油藏?cái)?shù)值模擬方法

第一章油藏?cái)?shù)值模擬方法分析油藏?cái)?shù)值模擬油藏?cái)?shù)值模擬簡述油藏?cái)?shù)值模擬是根據(jù)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)實(shí)際情況， 通過建立描述油氣藏中流體滲流規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，并利用計(jì)算機(jī)求得數(shù)值解來研究其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律。 其實(shí)質(zhì)就是利用數(shù)學(xué)、地質(zhì)、物理、計(jì)算機(jī)等理論方法技術(shù)對(duì)實(shí)際油藏的復(fù)制。其基礎(chǔ)理論是基于達(dá)西滲流定律。油藏?cái)?shù)值模擬就是利用建立起的數(shù)學(xué)模型來展現(xiàn)真實(shí)油藏動(dòng)態(tài)， 同時(shí)采用流體力學(xué)來模擬實(shí)際的油田開采的一個(gè)過程?；驹硎前焉a(chǎn)或注人動(dòng)態(tài)作為確定值， 通過調(diào)整模型的不確定因素使計(jì)算的確定值（生產(chǎn)動(dòng)態(tài)）與實(shí)際吻合。其數(shù)學(xué)模型，是通過一組方程組，在一定假設(shè)條件下，描述油藏真實(shí)的物理過程。充分考慮了油藏構(gòu)造形態(tài)、 斷層位置、油砂體分布、油藏孔隙度、滲透率、飽和度和流體PVT性質(zhì)的變化等因素。這組流動(dòng)方程組由運(yùn)動(dòng)方程、狀態(tài)方程和連續(xù)方程所組成。油藏?cái)?shù)值模擬是以應(yīng)用數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的用來再現(xiàn)油田實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的過程。具體是綜合運(yùn)用地震，地質(zhì)、油藏工程、測(cè)井等方法，通過滲流力學(xué)，借助大型計(jì)算機(jī)為介質(zhì)條件建立三維底層模型參數(shù)場(chǎng)中，對(duì)數(shù)學(xué)方程求解重現(xiàn)油田生產(chǎn)歷史，解決實(shí)際問題。油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)從50年代的提出到90年代間歷經(jīng)40年的發(fā)展，日益成熟?，F(xiàn)在進(jìn)入另外一個(gè)發(fā)展周期。近十年油藏?cái)?shù)值模擬為油田開發(fā)研究和解決實(shí)際決策問題提供強(qiáng)有力的支持。在油田開發(fā)好壞的衡量、 投資預(yù)測(cè)及油田開發(fā)方案的優(yōu)選、 評(píng)價(jià)采收指標(biāo)等應(yīng)用非常廣泛。油藏?cái)?shù)值模擬功能包括兩大部分： ①復(fù)雜滲流力學(xué)研究，②實(shí)際油氣藏開發(fā)過程整體模擬研究，且可重復(fù)、周期短、費(fèi)用低。流體的PVT數(shù)據(jù)、相 油水井產(chǎn)量、井史數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)化 |滲曲線、巖石數(shù)據(jù)流體的PVT數(shù)據(jù)、相 油水井產(chǎn)量、井史數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)化 |滲曲線、巖石數(shù)據(jù)圖1油藏?cái)?shù)值模擬流程圖油藏?cái)?shù)值模擬的類型油藏?cái)?shù)值模擬類型的劃分方法有多種，劃分時(shí)最常用的標(biāo)準(zhǔn)是油藏類型、 需要模擬的油藏流體類型和目標(biāo)油藏中發(fā)生的開采過程， 也可以根據(jù)油氣藏特性及開發(fā)時(shí)需要處理的各種各樣的復(fù)雜問題而設(shè)定，油氣藏特性和油氣性質(zhì)不同，選擇的模型也不同，還可以根據(jù)油藏?cái)?shù)值模擬模型所使用的坐標(biāo)系、空間維數(shù)和相態(tài)數(shù)來劃分。以油藏和流體類型來劃分，其模型有：氣體模型、黑油模型和組分模型； 以開采過程來劃分，其模型包括：常規(guī)油藏、化學(xué)驅(qū)、熱采和混合驅(qū)模型。以油藏和流體描述為基礎(chǔ)的油藏模型分為兩類：黑油模型和組分模型。（1） 黑油模型，是常規(guī)油田開發(fā)應(yīng)用的油藏?cái)?shù)值模型，用于開采過程中，對(duì)油藏流體組分變化不敏感的情況，是最完善、最成熟的。黑油模型假設(shè)質(zhì)量轉(zhuǎn)移完全取決于壓力變化，適應(yīng)于油質(zhì)比較重的油藏類型，在這些模型中，流體性質(zhì) EO、Bg、RS決定PVT的變化，如普通稠油及中質(zhì)油的油氣藏。（2） 組分模型，應(yīng)用于開采過程中對(duì)組分變化敏感的情況。這些情況包括：揮發(fā)性油使用藏和凝析氣藏的一次衰竭采油階段， 以及壓力保持階段。同時(shí)，多次接觸混相過程通常也采用組分模型進(jìn)行模擬。在組分模型中，適用于油質(zhì)比較輕、氣體組分比較高的油氣藏，使用三次狀態(tài)方程表示PVT變化，如輕質(zhì)油或凝析氣藏。