油藏數(shù)值模擬方法

/13結(jié)果的可信度會大大降低。分階段模擬就是一種解決上述問題的行之有效的方法。分階段模擬可將一個長期開發(fā)的油藏,按照一定原如此劃分成幾個模擬階段。動態(tài)跟蹤模擬油田開發(fā)是一個長期過程,儲層物性和原油物性隨開發(fā)期的不同以與油水井措施發(fā)生變化。根據(jù)開發(fā)期與措施類型制定數(shù)值模擬的時間步長,在油水井見效初期采用較小的時間步長,進(jìn)入見效穩(wěn)定期后以較大的時間步長,將分析周期由常規(guī)的以年計(jì)算提高到以月或天計(jì)算。對方案實(shí)施后的效果、生產(chǎn)狀況等再進(jìn)展跟蹤模擬,并提出新的方案。如此反復(fù)研究,使人們對油藏的構(gòu)造、物性、油水狀況與生產(chǎn)動態(tài)的認(rèn)識更趨合理。數(shù)值解法古老的差分法繼續(xù)得到創(chuàng)造性的開展和應(yīng)用,也得到深入的分析和研究。差分法的另一重大開展就是全隱式、自適應(yīng)隱式方法。由于全隱式方法對所有方程系數(shù)進(jìn)展隱式處理,所以與IMPES、半隱式和SEQ相比，穩(wěn)定性好，隱式程度高，適應(yīng)X圍更寬。它能解決油、氣、水三相滲流、注氣、水氣錐進(jìn)、高速氣滲等強(qiáng)非線性滲流問題。但是全隱式模型的求解需要采用牛頓迭代法，因此，其工作量和存儲量比IMPES、半隱式、SEQ大。所以，20世紀(jì)80年代初期美國的托馬斯等人為了解決方程隱式程度上下和計(jì)算量大小之間的矛盾，提出了自適應(yīng)隱式方法，其特點(diǎn)是對不同的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和不同的時間步采用不同的隱式程度來處理，以便在具有同樣穩(wěn)定性的前提下減小計(jì)算量、加快計(jì)算速度。1985年BertegerWI等人又提出了一種近似的自適應(yīng)隱式方法，其穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。差分法的又一個重大開展就是多重網(wǎng)格法和預(yù)處理共軛梯度法。兩者的共同點(diǎn)都在于加速數(shù)值解的收斂性。多重網(wǎng)格法實(shí)質(zhì)上是外推與內(nèi)插技術(shù)的創(chuàng)造性應(yīng)用。近年來，共軛梯度法與各種不完全分解預(yù)處理相結(jié)合，并采用D4網(wǎng)格排序與Orthomin加速技術(shù)，從而使預(yù)處理共軛梯度法成為20世紀(jì)80年代油藏數(shù)值模擬中最引人注目的方法之一。預(yù)處理共軛梯度法克制了油藏數(shù)值模擬中由于局部網(wǎng)格加密、混合網(wǎng)格嵌套、隱式井底壓力處理、大斷層大裂縫處理、死節(jié)點(diǎn)處理以與自適應(yīng)隱式方法等產(chǎn)生的不規(guī)如此系數(shù)矩陣的求解問題。由于Orthomin方法收斂性好，且運(yùn)算過程簡單、不需要迭代參數(shù)、不需要估計(jì)矩陣的特征值，是一個穩(wěn)定、有效的迭代加速方法。因此，目前該法在油藏數(shù)值模擬中獲得了相當(dāng)成功的運(yùn)用。三維動態(tài)顯示數(shù)值模擬結(jié)果的可視化程度高，人機(jī)交互性能強(qiáng)。可三維動畫顯示油藏中流體的流動規(guī)律，再現(xiàn)油藏的開發(fā)歷史與剩余油的空間分布，并可任意旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、光照，多重照相、透視和透明處理;靈活的剖面切割功能，任意參數(shù)的區(qū)間顯示，用戶可按自己的愛好定義或修改顏色和注釋。