算結(jié)果如果可能，刪去模型中多余的部分第二十二頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的流程求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY確定研究目標(biāo)（5%）獲取檢查數(shù)據(jù)（20%）建立油藏模型（15%）開展歷史擬合（40%）進(jìn)行動態(tài)預(yù)測（20%）明確目的、確定基本策略、劃分可用資源、決定研究所需收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)量和品質(zhì)校正錯誤、合理轉(zhuǎn)換選擇模擬器、測算工作量制定輔助措施、設(shè)計(jì)網(wǎng)格落實(shí)擬合目標(biāo)、確定擬合質(zhì)量提出油藏認(rèn)識、分析剩余潛力制定預(yù)測方案、選擇優(yōu)化方法確定控制條件、分析預(yù)測指標(biāo)合理的時間分配是確保模擬研究質(zhì)量的必要條件。第二十三頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的流程求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCYEclipseOffice網(wǎng)格建立FloGrid(GRID)PVT數(shù)據(jù)PVTi井?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)備Schedule巖石數(shù)據(jù)

SCAL井筒模擬VFPi地質(zhì)模型GocadEV

GEOFRAMEF3D,P3DEclipse

Result3Dview歷史擬合

SimOpt生產(chǎn)數(shù)據(jù)模擬運(yùn)算分析數(shù)據(jù)處理ECL工作流程第二十四頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)要求求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY（一）靜態(tài)資料

1.小層數(shù)據(jù)表或等值線圖（包括砂層厚度、有效厚度（或凈毛比）、頂部深度、孔隙度、滲透率等）；2.地質(zhì)儲量及地層、油藏特點(diǎn)的總結(jié)報告；3.油、氣、水高壓物性PVT數(shù)據(jù)；4.油水、油氣相滲曲線數(shù)據(jù)和毛管壓力曲線數(shù)據(jù)；5.原始地層壓力、溫度、壓力系數(shù)數(shù)據(jù)；6.油、氣、水分布（原始飽和度）或壓力分布或油水界面和油氣界面；7.井位分布圖；8.流體和巖石化驗(yàn)分析報告；第二十五頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)要求求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY（二）動態(tài)資料1.射孔完井報告；2.井史報告、壓裂等措施；3.系統(tǒng)測壓資料；4.試油、試井和試采資料（壓力恢復(fù)曲線）；6.油水井別，調(diào)整井位示意圖；7.油井生產(chǎn)（水井注水）數(shù)據(jù)報表：日產(chǎn)油、日產(chǎn)液、日產(chǎn)氣、綜合含水、壓力累積產(chǎn)油（氣、水、液）日注水、累積注水8.區(qū)塊綜合生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報表：日產(chǎn)油（水、氣、液）、采出程度、綜合含水累積產(chǎn)油（氣、水、液）日注水、累積注水第二十六頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)要求求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY數(shù)據(jù)準(zhǔn)備1。模擬工作的基本信息2。油藏模型3。流體PVT屬性4。巖石屬性5。油藏分區(qū)參數(shù)6。初始化計(jì)算參數(shù)7。輸出控制參數(shù)8。生產(chǎn)參數(shù)第二十七頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)要求求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY設(shè)定是進(jìn)行黑油模擬，還是熱采或組分模擬；模擬采用的單位制（米制或英制）；模擬模型大?。愕哪Ｐ驮赬,Y,Z三方向的網(wǎng)格數(shù)）；模擬模型網(wǎng)格類型（角點(diǎn)網(wǎng)格，矩形網(wǎng)格，徑向網(wǎng)格或非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格）；模擬油藏的流體信息（是油，氣，水三相還是油水或氣水兩相，還可以是油或氣或水單相，有沒有溶解氣和揮發(fā)油等）;模擬油田投入開發(fā)的時間；模擬有沒有應(yīng)用到一些特殊功能（局部網(wǎng)格加密，三次采油，端點(diǎn)標(biāo)定，多段井等）；模擬計(jì)算的解法（全隱式，隱壓顯飽或自適應(yīng)）。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備—模擬工作的基本信息：第二十八頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)要求求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY數(shù)據(jù)準(zhǔn)備—油藏模型：模型在X,Y,Z三方向的網(wǎng)格尺寸大小；每個網(wǎng)格的頂面深度，厚度，孔隙度，滲透率，凈厚度（或凈毛比）；網(wǎng)格是死網(wǎng)格還是活網(wǎng)格；斷層走向和斷層傳導(dǎo)率。第二十九頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)要求求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY數(shù)據(jù)準(zhǔn)備—流體PVT屬性：油，氣，水的地面密度或重度；油，氣的地層體積系數(shù)，粘度隨壓力變化表；溶解油氣比隨壓力的變化表；水的粘度，體積系數(shù)，壓縮系數(shù)；巖石壓縮系數(shù)。如果是組分模型，需要提供狀態(tài)方程。第三十頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)要求求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY數(shù)據(jù)準(zhǔn)備—巖石屬性：相對滲透率曲線和毛管壓力曲線。如果是油，氣，水三相，需要提供油水，油氣相對滲透率曲線和毛管壓力曲線（軟件會自動計(jì)算三相流動時的相對滲透率曲線）；如果是油，水兩相或氣，水兩相，只需要提供油水或氣水兩相相對滲透率曲線和毛管壓力曲線。第三十一頁，共37頁。油藏數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)要求求實(shí)創(chuàng)新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY數(shù)據(jù)準(zhǔn)備—油藏分區(qū)參數(shù)：如果所模擬的油田橫向或縱向流體屬性，巖性變化比較大，或者存在不同的油水界面，這時需要對模型進(jìn)行PVT分區(qū)（不同區(qū)域用不同的PVT流體參數(shù)表），巖石分區(qū)（不同區(qū)域用不同的相對滲透率曲