（3） 根據(jù)一些特殊開采方式的需要而形成的其他類型的數(shù)值模型，如熱采模型、注聚合物驅(qū)油模型、化學(xué)驅(qū)油模型、裂縫模型等。其中：熱采模型使用了物質(zhì)平衡方程和能量守恒方程，也用到了組分模型的方法； 化學(xué)驅(qū)油模型與黑油模型有所不同， 其附加的守恒方程是用來表示驅(qū)油工程中的某種化學(xué)用劑的變化。 這些模型都是以黑油模型或組分模型為基礎(chǔ)演變而來的，采用了最靈活的假設(shè)條件和計(jì)算方法， 只不過在編程過程中加入了一些與特殊開采相應(yīng)的方程。（4） 按照研究的需要和地質(zhì)模型的維數(shù)來區(qū)分，一般油藏?cái)?shù)值模擬模型可分為一維的平面和垂直模型，二維的平面 ｛x,y｝和剖面｛x,z｝模型、柱坐標(biāo)｛y,z｝中二維2D的錐進(jìn)模型，直角坐標(biāo)系｛X,Y,Z｝中的三維3D模型。一維模型可用于有關(guān)實(shí)驗(yàn)室?guī)r心驅(qū)替的模型， 二維的平面模型主要研究平面上油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 不考慮層間的影響；二維的剖面模型主要用來研究層間非均質(zhì)的影響；二維的錐進(jìn)模型主要用來研究油井不同射開井段、不同開采強(qiáng)度對(duì)氣、水錐進(jìn)的影響；三維模型主要研究一個(gè)井組、一個(gè)區(qū)塊甚至整個(gè)油藏的開發(fā)動(dòng)態(tài)和開發(fā)指標(biāo)。油藏?cái)?shù)值模擬方法油藏?cái)?shù)值模擬方法是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬地下油氣藏開采、 驅(qū)替的過程，是石油地質(zhì)人員科學(xué)認(rèn)識(shí)、評(píng)價(jià)油藏的重要技術(shù)手段。例如，中石油公司進(jìn)行的前處理的地質(zhì)建模工作、清華大學(xué)核研院研發(fā)的油藏?cái)?shù)值模擬管理平臺(tái)（ PNSMP）、大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院研發(fā)的VIP和Simbest格式數(shù)據(jù)文件相互轉(zhuǎn)換的程序等。油、氣、水三相流廣泛存在于石油工業(yè)中，對(duì)于三相流的測(cè)量具有重要的意義?，F(xiàn)在，油藏?cái)?shù)值模擬方法已可用于解決大量的復(fù)雜油藏工程問題。 如砂巖油藏中考慮油層中各種非均質(zhì)變化以及重力、毛管力、彈性力等各種作用力的三維三相多井系統(tǒng)的滲流問題，考慮多相、多組分間相平衡關(guān)系和傳質(zhì)現(xiàn)象的多相、 多組分三維滲流問題等。油藏?cái)?shù)值模擬方法不僅在理論上用于探討各種復(fù)雜滲流問題的規(guī)律和機(jī)理，而且普遍用于開發(fā)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、油層參數(shù)識(shí)別、工程技術(shù)問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及重大開發(fā)技術(shù)政策的研究等。油藏?cái)?shù)值模擬方法已經(jīng)普遍應(yīng)用于各種油氣藏開發(fā)過程， 成為油氣田開發(fā)不可或缺的方法和工具，被稱作“現(xiàn)代油藏工程”。跟其它油藏研究方法相比，有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。油藏?cái)?shù)值模擬方法的局限性主要在于： ①模擬誤差，②結(jié)果不唯一。誤差主要來自兩方面，一是模型本身有誤差，二是油氣藏資料不全或不準(zhǔn)。油藏?cái)?shù)值模擬理論是利用計(jì)算機(jī)模擬地下油氣水的流動(dòng)，給出某一時(shí)刻油氣水分布，預(yù)測(cè)油藏動(dòng)態(tài)。常用求解方法數(shù)學(xué)模型建立后，線性方程組的求解是油藏?cái)?shù)值模擬方法中最核心的步驟之一， 而對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值求解的第一步是偏微分方程離散化， 使之產(chǎn)生線性的或非線性的代數(shù)方程組， 方程組的線性或非線性是由問題本身的性質(zhì)以及有限差分近似的性質(zhì)（系數(shù)的顯式或隱式處理），以便進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。其方法有：有限差分法和有限單元法。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元法、高斯-約當(dāng)降階法、Crout分解法、主元素法、D4方法等；迭代法常用的有交替方向隱式方法、超松弛方法、強(qiáng)隱式方法等。線性的偏微分方程式或者方程組可以直接求解。 但油藏模擬中的多相滲流方程組常常是非線性的，即使通過有限差分近似法得到的是個(gè)非線性方程組， 也可以通過線性化方法來將其轉(zhuǎn)化為線性形式，或者還可以用某種迭代的方法進(jìn)行求解。 在油藏?cái)?shù)值模擬中，常用的線性化方法有顯式方法、半隱式方法、全隱式方法等。當(dāng)前最常用的兩種求解方法是IMPES方法和Newton-Raphson方法。