初學(xué)者必讀 ECLIPSE 組分?jǐn)?shù)值模擬入門指南

本文格式為Word版，下載可任意編輯——初學(xué)者必讀ECLIPSE組分?jǐn)?shù)值模擬入門指南我一直在考慮怎么樣寫組分模型數(shù)值模擬入門指南。組分模擬要涉及到狀態(tài)方程（EOS）,閃蒸計(jì)算，熱動(dòng)力方程等理論方面的知識(shí)。在實(shí)際做組分模擬時(shí)，你并不需要完全把握這些知識(shí)，但你至少應(yīng)當(dāng)有一定了解。我在后面會(huì)做一點(diǎn)簡單的介紹，但希望大家自己化些時(shí)間去學(xué)這部分知識(shí)。我寫的還是以應(yīng)用為主（這部分內(nèi)容可能是國內(nèi)出版的數(shù)模書籍中最缺乏的），大家需要參考其他組分模擬理論方面的書籍。

做組分模擬前應(yīng)當(dāng)有很好的黑油模擬的基礎(chǔ)。你應(yīng)率先把黑油模擬做好以后再開始做組分模擬。在我寫的過程中，我也假定你已經(jīng)很好地把握了黑油模型。涉及到黑油方面的內(nèi)容時(shí)我不會(huì)做重復(fù)介紹。假使你有疑問，可以參照我以前寫的黑油模擬入門指南。

關(guān)于組分模擬，大家首先會(huì)有下面一些疑問。為什么要做組分模擬？在什么狀況下需要做組分模擬？組分模擬與黑油模擬有什么區(qū)別？組分模擬結(jié)果是不是一定比黑油模擬好？組分模擬用多少組分比較好？我先試著回復(fù)一下這些基本問題，然后我再介紹具體如何做組分模擬。

我們都知道，地下的流體的組成實(shí)際上是十分繁雜的，可能含有成百上千的組分。地下流體以油或氣相的形式存在。對于大多數(shù)油藏，我們基本上可以把地下流體分為兩個(gè)組分，及油組分和氣組分。油組分以油相的形式存在，氣組分以氣相的形式存在。兩個(gè)組分會(huì)發(fā)生物質(zhì)交換，及氣組分會(huì)溶解到油相，油組分也會(huì)從氣相揮發(fā)（油和氣都不會(huì)溶解于水）。這兩個(gè)組分之間的物質(zhì)交換可以用溶解油氣比和（或）揮發(fā)氣油比來表示。溶解油氣比和揮發(fā)氣油比都只是壓力的函數(shù)。地下油氣相的密度可以通過地面油氣相的密度，溶解油氣比以及體積系數(shù)來計(jì)算。油氣相的體積系數(shù)也只是壓力的函數(shù)。同樣地下油氣相的粘度也是壓力的函數(shù)。這就是我們所熟悉的黑油模型。對于大多數(shù)油藏，采用這樣的處理方式計(jì)算結(jié)果是有保證的。但并不是所有油藏都可以這樣處理。譬如凝析氣藏，氣藏溫度很靠近臨界溫度，在開發(fā)過程中有大量獨(dú)特的特性。在井底附近，壓力低于露點(diǎn)壓力，油相（重組分）析出而且飽和度大于臨界含油飽和度，這時(shí)會(huì)發(fā)生油氣兩相滾動(dòng)。在遠(yuǎn)離井底附近，可能壓力也低于露點(diǎn)壓力，但含油飽和度低于臨界含油飽和度，這時(shí)只有氣相發(fā)生滾動(dòng)。在氣藏中沒有油相的析出，只是純氣相滾動(dòng)。所以在井底會(huì)有三個(gè)滾動(dòng)帶，每個(gè)滾動(dòng)帶的特性都不同。我們需要用到組分模型計(jì)算每個(gè)滾動(dòng)帶的組分變化，是哪些組分從氣相析出，析出的組分含量，這樣我們可以計(jì)算出各個(gè)組分在油相和氣相中的含量，從而得到油氣相的飽和度，密度，粘度等屬性。這樣你的油氣屬性不像黑油模型那樣只是壓力的函數(shù)，在組分模型中它們同時(shí)也是組分的函數(shù).我在后面會(huì)專門用一個(gè)章節(jié)介紹如何模擬凝析氣藏，包括非達(dá)西滾動(dòng)，相滲曲線隨流速的變化，井底附近擬壓力處理等等。

另一種需要用到組分模型的狀況是注氣驅(qū)。對于黑油模型，任何注入氣都沒有區(qū)別。但實(shí)際上，不同的注入氣，驅(qū)替效率不同。假使是混相驅(qū)，不同的注入氣最小混相壓力也不同。我們必需知道注入氣的組成，才能更好的模擬驅(qū)替過程。