工作站由于價格昂貴以至很難普與。而今PC機(jī)越來越強(qiáng)大,速度日益加快,內(nèi)存越來越大且易擴(kuò)展,價格廉價,應(yīng)用廣泛,因而將數(shù)模軟件開發(fā)在PC機(jī)上的遠(yuǎn)景極為廣闊。但目前的困難是PC并行機(jī)尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)且易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題。并行算法的進(jìn)一步完善、各種靈巧網(wǎng)格的隨意化、自適應(yīng)化以與歷史擬合的自動化將大幅度提高數(shù)值模擬的精度,減少模擬計(jì)算的工作量。在大規(guī)模粗化前利用流管法,預(yù)先篩選地質(zhì)模型。根據(jù)物質(zhì)平衡方程和達(dá)西定律,在單時間步內(nèi)采用隱壓顯飽解法計(jì)算流線上流體的流動:全隱式有限差分壓力,沿流線解飽和度方程。在考慮重力影響時,先沿流線再沿重力線求解壓力和飽和度?？碧介_發(fā)一體化越來越受到關(guān)注。油氣勘探開發(fā)的各個環(huán)節(jié)中計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的突飛猛進(jìn),帶動了勘探開發(fā)工作向著多學(xué)科綜合集成方向開展,改變了以往以單項(xiàng)專業(yè)為主的順序化工作方式。各學(xué)科間的信息交換、數(shù)據(jù)共享、成果可視和知識繼承遵照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展綜合集成:通過巖心聲波測量建立油藏參數(shù)與地震響應(yīng)間的關(guān)系;利用油藏數(shù)值模擬技術(shù)預(yù)測壓力和含水飽和度的變化、生成不同觀測數(shù)據(jù)的合成地震記錄;開發(fā)地震包括了四維地震和地震反演技術(shù),通過井的約束以與和油藏數(shù)模技術(shù)的結(jié)合,將進(jìn)一步減少多解性的困擾并大幅度提高分辨率,從而擴(kuò)展開發(fā)地震的實(shí)際應(yīng)用X圍,特別比照擬復(fù)雜的砂泥巖薄互層也能夠加以應(yīng)用。這些技術(shù)的開展,將大大加深對井間儲層非均質(zhì)特征與油藏剩余油分布狀況的認(rèn)識。但當(dāng)前面臨的困難是:種類各異的數(shù)據(jù)格式、各式各樣的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、互不相通的應(yīng)用軟件以與不同的用戶界面等嚴(yán)重妨礙了多學(xué)科的協(xié)同工作、數(shù)據(jù)資源與研究成果的共享。借助多井試井?dāng)?shù)據(jù)、數(shù)值模擬和優(yōu)化技術(shù),通過對試井實(shí)測壓力數(shù)據(jù)的擬合,反演油藏中某些非均質(zhì)參數(shù)分布,能有效地解釋測試井的徑向平面滲透率變化情況。借助于多井試井?dāng)?shù)據(jù),結(jié)合油藏的地質(zhì)信息,將突破目前建立在單層、單相、均質(zhì)儲層等根本假設(shè)條件下的局限,為非均質(zhì)、多層、多相等復(fù)雜問題提供滿意的解釋。第三章斷塊油藏數(shù)值模擬技術(shù)1〕斷塊復(fù)雜，斷塊小而多。