在Newton-Raph-son方法中，流動(dòng)方程的有限差分形式中的各項(xiàng)展開成當(dāng)前迭代級(jí)的各項(xiàng)之和， 再加上一項(xiàng)在迭代過程中與初始未知變量有關(guān)的各項(xiàng)的變化量。 為了計(jì)算這些變化量，必須計(jì)算方程中各項(xiàng)的導(dǎo)數(shù)一數(shù)值解或解析解。這些導(dǎo)數(shù)存儲(chǔ)在加速矩陣或 Jacobian矩陣中。第二章油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)油藏?cái)?shù)值模擬發(fā)展現(xiàn)狀并行算法并行算法是一些可同時(shí)執(zhí)行的諸進(jìn)程的集合，這些進(jìn)程互相作用和協(xié)調(diào)動(dòng)作從而達(dá)到給定問題的求解。并行算法首先需合理地劃分模塊，其次要保證對(duì)各模塊的正確計(jì)算，再次為各模塊間通訊安排合理的結(jié)構(gòu)，最后保證各模塊計(jì)算的綜合效果。并行機(jī)及并行軟件的開發(fā)和應(yīng)用將極大地提高運(yùn)算速度，以滿足網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)不斷增多的油藏?cái)?shù)值模型。在并行計(jì)算機(jī)上使用并行數(shù)值解法是提高求解偏微分方程的計(jì)算速度 ，縮短計(jì)算時(shí)間的一個(gè)重要途徑。在共享內(nèi)存的并行機(jī)上把一個(gè)按向量處理的通用油藏模擬器改寫成并行處理是容易的，但硬件擴(kuò)充難；分布內(nèi)存并行機(jī)編程較共享式并行機(jī)困難 ，但硬件擴(kuò)充容易，關(guān)鍵是搞好超大型線形代數(shù)方程組求解的并行化。 并行部分包括輸入輸出、節(jié)點(diǎn)物性、構(gòu)造矩陣、節(jié)點(diǎn)流動(dòng)及井筒等。網(wǎng)格技術(shù)為了模擬各種復(fù)雜的油藏、砂體邊界或斷層 ，滲透率在垂向或水平方向的各向異性，以及近井地區(qū)的高速、高壓力梯度的滲流狀態(tài)，近年來在國外普遍發(fā)展了各種類型的局部網(wǎng)格加密及靈巧的網(wǎng)格技術(shù)。這種系統(tǒng)大體可以分為二類：一類稱控制體積有限元網(wǎng)格（CVFE），這是將油藏按一定規(guī)則剖分為若干個(gè)二角形以后 ，把二角形的中心和各邊的中點(diǎn)連接起來所形成的網(wǎng)格。另一類則稱垂直等分線排比網(wǎng)格 （PEBI），其剖分方法是將油藏分成若干三角形后，使三角形各邊的垂直等分線相交而形成網(wǎng)格。這些方法在處理復(fù)雜幾何形狀油藏及進(jìn)行局部網(wǎng)格加密時(shí)簡單而一致。 在多相流情況下參照某一給定的幾何準(zhǔn)則時(shí)該方法是單調(diào)的，這保證了其穩(wěn)定性和收斂性。這兩種方法都能以直觀的控制體積的概念出發(fā)并且采用一致的上游權(quán)而推導(dǎo)得出。 這些方法對(duì)網(wǎng)格的方向不敏感，在某些情況下比九點(diǎn)差分格式的效果好。計(jì)算機(jī)輔助歷史擬合技術(shù)斯倫貝謝公司的Eclipse數(shù)模軟件最新推出計(jì)算機(jī)輔助歷史擬合模塊 （Simopt）。運(yùn)用均方差、海賽（Hessian） 矩陣、相關(guān)性矩陣、協(xié)方差矩陣對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析以確定敏感參數(shù)；引入梯度帶分析技術(shù)對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行優(yōu)化 ；在進(jìn)行常規(guī)歷史擬合后，應(yīng)用置信度限制（規(guī)定需優(yōu)化的參數(shù)及參數(shù)的可調(diào)范圍），通過線性預(yù)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助調(diào)整參數(shù)，減少模擬次數(shù)。網(wǎng)格粗化技術(shù)對(duì)于一些油藏參數(shù)（如孔隙度、深度、飽和度等），采用體積加權(quán)平均法；對(duì)于與流體有關(guān)的參數(shù)（如滲透率等）就不能用簡單的加權(quán)平均計(jì)算得出 ，而要基于流動(dòng)計(jì)算再進(jìn)行粗

化。流動(dòng)算法相對(duì)精確，首先解出沿壓力降方向的總流量 ，然后再解相同的流動(dòng)方程，從而解出等效滲透率。在垂向分層合并計(jì)算中，把相同性質(zhì)的油砂體（按相同的物性、儲(chǔ)量類型）的網(wǎng)格單元合并在一起，使油藏的數(shù)值模擬的網(wǎng)格系統(tǒng)反映出地質(zhì)沉積特點(diǎn)。 網(wǎng)格合并可以按不同井組、區(qū)塊進(jìn)行合并計(jì)算，為井組模型和分區(qū)模擬提供數(shù)據(jù)模型。 模擬還可以按不均勻網(wǎng)格，考慮水平方向非均質(zhì)性及儲(chǔ)量分布程度因素等進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算，提供不均勻網(wǎng)格模型。動(dòng)態(tài)地質(zhì)建模動(dòng)態(tài)地質(zhì)建模是殼牌公司的 Kortekass概括了當(dāng)前世界上關(guān)于油藏地質(zhì)建模的經(jīng)驗(yàn) ，提出的建立動(dòng)態(tài)、集成化油藏模型的新概念和技術(shù)方法。 