其他一些需要用到組分模型的情形有揮發(fā)油藏的模擬，組分分布變化顯著的油氣藏模擬，地層溫度區(qū)別顯著的油氣藏以及機(jī)理性研究等。

全球估計(jì)至少百分比七十以上的數(shù)值模擬模型都是黑油模型，組分模型不多。一個(gè)制約組分模型應(yīng)用的主要原因是計(jì)算時(shí)間。組分模型比黑油模型計(jì)算要慢好多。組分模型每一個(gè)時(shí)間步都要進(jìn)行閃蒸計(jì)算，這部分計(jì)算可能占整個(gè)計(jì)算量的一半時(shí)間。組分越多，閃蒸計(jì)算所需要的時(shí)間越多。多一個(gè)組分，組分模型總計(jì)算時(shí)間可能會(huì)多出三倍。尋常組分模型大都選用6到8個(gè)組分，不會(huì)更多。

1。認(rèn)識(shí)組分模型的輸出結(jié)果

我之所以一開始就介紹對組分模型的輸出結(jié)果的認(rèn)識(shí)是由于我認(rèn)為這是十分重要的一部分。譬如說你建的是組分模型，你在做歷史擬合，擬合油田產(chǎn)油量，產(chǎn)氣量。首先你就應(yīng)當(dāng)知道模型計(jì)算的產(chǎn)油量，產(chǎn)氣量與你實(shí)際測量的產(chǎn)油量，產(chǎn)氣量是不是同一種情形。

模型計(jì)算輸出的每口井產(chǎn)量都是針對分開器的產(chǎn)量。譬如你有三級(jí)分開器，模型輸出的產(chǎn)油量是最終一級(jí)分開器時(shí)的產(chǎn)油量。模型計(jì)算輸出的產(chǎn)氣量是每一級(jí)分開器分開的氣量都折算到標(biāo)準(zhǔn)條件下的氣量之和。折算過程是用理想狀態(tài)方程：Psep*Vsep/Tsep=Pstd*Vstd/Tstdsep:分開器std:標(biāo)態(tài)P:壓力V：體積2T:溫度

有時(shí)候你可能要擬合濕氣的產(chǎn)量。模型計(jì)算輸出的濕氣產(chǎn)量是井口碳?xì)洚a(chǎn)量用理想狀態(tài)方程折算到標(biāo)態(tài)下的產(chǎn)量。你可以理解為分開器之前的碳?xì)洚a(chǎn)量。1摩爾理想氣體在標(biāo)態(tài)下占的體積為379.48立方英尺，那么濕氣產(chǎn)量就應(yīng)當(dāng)?shù)扔诰哪柈a(chǎn)量乘以379.48。

你最好先找一個(gè)你使用的軟件安裝自帶的組分模型，然后運(yùn)行該模型，輸出計(jì)算的油，氣產(chǎn)量，濕氣產(chǎn)量，摩爾產(chǎn)量，每級(jí)分開器的油氣產(chǎn)量，然后自己手工算一下它們的關(guān)系。然后你可以嘗試改變分開器條件（你需要定井底壓力生產(chǎn)），你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的油氣產(chǎn)量發(fā)生了變化，但濕氣產(chǎn)量并沒有發(fā)生變化。

2建立組分模型需要輸入的參數(shù)

組分模型輸入?yún)?shù)大多數(shù)與黑油模型一樣。2．1：模型網(wǎng)格改造：完全一樣2．2：模型網(wǎng)格屬性：完全一樣2．3：相滲曲線：完全一樣2．4：毛管壓力：完全一樣2．5：巖石壓縮：完全一樣

2．6：分區(qū)設(shè)置：基本一樣。但組分模型還可以設(shè)EOS分區(qū)。不同EOS分區(qū)可以賦不同的EOS參數(shù)。假使油田同時(shí)開采多套流體屬性不同的油氣藏，你可能需要進(jìn)行EOS分區(qū)。不同EOS分區(qū)要求有一致的組分，譬如假使一個(gè)EOS分區(qū)用了N2,CO2,C1,C2,C3,C456,C7+,那么另一套EOS也應(yīng)當(dāng)用這幾個(gè)組分，只不過對不同分區(qū)，它們的摩爾組成不同，EOS參數(shù)也可能不同。