復(fù)雜斷塊油藏的形成主要來源于眾多的斷層切割作用,斷層多是這類油田共同的、最突出的地質(zhì)特征。一個較大的復(fù)雜斷塊油田,往往有幾十條甚至上百條的斷層分布,由于油藏被眾多斷層切割,結(jié)果形成許多被切割的不連通小斷塊單元油藏?！?〕含油層系多，常具有多套油水系統(tǒng)，油水關(guān)系復(fù)雜。復(fù)雜斷塊油藏大多含有多套含油層系。在這類油藏中,凡有斷裂系統(tǒng)到達(dá)的層位,只要有儲集巖發(fā)育,差不多都有油層發(fā)育。復(fù)雜斷塊油藏內(nèi)含油層系雖多,但富集程度差異較大。通常只有一套或少數(shù)幾套分布廣泛,油層厚度相對較大,富集程度相對較大的主力含油層系,是小斷塊油藏單元的最主要的開發(fā)層系?！?〕儲層變化大，物性較差，層間非均質(zhì)嚴(yán)重。在復(fù)雜斷塊油藏中,一般沒有一個層位能夠在全油藏規(guī)模上連片含油。就單個含油層系來說,常常只在油藏的一局部面積上含油,甚至只在很小的一局部面積上含油。縱向上,砂體類型多、變化大、連通差、非均質(zhì)嚴(yán)重。〔4〕原油性質(zhì)變化大，生產(chǎn)動態(tài)差異大。大多數(shù)復(fù)雜斷塊油田內(nèi)部原油性質(zhì)變化幅度大。常引起油層產(chǎn)能和動態(tài)的差異。此外,產(chǎn)能和動態(tài)特點(diǎn)還受到儲層物性和其它地質(zhì)條件的影響,復(fù)雜斷塊油藏中含油層系多,每套層系的巖石性質(zhì),沉積環(huán)境和成巖作用又各不一樣。即使同一套含油層系,由于不同斷塊的埋深不同,物性也會有很大的差異。因此在一個復(fù)雜斷塊油藏內(nèi)部常常存在物性差異很大的儲層,從而引起產(chǎn)能和生產(chǎn)動態(tài)出現(xiàn)明顯差異?！?〕開發(fā)單元小而多，單元間差異大。復(fù)雜斷塊油藏的大多數(shù)斷塊含油面積都很小,而且同一個斷塊里各個油層位置常常相互錯開,疊合在一起能自然地組合成一個開發(fā)單元的儲量少,所以開發(fā)單元一般都很小。由于開發(fā)單元小,所以與同樣規(guī)模的油藏來比擬,復(fù)雜斷塊油藏的開發(fā)單元數(shù)就比大油藏多得多每個開發(fā)單元的動態(tài)特征不一樣,針對性的有效開發(fā)措施也不一樣。〔2〕初期產(chǎn)量高，產(chǎn)量遞減快，很快就會進(jìn)入中后期能量低產(chǎn)生產(chǎn)。由于開發(fā)單元小,油井初期的較高產(chǎn)量只是短暫的,隨后產(chǎn)量迅速降低,當(dāng)能量消耗較多時,就只有維持低能量低產(chǎn)生產(chǎn)。斷塊油藏控制單元井間連通性差、邊界封閉、地層能量有限，開采中地層能量下降很快難以采用早起注水等方式大規(guī)模開采。用C02吞吐強(qiáng)化開采是有效的方法。二氧化碳吞吐機(jī)理是通過與地層原油之間的屢次接觸非混相過程達(dá)到驅(qū)替和攜帶原油的目的，其機(jī)理包括以下幾個方面：二氧化碳溶解引起原油體積膨脹。大量室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)明確，原油中充分溶解CO2后可使原油體積膨脹10%?40%，注入CO2后原油的體積增加,其結(jié)果不僅增加了原油的內(nèi)動能,而且也大大減少了原油流動過程中的毛管阻力和流動阻力,從而提高了原油的流動能力。二氧化碳溶解降低原油粘度。當(dāng)原油中的CO2溶解氣飽和后，能夠大大降低原油的粘度。在地層條件下，壓力越高,CO2在原油中的溶解度就越高,原油的粘度降低越顯著。