其強(qiáng)調(diào)把動(dòng)態(tài)資料以全數(shù)值模擬技術(shù)等應(yīng)用于油藏建模，從而使所建立的地質(zhì)模型更加符合油藏的實(shí)際情況 ，并且要隨著油田開發(fā)中資料的增多和新資料的獲得而不斷更新。這種新方法包括一系列獲得和運(yùn)用各種所需資料的技術(shù)和方法 ，包括地質(zhì)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)、地震、測(cè)井、巖心和流體分析、試井、驅(qū)替特征以及網(wǎng)格的細(xì)分和粗化，擬函數(shù)的應(yīng)用等，但關(guān)鍵是使所建立的地質(zhì)模型更加符合油藏的實(shí)際情況 ，而且還可以加快建模的過程。分階段模擬對(duì)開發(fā)歷史較長、地下儲(chǔ)層物性和原油物性發(fā)生較大變化的油藏 ，把隨開發(fā)時(shí)間變化的地質(zhì)靜態(tài)模型劃分為多個(gè)不同開發(fā)階段的地質(zhì)模型。 常規(guī)的油藏?cái)?shù)值模擬是從一個(gè)油藏（區(qū)塊）投入開發(fā)時(shí)開始模擬，一直擬合到目前狀況，再進(jìn)行方案預(yù)測(cè)優(yōu)選。我國許多老油田已進(jìn)入了高含水或特高含水期。由于開發(fā)歷史長、綜合調(diào)整、措施次數(shù)多 ，地下巖石和流體的物性發(fā)生了較大的變化，這給常規(guī)模擬工作帶來了極大的困難。 一方面是歷史擬合計(jì)算一次所需要的機(jī)時(shí)非常多，另一方面是常規(guī)模擬無法考慮流體和巖石隨時(shí)間的變化。 因此，模擬結(jié)果的可信度會(huì)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(gè)長期開發(fā)的油藏，按照一定原則劃分成幾個(gè)模擬階段。動(dòng)態(tài)跟蹤模擬油田開發(fā)是一個(gè)長期過程，儲(chǔ)層物性和原油物性隨開發(fā)期的不同以及油水井措施發(fā)生變化。根據(jù)開發(fā)期及措施類型制定數(shù)值模擬的時(shí)間步長，開發(fā)期及措施類型制定數(shù)值模擬的時(shí)間步長，在油水井見效初期采用較小的時(shí)間步長，進(jìn)入見效穩(wěn)定期后以較大的時(shí)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(duì)方案實(shí)施后的效果、生產(chǎn)狀況等再進(jìn)行跟蹤模擬，并提出新的方案。如此反復(fù)研究，使人們對(duì)油藏的構(gòu)造、物性、油水狀況及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)更趨合理。數(shù)值解法古老的差分法繼續(xù)得到創(chuàng)造性的發(fā)展和應(yīng)用 ，也得到深入的分析和研究。差分法的另一重大發(fā)展就是全隱式、自適應(yīng)隱式方法。由于全隱式方法對(duì)所有方程系數(shù)進(jìn)行隱式處理 ，所以與IMPES、半隱式和SEQ相比，穩(wěn)定性好，隱式程度高，適應(yīng)范圍更寬。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(chǔ)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高低和計(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(duì)不同的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和不同的時(shí)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(gè)重大發(fā)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)格排序及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?cái)?shù)值模擬中最引人注目的方法之一。 預(yù)處理共軛梯度法克服了油藏?cái)?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)處理以及自適應(yīng)隱式方法等產(chǎn)生的不規(guī)則系數(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(gè)穩(wěn)定、有效的迭代加速方法。因此，目前該法在油藏?cái)?shù)值模擬中獲得了相當(dāng)成功的運(yùn)用。三維動(dòng)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)?？扇S動(dòng)畫顯示油藏中流體的流動(dòng)規(guī)律，再現(xiàn)油藏的開發(fā)歷史及剩余油的空間分布 ，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。油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)工作站由于價(jià)格昂貴以至很難普及。