假使你要采用多個(gè)EOS分區(qū)，你最好將EOS分區(qū)和平衡區(qū)設(shè)為一致。否則的化你的模型可能不會(huì)穩(wěn)定。由于在組分模型中，你的油，氣相的密度，飽和度等都是由EOS狀態(tài)方程計(jì)算的，在進(jìn)行初始化計(jì)算時(shí)，模型不光要保證壓力，飽和度平衡，同時(shí)要保證熱動(dòng)力平衡（這部分在后面的模型初始化部分會(huì)詳細(xì)介紹）。你的EOS分區(qū)假使與平衡區(qū)不一致，很可能會(huì)導(dǎo)致流體初始不平衡。2．7：流體參數(shù)：這是黑油模型和組分模型數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)別最大的地方。黑油模型輸入的是油，氣的體積系數(shù)，粘度與壓力的關(guān)系，油氣比與壓力的關(guān)系，這些關(guān)系都是以表的形式輸入，軟件在計(jì)算時(shí)直接查這些表，以及做相應(yīng)的內(nèi)插和外插值。但不做其他計(jì)算。組分模型完全不同，組分模型輸入的是EOS狀態(tài)方程參數(shù)。這些參數(shù)包括各個(gè)組分的命名，臨界溫度，臨界壓力，臨界Z因子，分子量，偏心因子，OMEGAA,OMEGAB,參考密度，參考溫度，二元相關(guān)系數(shù)，體積偏移等。同時(shí)需要輸入所應(yīng)用的狀態(tài)方程，油藏溫度，組分的組成或組分組成隨深度的變化。假使粘度計(jì)

算采用LBC相關(guān)式，那么還需要輸入LBC系數(shù)。假使模擬混相驅(qū)的化，需要輸入等張比容來計(jì)算油氣相界面張力。油氣的地面密度不需要輸入，只需要輸入水的地面密度，EOS狀態(tài)方程會(huì)計(jì)算油氣相的地面密度。

假使地面EOS狀態(tài)方程參數(shù)與地下不同，那么可以輸入地面條件下的EOS狀態(tài)方程參數(shù)。模型在做地面分開器計(jì)算時(shí)，會(huì)應(yīng)用地面條件下的EOS狀態(tài)方程。

2．8：初始化設(shè)置：黑油模型和組分模型輸入?yún)?shù)很相近，但軟件初始化計(jì)算方法有所不同，我在后面會(huì)詳細(xì)介紹組分模型的初始化計(jì)算方法。

在這部分還需要定義油田分開器條件。軟件應(yīng)用油田分開器條件計(jì)算地面儲(chǔ)量。

2．9：生產(chǎn)控制部分：對于組分模型，對每口生產(chǎn)井或井組，需要定義生產(chǎn)井或井組對應(yīng)的分開器條件。軟件應(yīng)用地面分開器條件計(jì)算井的地面油氣產(chǎn)量。

假使注氣的化，不光需要指定注入量控制，還需要指定注入氣的組分。

假使是氣回注的化，只需要指定回注哪個(gè)井或井組的氣，氣的組分會(huì)自動(dòng)計(jì)算。假使有些氣是用于出售或燃料，那么在計(jì)算回注量前，模型會(huì)先扣除這些氣量。

3準(zhǔn)備PVT數(shù)據(jù)

我們上面說過，做組分模擬尋常選用6個(gè)到8個(gè)組分就可以了。那么應(yīng)選中哪些組分？下面是建議的工作流程：

3．1：用你的PVT處理軟件先辟分加組分（C7+或C12+等）。3．2：辟分完后擬合飽和壓力，擬合相圖，擬合試驗(yàn)室結(jié)果。

3．3：組分合并。將辟分后的加組分合并為2到3個(gè)組分，保存C1為獨(dú)立組分，將中間組分（C2,C3,C4,C5,C6）合并為兩個(gè)組分。對于非烴類組分，可以合并到烴類組分或設(shè)為獨(dú)立組分。3．4：重新擬合試驗(yàn)室數(shù)據(jù)3．5：輸出EOS參數(shù)。

最好選用三參數(shù)狀態(tài)方程，兩參數(shù)狀態(tài)方程不能確鑿預(yù)計(jì)液體密度。粘度計(jì)算最好選用Pedersen方法，此方法比LBC方法確切。