二氧化碳溶解氣具有彈性驅(qū)動作用。油層中的CO2溶解氣,在井下隨著溫度的升高局部游離汽化,以壓能的形式儲存局部能量。當(dāng)油層壓力降低時,大量的CO2如此從原油中游離將原油驅(qū)入井筒，起到溶解氣驅(qū)的作甩由于氣體具有較高的運(yùn)移速度,從而將油層堵塞物返吐出來。二氧化碳時原油中輕質(zhì)烴萃取和汽化輕質(zhì)烴與CO2間具有很好的互溶性,當(dāng)壓力超過一定的值（此值與原油性質(zhì)與溫度有關(guān)）時,CO2能使原油中的輕質(zhì)烴萃取和氣化,這種現(xiàn)象對輕質(zhì)原油表現(xiàn)得尤為突出。CO2對原油中的輕質(zhì)烴的萃取和汽化現(xiàn)象是注入co2增油的主要機(jī)理之一。改善原油和水的流度比由于大量注入的CO2在原油和水中的溶解，地層水的碳酸化，使原油流度增加，而水的流度降低,從而使原油和水的流度趨于接近,使水的驅(qū)油能力提高,同時也進(jìn)一步擴(kuò)大了水驅(qū)的波與面積,大大提高了掃油效率。酸化解堵。CO2溶解于水后略呈酸性,與地層基質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生反響,從而酸解一局部雜質(zhì),尤其在碳酸鹽巖中能將局部巖石溶解,生成易溶于水的碳酸氫鹽,從而提高碳酸鹽巖層的滲透性。由于注入CO2氣的酸化作用導(dǎo)致油層滲透性提高，在一定壓差下,一局部游離氣對油層的堵塞物具有較強(qiáng)的沖刷作用,可有效地疏通因二次污染造成的地層堵塞.3.2.2CO2吞吐數(shù)值模擬在油藏地質(zhì)模型研究的根底上，從PETREL建模軟件中直接輸出粗化模型，縱向上以單砂體為單元，，其它高壓物性數(shù)據(jù)、相滲數(shù)據(jù)等直接應(yīng)用該斷塊該層系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，時間單元以月為單位，確保模擬時能滿足因生產(chǎn)中層位和頻繁作業(yè)對時間步的要求。歷史擬合的主要目標(biāo)是完善和驗(yàn)證油藏模擬模型，初始模擬輸入數(shù)據(jù)在一定程度上不能擬合油藏歷史動態(tài)，以達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)測未來動態(tài)的目的。歷史擬合過程總是使對油藏過程有更好的理解。含水面支撐的平面，流體遷移的路徑，以與原油繞流的區(qū)域都能在歷史擬合過程中得到認(rèn)識。通過歷史擬合，一方面可以求解油藏參數(shù)，另一方面可以對油藏動態(tài)進(jìn)展預(yù)測，為開發(fā)方案的調(diào)整提供依據(jù)?！?〕歷史擬合的指標(biāo)歷史擬合的指標(biāo)主要是那些能反響油藏與單井動態(tài)的指標(biāo)。油藏數(shù)值模擬的指標(biāo)包括：油藏原始地質(zhì)儲量、油藏累計(jì)產(chǎn)油量、累計(jì)生產(chǎn)氣油比、綜合含水率、地層平均壓力、累計(jì)注水量等隨是火箭的變化。油井動態(tài)指標(biāo)包括：瞬時產(chǎn)油量、含水率、產(chǎn)水量、瞬時氣油比、累計(jì)產(chǎn)油量、累計(jì)產(chǎn)水量、井底壓力等隨時間的變化。水井動態(tài)指標(biāo)包括：瞬時注水量、累計(jì)注水量、井底壓力隨時間的變化。〔2〕歷史擬合參數(shù)調(diào)整X圍歷史擬合的過程中,由于模型參數(shù)數(shù)量多,可調(diào)自由度大。