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(jià)格便宜，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)化以及歷史擬合的自動(dòng)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(shí)間步內(nèi)采用隱壓顯飽解法計(jì)算流線上流體的流動(dòng) ：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(shí)，先沿流線再沿重力線求解壓力和飽和度。 勘探開發(fā)一體化越來越受到關(guān)注。油氣勘探開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)中計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的突飛猛進(jìn) ，帶動(dòng)了勘探開發(fā)工作向著多學(xué)科綜合集成方向發(fā)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(shí)繼承遵照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合集成：通過巖心聲波測(cè)量建立油藏參數(shù)與地震響應(yīng)間的關(guān)系 ；利用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)預(yù)測(cè)壓力和含水飽和度的變化、生成不同觀測(cè)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)，通過井的約束以及和油藏?cái)?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)用范圍，特別對(duì)比較復(fù)雜的砂泥巖薄互層也能夠加以應(yīng)用。這些技術(shù)的發(fā)展，將大大加深對(duì)井間儲(chǔ)層非均質(zhì)特征及油藏剩余油分布狀況的認(rèn)識(shí)。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)用軟件以及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)資源及研究成果的共享。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(duì)試井實(shí)測(cè)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(cè)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(chǔ)層等基本假設(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?cái)?shù)值模擬技術(shù)斷塊油藏地質(zhì)及開發(fā)特征地質(zhì)特征（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(gè)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。（2） 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(chǔ)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，但富集程度差別較大。通常只有一套或少數(shù)幾套分布廣泛，油層厚度相對(duì)較大，富集程度相對(duì)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。（3） 儲(chǔ)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(gè)層位能夠在全油藏規(guī)模上連片含油。就單個(gè)含油層系來說，常常只在油藏的一部分面積上含油，甚至只在很小的一部分面積上含油?？v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(dòng)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(dòng)態(tài)的差別。此外 ，產(chǎn)能和動(dòng)態(tài)特點(diǎn)還受到儲(chǔ)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相同。即使同一套含油層系，由于不同斷塊的埋深不同，物性也會(huì)有很大的差異。因此在一個(gè)復(fù)雜斷塊油藏 內(nèi)部常常存在物性差別很大的儲(chǔ)層，從而引起產(chǎn)能和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)出現(xiàn)明顯差別。開發(fā)特征（1）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(gè)斷塊里各個(gè)油層位置常常相互錯(cuò)開，疊合在一起能自然地組合成一個(gè)開發(fā)單元的儲(chǔ)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)模的油藏來比較，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(gè)開發(fā)單元的動(dòng)態(tài)特征不一樣,針對(duì)性的有效開發(fā)措施也不一樣。