4PVT試驗(yàn)擬合

PVT試驗(yàn)擬合時(shí)，把握EOS狀態(tài)方程是基礎(chǔ)。EOS狀態(tài)方程有多種類型，譬如二參數(shù)PR狀態(tài)方程，三參數(shù)PR3狀態(tài)方程，二參數(shù)SRK狀態(tài)方程，三參數(shù)SRK狀態(tài)方程，RK,ZJ,SW狀態(tài)方程等。不同的狀態(tài)方程有時(shí)候計(jì)算出來的結(jié)果區(qū)別可能很大，這其中最常用的是三參數(shù)PR3狀態(tài)方程。對于純組分（C1,C2,C3,iC4,nC4,iC5,nC5,C6)而言，隨著組分摩爾分子量的增加，組分的臨界溫度，沸點(diǎn)，臨界體積，偏心因子，液體密度都是增加的，而臨界壓力和臨界Z因子隨組分摩爾分子量的增加是減小的。假使在你擬合以后這種單調(diào)性發(fā)生了變化，那你的擬合確定有問題。

另外流體取樣有井底取樣和井口取樣，在做井底取樣時(shí)要保證樣品在飽和壓力以上。井口取樣尋常是試驗(yàn)室根據(jù)生產(chǎn)油氣比將井口的油樣和氣樣在試驗(yàn)室生成代表油藏條件的樣品。當(dāng)然你不可能影響取樣，但你應(yīng)當(dāng)知道你拿到PVT試驗(yàn)報(bào)告的取樣流程。假使取樣有問題，樣品根本不能代表油藏流體，那你的擬合就白吃力了。

尋常對不同的流體類型采用不同的PVT試驗(yàn)。譬如對黑油尋常進(jìn)行差異分開試驗(yàn)（DL),等組分膨脹試驗(yàn)（CCE),對凝析氣采用等容衰竭試驗(yàn)（CVD)和等組分膨脹試驗(yàn)（CCE)。另外還可能進(jìn)行分開器試驗(yàn)，假使注氣的化會(huì)進(jìn)行一次接觸混相試驗(yàn)，屢屢接觸混相試驗(yàn)。你需要知道每個(gè)試驗(yàn)是怎

么做的，最重要的是你需要知道你拿到的試驗(yàn)室報(bào)告結(jié)果中各相參數(shù)是如何定義的。譬如你拿到的CCE試驗(yàn)中報(bào)告中的液體飽和度是用的液體體積除以飽和壓力下的液體體積還是除以目前條件下的總體積。在你把你的試驗(yàn)結(jié)果輸入到你采用的PVT分析軟件中時(shí)你要檢查它們用的定義是否一致。

你的PVT擬合實(shí)際上就是用你的PVT軟件，調(diào)整EOS狀態(tài)方程參數(shù)，使你的PVT軟件用EOS計(jì)算的結(jié)果與你的試驗(yàn)室測量結(jié)果匹配，然后把擬合好的EOS輸出給組分模型用于組分模擬的EOS和閃蒸計(jì)算。在你做PVT擬合時(shí)，你需要首先對你拿到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢查，不合格的樣品和有問題的試驗(yàn)數(shù)據(jù)根本沒必要費(fèi)時(shí)間，你做也是白做，這樣的數(shù)據(jù)用于模擬帶來的問題更多。然后在擬合時(shí)你應(yīng)當(dāng)知道應(yīng)當(dāng)調(diào)整那個(gè)參數(shù)，如何調(diào)整各個(gè)參數(shù)，各個(gè)參數(shù)是如何影響結(jié)果的。最終是EOS的輸出。下面介紹PVT擬合的步驟：

4．1：PVT試驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量檢查

．確認(rèn)取樣壓力在飽和壓力以上，樣品可以代表油藏流體。．報(bào)告中所有組分摩爾百分?jǐn)?shù)之和為100。

．組分物質(zhì)平衡檢查。對CVD試驗(yàn)，繪組分K值圖，組分的Log(K)與壓力。組分的K值圖應(yīng)當(dāng)是單調(diào)變化的，組分K值線不會(huì)交織，順序?yàn)镹2,C1,CO2,C2,C3,iC4,nC4,iC5,nC5,C6...Cn+.．繪Hoffman-Crump-Hocott圖，Kp與F因子，所有組分應(yīng)當(dāng)在一條直線上。

．檢查試驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢是否正確。譬如在CVD或CCE試驗(yàn)中液體密度隨壓力的降低應(yīng)當(dāng)增加。．檢查你的試驗(yàn)報(bào)告中各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果的定義與你的軟件是否一致。．CCE,CVD,DL試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)在油藏體積，分開器試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)在地面條件。4．2：選用哪個(gè)EOS狀態(tài)方程