而實(shí)際油藏動態(tài)數(shù)據(jù)的種類有限,不是可以唯一確定油藏模型的?數(shù),為了防止修改參數(shù)的隨意油層厚度:經(jīng)過屢次的劃分和認(rèn)定,一般情況下油層厚度誤差不大,可以視為確定參數(shù),但由于軟件插值帶來一些誤差,也允許做一些調(diào)整?？紫抖?根據(jù)油藏的単井孔隙度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其值變化X圍比擬大，在擬合過程中允許個別調(diào)整。滲透率:滲透率在任何油田都是不確定參數(shù),這不僅因?yàn)榻忉尯蛶r芯分析的誤差較大,而且根據(jù)滲透率的特點(diǎn),井間滲透率分布也是不確定的,另外由于速敏、水敏、酸敏、鹽敏等影響,開發(fā)過程中出現(xiàn)增滲或降滲現(xiàn)象,高滲層滲透率越來越大,而低滲透層滲透率越來越小,級差進(jìn)一步加大。因此，對滲透率的修改可調(diào)X圍相對較大。巖石和流體壓縮系數(shù):它們一般變化X圍很小,可以作為確定參數(shù)處理,但在一定X圍內(nèi),也可以適當(dāng)做些微調(diào)。相對滲透率曲線:由于油藏模擬網(wǎng)格較粗,網(wǎng)格內(nèi)部存在著非均質(zhì),其影響不容無視,這與均質(zhì)的巖芯不同,因此,相對滲透率應(yīng)作為不定參數(shù)。有效厚度：主要是由于局部小夾層沒有被完全別離出來，所以有效厚度的調(diào)整為0%?30%。油水油氣界面：資料不多的情況下，允許在一定X圍內(nèi)修改。油、氣、水的高壓物性資料：是實(shí)驗(yàn)室測定的，為確定性參數(shù)。一般認(rèn)為是準(zhǔn)確的，在一定情況下也可以小X圍的修改，但需要在各種資料比照的根底上進(jìn)展修改?！?〕歷史擬合參數(shù)調(diào)整方法油藏是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，各個參數(shù)的調(diào)整都是相互影響的，因此要擬合一個指標(biāo)，首先要知道哪些參數(shù)會影響到這個指標(biāo)，然后又正對性的調(diào)整。1〕油藏儲量的擬合數(shù)值模擬方法計(jì)算儲量和油藏精細(xì)描述計(jì)算地質(zhì)儲量都是采用容積法，影響儲量的因素有含油面積、有效厚度、孔隙度、原始含油飽和度、地面原油粘度、原油體積系數(shù)等。含有面積的差異是在建立模型時差值條件不同，導(dǎo)致砂體厚度差值時出現(xiàn)油藏X圍擴(kuò)大或者縮小的現(xiàn)象，這時需要對模型邊界進(jìn)展控制，添加有效厚度零線，或者修改斷層邊界。有效厚度的修改，應(yīng)該求出地質(zhì)模型中每個小層的平均有效厚度，并將其與油藏精細(xì)描述的結(jié)果進(jìn)展比照，以確定是否進(jìn)展修改。修改時建議對有效厚度進(jìn)展整體的校正，而不應(yīng)該從單井厚度方面進(jìn)展修改。地層孔隙度修正方法是：首先求出各個小層的平均孔隙度，然后進(jìn)展比照以確定是否需要修改。原始含油飽和度容易出現(xiàn)差異的地方是油水過渡帶，對于平衡初始化，可以通過修正毛管壓力曲線來校正油水過渡帶的油水分布，對于非平均初始化的油水分布，可以手工進(jìn)展修改。地面原油密度和原油體積系數(shù)是通過高壓物性實(shí)驗(yàn)獲得的，一般比擬準(zhǔn)確，最好不要進(jìn)展修改，如果需要修改，需要提出確實(shí)充分的證據(jù)。2〕油層壓力的擬合在數(shù)值模擬過程中，需要擬合的壓力包括：油層平均壓力、壓力分布、井底流壓。