⑵初期產(chǎn)量高，產(chǎn)量遞減快，很快就會(huì)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(shí)，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)理二氧化碳機(jī)理二氧化碳吞吐機(jī)理是通過與地層原油之間的多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(gè)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(chǎng)試驗(yàn)表明，原油中充分溶解CO后可使原油體積膨脹10%40%，注入CO后原油的體積增加，其結(jié)果不僅增加了原油的內(nèi)動(dòng)能，而且也大大減少了原油流動(dòng)過程中的毛管阻力和流動(dòng)阻力，從而提高了原油的流動(dòng)能力。二氧化碳溶解降低原油粘度。當(dāng)原油中的CO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(dòng)作用。油層中的CO溶解氣，在井下隨著溫度的升高部分游離汽化 ，以壓能的形式儲(chǔ)存部分能量。當(dāng)油層壓力降低時(shí)，大量的CO則從原油中游離，將原油驅(qū)入井筒，起到溶解氣驅(qū)的作用，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(shí)原油中輕質(zhì)烴萃取和汽化輕質(zhì)烴與CO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)及溫度有關(guān)）時(shí)，CO2能使原油中的輕質(zhì)烴萃取和氣化，這種現(xiàn)象對(duì)輕質(zhì)原油表現(xiàn)得尤為突出。CO對(duì)原油中的輕質(zhì)烴的萃取和汽化現(xiàn)象是注入CO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CO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(shí)也進(jìn)一步擴(kuò)大了水驅(qū)的波及面積，大大提高了掃油效率。酸化解堵。CO溶解于水后略呈酸性，與地層基質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生反應(yīng)，從而酸解一部分雜質(zhì)，尤其在碳酸鹽巖中能將部分巖石溶解，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CQ氣的酸化作用導(dǎo)致油層滲透性提高，在一定壓差下，一部分游離氣對(duì)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CO2吞吐數(shù)值模擬數(shù)值模擬建立油藏?cái)?shù)值模型在油藏地質(zhì)模型研究的基礎(chǔ)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(shí)間單元以月為單位，確保模擬時(shí)能滿足因生產(chǎn)中層位和頻繁作業(yè)對(duì)時(shí)間步的要求。歷史擬合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(dòng)態(tài)，以達(dá)到精確預(yù)測(cè)未來動(dòng)態(tài)的目的。歷史擬合過程總是使對(duì)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，以及原油繞流的區(qū)域都能在歷史擬合過程中得到認(rèn)識(shí)。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(duì)油藏動(dòng)態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為開發(fā)方案的調(diào)整提供依據(jù)。（1）歷史擬合的指標(biāo)歷史擬合的指標(biāo)主要是那些能反應(yīng)油藏及單井動(dòng)態(tài)的指標(biāo)。油藏?cái)?shù)值模擬的指標(biāo)包括：油藏原始地質(zhì)儲(chǔ)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(dòng)態(tài)指標(biāo)包括：瞬時(shí)產(chǎn)油量、含水率、產(chǎn)水量、瞬時(shí)氣油比、累計(jì)產(chǎn)油量、累計(jì)產(chǎn)水量、井底壓力等隨時(shí)間的變化。水井動(dòng)態(tài)指標(biāo)包括：瞬時(shí)注水量、累計(jì)注水量、井底壓力隨時(shí)間的變化。歷史擬合參數(shù)調(diào)整范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(dòng)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)，為了避免修改參數(shù)的隨意油層厚度 ：經(jīng)過多次的劃分和認(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?？紫抖龋焊鶕?jù)油藏的單井孔隙度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其值變化范圍比較大，在擬合過程中允許個(gè)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(jí)差進(jìn)一步加大。