軟件尋常提供大量EOS狀態(tài)方程，你至少應(yīng)選中用三參數(shù)狀態(tài)方程。常用的是三參數(shù)PR狀態(tài)方程

4．3：給試驗(yàn)結(jié)果設(shè)權(quán)值

你拿到的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)好多，你可能不能將所有試驗(yàn)結(jié)果都擬合好，你應(yīng)當(dāng)知道哪些是你必需擬合好的。飽和壓力應(yīng)當(dāng)是最重要的，飽和壓力對你的數(shù)模計(jì)算影響是最大的，你應(yīng)當(dāng)給飽和壓力一個(gè)很大的權(quán)值，譬如5000，以便EOS能首先擬合好飽和壓力。對凝析氣藏，CVD試驗(yàn)中的液體析出量是十分重要的，假使你不能擬合好試驗(yàn)，你很可能在數(shù)模時(shí)擬合不上生產(chǎn)油氣比。同樣你需要給CVD試驗(yàn)中的液體析出量大的權(quán)值。分開器試驗(yàn)也很重要，你也需要設(shè)大的權(quán)值，譬如1000。分開器試驗(yàn)直接與你的產(chǎn)量有關(guān)。對一些結(jié)果不可靠的試驗(yàn)，你可以設(shè)很小的權(quán)值，譬如0.5.

4．4：在擬合時(shí)調(diào)整哪個(gè)組分的屬性

尋常你拿到的試驗(yàn)室報(bào)告組分會(huì)做到C7+或C12+,也有做到C22+甚至更多組分的時(shí)候。在你擬合試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，你要知道有些組分屬性是不能調(diào)整的，譬如純組分C1,C2,C3,IC4,NC4,IC5,NC5,C6以及H2O,H2S,N2,CO2,CO的臨界壓力，臨界溫度和偏心因子等這些應(yīng)當(dāng)不會(huì)變化，在你擬合時(shí)不要調(diào)整這些參數(shù)。重組分（C7.C8.C9)的臨界屬性不確定，你可以調(diào)整。你拿到的試驗(yàn)室報(bào)告中最不確定的應(yīng)當(dāng)是加組分的屬性（C7+,C12+等），加組分是大于此組分的無數(shù)組分的混合體，尋常試驗(yàn)室會(huì)給出加組分的摩爾分子量和指定重度，屬性來自于計(jì)算，不確定。因而對加組分屬性的調(diào)整是PVT擬合的首選。對加組分屬性的調(diào)整有以下方式：

．辟分加組分：加組分是大于此組分的無數(shù)組分的混合體，試驗(yàn)室的測量根本不能確切描述加組分，通過辟分，將加組分辟分為幾個(gè)重組分，尋常會(huì)較簡單的擬合試驗(yàn)室測量結(jié)果

．回歸加組分的摩爾分子量：這樣做的好處是使加組分的臨界壓力，臨界溫度等屬性變化是一致的。

．回歸加組分的屬性：直接回歸加組分的臨界壓力，臨界溫度或偏心因子等屬性4．5：組分屬性如何影響結(jié)果

．組分的臨界壓力，臨界溫度，偏心因子影響飽和壓力和液體析出量，所以在你擬合飽和壓力和液體析出量時(shí)可以回歸組分的臨界壓力，臨界溫度或偏心因子

．組分的體積偏移（VolumeShift)影響Z因子和液體密度，在擬合Z因子和液體密度時(shí)回歸組分的體積偏移

．在回歸時(shí)你可以讓組分的體積偏移取決于組分的臨界壓力，臨界溫度，偏心因子，這樣調(diào)整組分的臨界壓力，臨界溫度或偏心因子時(shí)也影響Z因子和液體密度。

．組分的臨界Z因子或臨界體積影響LBC的粘度，在用LBC方法計(jì)算粘度時(shí)要回歸組分的臨界Z因子或臨界體積。注意粘度回歸是單獨(dú)進(jìn)行的，你先把其他測量結(jié)果擬合好后再對粘度進(jìn)行單獨(dú)回歸，粘度回歸不影響其他結(jié)果。

．二元相關(guān)系數(shù)的回歸一定要防備，不合理的回歸在進(jìn)行組分模擬時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的收斂性問題。．組分的Omega屬性也是可以進(jìn)行回歸的。

4．6：輸出EOS

你擬合PVT的目的是為了給組分模擬提供EOS狀態(tài)方程。在擬合好以后你需要輸出EOS狀態(tài)方程。5模型初始化

組分模型同黑油模型一樣，可以采用平衡初始化方法，手工建立初始場分布方法和擬合初始含水分布方法。下面對各種方法進(jìn)行一一介紹。5．1：平衡初始化方法：

我們在黑油模型入門指南中介紹黑油模型的平衡初始化步驟為：

（1）計(jì)算過渡帶高度。由油水界面和油氣界面深度以及相滲曲線提