影響整體地層壓力水平的因素主要有：綜合壓縮系數(shù)、邊界性質(zhì)、產(chǎn)氣量、劈產(chǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3〕油藏綜合含水率〔氣油比〕的擬合含水率和氣油比的擬合主要反響了油水和油氣之間的分流能力，通過調(diào)整相滲曲線來實(shí)現(xiàn)。含水率的擬合包括兩局部：擬合初始含水階段的含水率，主要是無水采油期，擬合綜合含水率變化趨勢。4〕單井含水率的擬合影響單井含水率的主要因素有：初始狀況下井底周圍的流體分布、周圍注水井注入量層間的非均質(zhì)性、井底丟東參數(shù)等。、單井含水率的擬合需要擬合初始的含水率和整個含水率的變化趨勢，初始含水率的大小主要取決于單井周圍初始的流體飽和度和井所在區(qū)域采用的相對滲透率曲線。5〕單井井底壓力的擬合模擬井底壓力的大小主要取決于兩個方面：意識井底周圍地層的性質(zhì)，二是相鄰注水井的注水對應(yīng)狀況。井底周圍的地層性質(zhì)主要指地層的滲透率。生產(chǎn)井井底的滲透率越小，流動消耗的能量越大，相應(yīng)的井底壓力越低；反之，井底壓力越高。根據(jù)計(jì)算的井底壓力的上下趨勢調(diào)整井所在網(wǎng)格的地層滲透率，如果計(jì)算的井底壓力偏高，如此可以適當(dāng)降低滲透率；反之，應(yīng)該增加網(wǎng)格的滲透率。除了地層滲透率的影響外．井底的污染狀況也顯著影響井底壓力的計(jì)算。這時可以靠修改表皮系數(shù)來達(dá)到擬合井底壓力的目的。在定液量寸產(chǎn)的條件下，增加表皮系數(shù)會降低井底的流壓，減小表皮系數(shù)會增加井底的流壓。針對復(fù)雜斷塊油藏此次油藏數(shù)值模擬擬合原如此有三個方面：第一，逐井逐層分析注采關(guān)系與液流方向進(jìn)展重點(diǎn)擬合；第二，對開采時間長、注采量大的井進(jìn)展重點(diǎn)擬合；第三重點(diǎn)對高含水開發(fā)后期進(jìn)展歷史擬合。運(yùn)用數(shù)值模擬軟件直接計(jì)算出的小層含油飽和度值即為開發(fā)至目前地下重新分布的剩余油。第一類為注采井網(wǎng)不完善造成的剩余油;第二類為層間、層內(nèi)干擾造成的差層剩余油;第三類為封閉性斷層附近造成的剩余油;第四類為剩余油分布零散型。不同尺度X圍內(nèi)的油水分布結(jié)果對油田開發(fā)的指導(dǎo)意義是不一樣的。數(shù)值模擬可以考慮一個區(qū)塊內(nèi)的流體分布特征，其尺度X圍在km級以上，而且可以得到油藏X圍內(nèi)的流體分布特征，尤其表現(xiàn)在油藏注水開發(fā)后期尋找平面和縱向上的剩余油潛力時。在縱向上，數(shù)值模擬結(jié)果可以提供砂層組、小層，甚至沉積時間單元內(nèi)的流體分布特征，有助于分析層間矛盾，給開發(fā)調(diào)整提供可靠的依據(jù)。在平面上，數(shù)值模擬可以提供井間的油水分布特征。一般計(jì)算油水分布的方法都在計(jì)算過程中簡化了多種因素，但是數(shù)值模擬卻可以考慮油藏中的復(fù)雜地質(zhì)特征和滲流環(huán)境。影響剩余油分布的因素很多．簡中來說可以分為地質(zhì)因素和開發(fā)因素。在這兩者中，先天的地壓條件是主號因素，開發(fā)因素是依據(jù)先天因素改變而發(fā)生變化的。地質(zhì)因素上要包括油藏的非均質(zhì)性、構(gòu)造特征、斷層的分布以與流體的性質(zhì)處異等；開發(fā)因素主要包括注采系統(tǒng)的完善性、井網(wǎng)方式、采取的措施類