因此，對(duì)滲透率的修改可調(diào)范圍相對(duì)較大。巖石和流體壓縮系數(shù)：它們一般變化范圍很小，可以作為確定參數(shù)處理，但在一定范圍內(nèi)也可以適當(dāng)做些微調(diào)。相對(duì)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)，其影響不容忽視，這與均質(zhì)的巖芯不同，因此，相對(duì)滲透率應(yīng)作為不定參數(shù)。有效厚度：主要是由于部分小夾層沒有被完全分離出來，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，允許在一定范圍內(nèi)修改。油、氣、水的高壓物性資料：是實(shí)驗(yàn)室測(cè)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范圍的修改，但需要在各種資料對(duì)比的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。歷史擬合參數(shù)調(diào)整方法油藏是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，各個(gè)參數(shù)的調(diào)整都是相互影響的， 因此要擬合一個(gè)指標(biāo)，首先要知道哪些參數(shù)會(huì)影響到這個(gè)指標(biāo)，然后又正對(duì)性的調(diào)整。油藏儲(chǔ)量的擬合影響儲(chǔ)量的因素?cái)?shù)值模擬方法計(jì)算儲(chǔ)量和油藏精細(xì)描述計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量都是采用容積法，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。影響儲(chǔ)量的因素含有面積的差異是在建立模型時(shí)差值條件不同， 導(dǎo)致砂體厚度差值時(shí)出現(xiàn)油藏范圍擴(kuò)大或者縮小的現(xiàn)象，這時(shí)需要對(duì)模型邊界進(jìn)行控制，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(gè)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)行對(duì)比，以確定是否進(jìn)行修改。修改時(shí)建議對(duì)有效厚度進(jìn)行整體的校正， 而不應(yīng)該從單井厚度方面進(jìn)行修改。地層孔隙度修正方法是：首先求出各個(gè)小層的平均孔隙度， 然后進(jìn)行對(duì)比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(duì)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(duì)于非平均初始化的油水分布，可以手工進(jìn)行修改。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， 一般比較準(zhǔn)確，最好不要進(jìn)行修改，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應(yīng)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部分：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(shì)。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(gè)含水率的變化趨勢(shì)，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(duì)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(gè)方面： 意識(shí)井底周圍地層的性質(zhì)，二是相鄰注水井的注水對(duì)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(dòng)耗費(fèi)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)算的井底壓力的高低趨勢(shì)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，則可以適當(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(shí)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(huì)降低井底的流壓，減小表皮系數(shù)會(huì)增加井底的流壓。針對(duì)復(fù)雜斷塊油藏此次油藏?cái)?shù)值模擬擬合原則有三個(gè)方面： 第一，逐井逐層分析注采關(guān)系及液流方向進(jìn)行重點(diǎn)擬合；第二，對(duì)開采時(shí)間長、注采量大的井進(jìn)行重點(diǎn)擬合；第三，重點(diǎn)對(duì)高含水開發(fā)后期進(jìn)行歷史擬合。研究剩余油分布運(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